合理设置喂料喉和螺杆温度

作者:Frankland Plastics Consulting公司 Jim Frankland 文章来源:PT塑料网 发布时间:2019-11-07
在挤出加工中,喂料喉和螺杆的温度对喂料速度有非常关键的影响。但是,对于二者的温度设置,几乎没有可以参考的文献,因此,需要反复的尝试。

人们对于挤出机喂料喉和螺杆的水冷却常常存在一些误解。许多操作人员不了解挤出机中摩擦力的微妙平衡,以及冷却液流动的微小变化是如何影响性能的。他们单纯地认为需要用更多(或更冷)的水来帮助降低熔体温度。但冷却水是越多越好吗?事实并非如此。

固体喂料的控制原理是:聚合物与喂料喉壁之间的摩擦越大,与螺杆之间的摩擦越小,则喂料速度越快。这意味着,在固体喂料区域,聚合物既要粘附于机筒,也要在螺杆上滑动,二者叠加才能获得理想的喂料速度。通常,在带有一个单独喂料喉的挤出机上,聚合物颗粒在进入机筒之前都会经过喂料喉。因此,当聚合物进入喂料口时,喂料速度几乎瞬间就确定了,它取决于摩擦和表面积差异。除非你采用的是一台开槽机筒挤出机,否则唯一可用于改善机筒壁摩擦阻力的调节因素就是喂料喉温度。

几乎没有例外,提高喂料喉的温度能增加聚合物接触面积,从而提高聚合物在机筒壁上的摩擦阻力。如果这和你目前的做法相反,请记住,注塑机进料良好,甚至没有喂料喉或提供冷却螺杆的选项。同样令人感兴趣的是,如果挤出机没有单独的喂料喉,而是一个直接进入机筒的喂料口,那么其喂料速度要比采用相同螺杆且带有单独进料喉的挤出机高20%~30%。

根据上面的经验,似乎有理由推论出:将喂料喉温度设定得尽可能的高,可以获得更理想的喂料速度。但在这种情况下,如果螺杆停止运行,由于都是高导热的钢,热量会从机筒反向传递,聚合物就可能会在喂料喉处熔融。基于此,为了获得最高的喂料速度并确保材料不会在喂料喉处熔融,喂料喉的最佳温度需要通过反复试验来确定。即使对于特定的聚合物,也没有可以参考的温度值,因为喂料喉的几何形状和设计有很多变化,加之粒料的尺寸和几何形状也不相同。即便已经发表的机筒温度曲线有数百条,但仍无法从中获得关于喂料喉温度设定的建议,因此操作人员无迹可寻。

回用料的使用将这个问题变得更加复杂,因为通过微调温度可以优化这种材料的喂料。对于平滑内膛式挤出机来说,在其固体喂料区域,机筒与聚合物的接触面积通常是螺杆与聚合物接触面积的两倍多。因此,除非是熔点或软化点非常低的聚合物,否则,一般可以通过热量来提高聚合物与机筒之间的摩擦力,以使聚合物在没有任何螺杆冷却的情况下沿着螺杆向下移动。大多数的挤出螺杆都带有一个空心孔以作为一个可用选项,但是很少需要螺杆冷却。

最好将喂料喉的外表面设置在靠近喂料口的位置,以使其摸起来比较温暖,在初始情况下,温度一般为125~130℉(51.67~54.44℃)。很少有挤出机配备喂料喉温度指示器,所以需要通过触摸和感受来确定最佳温度。当然,如果有接触式高温计也可以使用。130℉摸起来是一种什么感受呢?如果持续几秒钟的话,会让人觉得不舒服。

然后,为了找到最佳的喂料喉温度,可以通过控制水流量来小幅度地提高温度,直到出料量或稳定性不再有明显改善,然后回到前一个的设置。这里需要注意的一点是,不必过于关注喂料喉壁上的一些轻微熔融物质,因为螺棱旋转会很快将其带走。由于喂料喉直接连接到机筒,而机筒温度远高于聚合物熔点,因此喂料喉的温度自然在从喂料口到机筒法兰的温度梯度范围内。

在许多情况下,即使采用水冷却,喂料喉的出料端仍接近甚至高于聚合物的熔点或软化点。“慢下来”是找到最佳温度的关键,这个调整的过程可能需要几天时间。例如,如果加工熔点非常高的聚合物PEEK,喂料喉温度约在200℉(93.33℃)时可提供最佳的出料和稳定性;而对于PE,该温度接近130℉(54.44℃)。

螺杆能为最佳喂料贡献力量的条件与喂料喉相反。固体需要尽可能自由地在螺杆上滑动,以使固体喂料速度和稳定性最大化。随着温度的降低,几乎所有的聚合物与钢之间的摩擦都会降低,因此至少在进料段对螺杆进行内部水冷却似乎是合乎逻辑的。

但是,除非是必要的,否则在向螺杆添加冷却水之前需要考虑一些弊端。冷却螺杆提高了对功率的要求,延长了熔融长度并增加了热变化。更麻烦的是,如果设备停机,而冷却水仍开启,螺杆根部会形成一层硬化聚合物,这需要额外的加热时间,会大大降低清机效果,甚至会在螺杆上形成冷凝水。当关机时,这些水会导致螺杆生锈。许多螺杆几乎全长度钻孔,这在更长的距离上放大了这些效果。只有少数几种聚合物会在加工温度下快速降解,如硬质PVC,它们需要全长孔,即使这样也需要特殊的管道,因此实际上只有螺杆梢部是冷却的。综上所述,由于喂料喉和螺杆表面区域之间的较大差异,以及冷聚合物与螺杆接触的冷却效果,因此很少需要螺杆冷却。

在喂料喉和螺杆上没有温度控制器,这并不意味着它们不需要精确控制。对一个给定的聚合物,这种调节只需要进行一次,而且已经证明它可以将出料量提高多达30%(但更常见的是提高5%~10%)。

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