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北京朝陽電纜廠分析電纜技術中塑料擠出的基本原理

發布者:cydlcqs發表時間:【2021-03-06】

北京朝陽電纜廠分析電纜技術中塑料擠出的基本原理

擠出機的工作原理是:利用特定形狀的螺桿在加熱筒內旋轉,將料斗送來的塑料向前擠出,使塑料均勻塑化(即熔化)。通過不同形狀的模頭和模具,將塑料擠出成連續性所需的各種形狀的塑料層,并將塑料擠出到線芯和電纜上。塑料擠出工藝:電線電纜的塑料絕緣和護套采用連續擠出成型,擠出設備一般為單螺桿擠出機。擠出塑料前,應事先檢查塑料是否潮濕或有其他雜物,然后預熱螺桿并將其加入料斗。在擠出過程中,料斗中的塑料借助重力或進料螺桿進入筒體。在旋轉螺桿的推動下,不斷向前推進,從預熱段逐漸向均化段移動。同時,塑料被螺桿攪拌擠出,在筒體外部熱量的作用下變為粘性流動狀態,塑料與設備之間的剪切摩擦在螺旋槽內形成連續均勻的物流。北京朝陽電纜廠在工藝規定的溫度作用下,塑料由固態轉變為熔融態,再通過螺桿的推動或攪拌將完全塑化的塑料推入模頭;流向模頭的料流通過模芯之間的環形間隙從模套口擠出以及模套,并擠壓在導線或線芯周圍,形成連續致密的絕緣層或護套層,然后冷卻而可固化制成電線電纜產品。擠出過程分為三個階段:塑料擠出主要基于塑料的塑性狀態。塑料在擠出機中完成成型過程是一個復雜的物理過程,包括混合、破碎、熔融、塑化、排氣、壓制、終成型。值得注意的是,這一進程是不斷實施的。然而,人們通常根據塑料的不同反應將連續擠出過程分為不同的階段,即:塑化階段(塑料的混合、熔融和均化);成型階段(塑料的擠出);凝固階段(塑料層的冷卻和固化)。

**階段是塑化。也稱為壓縮階段。它是在擠出機的筒體中完成的。通過螺桿的旋轉,塑料由顆粒狀固體變為塑性粘性流體。塑料在塑化階段有兩種熱源:一種是桶外的電加熱;另一種是螺桿轉動時產生的摩擦熱。首先,熱量是由桶外的電加熱產生的。正常啟動后,螺桿物料與筒體內壁的摩擦和物料分子在壓縮、剪切、混合過程中的內摩擦產生熱量。

**階段是成型階段。在模具中進行。由于螺桿的旋轉和壓力,粘性流體被推到模具中。粘性流體通過模具中的模具形成各種尺寸和形狀的擠壓材料,并包覆在線芯或導體的外面。

第三階段是定稿階段。在冷卻水箱或冷卻管中進行。冷卻后,塑料擠出層由非晶態轉變為定型固態。

塑化過程中塑性流動的變化

在塑化階段,塑料沿螺桿軸被推到模具上時,會經歷溫度、壓力、粘度甚至化學結構的變化,這些變化在螺桿的不同截面上是不同的。根據塑性流動物理狀態的變化過程,將塑化階段人工分為三個階段,即加料階段、熔融階段和均化階段。這也是分割擠出螺桿的方法。每個截面對塑料擠出的影響不同,塑料在每個截面上呈現出不同的形狀,從而表現出塑料的擠出特性。

在給料段,一是為顆粒狀固體塑料提供軟化溫度,二是通過螺桿旋轉與固定筒體之間的剪應力作用于塑料顆粒上使軟化塑料破碎。重要的是螺桿旋轉產生足夠連續穩定的推力和反向摩擦,形成連續穩定的擠出壓力,從而實現破碎塑料的混合和均勻混合,并初步實現熱交換,為連續穩定擠出提供依據。連續穩定的推力、高、低剪切應變速率、破碎攪拌均勻性直接影響擠出質量和成品率。

在熔融段,經過破碎、軟化和初步混合后,由于螺桿的推動作用,舊塑料沿著螺旋槽從進料段移動到熔融段。在這一段中,塑料會遇到較高溫度的熱效應,這是機器的熱源。除筒體外的點加熱外,螺桿轉動的摩擦熱也起作用。進料段的推力和均化段的反作用力使塑料在螺桿槽和螺桿與筒體之間的間隙中形成回流?;亓鞑粌H使物料混合更加均勻,而且增加了塑料的換熱效果,達到表面熱平衡。由于這一階段的作用溫度已超過塑料的流變溫度,且作用時間長,與加熱筒接觸的材料開始熔化,在加熱筒內表面形成一層聚合物熔融膜。當熔膜厚度超過螺旋頂部和筒體之間的間隙時,它將被旋轉螺紋刮掉并聚集在推進螺紋中,從而在焊縫前面形成熔池。由于筒體和螺紋根部的相對運動,在熔池中產生了物料循環流。實心底座(實心塑料)位于螺釘邊緣后面。在物料沿螺旋槽向前移動的過程中,由于熔融段螺旋槽的深度逐漸變淺到均化段,固體床不斷被擠壓到筒體內壁,北京朝陽電纜廠加速了從筒體到固體床的傳熱過程。同時,螺桿的旋轉對筒體內壁的熔膜產生剪切作用,使熔膜與固體床界面處的物料熔化,固體床的寬度逐漸減小,直至完全消失,即固體狀態變為粘性流動狀態。這時,塑料的分子結構發生了根本性的變化,分子間的張力極為松弛。如果是結晶聚合物,則結晶面積開始減小,而非晶面積增加。除超分子外,主體完成塑化,稱為“預塑化”。在壓力作用下,排除固體物料中的氣體,實現初步壓實。

