Utvärderingssystem för ensträckt extrudersanpassningsförmåga till olika material (PP/PS/PE/PLA)

I. Introduktion: Materialbehandlingsutmaningar i extrudering med en enda skruv

De Enkelskruv plastplåt extrudering termoformning machin E, som kärnutrustning för polymermaterialbehandling, bestämmer dess anpassningsförmåga till olika polymerer direkt produktkvalitet och produktionseffektivitet. Pp (polypropen), Pse (polystyren), Pe (polyeten) och Pla (polylaktinsyra) uppvisar distinkta reologiska beteenden och termiska stabilitetskrav under extrudering på grund av deras signifikanta skillnader i molekylstruktur och fysikaliska egenskaper. Utvärdering av bearbetningsanpassningsförmågan hos enstaka extruder kräver konstruktion av ett vetenskapligt utvärderingssystem från fyra dimensioner: Material karakteristisk analys, utrustningsstrukturmatchning, processparameterkoordination och produktkvalitetskorrelation.

Ii. Grundläggande korrelation mellan materialegenskaper och extruderingsbehandling

(A) Intrinsiska egenskaper skillnader i polymermaterial

(B) Kärna effekter av materialegenskaper vid extruderingsprocess

• PP : Den höga kristallisationshastigheten leder till en stor krympningshastighet när smältan kyls och uppmärksamheten bör ägnas åt skruvkomprimeringsförhållandet och temperaturgradientkontrollen av kyl- och formningssektionen; Skjuvtunnande egenskaper kräver koordinerad justering av skruvhastigheten och baktrycket för att undvika smältbrott.
• PS : Den styva molekylkedjan gör smältelasticitet framträdande, benägen att smälta fraktur under extrudering, vilket kräver optimering av skruvblandningsstrukturen för att minska elastisk energilagring; Dålig termisk stabilitet kräver temperaturkontrollnoggrannhet inom ± 2 ° C.
• PE : Smält med låg viskositet är benägen att läckera flöde, vilket kräver en ökning av skruvlängdsförhållandet (L/D ≥28) för att förlänga uppehållstiden och säkerställa enhetlig mjukgöring; Skillnaden i smältområdet mellan HDPE och LDPE kräver matchning av olika skruvspårdjupkonstruktioner.
• PLA : Stark hygroskopicitet (vatteninnehåll måste vara <0,02%), vilket kräver företorkning av behandlingen; Låg smältstyrka och känslig för skjuvning, extrudering bör undvika hög rotationshastighet (rekommenderas <100 rpm) och använd ett lågt kompressionsförhållande (1,8-2,2) skruv för att minska skjuvvärmen.

Iii. Utvärderingsindikatorer för anpassningsförmåga för utrustningstruktur till material

(A) Matchning av skruvgeometriska parametrar

1. Längd-diameterförhållande (L/D)

   • PP/PE-behandling kräver L/D = 25-30; Otillräcklig L/D kommer att leda till otillräcklig mjukgöring av kristallina polymerer, vilket orsakar kristallpunkter i produkter;
   • PLA-behandling är lämplig för L/D = 20-24; En alltför lång skruv kommer att öka smältens uppehållstid och förvärra termo-oxidativ nedbrytning.

2. Komprimeringsförhållande

   • PP (kompressionsförhållande 2.5-3.0): Högt kompressionsförhållande främjar kristalliseringsstruktur regularisering och minskar toleransen av plåttjocklek;
   • PS (kompressionsförhållande 1,8-2.2): Lågt kompressionsförhållande minskar smältelastisk ackumulering och hämmar extruderingsv,;
   • PLA (kompressionsförhållande 1.8-2.0): Undvik överdrivet kompressionsförhållande som orsakar lokal överhettning, i kombination med en gradientskruvstruktur (skruvspårdjupet minskar linjärt från utfodringssektionen till homogeniseringen).

3. Blandningselementdesign

   • För lågviskositetsegenskaper för PE kan blandningsstift av barriärstyp ställas in i skruvhomogeniserande sektionen för att förbättra smälta rivning och distribuerande blandning;
   • PS/PLA-bearbetning kräver skjuvfria eller lågskjuvande blandningsstrukturer (såsom DIS-skruvelement) för att förhindra molekylkedjefraktur.

(B) Anpassningsförmåga hos formning av formning och hjälpmaskiner

• Die Flow Channel Design :
  PP-plåt extrudering är lämpligt för fisk-svansdies (expansionsvinkel 30 ° -45 °) för att minska smältuppgångstiden i flödeskanalen; PLA kräver strömlinjeformad dödvinkelfria matriser (ytråhet RA <0,2 um) för att undvika smältstickning och nedbrytning.
• Kyl- och formningssystem :
  PE-ark kräver släckningsrullar (temperatur 30-50 ° C) för att hämma överdriven kristalltillväxt; PLA kräver kylning av medelstora temperatur (60-80 ° C) för att förhindra inre stresssprickor orsakade av snabb kylning.

