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物料雙螺桿擠出機塑化機理

2021-05-18 14:26:00

根據(jù)物料在雙螺桿擠出機中的塑化歷程，將螺桿分為三個區(qū)域固體輸送區(qū)、熔融區(qū)、熔體輸送(擠出)區(qū)。固體輸送區(qū)塑化機理在機筒中，把固體聚合物(PVC)及其助劑的流動、預(yù)熱、壓實區(qū)域定義為固體輸送區(qū)。首先，料斗內(nèi)固體聚合物粒子向機筒內(nèi)流動是靠重力實現(xiàn)的，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動，粒子向機頭方向推進的同時，料斗內(nèi)粒子不斷流動。在固體輸送區(qū)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(tài)中充分接觸、擴散、滲透。在這個區(qū)域內(nèi)，由于螺桿的螺距、螺棱寬度等發(fā)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(nèi)，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(zhuǎn)、"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(nèi)的流動，過程反復(fù)進行。在這個區(qū)域，較好的PVC物料擠出塑化質(zhì)量，從狀態(tài)上看是PVC由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為高彈態(tài)；從聚集態(tài)結(jié)構(gòu)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(wěn)定的運轉(zhuǎn)，料斗內(nèi)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(wěn)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(zhuǎn)狀況，導(dǎo)致PVC物料擠出塑化質(zhì)量的惡化。熔融區(qū)塑化機理在機筒中，把固體聚合物和熔體共存區(qū)域定義為熔融區(qū)或相變區(qū)。該區(qū)為C2、C3加熱區(qū)。熔融區(qū)是擠出機的主要部分，特別是溫度的設(shè)定(機筒C2區(qū)、C3區(qū)、螺桿芯部)及螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)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(zhì)量有重要影響。當(dāng)PVC物料達到熔融區(qū)時，由于螺桿的螺距、螺棱寬度等發(fā)生變化，PVC物料顆粒在被擠壓致密的同時，已經(jīng)產(chǎn)生了相當(dāng)大的壓力，這些壓力與周圍熱介質(zhì)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(tài)與一部分PVC玻璃態(tài)、少量的PVC粘流態(tài)組成的混合狀態(tài)。固體床具有螺旋形螺槽的形狀并且在螺槽內(nèi)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(nèi)便產(chǎn)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(dāng)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(dāng)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(tài)向前輸送。在這個區(qū)域，較好PVC物料擠出塑化質(zhì)量，從狀態(tài)上看，PVC由高彈態(tài)轉(zhuǎn)化為粘流態(tài)；從聚集態(tài)結(jié)構(gòu)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(xué)的結(jié)合。在熔融區(qū)，提高PVC物料擠出塑化質(zhì)量的因素有增加螺桿轉(zhuǎn)速。提高熔融區(qū)機筒設(shè)定溫度。合適的螺桿與機筒間隙。對于特定的PVC異型材生產(chǎn)配方，應(yīng)該有一組最佳的熔融區(qū)機筒溫度。熔體輸送區(qū)塑化機理在機筒中，把固體聚合物完全轉(zhuǎn)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(qū)(機筒C4加熱區(qū))。在這個區(qū)域內(nèi)，熔融大分子在剪切作用下與各種助劑進一步反應(yīng)、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(chǎn)品的密實度。在這個區(qū)域，較好的PVC物料擠出塑化質(zhì)量，從狀態(tài)上仍保持PVC大分子粘流態(tài)，從聚集態(tài)結(jié)構(gòu)看，是PVC一級粒子與少量初級粒子共同組成的結(jié)晶體，這部分初級粒子可以提高最終材料的強度、韌性。當(dāng)含有這種結(jié)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?jīng)_擊時可以吸收部分沖擊能，提高韌性。

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