螺桿擠出機溫度控制

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 160180)進行。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)文獻介紹和生產(chǎn)實踐驗證 , 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) 10左右,這一點在沒有實驗條件或生產(chǎn)經(jīng)驗的情況下 ,是不可預(yù) 知的。只有通過生產(chǎn)實踐 ,依據(jù)塑料型坯的質(zhì)量 ,

2、適時調(diào)整設(shè)定溫度。 開始設(shè)定溫 度時不易過高 , 應(yīng)從低向高逐步調(diào)整。(2) 塑料擠出亦是一個能量守恒的過程。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。對于單螺桿擠出機或雙螺 桿擠出機沒有內(nèi)熱存在的加熱區(qū)域 ,即機頭、大小過渡段、口模等部位 ,生產(chǎn)大規(guī) 格型材時 ,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。對于雙螺 桿擠出機有內(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

3、直接影響 物料的熔融速率。 設(shè)定溫度應(yīng)視該段物料的形態(tài)、 承受溫度程度及對熱量的需求 情況而定。(3) 塑料擠出需經(jīng)歷一定時間歷程。 在這一歷程的不同階段 , 由物料的加工特 性和擠出機職能所決定 , 不同形態(tài)的物料承溫情況和對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 熱量的需求情況。雙螺桿擠出機溫控系統(tǒng)由 10 個溫控點組成。依據(jù)物料在擠出過程各個階段 的形態(tài)、承受溫度程度及對熱量的需求情況 ,可將 10個溫控點歸納為加溫、恒溫、 保溫三個區(qū)域。其中加溫與恒溫區(qū)主要在擠出機內(nèi) , 以排氣孔為界劃分為兩個相 對獨立又互為關(guān)聯(lián)的部分 ; 保

4、溫區(qū)主要由機頭、大小過渡段、口模部分構(gòu)成。加溫區(qū)由送料段、 壓縮段兩溫控點組成。 由于物料由室溫狀態(tài)經(jīng)給料機螺桿 輸送給擠出機送料段螺桿 , 距物料熔融溫度溫差較大 , 同時物料經(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

5、器油溫而定 （一般以油溫 60為宜 ）。恒溫區(qū)由熔融段和計量段兩溫控點組成。 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 ,還須進一步恒溫并完全塑化 , 同時隨螺桿 容積減少 ,在機頭均布盤 （亦稱過濾盤、導(dǎo)流盤）阻力作用下 ,物料粘度、密實度進 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,故熔融段和計量段溫度的設(shè)定應(yīng)注意 : 在擠出機開機前升溫時 , 溫度設(shè)定略高 一些, 以利于螺筒恒溫 ;開機正常后要適當(dāng)降低 ,以防物料降解。保溫區(qū)由機頭、 過渡段、

6、口模等溫控點組成。 物料經(jīng)過恒溫區(qū)后已完全呈熔 體狀態(tài), 進入保溫區(qū)將由螺旋運動改變?yōu)閯蛩僦本€運動 , 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。由于改變運動方向 , 建立熔體壓力需犧牲一定的熱量為 代價。同時在該區(qū)域，內(nèi)熱已不復(fù)存在 , 故仍需要一定外熱做補充。該區(qū)域溫度 設(shè)定一般應(yīng)高于前兩個區(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 行設(shè)定。截面復(fù)雜或壁厚部位 , 溫度設(shè)定應(yīng)高一些 ;截面簡單或壁薄部位 , 溫度設(shè) 定應(yīng)低一些 ; 截面對稱或壁厚均勻部位 , 溫度設(shè)定應(yīng)基本一致。2.2 溫度控制

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

8、等于或高于顯示溫度。錐形雙螺 桿擠出機有兩個熱源 : 外電加熱器 ; 雙螺桿對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溫點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 ,亦是雙向?qū)?;顯 示溫度超越設(shè)定溫度值時 , 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

9、正向?qū)?,顯示溫度則高于物料溫度。 其二,雙螺桿對物料的剪切與壓延作用 所轉(zhuǎn)化的內(nèi)熱并不受自動溫控系統(tǒng)的約束與支配。通過擠出實踐可以發(fā)現(xiàn), 在塑料異型材擠出時 ,不存在內(nèi)熱的機頭 , 過渡段和口模部位溫控點顯示溫度一般比 較穩(wěn)定 , 基本上可控制在設(shè)定溫度的范圍內(nèi) ;有內(nèi)熱存在的擠出機內(nèi)各段溫控點 顯示溫度隨擠出量增減往往波動很大 , 有時遠(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 ; 熔融段和計量段的物料由于已完全轉(zhuǎn)化為粘

