螺桿擠出機(jī)溫度控制

1、擠出溫度控制主要有溫度設(shè)定、 控制和調(diào)整三個(gè)部分構(gòu)成。 設(shè)定溫度是控制 溫度的依據(jù)和基準(zhǔn) , 調(diào)整溫度是對(duì)設(shè)定溫度的修正和完善。2.1 溫度設(shè)定設(shè)定溫度的目的是為了控制物料擠出成型過程 , 始終在熔融溫度與分解溫度 區(qū)間(即160180C )進(jìn)行。要正確設(shè)定溫度，則需充分考慮制約物料成型溫度的 相關(guān)因素。(1) 配方組分、 劑量和原料質(zhì)量。 據(jù)文獻(xiàn)介紹和生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證 , 不同配方或同 一配方不同廠家生產(chǎn)的物料(PVC CPE熱穩(wěn)定劑等),擠出成型溫度往往有很大 差異,有的達(dá)10C左右,這一點(diǎn)在沒有實(shí)驗(yàn)條件或生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的情況下 ，是不可預(yù) 知的。只有通過生產(chǎn)實(shí)踐 , 依據(jù)塑料型坯的質(zhì)量 , 適時(shí)調(diào)

2、整設(shè)定溫度。 開始設(shè)定溫 度時(shí)不易過高 , 應(yīng)從低向高逐步調(diào)整。(2) 塑料擠出亦是一個(gè)能量守恒的過程。單位體積的固體轉(zhuǎn)化為熔體所需的 總能量相對(duì)是恒定的 , 物料的輸送速率基本上平衡于物料的熔化速率。因受口模 物料流速和定型模冷卻條件的限制 , 不同規(guī)格的異型材單位時(shí)間擠出量差異亦很 大。因物料輸送速率不同 , 物料熔融所需熱量亦不同。對(duì)于單螺桿擠出機(jī)或雙螺 桿擠出機(jī)沒有內(nèi)熱存在的加熱區(qū)域 ,即機(jī)頭、大小過渡段、口模等部位,生產(chǎn)大規(guī) 格型材時(shí) , 設(shè)定溫度宜高一些 ; 生產(chǎn)小規(guī)格異型材 , 設(shè)定溫度宜低一些。對(duì)于雙螺 桿擠出機(jī)有內(nèi)熱存在的加熱區(qū)域 , 由于內(nèi)熱的作用 , 擠出速率反過來又直接

3、影響 物料的熔融速率。 設(shè)定溫度應(yīng)視該段物料的形態(tài)、 承受溫度程度及對(duì)熱量的需求 情況而定。(3) 塑料擠出需經(jīng)歷一定時(shí)間歷程。 在這一歷程的不同階段 , 由物料的加工特 性和擠出機(jī)職能所決定 , 不同形態(tài)的物料承溫情況和對(duì)熱量的需求有所不同。要 正確設(shè)定溫度亦有必要深入了解物料在擠出不同階段的形態(tài)、 承受溫度程度及對(duì) 熱量的需求情況。雙螺桿擠出機(jī)溫控系統(tǒng)由 10個(gè)溫控點(diǎn)組成。依據(jù)物料在擠出過程各個(gè)階段 的形態(tài)、承受溫度程度及對(duì)熱量的需求情況 ,可將 10個(gè)溫控點(diǎn)歸納為加溫、恒溫、 保溫三個(gè)區(qū)域。其中加溫與恒溫區(qū)主要在擠出機(jī)內(nèi) , 以排氣孔為界劃分為兩個(gè)相 對(duì)獨(dú)立又互為關(guān)聯(lián)的部分 ; 保溫區(qū)主

