合理地挤出耐高温树脂

作者:文/Frankland塑料咨询公司 Jim Frankland 文章来源:PT《现代塑料》2014年9月刊 发布时间:2014-09-19
通常,耐高温聚合物需要在比普通聚合物更高的温度下进行加工,这对挤出生产线提出了很多特殊的要求,但是很多较老的生产线无法满足,本文以此为出发点,提出了几点关于改造生产线的宝贵建议.

通常,耐高温聚合物需要在比普通聚合物更高的温度下进行加工,这对挤出生产线提出了很多特殊的要求,但是很多较老的生产线无法满足,本文以此为出发点,提出了几点关于改造生产线的宝贵建议。

一般,“耐高温聚合物”用于定义长期使用温度超过149℃的聚合物,这些材料通常还拥有其他一些优异的性能,如耐磨性、耐化学性和低摩擦特性等,较为典型的例子有含氟聚合物、聚酰胺-酰亚胺、聚苯硫醚(PPS)、聚砜、聚醚酰亚胺(PEI)和聚醚醚酮(PEEK)等,它们常需要在316~399℃的温度范围内加工。

由于在高温应用领域中存在诸多潜在用途,加工商们希望尽可能细致、全面地研究这些材料,以抓住新的商业机会。但是,许多较老的挤出生产线可能不适合加工耐高温聚合物,在改进之前,深入了解加工这些树脂的特殊要求和现有挤出设备的局限性是非常必要的环节。

为了使挤出机和下游设备能胜任更高温度下的加工任务,加工商们需要在高温下拥有长期可用性的加热元件。如今,下游设备上的陶瓷绝缘加热器大多已被标准云母绝缘加热器取代。虽然铸铝筒式加热器仍可使用,但必须考虑到筒直径在高温度下发生膨胀的可能性。另外,在采用水冷式铸铝筒加热器时,冷却水在高温下几乎即刻就会变成水蒸气,这会造成机筒温度不稳定,且蒸汽退出加热器时还会带来蒸汽加工的问题。因此,在耐高温聚合物的挤出加工中常采用空气冷却加热器。

聚合物流过的所有设备需要更多的热量以达到初始启动温度。为了缩短启动的时间,用于耐高温聚合物加工的加热器要拥有比挤出机上配备的传统加热器更高的功率密度(瓦特密度)。用低功率密度加热器会延长预热时间,引起聚合物额外的降解,也会因为较长的启动影响加工的经济性。

在某些情况下,可能需要对冷却的进料喉进行均匀的加热,以获得一个稳定的进料速度,因为在较高的表面温度下,聚合物的摩擦特性更易获得提高。

大多数耐高温聚合物需要在相对较高的温度下干燥。为了降低驱动功率的要求,保持干燥热非常必要,如此才能使聚合物送入挤出机时尽可能地接近干燥温度。由于螺杆驱动的能量大部分用于提高聚合温度,因此如果聚合物在进入挤出机前冷却到一个较低的温度,那么大多数挤出机会受到电动机负载的限制。

挤出机的绝热有助于降低能耗,随着加工温度的提高,绝热已成为一个非常重要的问题,因此在加工耐高温聚合物时,往往需要从料斗到模头都进行绝热。

由于加工耐高温聚合物的挤出生产线表面比通常的生产线更热,因此需要进行更好的保护,以防止调节或故障排除时的意外皮肤接触。另外,包含热油或蒸汽的冷却系统也必须封闭,防止在泄漏事故中发生偶然接触。

在离开模头后,耐高温聚合物通常需要通过特殊的冷却步骤得到冷却。如果过去使用辊、定型套或任何类型的热交换设备,可能需要重新设计整个冷却系统。因为这些热交换设备常用油冷却,但导热油的热容量、黏度与水不同,在一个开放的浴槽或喷淋中采用水冷却,对于这些耐高温聚合物而言可能是过于严重的温度冲击,还可能会使部件发生严重的形变,或导致残余应力。因此,通常采用空气冷却。由于空气冷却效果不如液体冷却,因此可能需要增加冷却长度,改变设备的布置及面积。在加工耐高温材料(如PEEK)之前,加工商们需要考虑大量的机械方面的问题,包括挤出机和下游设备(图片来自威格斯公司)

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