Evaluatiesysteem van aanpassingsvermogen met één schroef aan verschillende materialen (PP/PS/PE/PLA)

I. INLEIDING: Uitdagingen van materiaalverwerking bij extrusie met één schroef

De Plastic-extrusie-thermovormen met één schroef E, als de kernapparatuur voor het verwerking van het polymeermateriaal, bepaalt het aanpassingsvermogen aan verschillende polymeren direct de productkwaliteit en productie -efficiëntie. PP (polypropyleen), Ps (polystyreen), Pe (polyethyleen) en PLA (polylactinezuur) vertonen afzonderlijke reologisch gedrag en thermische stabiliteitseisen tijdens extrusie vanwege hun significante verschillen in moleculaire structuur en fysische eigenschappen. Het evalueren van het aanpassingsvermogen van de verwerking van extruders met één schroef vereist het construeren van een wetenschappelijk evaluatiesysteem uit vier dimensies: materiaalkarakteristieke analyse, afstemming van apparatuurstructuur, coördinatie van procesparameter en productkwaliteitscorrelatie.

II. Fundamentele correlatie tussen materiaaleigenschappen en extrusieverwerking

(A) Intrinsieke eigendomsverschillen van polymeermaterialen

(B) Kerneffecten van materiaaleigenschappen op het extrusieproces

• PP : De hoge kristallisatiesnelheid leidt tot een grote krimpsnelheid wanneer de smelt wordt afgekoeld en de aandacht moet worden besteed aan de schroefcompressieverhouding en de temperatuurgradiëntcontrole van de koel- en vorming -sectie; De afschuifverdunningseigenschappen vereisen de gecoördineerde aanpassing van de schroefsnelheid en de tegendruk om smeltbreuk te voorkomen.
• PS : De stijve moleculaire ketting maakt smeltelasticiteit prominent, vatbaar voor smelt breuk tijdens extrusie, waardoor de structuur van de schroefmengsel wordt geoptimaliseerd om de opslag van elastische energie te verminderen; Slechte thermische stabiliteit vereist de nauwkeurigheid van de temperatuurregeling binnen ± 2 ° C.
• PE : Melt met lage viscositeit is vatbaar voor de lekstroom, waarvoor een toename van de verhouding van de schroeflengte-diameter (L/D ≥28) vereist is om de verblijftijd te verlengen en uniforme kunststof te garanderen; Het verschil in het smeltbereik tussen HDPE en LDPE vereist het matchen van verschillende schroefgroefdiepte -ontwerpen.
• PLA : Sterke hygroscopiciteit (watergehalte moet <0,02%zijn), waarvoor pre-drogende behandeling nodig is; Lage smeltsterkte en gevoelig voor afschuiving, moet extrusie een hoge rotatiesnelheid vermijden (aanbevolen <100 tpm) en een lage compressieverhouding (1,8-2,2) schroef gebruiken om afschuifwarmte te verminderen.

Iii. Evaluatie -indicatoren van aanpassingsvermogen van apparatuurstructuur aan materialen

(A) matching van schroefgeometrische parameters

1. Lengte-diameter verhouding (L/D)

   • PP/PE-verwerking vereist L/D = 25-30; Onvoldoende L/D zal leiden tot onvoldoende kunststof van kristallijne polymeren, waardoor kristalpunten in producten worden veroorzaakt;
   • PLA-verwerking is geschikt voor L/D = 20-24; Een overmatig lange schroef zal de verblijftijd van de smelt verhogen en de thermo-oxidatieve afbraak verergeren.

2. Compressieverhouding

   • PP (compressieverhouding 2,5-3,0): hoge compressieverhouding bevordert de regularisatie van de kristallisatiestructuur en vermindert de tolerantie van de bladdikte;
   • PS (compressieverhouding 1,8-2,2): lage compressieverhouding vermindert de elastische accumulatie van de smelt en remt extrusiezwellen;
   • PLA (compressieverhouding 1,8-2,0): Vermijd overmatige compressieverhouding die lokale oververhitting veroorzaakt, gecombineerd met een gradiëntschroefstructuur (schroefgroefdiepte neemt lineair af van het voedingssectie naar het homogenisatiegedeelte).