4、要由機(jī)頭、大小過渡段、口模部分構(gòu)成。加溫區(qū)由送料段、 壓縮段兩溫控點(diǎn)組成。 由于物料由室溫狀態(tài)經(jīng)給料機(jī)螺桿 輸送給擠出機(jī)送料段螺桿 , 距物料熔融溫度溫差較大 , 同時(shí)物料經(jīng)壓縮段螺桿將 通過排氣孔 , 擠出要求物料在該區(qū)域內(nèi)完成由固體向熔體的轉(zhuǎn)化過程 , 并緊緊包 覆于螺槽表面 , 方不致從排氣孔排出或阻塞排氣孔。因此物料在加溫區(qū)域需要的 熱量較大 ,送料段、壓縮段的溫度宜設(shè)定的高一些。 值得注意的是 , 如送料段溫度 設(shè)定過高 , 由于距離料斗與擠出機(jī)扭矩分配器較近 , 易導(dǎo)致物料在料斗內(nèi)架橋 , 扭 矩分配器齒輪受熱變形及加速磨損 , 故送料段溫度設(shè)定還應(yīng)視料斗冷卻情況和扭 矩分配器油溫

5、而定（一般以油溫W 60C為宜）。恒溫區(qū)由熔融段和計(jì)量段兩溫控點(diǎn)組成。 物料經(jīng)過加溫區(qū)后已基本呈熔體狀 態(tài),但溫度不甚均勻 , 且并未完全塑化 ,還須進(jìn)一步恒溫并完全塑化 , 同時(shí)隨螺桿 容積減少 ,在機(jī)頭均布盤 （亦稱過濾盤、導(dǎo)流盤）阻力作用下 ,物料粘度、密實(shí)度進(jìn) 一步提高 , 單位體積物料量增加，為保證物料溫度，因此該區(qū)域物料還需一定熱 量；但該區(qū)雙螺桿對(duì)物料剪切和壓延作用所轉(zhuǎn)化的內(nèi)熱 , 往往又超過了物料的需 求,故熔融段和計(jì)量段溫度的設(shè)定應(yīng)注意 : 在擠出機(jī)開機(jī)前升溫時(shí) , 溫度設(shè)定略高 一些, 以利于螺筒恒溫 ;開機(jī)正常后要適當(dāng)降低 ,以防物料降解。保溫區(qū)由機(jī)頭、 過渡段、 口模等

6、溫控點(diǎn)組成。 物料經(jīng)過恒溫區(qū)后已完全呈熔 體狀態(tài), 進(jìn)入保溫區(qū)將由螺旋運(yùn)動(dòng)改變?yōu)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng) , 并通過均布盤。過渡段和 口模建立熔體壓力 ,使之溫度、應(yīng)力、粘度、密實(shí)度和流速更趨均勻 , 為順利地從 口模擠出做最后的準(zhǔn)備。由于改變運(yùn)動(dòng)方向 , 建立熔體壓力需犧牲一定的熱量為 代價(jià)。同時(shí)在該區(qū)域，內(nèi)熱已不復(fù)存在 , 故仍需要一定外熱做補(bǔ)充。該區(qū)域溫度 設(shè)定一般應(yīng)高于前兩個(gè)區(qū)域設(shè)定的溫度 , 口模處的溫度還應(yīng)依據(jù)型材截面結(jié)構(gòu)進(jìn) 行設(shè)定。截面復(fù)雜或壁厚部位 , 溫度設(shè)定應(yīng)高一些 ;截面簡(jiǎn)單或壁薄部位 , 溫度設(shè) 定應(yīng)低一些 ; 截面對(duì)稱或壁厚均勻部位 , 溫度設(shè)定應(yīng)基本一致。2.2 溫度控制塑料異

7、型材擠出溫度控制主要是圍繞著設(shè)定溫度進(jìn)行的。 由于錐形雙螺桿擠 出機(jī)具有溫度自控和手動(dòng)冷卻控制職能 , 一般生產(chǎn)狀態(tài)對(duì)所設(shè)定的溫度實(shí)施自動(dòng) 控制即可。當(dāng)某段溫控點(diǎn)溫度跑高 ,自動(dòng)控制失效 ,采用手動(dòng)冷卻控制也可將顯示 溫度控制在設(shè)定溫度界線之內(nèi)。在擠出溫度控制時(shí)必須明確兩個(gè)基本概念。其一 , 擠出機(jī)設(shè)定溫度所控制的 各個(gè)溫控點(diǎn)顯示溫度僅僅是螺筒、機(jī)頭及口模的溫度 , 并非物料的實(shí)際溫度。物料溫度與顯示溫度在不同加熱工況下存在不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 即當(dāng)螺筒、 機(jī)頭、口 模等溫控點(diǎn)外加熱器加熱時(shí) , 物料溫度實(shí)際上低于顯示溫度 ;當(dāng)螺筒、機(jī)頭、口模 等溫控點(diǎn)外加熱器停止加熱時(shí) , 物料溫度則可能等于或

