Evalueringssystem for en-skrue ekstrudertilpasningsevne til forskellige materialer (PP/PS/PE/PLA)

I. Introduktion: Materialebehandlingsudfordringer i ekstrudering med enkelt skrue

De Enkelt skrue plastikarkekstrudering termoformingsmaskin E, som kerneudstyr til behandling af polymermateriale, bestemmer dets tilpasningsevne til forskellige polymerer direkte produktkvalitet og produktionseffektivitet. Pp (polypropylen), PS (polystyren), Pe (polyethylen) og PLA (polylaktinsyre) udviser forskellige rheologiske opførsler og termiske stabilitetskrav under ekstrudering på grund af deres signifikante forskelle i molekylstruktur og fysiske egenskaber. Evaluering af behandlingsadaptabiliteten af ekstrudere med enkelt skruer kræver konstruktion af et videnskabeligt evalueringssystem fra fire dimensioner: materiel karakteristisk analyse, udstyrsstruktur matchning, procesparameterkoordination og produktkvalitetskorrelation.

Ii. Grundlæggende sammenhæng mellem materielle egenskaber og ekstruderingsbehandling

(A) Forskelle i intrinsiske egenskaber i polymermaterialer

(B) Kernepåvirkninger af materielle egenskaber på ekstruderingsprocessen

• PP : Den høje krystallisationshastighed fører til en stor krympningshastighed, når smelten afkøles, og opmærksomheden skal rettes mod skruekomprimeringsforholdet og temperaturgradientkontrollen af afkølings- og formningsafsnittet; Forskydningstyndingskarakteristika kræver den koordinerede justering af skruehastigheden og rygtrykket for at undgå smeltbrud.
• PS : Den stive molekylære kæde gør smelteelasticitet fremtrædende, tilbøjelig til at smelte brud under ekstrudering, hvilket kræver optimering af skrueblandingsafdelingsstrukturen for at reducere elastisk energilagring; Dårlig termisk stabilitet kræver temperaturkontrolnøjagtighed inden for ± 2 ° C.
• PE : Smeltet med lav viskositet er tilbøjelig til at lækage strømning, hvilket kræver en stigning i forholdet mellem skruelængde (L/D ≥28) for at udvide opholdstiden og sikre ensartet plastificering; Forskellen i smelteområdet mellem HDPE og LDPE kræver at matche forskellige skruesporedybde -design.
• PLA : Stærk hygroskopicitet (vandindhold skal være <0,02%), hvilket kræver behandling før tørring; Lav smeltestyrke og følsom over for forskydning, ekstrudering bør undgå høj rotationshastighed (anbefalet <100 rpm) og bruge et lavt kompressionsforhold (1,8-2,2) skrue for at reducere forskydningsvarmen.

III. Evalueringsindikatorer for udstyrsstrukturens tilpasningsevne til materialer

(A) Matchning af skrugeometriske parametre

1. Længde-diameterforhold (L/D)

   • PP/PE-behandling kræver L/D = 25-30; Utilstrækkelig L/D vil føre til utilstrækkelig plastisering af krystallinske polymerer, hvilket forårsager krystalpunkter i produkter;
   • PLA-behandling er velegnet til L/D = 20-24; En overdreven lang skrue øger smelteopholdstiden og forværrer termo-oxidativ nedbrydning.

2. Komprimeringsforhold

   • PP (komprimeringsforhold 2.5-3.0): Høj komprimeringsforhold fremmer krystallisationsstruktur regularisering og reducerer tykkelsestolerancen;
   • PS (komprimeringsforhold 1,8-2,2): Lav komprimeringsforhold reducerer smelte elastisk akkumulering og hæmmer ekstrudering af ekstrudering;
   • PLA (komprimeringsforhold 1,8-2,0): Undgå overdreven komprimeringsforhold, der forårsager lokal overophedning, kombineret med en gradientskruestruktur (skruespordybde falder lineært fra fodringsafsnittet til homogeniseringsafsnittet).

3. Blanding af elementdesign

   • For de lavviskositetsegenskaber ved PE kan blanding af barriere-type indstilles i skruehomogeniseringsafsnittet for at forbedre smeltetrivning og distribuerende blanding;
   • PS/PLA-behandling kræver forskydningsfri eller lav forskydningsblandingsstrukturer (såsom DIS-skrueelementer) for at forhindre brud på molekylkæde.

(B) Tilpasningsevne af støbningsdiser og hjælpemaskiner

• Die Flow Channel Design :
  PP-arkekstrudering er velegnet til fiskehale-dør (ekspansionsvinkel 30 ° -45 °) for at reducere smelteopholdstid i strømningskanalen; PLA kræver strømlinet dødvinklet fri dies (overflade ruhed RA <0,2 μm) for at undgå smeltestikling og nedbrydning.
• Afkøling og formningssystem :
  PE-ark kræver slukningsruller (temperatur 30-50 ° C) for at hæmme overdreven krystalvækst; PLA kræver afkøling af medium-temperatur (60-80 ° C) for at forhindre intern stresskrakning forårsaget af hurtig køling.

