Sistem Penilaian Kesesuaian Extruder Single-Screw kepada Bahan yang Berbeza (PP/PS/PE/PLA)

I. PENGENALAN: Cabaran pemprosesan bahan dalam penyemperitan satu skru

The Penyemperitan Lembaran Plastik Single Screw Thermoforming Machin e, sebagai peralatan teras untuk pemprosesan bahan polimer, kebolehsuaiannya kepada polimer yang berbeza secara langsung menentukan kualiti produk dan kecekapan pengeluaran. Ms (polipropilena), Ps (polistirena), PE (polietilena), dan PLA (asid polylactic) mempamerkan tingkah laku rheologi yang berbeza dan keperluan kestabilan terma semasa penyemperitan disebabkan oleh perbezaan yang signifikan dalam struktur molekul dan sifat fizikal. Menilai kesesuaian pemprosesan extruders tunggal-skru memerlukan membina sistem penilaian saintifik dari empat dimensi: analisis ciri bahan, pencocokan struktur peralatan, koordinasi parameter proses, dan korelasi kualiti produk.

Ii. Korelasi asas antara sifat bahan dan pemprosesan penyemperitan

(A) Perbezaan harta intrinsik bahan polimer

(B) Impak teras sifat bahan pada proses penyemperitan

• PP : Kadar penghabluran yang tinggi membawa kepada kadar pengecutan besar apabila cair disejukkan, dan perhatian harus dibayar kepada nisbah mampatan skru dan kawalan kecerunan suhu bahagian penyejukan dan pembentukan; Ciri -ciri penipisan ricih memerlukan pelarasan yang diselaraskan kelajuan skru dan tekanan belakang untuk mengelakkan pecah cair.
• PS : Rantaian molekul yang tegar menjadikan keanjalan mencairkan yang menonjol, terdedah untuk mencairkan patah semasa penyemperitan, yang memerlukan pengoptimuman struktur seksyen pencampuran skru untuk mengurangkan penyimpanan tenaga elastik; Kestabilan haba yang lemah memerlukan ketepatan kawalan suhu dalam ± 2 ° C.
• PE : Cair kelikatan rendah terdedah kepada aliran kebocoran, yang memerlukan peningkatan nisbah panjang diameter skru (L/D ≥28) untuk memperluaskan masa kediaman dan memastikan plasticisasi seragam; Perbezaan dalam julat lebur antara HDPE dan LDPE memerlukan reka bentuk kedalaman alur skru yang berbeza.
• PLA : Hygroscopicity yang kuat (kandungan air perlu <0.02%), yang memerlukan rawatan pra-pengeringan; Kekuatan cair yang rendah dan sensitif terhadap ricih, penyemperitan harus mengelakkan kelajuan putaran yang tinggi (disyorkan <100rpm), dan menggunakan nisbah mampatan rendah (1.8-2.2) skru untuk mengurangkan haba ricih.

Iii. Petunjuk Penilaian Kesesuaian Struktur Peralatan ke Bahan

(A) Memadankan parameter geometri skru

1. Nisbah panjang diameter (L/D)

   • Pemprosesan PP/PE memerlukan L/D = 25-30; L/D tidak mencukupi akan menyebabkan plasticisasi polimer kristal yang tidak mencukupi, menyebabkan titik kristal dalam produk;
   • Pemprosesan PLA sesuai untuk L/D = 20-24; Skru yang berlebihan akan meningkatkan masa kediaman mencairkan dan memburukkan degradasi thermo-oksidatif.

2. Nisbah mampatan

   • PP (nisbah mampatan 2.5-3.0): Nisbah mampatan tinggi menggalakkan struktur penghabluran dan mengurangkan toleransi ketebalan lembaran;
   • PS (nisbah mampatan 1.8-2.2): Nisbah mampatan rendah mengurangkan pengumpulan elastik cair dan menghalang pembengkakan penyemperitan;
   • PLA (nisbah mampatan 1.8-2.0): Elakkan nisbah mampatan yang berlebihan menyebabkan terlalu panas tempatan, digabungkan dengan struktur skru kecerunan (kedalaman alur skru berkurangan secara linear dari bahagian pemakanan ke bahagian homogenisasi).