8、高于顯示溫度。錐形雙螺 桿擠出機(jī)有兩個(gè)熱源 : 外電加熱器 ; 雙螺桿對(duì)物料剪切與壓延作用轉(zhuǎn)化的內(nèi) 熱。由于反映顯示溫度的測(cè)溫點(diǎn)與外加熱器和物料之間存在一定距離 , 故三者之 間亦存在一定的溫度梯度 （即溫差） 。從擠出加溫、 恒溫、保溫三個(gè)區(qū)域供熱情況 分析（圖 2）可知,加熱區(qū)既存在外加熱 ,又存在內(nèi)加熱 ,為雙向?qū)?,顯示溫度基 本上等同于物料溫度 ;恒溫區(qū)在顯示溫度未達(dá)到設(shè)定溫度值時(shí) ,亦是雙向?qū)?;顯 示溫度超越設(shè)定溫度值時(shí) , 熱量開始由內(nèi)向外傳遞 , 可稱之為逆向?qū)?,顯示溫度 則可能低于物料溫度 ; 保溫區(qū)由于內(nèi)熱不復(fù)存在 , 熱量又開始由外向內(nèi)傳遞 , 亦稱 之為正向?qū)?/p>

9、熱 ,顯示溫度則高于物料溫度。 其二,雙螺桿對(duì)物料的剪切與壓延作用 所轉(zhuǎn)化的內(nèi)熱并不受自動(dòng)溫控系統(tǒng)的約束與支配。通過擠出實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn), 在塑料異型材擠出時(shí) ,不存在內(nèi)熱的機(jī)頭 , 過渡段和口模部位溫控點(diǎn)顯示溫度一般比 較穩(wěn)定 , 基本上可控制在設(shè)定溫度的范圍內(nèi) ;有內(nèi)熱存在的擠出機(jī)內(nèi)各段溫控點(diǎn) 顯示溫度隨擠出量增減往往波動(dòng)很大 , 有時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)定溫度的控制界線。例如 要提高擠出量 , 送料段物料對(duì)熱量需求增大 , 因擠出速度提高所增加的內(nèi)熱不足 于平衡物料在該段停留時(shí)間縮短所減少的熱量 , 雖然外加熱器一直工作 , 但顯示 溫度仍低于設(shè)定溫度 ; 熔融段和計(jì)量段的物料由于已完全轉(zhuǎn)化為粘流態(tài)

10、, 所需熱 量有限, 并由擠出速度提高所增加的內(nèi)熱超過物料在該段停留時(shí)間縮短所減少的 熱量, 雖然外加熱器停止加熱 ,但顯示溫度仍高于設(shè)定溫度。鑒于擠出溫度控制的主體是物料溫度 , 明確了物料溫度、顯示溫度與設(shè)定溫 度在不同擠出工況下的對(duì)應(yīng)關(guān)系 , 也就明確了設(shè)定和控制擠出溫度的依據(jù)和基 準(zhǔn)。諸如提高加溫區(qū)設(shè)定溫度可充分發(fā)揮外加熱器作用 , 有助于迅速提高物料溫 度;降低恒溫區(qū)設(shè)定溫度可適時(shí)切斷外加熱源 , 避免內(nèi)熱和外熱疊加作用 , 盡可能 阻止物料溫度持續(xù)跑高 ;提高保溫區(qū)設(shè)定溫度 ,可借助外熱源 ,維持物料在最佳塑 化狀態(tài)擠出 ,以得到高強(qiáng)度塑料異型材型坯。 應(yīng)該指出 ,在設(shè)定溫度時(shí)雖然

