Vyhodnocovací systém přizpůsobivosti extrudéru s jedním šroubem na různé materiály (PP/PS/PE/PLA)

I. Úvod: Výzvy zpracování materiálu při vytlačování jednoho šroubu

The Jednoho šroubového plastového listu Thermoformming Machin E, protože základní zařízení pro zpracování polymerního materiálu, jeho přizpůsobivost různým polymerům přímo určuje kvalitu a účinnost produkce produktu. Pp (polypropylen), Ps (polystyren), PE (polyethylen) a Pla (kyselina polylaktická) vykazují odlišné reologické chování a požadavky na tepelnou stabilitu během extruze kvůli jejich významným rozdílům v molekulární struktuře a fyzikálních vlastnostech. Vyhodnocení adaptability zpracování extrudérů s jedním šroubem vyžaduje konstrukci vědeckého systému hodnocení ze čtyř dimenzí: analýza charakteristiky materiálu, porovnávání struktury zařízení, koordinace parametrů procesu a korelace kvality produktu.

Ii. Základní korelace mezi vlastnostmi materiálu a zpracováním vytlačování

(A) Vnitřní vlastnické rozdíly v polymerních materiálech

B) Základní dopady vlastností materiálu na proces vytlačování

• PP : Vysoká rychlost krystalizace vede k velké rychlosti smrštění, když je tavenina ochlazena, a pozornost by měla být věnována poměru kompresního šroubu a kontrole teplotního gradientu v sekci chlazení a tvarování; Charakteristiky smykového ztenčení vyžadují koordinované nastavení rychlosti šroubu a zadního tlaku, aby se zabránilo roztavení.
• PS : Písný molekulární řetězec způsobuje, že elasticita taveniny je výrazná, náchylná k roztavení zlomeniny během vytlačování, což vyžaduje optimalizaci struktury míchání šroubu, aby se snížilo skladování elastické energie; Špatná tepelná stabilita vyžaduje přesnost kontroly teploty v rámci ± 2 ° C.
• PE : Melt s nízkou viscozitou je náchylný k únikovému průtoku, což vyžaduje zvýšení poměru délky průměru šroubu (L/D ≥ 28) pro prodloužení doby pobytu a zajištění rovnoměrné plastializace; Rozdíl v rozsahu tání mezi HDPE a LDPE vyžaduje přizpůsobení různých návrhů hloubky drážky šroubové drážky.
• PLA : Silná hygroskopita (obsah vody musí být <0,02%), což vyžaduje předsunující ošetření; Nízká pevnost taveniny a citlivá na střih by se vytlačování mělo zabránit vysoké rychlosti otáčení (doporučené <100 ot / min) a použít šroub s nízkým kompresním poměrem (1,8-2.2), aby se snížilo smykové teplo.

Iii. Ukazatele hodnocení přizpůsobitelnosti struktury zařízení na materiály

A) Shodnocení geometrických parametrů šroubu

1. Poměr délky průměru (L/D)

   • Zpracování PP/PE vyžaduje L/D = 25-30; Nedostatečné L/D povede k nedostatečné plastializaci krystalických polymerů, což způsobí krystalové body ve produktech;
   • Zpracování PLA je vhodné pro L/D = 20-24; Nadměrně dlouhý šroub zvýší dobu pobytu a zhoršuje termo-oxidační degradaci.

2. Kompresní poměr

   • PP (kompresní poměr 2.5-3.0): Vysoký kompresní poměr podporuje regularizaci struktury krystalizace a snižuje toleranci tloušťky listu;
   • PS (kompresní poměr 1,8-2.2): Nízký kompresní poměr snižuje elastickou akumulaci taveniny a inhibuje extruze bobtnání;
   • PLA (kompresní poměr 1.8-2.0): Vyhněte se nadměrnému kompresnímu poměru, který způsobuje místní přehřátí, kombinovaný s strukturou gradientu šroubu (hloubka drážky šroubové drážky lineárně klesá z krmné sekce do homogenizační sekce).

3. Návrh míchání prvků

   • Pro charakteristiky nízké viscozity PE lze v sekci homogenizační sekce šroubu nastavit pro míchací kolíky bariéra, aby se zvýšila roztržení a distribuční míchání;
   • Zpracování PS/PLA vyžaduje struktury míchání bez smyku nebo s nízkým střihem (jako jsou prvky dis šroubu), aby se zabránilo zlomenině molekulárního řetězce.

(B) Adaptabilita formovacích zemí a pomocných strojů

• Návrh kanálu Flow Channel :
  Protažení pp listů je vhodné pro zemřít ryby (úhel expanze 30 ° -45 °), aby se zkrátil dobu pobytu taveniny v průtokovém kanálu; PLA vyžaduje zefektivnění zemřít bez úhlu (drsnost povrchu RA <0,2 μm), aby se zabránilo roztavení a degradaci.
• Systém chlazení a tvarování :
  Listy PE vyžadují, aby se zhášející role (teplota 30-50 ° C) inhibovala nadměrný růst krystalů; PLA vyžaduje chlazení střední teploty (60-80 ° C), aby se zabránilo prasknutí vnitřního napětí způsobeného rychlým chlazením.