3. Reka bentuk elemen pencampuran

   • Untuk ciri-ciri kelikatan rendah PE, pin pencampuran jenis halangan boleh ditetapkan dalam seksyen homogenisasi skru untuk meningkatkan pencampuran yang merobek dan pengedaran;
   • Pemprosesan PS/PLA memerlukan struktur pencampuran bebas ricih atau rendah (seperti unsur skru dis) untuk mengelakkan patah rantaian molekul.

(B) Kesesuaian pencetakan mati dan mesin tambahan

• Reka bentuk saluran aliran mati :
  Penyemperitan lembaran PP sesuai untuk mati ekor ikan (sudut pengembangan 30 ° -45 °) untuk mengurangkan masa kediaman cair di saluran aliran; PLA memerlukan mati-mati yang mati-mati mati (kekasaran permukaan RA <0.2μm) untuk mengelakkan meleleh melekat dan degradasi.
• Sistem penyejukan dan membentuk :
  Lembaran PE memerlukan gulungan pelindapkejutan (suhu 30-50 ° C) untuk menghalang pertumbuhan kristal yang berlebihan; PLA memerlukan penyejukan suhu sederhana (60-80 ° C) untuk mengelakkan keretakan tekanan dalaman yang disebabkan oleh penyejukan pesat.

Iv. Kaedah Penilaian untuk Parameter Proses Pengoptimuman Kerjasama

(A) Strategi kawalan suhu

1. Prinsip Partition Suhu Tiga Zon
   • Bahagian pemakanan: PP/PE perlu mengekalkan suhu barel 10-20 ° C lebih rendah daripada titik lebur (mis., PP makan seksyen 150 ° C) untuk mencegah bahan melekat ke dinding; Bahagian pemakanan PLA perlu dibekalkan dengan udara kering (titik embun <-40 ° C) untuk mengelakkan penyusupan kelembapan.
   • Seksyen mampatan: Suhu mampatan PS perlu dikawal pada 200-220 ° C; melebihi 240 ° C akan menyebabkan pengoksidaan cincin benzena dan menguning; Bahagian mampatan PLA Had atas suhu adalah 175 ° C, dan peranti penyejukan udara terpaksa diperlukan.
   • Seksyen homogenisasi: Suhu bahagian homogenisasi PE perlu 20-30 ° C lebih tinggi daripada titik lebur (mis., HDPE homogenisasi seksyen 150-160 ° C) untuk memastikan cair cair; Suhu seksyen homogenisasi PP adalah 180-190 ° C, mengimbangi plastik dan penggunaan tenaga.

(B) Peraturan kelajuan tekanan dan putaran

• Tetapan tekanan belakang :
  Tekanan penyemperitan pp adalah 0.5-1.0mpa untuk meningkatkan kekompakan cair dan mengurangkan gelembung lembaran; Tekanan Kembali PLA ≤0.3MPa untuk mengelakkan peningkatan mendadak dalam kelikatan cair yang disebabkan oleh tekanan tinggi.
• Kelajuan putaran skru :
  PE (ketumpatan rendah) boleh menggunakan kelajuan putaran yang tinggi (150-200rpm) untuk meningkatkan output; Kelajuan putaran PLA perlu <80rpm, digabungkan dengan motor tork tinggi berkelajuan rendah (turun naik tork ≤5%).

© Kawalan Nisbah Ketegangan dan Peregangan

• Nisbah ketegangan lembaran PP 1.2-1.5, nisbah peregangan 2-3, yang perlu dipadankan dengan mesin ketegangan yang mengawal kelajuan regulasi;
• Nisbah ketegangan lembaran PLA ≤1.2 untuk mengelakkan patah cair yang disebabkan oleh kelajuan ketegangan yang tinggi, dan suhu roll ketegangan perlu dikekalkan pada 50-60 ° C untuk meningkatkan kekuatan cair.

