Sustav evaluacije prilagodljivosti ekstrudera s jednim vizijom različitim materijalima (PP/PS/PE/PLA)

I. Uvod::::::: Izazovi za obradu materijala u ekstruziji s jednim vizijom

A Termoformiranje plastičnog lima s jednim vizijom E, kao osnovna oprema za obradu polimernih materijala, njegova prilagodljivost različitim polimerima izravno određuje kvalitetu proizvoda i učinkovitost proizvodnje. Pp (polipropilen), P.S (polistiren), PE (polietilen) i PLA (polilaktična kiselina) pokazuju različita reološka ponašanja i zahtjeve toplinske stabilnosti tijekom ekstruzije zbog njihovih značajnih razlika u molekularnoj strukturi i fizičkim svojstvima. Procjena prilagodljivosti obrade ekstrudera s jednim vizijom zahtijeva konstruiranje znanstvenog sustava za ocjenjivanje iz četiri dimenzije: materijalna karakteristična analiza, podudaranje strukture opreme, koordinacija parametara procesa i korelacija kvalitete proizvoda.

Ii. Temeljna korelacija između svojstava materijala i obrade ekstruzije

(A) Unutarnje razlike u svojstvu polimernih materijala

(B) Jezgra utjecaja svojstava materijala na postupak ekstruzije

• PP : Visoka brzina kristalizacije dovodi do velike brzine skupljanja kada se talina ohladi, a pažnju treba posvetiti omjeru kompresije vijka i kontrolu gradijenta temperature presjeka hlađenja i oblikovanja; Karakteristike stanjivanja smicanja zahtijevaju koordinirano podešavanje brzine vijaka i stražnjeg tlaka kako bi se izbjeglo pucanje taline.
• PS : Kruti molekularni lanac čini elastičnost taline istaknutom, sklonom otopljivanju loma tijekom ekstruzije, zahtijevajući optimizaciju strukture presjeka vijaka za smanjenje elastične skladištenja energije; Loša toplinska stabilnost zahtijeva točnost kontrole temperature unutar ± 2 ° C.
• PE : Talina niske viskoznosti sklona je protoku curenja, što zahtijeva povećanje omjera promjera duljine vijka (L/D ≥28) kako bi se produžilo vrijeme boravka i osigurala ujednačenu plastilizaciju; Razlika u rasponu taljenja između HDPE i LDPE zahtijeva podudaranje različitih dizajna dubine utora.
• PLA : Jaka higroskopnost (sadržaj vode mora biti <0,02%), zahtijevajući liječenje prethodno sušeljenja; Niska čvrstoća taline i osjetljiva na smicanje, ekstruzija bi trebala izbjeći visoku brzinu rotacije (preporučeno <100RPM), a vijak za smanjenje smicanja (1,8-2,2) koristite niski omjer kompresije (1,8-2,2).

Iii. Pokazatelji evaluacije prilagodljivosti strukture opreme materijalima

(A) Usklađivanje geometrijskih parametara vijaka

1. Omjer promjera duljine (L/D)

   • PP/PE obrada zahtijeva L/D = 25-30; Nedovoljno L/D dovest će do nedovoljne plastilizacije kristalnih polimera, uzrokujući kristalne točke u proizvodima;
   • PLA obrada je prikladna za l/d = 20-24; Prekomjerno dugi vijak povećat će vrijeme prebivališta taline i pogoršati degradaciju termo-oksidacije.

2. Omjer kompresije

   • PP (omjer kompresije 2,5-3,0): omjer visokog kompresije potiče regularizaciju kristalizacije i smanjuje toleranciju debljine lima;
   • PS (omjer kompresije 1,8-2,2): omjer niskog kompresije smanjuje akumulaciju elastične elastike i inhibira ekstruzijsku nabreklo;
   • PLA (omjer kompresije 1,8-2,0): Izbjegavajte prekomjerni omjer kompresije koji uzrokuje lokalno pregrijavanje, u kombinaciji s gradijentnom strukturom vijaka (dubina utora vijčanog utora linearno se smanjuje od presjeka za hranjenje u homogenizirajući dio).

3. Dizajn za miješanje elemenata

   • Za karakteristike niske viskoznosti PE, igle za miješanje barijere mogu se postaviti u vijak homogenizirajućeg dijela kako bi se poboljšalo suzanje taline i distributivno miješanje;
   • PS/PLA obrada zahtijeva strukture miješanja bez smicanja ili niskog rublja (poput elemenata vijaka) kako bi se spriječilo lom molekularnog lanca.

(B) Prilagodljivost oblikovanja matrica i pomoćnih strojeva

• Dizajn kanala za protok protoka :
  PP ekstruzija lima prikladna je za matrice ribljeg repa (kut ekspanzije 30 ° -45 °) kako bi se smanjilo vrijeme prebivališta taline u kanalu protoka; PLA zahtijeva pojednostavljene matrice bez kuta (površinska hrapavost RA <0,2 μm) kako bi se izbjeglo stavljanje i razgradnju taline.
• Sustav hlađenja i oblikovanja :
  PE listovi zahtijevaju gašenje kolutova (temperatura 30-50 ° C) kako bi se inhibirao prekomjerni rast kristala; PLA zahtijeva hlađenje srednje temperature (60-80 ° C) kako bi se spriječilo pucanje unutarnjeg naprezanja uzrokovano brzim hlađenjem.