3. Mengselementontwerp

   • Voor de lage viscositeitskenmerken van PE kunnen barrier-type mengpennen worden ingesteld in de sectie van de schroefhomogeniserende sectie om de smeltscheuren en distributieve menging te verbeteren;
   • PS/PLA-verwerking vereist afschuifvrije of lage afschuwelijke mengstructuren (zoals DIS-schroefelementen) om moleculaire kettingbreuk te voorkomen.

(B) Aanpassingsvermogen van vormstijgingen en hulpmachines

• Die Flow Channel Design :
  PP-plaatextrusie is geschikt voor visstaart sterft (expansiehoek 30 ° -45 °) om de verblijftijd van de smelt in het stroomkanaal te verminderen; PLA vereist gestroomlijnde dodehoekvrije matrijzen (oppervlakteruwheid RA <0,2 μm) om smeltstokken en afbraak te voorkomen.
• Koel- en vormsysteem :
  PE-platen vereisen een blusrollen (temperatuur 30-50 ° C) om overmatige kristalgroei te remmen; PLA vereist koeling van middellange temperatuur (60-80 ° C) om interne spanningsscheuren te voorkomen veroorzaakt door snelle koeling.

IV. Evaluatiemethoden voor procesparameter collaboratieve optimalisatie

(A) Strategieën voor temperatuurregeling

1. Drie-zone temperatuurpartitie principe
   • Voergedeelte: PP/PE moet de looptemperatuur 10-20 ° C lager houden dan het smeltpunt (bijv. PP-voedingssectie 150 ° C) om te voorkomen dat materiaal aan de wand blijft; De PLA -voedingssectie moet worden geleverd met droge lucht (dauwpunt <-40 ° C) om vochtinfiltratie te voorkomen.
   • Compressiesectie: de PS-compressiesectie Temperatuur moet worden geregeld bij 200-220 ° C; Overtrof 240 ° C zal oxidatie en geel van benzeenring veroorzaken; De bovengrens van de PLA Compressiesectie Temperatuur is 175 ° C en een geforceerd luchtkoelapparaat is vereist.
   • Homogeniserende sectie: de PE-homogeniserende sectietemperatuur moet 20-30 ° C hoger zijn dan het smeltpunt (bijv. HDPE-homogeniserende sectie 150-160 ° C) om vloeibaarheid te garanderen; De PP-homogeniserende sectietemperatuur is 180-190 ° C, het balanceren van kunststof en energieverbruik.

(B) Regeling van druk en rotatiesnelheid

• Achterdrukinstelling :
  PP-extrusie tegendruk is 0,5-1,0 mpa om de smeltcompactheid te verbeteren en plaatbellen te verminderen; PLA tegendruk ≤0,3MPa om een plotselinge toename van de smeltviscositeit veroorzaakt door hoge druk te voorkomen.
• Schroefrotatiesnelheid :
  PE (lage dichtheid) kan een hoge rotatiesnelheid (150-200 tpm) aannemen om de uitgang te verhogen; PLA-rotatiesnelheid moet <80 tpm zijn, gecombineerd met een lage snelheid high-torque motor (koppelfluctuatie ≤5%).

© SPANNING EN STREKING RATIO REGERING

• PP-bladspanningsverhouding 1,2-1,5, rekverhouding 2-3, die moeten overeenkomen met een synchrone snelheidsregulerende spanningsmachine;
• PLA-plaatspanningsverhouding ≤1,2 om smeltbreuk veroorzaakt door hoge spanningssnelheid te voorkomen, en de temperatuur van de spanningsrol moet worden gehouden bij 50-60 ° C om de smeltsterkte te verbeteren.