11、已考慮 到內(nèi)熱的作用與影響 , 降低恒溫區(qū)設(shè)定溫度 ,但也僅可使該部位物料達(dá)到設(shè)定溫 度適時(shí)切斷外熱 ,而不能制止因擠出速度提高所增加的內(nèi)熱。 擠出實(shí)踐證明 ,有內(nèi) 熱存在的擠出機(jī)內(nèi)各段物料溫度與擠出量直接相關(guān) , 降低與提高給料與擠出速度不僅決定著擠出產(chǎn)量，而且是控制擠出溫度不可缺少的必要手段。但在采用加料 與擠出速度控制擠出溫度時(shí)，還應(yīng)明確，即使熔融段，計(jì)量段顯示溫度偏離設(shè)定溫 度,但仍小于180C時(shí),說明該段物料溫度仍在熔融溫度與分解溫度區(qū)間 ，亦屬正 常。只有當(dāng)顯示溫度接近180C,采用手動(dòng)冷卻控制無效時(shí)，才有必要降低給料與 擠出速度進(jìn)行溫度控制。同時(shí)由于雙螺桿擠出機(jī)有強(qiáng)制給料的特點(diǎn)，

12、擠出量是由加料速度所決定的，加料速度和擠出速度亦存在相應(yīng)的匹配關(guān)系 ，提高或降低加 料和擠出速度應(yīng)同步進(jìn)行。其相互調(diào)整的幅度應(yīng)視加料孔內(nèi)物料在螺槽內(nèi)的充斥 量而定,一般應(yīng)控制物料在螺槽內(nèi)2/ 3高度為宜。過高則會(huì)產(chǎn)生擠出機(jī)過載或加 料孔、排氣孔冒料現(xiàn)象；過低則易導(dǎo)致雙螺桿非正常磨損。另外調(diào)整加料與擠出 速度時(shí)還應(yīng)密切觀察主機(jī)電流變化，物料塑化好時(shí)，一般電流較低。主機(jī)電流變化 是判斷擠出溫度控制是否適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)重要依據(jù)。2.3 溫度調(diào)整如果擠出溫度控制適當(dāng)，設(shè)定溫度正確與否直接決定了擠出塑料型坯的質(zhì) 量。擠出塑料型坯的質(zhì)量反過來又是對(duì)設(shè)定溫度正確與否的檢驗(yàn)。由于擠出控制溫度是擠出生產(chǎn)前設(shè)定的，其設(shè)

13、定溫度正確與否又受配方組分、劑量和原料質(zhì)量 以及擠出機(jī)工藝條件的制約和影響。 新建企業(yè)或生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平不甚高的操 作人員，在開機(jī)設(shè)定溫度時(shí)，難免出現(xiàn)這樣或那樣的偏差，因此有必要在生產(chǎn)過程 中通過對(duì)擠出塑料型坯存在的質(zhì)量缺陷進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)應(yīng)分析檢驗(yàn)，適時(shí)調(diào)整所設(shè)定 的溫度。附表擠出型坯質(zhì)量缺陷特征、原因與溫度調(diào)整對(duì)策序號(hào)型坯質(zhì)量缺陷特征原因調(diào)整對(duì)策1型坯外觀顏色泛黃機(jī)頭、過渡段、口模溫度偏咼降低機(jī)頭、過渡段、口模 溫度2型坯外觀顏色發(fā)暗機(jī)頭、過渡段、口模溫度偏低提高機(jī)頭、過渡段、口模 溫度3型坯內(nèi)筋彎曲，內(nèi)壁 發(fā)泡或截面呈氣孔 狀,脫離口模即下垂計(jì)量段或熔融段溫度跑高，原料 含水量超標(biāo)，未開啟真