10、流態(tài) , 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 ,以得到高強度塑料異型材型坯。 應(yīng)該指出 ,在設(shè)定溫度

11、時雖然已考慮 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。 擠出實踐證明 ,有內(nèi) 熱存在的擠出機內(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 ,還應(yīng)明確,即使熔融段 ,計量段顯示溫度偏離設(shè)定溫 度,但仍小于 180時,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 180, 采用手動冷卻控制無效時 , 才有必要降低給料與 擠出速度進行溫度控制。同時由于雙螺桿

12、擠出機有強制給料的特點 , 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。過高則會產(chǎn)生擠出機過載或加 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 速度時還應(yīng)密切觀察主機電流變化 ,物料塑化好時 ,一般電流較低。主機電流變化 是判斷擠出溫度控制是否適當(dāng)?shù)囊粋€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)量反過來又是對設(shè)定溫度正

13、確與否的檢驗。 由于擠出控制 溫度是擠出生產(chǎn)前設(shè)定的 , 其設(shè)定溫度正確與否又受配方組分、劑量和原料質(zhì)量 以及擠出機工藝條件的制約和影響。 新建企業(yè)或生產(chǎn)經(jīng)驗、 技術(shù)水平不甚高的操 作人員,在開機設(shè)定溫度時 , 難免出現(xiàn)這樣或那樣的偏差 , 因此有必要在生產(chǎn)過程 中通過對擠出塑料型坯存在的質(zhì)量缺陷進行系統(tǒng)對應(yīng)分析檢驗 , 適時調(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)整對策序號型坯質(zhì)量缺陷特征原因調(diào)整對策1型坯外觀顏色泛黃機頭、過渡段、口模溫度偏高降低機頭、過渡段、口模溫度2型坯外觀顏色發(fā)暗機頭、過渡段、口模溫度偏低提高機頭、過渡段、口模溫度3型坯內(nèi)筋彎曲 , 內(nèi)壁 發(fā)泡或截

14、面呈氣孔 狀 , 脫離口模即下垂計量段或熔融段溫度跑高 , 原料 含水量超標(biāo) , 未開啟真空排氣降低計量段或熔融段 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 仍堅挺 不下垂計量或熔融溫度過低提高計量段或熔融段溫度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。由擠出機擠出后 , 脫離口模 3 5cm自然下垂。當(dāng)設(shè)定或控制溫度過高時 ,

15、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 , 由擠出機擠 出后脫離口模即軟弱下垂 ; 溫度過低或加溫不均勻時 , 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 35cm后,仍堅挺不下垂 , 或即向一側(cè)彎曲。經(jīng)筆者幾年擠出實踐與統(tǒng)計資料表明 : 型坯的外觀質(zhì)量一般是由機頭、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)量一般是由擠出機內(nèi)各段溫 度設(shè)定控制不當(dāng)或物料實際溫度跑高失控造成的。 因此在實際操作時應(yīng)有的放矢 地適時對設(shè)定溫度進行調(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

16、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 , 說明口?；驒C頭流道內(nèi)已發(fā)生 “糊料”, 應(yīng)即時停止加料 , 減速, 改用清洗料進行清洗 , 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,拆除, 分解口模 , 對機頭和口模進行認(rèn)真檢查和 清理。如確診糊料是由擠出機熔融段或計量段物料溫度失控所致 , 還須拆除擠出 機螺桿, 檢查、清理機筒和螺桿。3 由擠出溫度控制引出的高速擠出問題要實現(xiàn)高速擠出 , 若不解決現(xiàn)有國產(chǎn)擠出機因提高擠出速度導(dǎo)致的送料段溫 度偏低與熔融段、計量段溫度跑高問題 , 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)量進一步提高的是擠出機螺桿結(jié)構(gòu) , 換熱形式與加熱條 件。筆者參照國外先進擠出機設(shè)計有關(guān)資料認(rèn)為 , 要提高擠出機生產(chǎn)能力 , 需要在 以下三個方面對國產(chǎn)擠出機進行改造和更新。(1) 實行超錐度雙螺桿擠出。錐形雙螺桿與平行雙螺桿擠出機相比最大的特 點,是在需要大量熱量的送料段 , 螺桿直徑較大 ,對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量段 ,螺桿直徑 較小, 減少了傳熱面積和對熔體的剪切速率 ,可防止物料過熱降解 , 在同樣長徑比 條