V. Correlatie -evaluatie tussen productkwaliteit en verwerkingsaanpassingsvermogen

(A) Indicatoren van de belangrijkste prestatietests

1. Fysieke eigenschappen

   • Dikte -uniformiteit: PP/PE -plaattolerantie moet ≤ ± 3% zijn, PLA ≤ ± 5% (beperkt door smeltsterkte);
   • Mechanische eigenschappen: PS -blad treksterkte moet ≥40 mpa zijn, verlenging bij pauze ≥2%; Als de afschuiving buitensporig is tijdens extrusie, daalt de verlenging bij de pauze tot onder 1%.

2. Microstructuur

   • PP-bladkristalliniteit moet worden geregeld met 55%-65%; Te hoog zal leiden tot verhoogde laken Brosheid;
   • De moleculaire ketenoriëntatie graad van PLA -platen moet <15%zijn, die kan worden geëvalueerd door het observeren van dubbelbreking fenomenen met een polariserende microscoop.

(B) Typische correlatie van aanpassingsvermogen van defecten en apparatuur

• Smelt breuk (gebruikelijk in PS/PLA) :
  De oorzaak kan een te hoge schroefafschuifsnelheid zijn (PS afschuifsnelheid> 1000S⁻¹) of te grote matrijsinlaathoek, waarvoor de rotatiesnelheid vereist en de hoek van de matrijsconvergentie wordt geoptimaliseerd tot 15 ° -20 °.
• Bladgelen (gebruikelijk in PS/PLA) :
  Geeft het optreden van thermische afbraak aan, moet controleren of de homogeniserende sectietemperatuur de bovenste limiet van PS van 240 ° C overschrijdt of dat er een lokaal oververhittinggebied in de PLA -vat is (zoals thermocouple -falen).

Vi. Uitgebreide evaluatie van aanpassingsvermogen van duurzame verwerking

Voor biobased materialen zoals PLA moet, naast traditionele verwerkingsindicatoren, ook aandacht worden besteed aan:

• Energie -efficiëntie : PLA-extrusie-energieverbruik is ongeveer 1,3-1,5 keer die van PP, waarvoor de evaluatie van de matching tussen schroefverwarmingsvermogen en koelefficiëntie vereist (aanbevolen verwarmingsvermogensdichtheid ≤0,3 kW/kg · h);
• Schone productie : Restmaterialen in apparatuur na PLA-verwerking moeten worden gereinigd met speciale reinigingsmiddelen (zoals isopropylalcohol) om kruisbesmetting met andere materialen te voorkomen, het evalueren van het gemak van de schroef van de schroef (zoals flensstructuur met snelle release).

Vii. Een multidimensionaal evaluatiemodel voor aanpassingsvermogen constructie

De evaluatie van het aanpassingsvermogen van een enkelschroef extrruder aan PP/PS/PE/PLA moet de logische keten van "Materiaalkarakteristieken-afleveringsstructuurprocess Parameters-productkwaliteit" nemen, aangezien de kern een gesloten-lus evaluatiesysteem vormt door aangepaste schroefgeometrische parameters (zoals een hoge compressieverhouding voor PP, lage-schuifmix voor PLA). Lage-temperatuur low-back drukstrategie voor PS), gecombineerd met realtime monitoring van productmicrostructuur en fysische eigenschappen. Voor nieuwe materialen (zoals PLA) moeten duurzame verwerkingsindicatoren ook worden opgenomen in het evaluatiekader, waardoor apparatuur wordt geüpgraded van "single-material aanpassing" naar "Green Productie met meerdere materiële compatibiliteit". De oprichting van dit evaluatiesysteem biedt niet alleen theoretische ondersteuning voor optimalisatie van bladxtrusieproces, maar biedt ook technische basis voor modulair ontwerp van extrusieapparatuur voor één schroef.