14、空排氣降低計(jì)量段或熔融段 溫 度或降低擠出速度；更換 混合料，開啟真空排氣4型坯切片粗糙，脫離 口模35cm仍堅(jiān)挺 不下垂計(jì)量或熔融溫度過低提高計(jì)量段或熔融段溫度5型坯切口寬度或厚度 不均口模設(shè)定溫度不當(dāng)，口模裝配不 當(dāng)調(diào)整口模溫度，檢查重新 裝配口模擠出塑料型坯質(zhì)量大致可分為外觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量。 擠出質(zhì)量良好的塑料型坯主要特征是 :外觀光滑,顏色純正呈乳白色 ,切片結(jié)晶細(xì)膩 ,切口平齊規(guī)整 ,寬度 均勻。由擠出機(jī)擠出后，脫離口模35cm自然下垂。當(dāng)設(shè)定或控制溫度過高時(shí)， 擠出塑料型坯顏色泛黃、內(nèi)筋彎曲、內(nèi)壁發(fā)泡或橫截面上呈氣孔狀 , 由擠出機(jī)擠 出后脫離口模即軟弱下垂 ;溫度過低或加溫不均勻

15、時(shí) , 擠出塑料型坯顏色發(fā)暗無 光澤 , 切口結(jié)晶粗糙 , 切口寬度與壁厚不均 , 脫離口模 3 5cm 后, 仍堅(jiān)挺不下垂 , 或即向一側(cè)彎曲。經(jīng)筆者幾年擠出實(shí)踐與統(tǒng)計(jì)資料表明 :型坯的外觀質(zhì)量一般是由機(jī)頭、過渡 段、口模等部位溫度設(shè)定控制不當(dāng)所致 ;型坯內(nèi)在質(zhì)量一般是由擠出機(jī)內(nèi)各段溫 度設(shè)定控制不當(dāng)或物料實(shí)際溫度跑高失控造成的。 因此在實(shí)際操作時(shí)應(yīng)有的放矢 地適時(shí)對(duì)設(shè)定溫度進(jìn)行調(diào)整。 具體調(diào)整方法見附表 , 直至擠出型坯達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)為止。 且忌盲目或大幅度調(diào)整 , 致使擠出生產(chǎn)工況惡化。如調(diào)整無效或因溫度超高導(dǎo)致 型坯出現(xiàn)黃線 , 經(jīng)反復(fù)切片擠壓處理仍不好轉(zhuǎn)時(shí) , 說明口?；驒C(jī)頭流道內(nèi)已發(fā)生

16、“糊料”, 應(yīng)即時(shí)停止加料 , 減速, 改用清洗料進(jìn)行清洗 , 直至口模清洗料內(nèi)無糊料 雜質(zhì)為止。如清洗仍無效 , 應(yīng)停機(jī) , 拆除 , 分解口模 , 對(duì)機(jī)頭和口模進(jìn)行認(rèn)真檢查和 清理。如確診糊料是由擠出機(jī)熔融段或計(jì)量段物料溫度失控所致 , 還須拆除擠出 機(jī)螺桿 , 檢查、清理機(jī)筒和螺桿。3 由擠出溫度控制引出的高速擠出問題要實(shí)現(xiàn)高速擠出 , 若不解決現(xiàn)有國產(chǎn)擠出機(jī)因提高擠出速度導(dǎo)致的送料段溫 度偏低與熔融段、 計(jì)量段溫度跑高問題 , 僅采用高速模具 , 則只能提高小規(guī)格或輔 助型材的單位產(chǎn)量 , 對(duì)大規(guī)格型材產(chǎn)量提高是難于奏效的。高速擠出模具問題解 決之后 , 真正制約擠出產(chǎn)量進(jìn)一步提高的是擠出機(jī)螺桿結(jié)構(gòu) , 換熱形式與加熱條 件。筆者參照國外先進(jìn)擠出機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)資料認(rèn)為 , 要提高擠出機(jī)生產(chǎn)能力 , 需要在 以下三個(gè)方面對(duì)國產(chǎn)擠出機(jī)進(jìn)行改造和更新。(1) 實(shí)行超錐度雙螺桿擠出。錐形雙螺桿與平行雙螺桿擠出機(jī)相比最大的特 點(diǎn) , 是在需要大量熱量的送料段 , 螺桿直徑較大 , 對(duì)物料的傳熱面積和剪切速率比 較大, 加速了物料的塑化 ;在物料已完全熔融不需要太多熱量的計(jì)量段 ,螺桿直徑 較小 , 減少了傳熱面積和對(duì)熔體的剪切速率 , 可防止物料過熱降解 , 在同樣長(zhǎng)徑