均化工段有幾個突出的工藝特點:該工段螺紋深度淺,即螺旋槽體積小,是螺桿與筒體之間壓力的工作工段;另外,螺桿產生的推力和篩板產生的反作用力是塑料“近戰”的直接區域;該段也有的擠出工藝溫度,因此是擠出溫度的工作段,此時材料的徑向壓力和軸向壓力。這一高壓足以除去塑料中所含的所有氣體,使熔體緊實。這部分稱為“均衡部分”。由于高溫的影響,在熔融段未能塑化的聚合物在該段塑化,以消除“顆?!?,使塑料塑化充分均勻。然后,由模頭以一定的量和壓力均勻擠出完全塑化和熔融的塑料。

塑料擠出過程中的流動狀態

在擠出過程中,由于螺桿的轉動,塑料被推動,而筒體不運動,因此筒體與螺桿之間有相對運動。這種相對運動對塑料產生摩擦作用,使塑料向前拖曳。另外,由于模具、多孔篩板和過濾網在頭部的阻力作用,塑料在前進過程中會產生反作用力,使塑料在螺桿和筒體中的流動更加復雜。一般認為塑料的流動狀態由以下四種流動形式組成:

正流是指塑料沿螺旋槽向封頭方向流動。它是由螺桿旋轉的推力產生的,是四種流動形式中重要的一種。正流量直接決定擠出量。

逆流,又稱逆流,其方向與正流方向相反。這是由于模具、篩板和濾網在模塊中的塑料正向運動,造成模具區域的壓力(塑料向前的反作用力)。從壓頭到進料口,有一個“壓力下回流”,也稱為“背壓流”。它會造成能力的損失。

橫流——它是沿軸線方向,即垂直于螺紋槽方向的塑性流動。當螺桿旋轉時,它也是通過推動形成的。其流動受螺旋槽側壁阻力的影響。由于螺桿兩側的相互阻力,且螺桿處于旋轉狀態,螺桿槽內的塑料發生旋轉運動,形成環狀流,因此橫向流本質上是環狀流。循環對塑料在桶內的混合和塑化的影響與循環是分不開的。循環使物料在桶內攪拌混合,有利于桶與物料之間的熱交換。對提高擠出質量具有重要意義,但對擠出流量影響不大。漏流-也是由機頭中的模具、篩板和濾網的阻力引起的。然而,它不是在螺旋槽中流動,而是在螺旋和筒體之間的間隙中形成的反向流動。也會造成能力的損失。由于螺桿與筒體之間的間隙通常很小,在正常情況下,泄漏流量遠小于正常流量和逆流。在擠出過程中,泄漏流量對擠出量有影響,泄漏流量越大,擠出量越小。

塑料的四種流動狀態不會以單一形式出現。對于某一塑料顆粒,既不會有的回流,也不會有封閉循環。塑料熔體在螺旋槽內的實際流動是上述四種流動狀態的綜合,是一種螺旋軌跡的正向流動。

擠壓質量

擠出質量主要是指塑料塑化是否良好,幾何尺寸是否均勻,即徑向厚度是否一致,軸向外徑是否均勻。除塑性本身外,影響塑性的主要因素是溫度、剪切應變速率和作用時間。過高的擠出溫度不僅會引起擠出壓力的波動,還會導致塑料的分解,甚至可能導致設備事故。減小螺桿槽深,增大螺桿長徑比,有利于塑料的熱交換,延長加熱時間,滿足均勻塑化的要求,但會影響擠出量,給螺桿的制造和裝配帶來困難。因此,保證塑化的重要因素是提高螺桿旋轉產生的剪切應變率,從而達到機械混合均勻性和擠出換熱平衡,從而為塑化均勻性提供保證。應變速率由螺桿與筒體之間的剪切應變力決定,在保證擠出量的前提下,螺桿槽的深度可隨擠出速度的增加而增加。此外,螺桿與筒體之間的間隙也對擠壓質量有影響。如果間隙過大,塑料的回流和泄漏會增加,朝陽電纜不僅會引起擠出壓力的波動,影響擠出量,還會使塑料過熱,導致燒焦或成型困難。


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