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挤压 | 5分钟阅读

型材、管材挤压熔体断裂的故障排除

故障排除时间表对于帮助您快速识别问题及其原因至关重要。在这里,我们将描述这样一个时间轴,以及如何使用它来解决管材和型材挤出中的一个常见问题熔体断裂。

单螺杆挤出机是塑料加工中最常用的机器。虽然在功能上基本上很简单,但它们受到许多不稳定因素的影响,可能导致超出规格的产品或关闭。当问题发生时,您将需要一种快速识别原因的策略。该策略的一个基本元素是故障排除时间线。在这里,我们将描述它是什么,以及它如何可以用来解决一个常见的挤压问题-熔体断裂在管和型材挤压。

从传感器

有效故障排除的先决条件包括良好的机械仪表、当前和历史工艺数据、详细的原料数据、完整的维护记录,以及对挤压工艺有良好理解的操作人员。

挤压是一个“黑盒”过程。我们无法看到挤压机内部发生了什么,所以我们依靠仪器。我们需要确保所有传感器工作正常,读数校准正确。

以下是需要监控的重要过程变量:

  • 熔化压力,通常约100次/秒。
  • 用浸入式探头每1-10秒熔化一次温度,或用红外传感器每1-10毫秒熔化一次温度。
  • 进料外壳的温度(如果是水冷的)。
  • 桶温度(每个区域有一个或两个传感器)。
  • 模具温度(一个到30个或更多的传感器,取决于模具类型)。
  • 加热器功率以千瓦为单位。
  • 冷却功率,如果风冷或水温升高,则测量风扇转速;如果水冷,则测量流量。
  • 螺杆转速。
  • 电机负载以安培计。
  • 行速度。
  • 成品尺寸。

其他的过程变量可能被监控在上游设备上,如干燥器,搅拌机,输送机和给料机,以及下游设备上,如齿轮泵,屏幕更换器,校准器,水槽,激光仪表,拉拔器和卷取器。

然而,许多挤压操作主要依靠在职培训,尽管这往往是最低效的,在某些方面也是最昂贵的方法。

为了解决挤压问题,你必须了解这个过程。因此,刚接触挤压的操作人员应该学习材料特性和机械特性,如仪表、控制、螺杆和模具设计。然而,许多挤压操作主要依靠在职培训,尽管这往往是最低效的,在某些方面也是最昂贵的方法。未经培训的人员对挤出机的不当操作可能导致昂贵的损坏甚至人身伤害。

故障排除时间表

要理解为什么流程不能正常运行,您必须在问题不存在时将当前流程条件与之前的条件进行比较。构建流程时间线有助于识别哪些条件的变化扰乱了流程。

时间轴需要从过程稳定的周期到过程中断被注意到的时间点的记录。你需要记录所有的过程数据——温度、压力和尺寸。确保列出所有可能影响过程的事件(见图1),如断电、更换螺丝或新的树脂批次。一些潜在的重要事件是不那么明显的,如在工厂的那个区域的建设,材料处理的变化,工厂水系统的维护活动,或新操作员的开始。

请注意,并非所有事件都会立即生效。在变化的影响变得明显之前,可能会有相当长的潜伏期,因此重要的是不要急于下结论。同样重要的是,即使在问题出现的几个月前,也要开始一个足够早的时间线。

停止融化骨折

故障排除时间表有助于管道处理器隔离处理问题的根源。一条挤出生产线突然开始制造因熔体破裂而导致表面粗糙的管材。熔体破裂可以表现为滑棒(或“竹子”)、棕榈树、螺旋或随机粗糙度(图2)。

时间线显示,在处理器切换到另一种树脂之前,该生产线运行了近六个月。时间线还显示,另一名嫌疑人更换了热电偶。对热电偶进行了精度检查,结果证明热电偶校准正确,读取温度准确。这使得树脂成为最有可能的罪魁祸首。它是茂金属型聚烯烃,更容易发生熔体断裂,因为它在较高剪切速率下保持较高粘度,即剪切变稀程度较低。

一般来说,熔体断裂涉及到模具中的应力,通常与树脂有关。它既可以用材料固化,也可以用机械固化。在这种情况下,处理器不能改变材料。

熔体断裂可以减少或消除流线模具流动通道,减少剪切应力在陆地地区,使用加工辅助,添加模具陆地加热器,操作以上临界剪切应力熔体断裂(称为“超级挤压”),或添加超声波振动-一个鲜为人知但非常成功的技术。

一般来说,熔体断裂涉及到模具中的应力,通常与树脂有关。

流线化模具的流道总是一个好主意,以阻止熔体断裂,但它增加了成本。对于大批量产品来说,购买一个完全流线型的模具是有意义的,但对于小批量产品来说可能不值得。

减少剪切应力在陆地区域可以通过增加模具间隙,降低挤压率,提高模具陆地温度,提高熔体温度,或降低熔体粘度来完成。粘度可以通过使用加工助剂或润滑剂来降低。当500到1000ppm的氟弹性体加入聚烯烃时,它会在模具上形成一层涂层。这种涂层的形成需要五分钟到一个多小时。

熔体断裂的其他常见解决方案是安装加热器,以提高模具的温度,使剪切应力降至熔体断裂的临界剪切应力以下。

熔体在模区停留的时间很短,因此可以将那里的温度设定得相对较高。例如,HDPE在大约400华氏度下进行加工,可以在575华氏度下通过模块而不降解。模具陆地加热器可以改装在外部的土地地区的一个管模具。

在保持良好的产品外观和尺寸公差的同时,模具加热器也可以降低模头压力,并提供高达20%的更高的挤出吞吐量。

超挤压是一种模具区剪切应力远高于熔体断裂的临界剪切速率的技术。这对于HDPE和某些含氟聚合物(FEP和PFA类型)是可能的,它们在比熔体断裂发生的区域更高的剪切时表现出第二个稳定的挤压区域(图3)。

外部安装传感器的模具的超声波振动也会导致塑料的剪切变薄。关于这一技术的信息有限,但当变形率足够高时,它可以按数量级降低熔体粘度。模壁处的塑料熔体层最容易受到高频变形,导致模壁处熔体粘度大幅度下降。这减少了模头压力、模头膨胀、熔化断裂和模嘴流口水。

作者简介:Chris Rauwendaal在挤压领域工作了近30年。他是加州洛斯阿尔托斯山(Los Altos Hills)自己的咨询公司的负责人,该公司提供螺丝和模具设计以及工艺故障排除服务。

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