Iv. Utvärderingsmetoder för processparametersamarbetsoptimering

(A) Temperaturkontrollstrategier

1. Tre-zonens temperaturpartitionsprincip
   • Matningssektion: PP/PE måste bibehålla fatens temperatur 10-20 ° C lägre än smältpunkten (t.ex. PP-utfodring av avsnitt 150 ° C) för att förhindra att materialet fastnar vid väggen; PLA -utfodringssektionen måste levereras med torr luft (daggpunkt <-40 ° C) för att undvika infiltration av fukt.
   • Komprimeringsavsnitt: PS-kompressionssektionstemperaturen måste kontrolleras vid 200-220 ° C; Överskridande 240 ° C kommer att orsaka bensenringoxidation och gulning; PLA -komprimeringssektionen Temperatur övre gränsen är 175 ° C och en tvingad luftkylanordning krävs.
   • Homogeniserande avsnitt: PE-homogeniserande sektionstemperatur måste vara 20-30 ° C högre än smältpunkten (t.ex. HDPE-homogeniserande avsnitt 150-160 ° C) för att säkerställa smältfluiditet; Den PP-homogeniserande sektionstemperaturen är 180-190 ° C, balansering av plastisering och energiförbrukning.

(B) Reglering av tryck och rotationshastighet

• Ryggtrycksinställning :
  PP-strängsprutning är 0,5-1,0MPa för att förbättra smältkompaktiteten och minska arkbubblorna; PLA -ryggtryck ≤0,3MPa för att undvika plötslig ökning av smältviskositeten orsakad av högt tryck.
• Skruvrotationshastighet :
  PE (låg densitet) kan anta hög rotationshastighet (150-200 rpm) för att öka utgången; PLA-rotationshastighet måste vara <80 rpm, i kombination med en låghastighets hög vridmotor (vridmomentfluktuation ≤5%).

© Spänning och stretchförhållande kontroll

• PP-arkspänningsförhållandet 1.2-1.5, sträckningsförhållande 2-3, som behöver matcha en synkron hastighetsreglerande spänningsmaskin;
• PLA-arkspänningsförhållandet ≤ 1,2 för att undvika smältfraktur orsakad av högspänningshastighet, och spänningsrulltemperaturen måste hållas vid 50-60 ° C för att förbättra smältstyrkan.

V. Korrelationsbedömning mellan produktkvalitet och bearbetning av anpassningsbarhet

(A) Nyckelprestationstestindikatorer

1. Fysikaliska egenskaper

   • Tjocklekens enhetlighet: PP/PE -plåttolerans måste vara ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (begränsad av smältstyrka);
   • Mekaniska egenskaper: PS -ark draghållfasthet måste vara ≥40MPa, förlängning vid paus ≥2%; Om skjuvningen är överdriven under extrudering kommer förlängning vid pausen att sjunka till under 1%.

2. Mikrostruktur

   • PP-plåtkristallinitet bör kontrolleras till 55%-65%; För högt kommer att leda till ökad ark sprödhet;
   • Den molekylära kedjorienteringsgraden för PLA -ark måste vara <15%, som kan utvärderas genom att observera tvåvärden med ett polariserande mikroskop.

(B) Typiska defekter och anpassningsförmåga för anpassningsbarhet

• Smältfraktur (vanligt i PS/PLA) :
  Orsaken kan vara för hög skruvskjuvningshastighet (PS-skjuvningshastighet> 1000S⁻) eller för stor inloppsvinkel, vilket kräver att du reducerar rotationshastigheten och optimerar sektionsvinkeln för konvergens till 15 ° -20 °.
• Arkgulning (vanligt i PS/PLA) :
  Indikerar förekomst av termisk nedbrytning och behöver kontrollera om den homogeniserande sektionstemperaturen överskrider PS -övre gränsen på 240 ° C eller om det finns ett lokalt överhettningsområde i PLA -fatet (såsom termoelementfel).

Vi. Utökad utvärdering av anpassningsbarhet för hållbar bearbetning

För biobaserade material som PLA, utöver traditionella bearbetningsindikatorer, bör uppmärksamhet också ägnas åt:

• Energieffektivitet : PLA-extrusion Energikonsumtion är ungefär 1,3-1,5 gånger den för PP, vilket kräver utvärdering av matchningen mellan skruvvärmeeffekten och kyleffektiviteten (rekommenderad värmekraftdensitet ≤0,3 kW/kg · h);
• Ren produktion : Restmaterial i utrustning efter PLA-bearbetning måste rengöras med speciella rengöringsmedel (såsom isopropylalkohol) för att undvika korskontaminering med andra material, utvärdera demontering av skruven (såsom snabbfrisättning av flänsstruktur).

Vii. Konstruera en multidimensionell utvärderingsmodell

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 Lågtemperatur låg-back-tryckstrategi för PS), i kombination med realtidsövervakning av produktmikrostruktur och fysiska egenskaper. För nya material (såsom PLA) bör hållbara behandlingsindikatorer också införlivas i utvärderingsramen, vilket främjar utrustning som uppgraderar från ”en-materiell anpassning” till ”Multimaterial Compatibility Green Production”. Upprättandet av detta utvärderingssystem ger inte bara teoretiskt stöd för optiering av extruderingsprocesser utan erbjuder också teknisk grund för modulär utformning av extrusionsutrustning för enskruv.