Iv. Evalueringsmetoder til procesparameter Samarbejdsoptimering Optimering

(A) Strategier for temperaturstyring

1. Tre-zonetemperaturpartitionsprincip
   • Fodringsafsnit: PP/PE er nødt til at opretholde tøndentemperaturen 10-20 ° C lavere end smeltepunktet (f.eks. PP-fodring Afsnit 150 ° C) for at forhindre materiale, der klæber til væggen; PLA -fodringsafsnittet skal leveres med tør luft (dugpunkt <-40 ° C) for at undgå fugtinfiltration.
   • Komprimeringssektion: PS-komprimeringssektionstemperaturen skal kontrolleres ved 200-220 ° C; over 240 ° C vil forårsage benzenringoxidation og gulning; PLA -komprimeringsafsnitstemperaturens øvre grænse er 175 ° C, og der kræves en tvungen luftkølingsanordning.
   • Homogeniseringsafsnit: PE-homogeniseringsafsnitstemperaturen skal være 20-30 ° C højere end smeltepunktet (f.eks. HDPE-homogenisering af afsnit 150-160 ° C) for at sikre smeltefluiditet; PP-homogeniserende sektionstemperatur er 180-190 ° C, der afbalancerer plastificering og energiforbrug.

(B) Tryk- og rotationshastighedsregulering

• Indstilling af rygtryk :
  PP-ekstruderingsbagtryk er 0,5-1,0MPa for at forbedre smeltekompaktiteten og reducere pladebobler; PLA -rygtryk ≤0,3MPa for at undgå pludselig stigning i smelteviskositet forårsaget af højt tryk.
• Skrue rotationshastighed :
  PE (lav densitet) kan vedtage høj rotationshastighed (150-200 o / min) for at øge output; PLA-rotationshastighed skal <80 o / min kombineret med en lavhastighedshøjt-drejningsmoment (drejningsmomentsvingning ≤5%).

© Spændings- og strækningsforholdskontrol

• PP-arkspændingsforhold 1,2-1,5, strækningsforhold 2-3, der skal matche en synkron hastighedsregulerende spændingsmaskine;
• PLA-arkspændingsforhold ≤1,2 for at undgå smeltefraktur forårsaget af høj spændingshastighed, og spændingsrulletemperaturen skal opretholdes ved 50-60 ° C for at forbedre smeltestyrken.

V. Korrelationsevaluering mellem produktkvalitet og behandling af tilpasningsevne

(A) Indikatorer for nøglepræstationstest

1. Fysiske egenskaber

   • Tykkelse ensartethed: PP/PE -pladetolerance skal være ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (begrænset af smeltestyrke);
   • Mekaniske egenskaber: PS -arktrækstyrke skal være ≥40MPa, forlængelse ved brud ≥2%; Hvis forskydning er overdreven under ekstrudering, falder forlængelsen ved pause til under 1%.

2. Mikrostruktur

   • PP-arkkrystallinitet skal kontrolleres med 55%-65%; For høj vil føre til øget arkurhed;
   • Den molekylære kædeorientering grad af PLA -ark skal <15%, hvilket kan evalueres ved at observere birefringence -fænomener med et polariserende mikroskop.

(B) Typiske defekter og udstyr til tilpasningsevne

• Smelt brud (almindelig i PS/PLA) :
  Årsagen kan være for høj skrueforskydningshastighed (PS-forskydningshastighed> 1000s⁻¹) eller for stor dørindgangsvinkel, hvilket kræver reducering af rotationshastighed og optimering af dykonvergensafsnittet til 15 ° -20 °.
• Arkgulning (almindelig i PS/PLA) :
  Angiver forekomst af termisk nedbrydning, der skal kontrolleres, om den homogeniserende sektionstemperatur overstiger PS -øvre grænse på 240 ° C, eller om der er et lokalt overophedningsområde i PLA -tønden (såsom termoelementfejl).

Vi. Udvidet evaluering af bæredygtig behandlingstilpasningsevne

For biobaserede materialer som PLA bør der ud over traditionelle behandlingsindikatorer også være opmærksom på:

• Energieffektivitet : PLA-ekstruderingsenergiforbrug er ca. 1,3-1,5 gange PP, der kræver evaluering af matchningen mellem skrueopvarmningseffekt og køleeffektivitet (anbefalet opvarmningseffekttæthed ≤0,3 kW/kg · H);
• Ren produktion : Restmaterialer i udstyr efter PLA-behandling skal rengøres med specielle rengøringsmidler (såsom isopropylalkohol) for at undgå krydskontaminering med andre materialer, idet man evaluerer skruens demontering (såsom hurtigrelysningsstruktur).

Vii. Konstruktion af en multidimensionel evaluering af tilpasningsevne

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 (såsom lavtemperatur med lav rygtrykstrategi for PS) kombineret med realtidsovervågning af produktmikrostruktur og fysiske egenskaber. For nye materialer (såsom PLA) bør bæredygtige behandlingsindikatorer også indarbejdes i evalueringsrammen, hvilket fremmer opgradering af udstyr fra "enkeltmaterialet tilpasning" til "multimaterialet kompatibilitetsgrøn produktion". Oprettelsen af dette evalueringssystem yder ikke kun teoretisk støtte til optimering af arkekstruderingsprocesser, men tilbyder også teknisk grundlag for modulært design af ekstruderingsudstyr med enkelt skrue.