在塑料的擠出過程中,物料聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變以及決定物料流動的粘度都取決于溫度,因此,溫度是塑料擠出工藝中重要的工藝參數(shù)。
由于溫度影響著塑料的熔融過程和熔體的流動性,因此擠出溫度就和擠出工藝制品的質(zhì)量有著密切的關(guān)系。有研究指出,低溫擠出有以下優(yōu)點(diǎn):保持?jǐn)D出塑料層的形狀比較容易;由于擠包層中熱能較小,縮短了冷卻時間;此外溫度低還會減少塑料降解,這對聚氯乙稀是很重要的。但擠出溫度過低,會使擠包層失去光澤,并出現(xiàn)波紋、不規(guī)則破裂等現(xiàn)象;另外溫度低,塑料熔融區(qū)延長,從均化段出來的熔體中仍夾雜有固態(tài)物料,這些未熔物料和熔體一起成型于制品上,其影響是不言而喻的。溫度對產(chǎn)品的物理性能影響是復(fù)雜的,電纜乙烯類塑料J緣層抗張強(qiáng)度與擠出溫度有關(guān),對應(yīng)于大抗張強(qiáng)度有一佳擠出溫度。提高低密度聚乙烯護(hù)套的擠出溫度,能提高抗應(yīng)力開裂強(qiáng)度。但也應(yīng)當(dāng)指出,擠出溫度過高,易使塑料焦燒,或出現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象;另外溫度高擠包層的形狀穩(wěn)定性差,收縮率增加,甚至?xí)饠D出塑料層變色和出現(xiàn)氣泡等。
擠出物料的熱量來自機(jī)筒加熱和螺桿旋轉(zhuǎn)剪切的粘性耗散和摩擦。前者在運(yùn)行初期是很重要的,后者在運(yùn)行穩(wěn)定后是主要的。升高機(jī)筒溫度很自然的會增加從機(jī)筒到塑料的熱交換。在擠出穩(wěn)定運(yùn)行后,螺桿旋轉(zhuǎn)剪切變形的粘性耗散和摩擦熱量,常常會使塑料達(dá)到或超過所需溫度。此時機(jī)內(nèi)控制系統(tǒng)切斷加溫電源,擠出機(jī)進(jìn)入“自然擠出”過程,并應(yīng)視情況對機(jī)筒和螺桿進(jìn)行冷卻。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)指出,冷卻螺桿還有助于改善擠出質(zhì)量,但同時也降低了擠出流率。改善質(zhì)量是由于冷卻使螺桿均化段的有效槽深減少,增強(qiáng)了剪切作用。擠出過程中溫度不是孤立的,在流率不變,螺桿轉(zhuǎn)數(shù)不變時,增加擠出溫度會使擠出壓力降低。在低流率下,溫度對壓力的影響是很明顯的,但影響會隨流率的增加而逐漸減少。擠出溫度增加,還使所需螺桿的功率也降低了。
由于塑料品種的不同,甚至同種塑料(如聚乙烯)由于其結(jié)構(gòu)組成的不同,其擠出溫度控制不盡相同。如下表,列出了電線電纜生產(chǎn)中幾種塑料的擠出溫度,應(yīng)指出表中操作溫度的比較,只有對同一設(shè)備才有意義。設(shè)備不同,機(jī)筒壁厚薄不一樣,測溫點(diǎn)的深淺不一樣,而且測溫僅是測機(jī)筒和機(jī)頭的溫度,與物料的實(shí)際溫度也不一樣,應(yīng)隨時觀察擠出過程中塑料的塑化質(zhì)量,并調(diào)節(jié)溫控,所以表中所示的擠出溫度僅供參考。
塑料擠出溫度
塑料品種
加料段
熔融段
均化段
機(jī)脖
機(jī)頭
模口
聚氯乙稀
130~140℃
150~170℃
175~180℃
170~180℃
170~175℃
170~180℃
聚氯乙稀
150~160℃
160~170℃
175~185℃
175~180℃
170~175℃
170~180℃
聚乙烯
140~150℃
180~190℃
210~220℃
210~215℃
200~190℃
200~210℃
聚乙烯
130~140℃
160~170℃
175~185℃
170~180℃
170~175℃
170~180℃
氟-46
260℃
310~320℃
380~400℃
380~400℃
350℃
250℃
加料段采用低溫,這是由加料段承擔(dān)的“任務(wù)”決定的,加料段要產(chǎn)生足夠的推力,機(jī)械剪切并攪拌混合,如溫度過度,使塑料早期熔融,不但導(dǎo)致擠出過程中的分解,而且引起“打滑”,造成擠出壓力波動,并因過早熔融,而致混合不充分,塑化不均勻,所以這一段溫度一般用低溫。
熔融段的溫度要有幅度較大的提高,這是因?yàn)樗芰显谠摱我獙?shí)現(xiàn)塑化的緣故,只有達(dá)到一定的溫度才能確保大部分組成得以塑化。
均化段的溫度高,塑料在熔融段已大部分塑化,而其中小部分高分子組成尚未開始塑化,就進(jìn)入均化段,這部分組成盡管很少,但其塑化是須實(shí)現(xiàn)的,這時其塑化的溫度往往需要更高。因此,均化段的擠出溫度有所升高是必要的,有些時候,可以維持不變,而賴以塑化時間的延續(xù),實(shí)現(xiàn)充分塑化。
機(jī)脖的溫度要保持均化段的溫度或稍有降低,這是因?yàn)樗苣z擠出篩板變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為直線運(yùn)動,而且由于篩板上的孔將塑膠熔體分散為條狀物,在進(jìn)入機(jī)頭時須在其熔融狀態(tài)下將其彼此壓實(shí),顯然溫度下降太多是不行的。
機(jī)頭承接已塑化均勻且由機(jī)脖壓實(shí)的熔體塑料,起繼續(xù)擠壓使之密實(shí)之作用,塑膠在此有固定的表層與機(jī)頭內(nèi)壁長期接觸,若溫度過高,勢必出現(xiàn)分解甚至是焦燒,特別是在機(jī)頭的死角處,因此機(jī)頭溫度一般要下降。
目前擠出機(jī)中模口采用的溫度升高、降低都有實(shí)例,一般模口溫度升高可使表面光亮,但模口溫度過高,不但會造成表層分解,更會造成成型冷卻的困難,使產(chǎn)品難于定型,易于下垂自行形變或壓扁變形。
因此,盡管各種塑料的擠出溫度的控制高低不一,但都有一個普遍的規(guī)律,即從加料段起到模口止,都有一個溫度從低-高-低的變化規(guī)律。如果擠出過程中溫度控制的不合適,塑料就會產(chǎn)生很多缺陷,影響擠出制品的質(zhì)量。
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