IV. Metody hodnocení pro optimalizaci kolaborativního parametru procesu

A) Strategie řízení teploty

1. Princip rozdělení na tří zóny
   • Oddíl krmení: PP/PE musí udržovat teplotu hlaveň o 10-20 ° C nižší než bod tání (např. PP krmení oddílu 150 ° C), aby se zabránilo přilepení materiálu na zeď; Část krmení PLA musí být dodávána suchým vzduchem (rosný bod <-40 ° C), aby se zabránilo infiltraci vlhkosti.
   • Kompresní část: Kompresní sekce PS je třeba řídit při 200-220 ° C; Přesahující 240 ° C způsobí oxidaci benzenu a žloutnutí; Horní limit teploty kompresního řezu PLA je 175 ° C a je nutné nucené vzduchové chladicí zařízení.
   • Homogenizační řez: Teplota homogenizace PE musí být o 20-30 ° C vyšší než bod tání (např. HDPE homogenizační oddíl 150-160 ° C), aby se zajistila plynulost roztavení; Teplota homogenizační řezy PP je 180-190 ° C, vyrovnávání plastizace a spotřeby energie.

(B) Regulace rychlosti tlaku a otáčení

• Nastavení tlaku :
  PP Extruzní tlak je 0,5-1,0MPA pro zlepšení roztavení kompaktnosti a snížení bublin listů; Tlak PLA zpětný tlak ≤ 0,3MPa, aby se zabránilo náhlému zvýšení viskozity taveniny způsobené vysokým tlakem.
• Rychlost otáčení šroubu :
  PE (nízká hustota) může přijmout vysokou rychlost otáčení (150-200 ot / min) pro zvýšení výkonu; Rychlost rotace PLA musí být <80 ot / min, kombinována s nízkorychlostním vysokým torským motorem (kolísání točivého momentu ≤ 5%).

© Řízení poměru napětí a protahování

• Poměr napětí PP listu 1,2-1.5, poměr protahování 2-3, potřebující odpovídající synchronním napěťovým strojem regulační rychlostí;
• Poměr napětí PLA napětí ≤1,2, aby se zabránilo zlomenině taveniny způsobené vysokou rychlostí napětí a teplotu napětí je třeba udržovat při 50-60 ° C, aby se zlepšila pevnost taveniny.

V. Hodnocení korelace mezi kvalitou produktu a přizpůsobivostí zpracování

A) Indikátory testování výkonu klíčových

1. Fyzikální vlastnosti

   • Uniformita tloušťky: tolerance listu PP/PE musí být ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (omezeno pevností taveniny);
   • Mechanické vlastnosti: pevnost v tahu PS musí být ≥ 40MPa, prodloužení při přestávce ≥2%; Pokud je střih během vytlačování nadměrný, prodloužení při přestávce klesne pod 1%.

2. Mikrostruktura

   • PP krystalinita listu by měla být řízena na 55%-65%; Příliš vysoká povede ke zvýšené křehkosti listu;
   • Stupeň orientace molekulárního řetězce PLA listů musí být <15%, což lze vyhodnotit pozorováním jevů birefringence s polarizačním mikroskopem.

(B) Typická korelace vady a přizpůsobivosti zařízení

• Zlomenina taveniny (běžná v PS/PLA) :
  Příčinou může být příliš vysoká rychlost střihu šroubu (rychlost smyku PS> 1000S⁻) nebo příliš velký vstupní úhel, což vyžaduje snížení rychlosti otáčení a optimalizaci úhlu úhlu konvergence konvergence na 15 ° -20 °.
• Žutání listu (běžné v PS/PLA) :
  Označuje výskyt tepelné degradace a potřebuje zkontrolovat, zda teplota homogenizační řezy přesahuje horní hranici PS 240 ° C nebo zda existuje lokální přehřátí v hlaveň PLA (jako je selhání termočlánku).

Vi. Prodloužené hodnocení přizpůsobitelnosti udržitelného zpracování

U biobitovaných materiálů, jako je PLA, by kromě tradičních ukazatelů zpracování měla být věnována také pozornost:

• Energetická účinnost : Spotřeba energetiky PLA je asi 1,3-1,5krát vyšší než u PP, což vyžaduje vyhodnocení porovnávání mezi výkonem topení šroubu a účinností chlazení (doporučená hustota výkonu zahřívání ≤ 0,3 kw/kg · h);
• Čistá produkce : Zbytkové materiály v zařízení po zpracování PLA je třeba vyčistit pomocí speciálních čisticích prostředků (jako je isopropylalkohol), aby se zabránilo křížové kontaminaci s jinými materiály, což vyhodnocovalo pohodlí demontáže šroubu (jako je například struktura příruby rychlého vydání).

Vii. Konstrukce vícerozměrného modelu hodnocení přizpůsobivosti

The evaluation of single-screw extruder adaptability to PP/PS/PE/PLA needs to take the logical chain of “material characteristics-equipment structure-process parameters-product quality” as the core, form a closed-loop evaluation system through customized screw geometric parameters (such as high compression ratio for PP, low-shear mixing section for PLA), collaborative optimization of temperature-pressure-rotation speed (such as Nízkoteplotní strategie tlaku pro PS), kombinovaná s monitorováním mikrostruktury a fyzikálních vlastností produktu v reálném čase. U nových materiálů (jako je PLA) by měly být také začleněny ukazatele udržitelného zpracování do hodnotícího rámce, což by mělo být podporováno modernizací zařízení z „jednorázové přizpůsobení“ na „multi-materiální kompatibilitu zelená produkce“. Zřízení tohoto systému hodnocení nejen poskytuje teoretickou podporu pro optimalizaci procesu vytlačování listů, ale také nabízí technický základ pro modulární návrh extruzního zařízení s jedním šroubem.