Iv. Metode evaluacije za optimizaciju parametara procesa

(A) Strategije kontrole temperature

1. Načelo podjele temperature u tri zone
   • Odjeljak za hranjenje: PP/PE treba održavati temperaturu cijevi 10-20 ° C niža od tališta (npr., PP dovođenje presjeka 150 ° C) kako bi se spriječilo da se materijal zalijepi za zid; Odjeljak za hranjenje PLA treba isporučiti suhim zrakom (točka rosa <-40 ° C) kako bi se izbjegla infiltracija vlage.
   • Odjeljak za kompresiju: Temperatura PS odjeljka za kompresiju treba kontrolirati na 200-220 ° C; Premaši 240 ° C uzrokovat će oksidaciju i žuti benzenski prsten; Gornja granica Temperature PLA kompresije je 175 ° C, a potreban je uređaj za hlađenje prisilnog zraka.
   • Homogenizirajući odjeljak: Temperatura PE homogenizirajućeg presjeka mora biti 20-30 ° C veća od tališta (npr. HDPE homogenizirajući odjeljak 150-160 ° C) kako bi se osigurala fluidnost taline; Temperatura PP homogenizirajućeg presjeka je 180-190 ° C, uravnotežujući plastilizaciju i potrošnju energije.

(B) regulacija brzine tlaka i rotacije

• Podešavanje leđa :
  PP ekstruzijski povratni tlak iznosi 0,5-1,0MPa za poboljšanje kompaktnosti taline i smanjenje mjehurića lima; PLA povratni tlak ≤0,3MPa kako bi se izbjeglo nagli porast viskoznosti taline uzrokovane visokim tlakom.
• Brzina rotacije vijaka :
  PE (niska gustoća) može usvojiti visoku brzinu rotacije (150-200rpm) za povećanje izlaza; Brzina rotacije PLA mora biti <80rpm, u kombinaciji s motorom s visokom torbom s malim brzinama (fluktuacija zakretnog momenta ≤5%).

© kontrola omjera napetosti i istezanja

• PP omjer napetosti lista 1,2-1,5, omjer istezanja 2-3, koji treba uskladiti sinkroni stroj za reguliranje brzine koji regulira brzinu;
• Omjer napetosti PLA lima ≤1,2 kako bi se izbjegao lom za taljenje uzrokovano velikom brzinom napetosti, a temperaturu kotrljanja zatezanja potrebno je održavati na 50-60 ° C kako bi se poboljšala čvrstoća taline.

V. Procjena korelacije između kvalitete proizvoda i prilagodljivosti obrade

(A) Pokazatelji ključnih ispitivanja performansi

1. Fizička svojstva

   • Ujednačenost debljine: tolerancija na PP/PE mora biti ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (ograničena čvrstoćom taline);
   • Mehanička svojstva: Vučna čvrstoća PS -a mora biti ≥40MPA, izduženje pri prekidu ≥2%; Ako je smicanje prekomjerno tijekom ekstruzije, izduživanje na prekidu će pasti na ispod 1%.

2. Mikrostruktura

   • Kristalnost lima PP treba kontrolirati na 55%-65%; Previsok će dovesti do povećane krhkosti lima;
   • Stupanj orijentacije molekularnog lanca plahte PLA mora biti <15%, što se može procijeniti promatranjem fenomena birefringentnesce s polarizirajućim mikroskopom.

(B) Tipična korelacija prilagodljivosti i opreme

• Prijelom taline (uobičajeno u PS/PLA) :
  Uzrok može biti previsoka brzina smicanja vijaka (brzina smicanja PS> 1000S⁻¹) ili preveliki kut ulaza, što zahtijeva smanjenje brzine rotacije i optimiziranje kuta presjeka konvergencije matrice na 15 ° -20 °.
• Požurivanje lista (uobičajeno u PS/PLA) :
  Označava pojavu toplinske razgradnje, koja mora provjeriti da li temperatura homogenizirajućeg presjeka prelazi gornju granicu PS od 240 ° C ili postoji li lokalno pregrijavanje u PLA bačvi (poput kvara termoelementa).

Vi. Proširena procjena prilagodljivosti održive obrade

Za materijale temeljene na bio -u obliku PLA -a, osim tradicionalnih pokazatelja obrade, pažnja treba obratiti i na:

• Energetska učinkovitost : Potrošnja energije ekstruzije PLA je oko 1,3-1,5 puta veća od PP, što zahtijeva procjenu podudaranja između energije grijanja vijaka i učinkovitosti hlađenja (preporučena gustoća grijanja ≤0,3KW/kg · h);
• Čista proizvodnja : Ostatak materijala u opremi nakon prerade PLA potrebno je očistiti posebnim sredstvima za čišćenje (poput izopropilnog alkohola) kako bi se izbjeglo unakrsnu kontaminaciju s drugim materijalima, procjenjujući praktičnost vijaka (poput strukture prirubnice za brzo oslobađanje).

Vii. Izrada višedimenzionalnog modela procjene prilagodljivosti

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 (such as Strategija tlaka s niskim temperaturama s niskim temperaturama za PS), u kombinaciji s praćenjem mikrostrukture i fizičkih svojstava u stvarnom vremenu. Za nove materijale (kao što je PLA), pokazatelji održive obrade također bi trebali biti ugrađeni u okvir za ocjenjivanje, promičući nadogradnju opreme s „adaptacije s jednim materijalom“ na „multi-materijalnu kompatibilnost zelene proizvodnje“. Uspostavljanje ovog sustava evaluacije ne samo pruža teorijsku potporu za optimizaciju procesa ekstruzije lima, već nudi i tehničku osnovu za modularni dizajn opreme za ekstrudiju s jednim vizijom. s