V. Penilaian korelasi antara kualiti produk dan kebolehsuaian pemprosesan

(A) Petunjuk ujian prestasi utama

1. Sifat fizikal

   • Keseragaman ketebalan: toleransi lembaran PP/PE perlu ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (terhad oleh kekuatan cair);
   • Ciri -ciri mekanikal: Kekuatan tegangan lembaran PS perlu ≥40mpa, pemanjangan pada pemecahan ≥2%; Jika ricih berlebihan semasa penyemperitan, pemanjangan pada rehat akan turun ke bawah 1%.

2. Mikrostruktur

   • Lembaran PP Crystallinity hendaklah dikawal pada 55%-65%; Terlalu tinggi akan menyebabkan peningkatan kelembutan lembaran;
   • Tahap orientasi rantaian molekul lembaran PLA perlu <15%, yang boleh dinilai dengan mengamati fenomena birefringence dengan mikroskop polarisasi.

(B) Kecacatan dan Peralatan Korelasi Kesesuaian Tipikal

• Cair patah (biasa dalam PS/PLA) :
  Penyebabnya mungkin terlalu tinggi kadar ricih skru (kadar ricih PS> 1000S⁻¹) atau sudut masuk mati yang terlalu besar, yang memerlukan mengurangkan kelajuan putaran dan mengoptimumkan sudut seksyen konvergensi mati hingga 15 ° -20 °.
• Lembaran menguning (biasa dalam PS/PLA) :
  Menunjukkan kejadian degradasi terma, perlu memeriksa sama ada suhu seksyen homogenisasi melebihi had atas PS sebanyak 240 ° C atau sama ada terdapat kawasan terlalu panas di dalam laras PLA (seperti kegagalan termokopel).

Vi. Penilaian Lanjutan Kesesuaian Pemprosesan Mampan

Untuk bahan biobased seperti PLA, sebagai tambahan kepada petunjuk pemprosesan tradisional, perhatian juga harus dibayar kepada:

• Kecekapan tenaga : Penggunaan tenaga penyemperitan PLA adalah kira-kira 1.3-1.5 kali dari PP, yang memerlukan penilaian padanan antara kuasa pemanasan skru dan kecekapan penyejukan (ketumpatan kuasa pemanasan yang disyorkan ≤0.3kW/kg · H);
• Pengeluaran bersih : Bahan sisa dalam peralatan selepas pemprosesan PLA perlu dibersihkan dengan agen pembersihan khas (seperti isopropil alkohol) untuk mengelakkan pencemaran silang dengan bahan-bahan lain, menilai kemudahan pembongkaran skru (seperti struktur flange cepat).

VII. Membina Model Penilaian Kesesuaian Multi-Dimensi

Penilaian penyesuaian extruder tunggal ke PP/PS/PE/PE/PLA perlu mengambil rantaian logik "ciri-ciri material-ciri-persamaan-proses-proses-proses produk-produk yang tinggi untuk Paramet Parametan yang tinggi ( sebagai strategi tekanan rendah suhu rendah untuk PS), digabungkan dengan pemantauan masa nyata mikrostruktur produk dan sifat fizikal. Bagi bahan-bahan baru (seperti PLA), petunjuk pemprosesan yang mampan juga harus dimasukkan ke dalam rangka penilaian, mempromosikan peralatan menaik taraf dari "penyesuaian material tunggal" kepada "pengeluaran hijau keserasian multi-material". Penubuhan sistem penilaian ini bukan sahaja menyediakan sokongan teoritis untuk pengoptimuman proses penyemperitan lembaran tetapi juga menawarkan asas teknikal untuk reka bentuk modular peralatan penyemperitan tunggal.