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物料雙螺桿擠出機塑化機理

2021-05-18 14:26:00
根據物料在雙螺桿擠出機中的塑化歷程,將螺桿分為三個區域固體輸送區、熔融區、熔體輸送(擠出)區。固體輸送區塑化機理在機筒中,把固體聚合物(PVC)及其助劑的流動、預熱、壓實區域定義為固體輸送區。首先,料斗內固體聚合物粒子向機筒內流動是靠重力實現的,隨著螺桿的轉動,粒子向機頭方向推進的同時,料斗內粒子不斷流動。在固體輸送區PVC物料中的高分子、小分子等粒子逐漸被加熱,同時,螺桿剪切作用和粒子之間摩擦也使粒子熱量增加,從而使粒子在致密狀態中充分接觸、擴散、滲透。在這個區域內,由于螺桿的螺距、螺棱寬度等發生變化,PVC物料粒子被致密地壓實,形成在螺槽上滑動的固體床或固體塞。固體塞運動是依靠機筒表面與固體塞之間的摩擦力,而螺桿與固體塞之間的磨擦力卻阻止固體塞運動。所以在機筒內,造成PVC物料粒子不在同一方向前進,而是不時地翻滾、打滑,隨螺桿旋轉、"架橋",在"橋"后堆積起來,突破"橋",隨著PVC物料擠出和PVC物料在料斗內的流動,過程反復進行。在這個區域,較好的PVC物料擠出塑化質量,從狀態上看是PVC由玻璃態轉化為高彈態;從聚集態結構看,是50%~60%的PVC樹脂顆粒破碎變化為初級粒子,各種助劑粒子的表面與初級粒子充分接觸、擴散。值得指出的是對于穩定的運轉,料斗內固體料的高度無論什么時候都必須在某個臨界值以上。在這個臨界值以上,料面高度的變化將不影響擠出機的性能,但是,如果料面高度低于臨界值,變成一個強烈的不穩定因素。固體料面高度的變化會引起底部壓力的變化,會改變擠出機的運轉狀況,導致PVC物料擠出塑化質量的惡化。熔融區塑化機理在機筒中,把固體聚合物和熔體共存區域定義為熔融區或相變區。該區為C2、C3加熱區。熔融區是擠出機的主要部分,特別是溫度的設定(機筒C2區、C3區、螺桿芯部)及螺桿轉速設定、螺桿與螺桿的間隙、螺桿與機筒的間隙等,對PVC物料擠出質量有重要影響。當PVC物料達到熔融區時,由于螺桿的螺距、螺棱寬度等發生變化,PVC物料顆粒在被擠壓致密的同時,已經產生了相當大的壓力,這些壓力與周圍熱介質的軟化作用一起,把壓實的顆粒變成密實的"固體床"。此時的固體床是由一部分PVC高彈態與一部分PVC玻璃態、少量的PVC粘流態組成的混合狀態。固體床具有螺旋形螺槽的形狀并且在螺槽內滑動。由于這種相對運動,在固體床和機筒表面之間的熔膜內便產生了速度分布。于是,熔膜中的熔體開始向螺紋推進而流動,當它遇到螺棱時,螺棱便將熔體從機筒上"刮下",并且聚集在推進螺紋前方的螺槽后部的熔池中。當固體床沿著螺槽移動時,越來越多的熔料被帶入熔池,因此,熔池的尺寸增加,而固體床的尺寸則減少。固體床被逐漸破壞而成為粘流態向前輸送。在這個區域,較好PVC物料擠出塑化質量,從狀態上看,PVC由高彈態轉化為粘流態;從聚集態結構來看,由60~70%PVC初級粒子破碎變化為一級粒子,各種助劑分子與PVC一級粒子接觸,形成物理與化學的結合。 在熔融區,提高PVC物料擠出塑化質量的因素有增加螺桿轉速。提高熔融區機筒設定溫度。合適的螺桿與機筒間隙。對于特定的PVC異型材生產配方,應該有一組最佳的熔融區機筒溫度。熔體輸送區塑化機理在機筒中,把固體聚合物完全轉化為熔體,熔體被強制輸送到機頭處的部分定義為熔體輸送區(機筒C4加熱區)。在這個區域內,熔融大分子在剪切作用下與各種助劑進一步反應、均化,隨著PVC物料粘流體不斷地定量擠出,形成熔體壓力,保證PVC物料的最終成型產品的密實度。在這個區域,較好的PVC物料擠出塑化質量,從狀態上仍保持PVC大分子粘流態,從聚集態結構看,是PVC一級粒子與少量初級粒子共同組成的結晶體,這部分初級粒子可以提高最終材料的強度、韌性。當含有這種結晶體材料被擠出、冷卻后,在外力的作用下,初級粒子能夠阻礙一級粒子的運動,達到強度的提高;又由于初級粒子表面積大,在受到沖擊時可以吸收部分沖擊能,提高韌性。
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