单螺杆挤出机的混料效果

作者：STEFAN EPPLE, EBERHARD GRüNSCHLOSS    来源：KUNSTSTOFFE INTERNATIONAL杂志

欢迎访问e展厅 展厅 2 塑料挤出机展厅 片材生产线, 单螺杆挤出机, 双螺杆挤出机, 板材生产线, 木塑挤出机, ... 质量保证-恒定的温度以及在塑料的生产中合理的添加剂分配都是一个塑料挤出系统所需要的基本因素。今天为了满足市场的需求，推出了使用复杂的几何混料方法的高性能单螺杆挤出机。 为了优化混合器的几何特性来处理具有较难混合特点的塑料，位于德国斯图加特的聚合物技术研究所（IKT）对不同的混合成分进行的一系列的试验。这项研究的目的是出于对Helibar挤出机系统不断地改进并开发IKT 的屏障式螺杆与相同长度的螺旋槽的组合。这些研究能够增加吞吐量并相应地减少处理时间，尽管一些较难熔融的塑料材料如聚丙烯等的均聚物（PP-H）的熔体程度已经有所改善，但是同质性还达不到所期望的程度。 不同的混合成分 挤出机的螺栓能够直接控制九个动态的混合器，并且可以在挤出机螺栓和模具之间安装静态混合器。混合成分都列在了图表一中。 混合的成分与混合的原则息息相关。分布混合意味着将根据分布进行混合而分散混合包括了粒子的分散处理。 在标准的混合成分处理中包括了螺旋剪切成分和Saxton混合成分, 分散混合在螺旋剪切成分中占主导的地位，而分布混合在Saxton混合成分中占主导的地位。这种结合了标准混合成分的组合已经在实践中被广泛证明是有效的，这就是为什么它在实验中被用于作为参考标准。比较其在温度上升，压力下降和同质化等各种情况下的值，总是能够得到标准的混合成分值。 实验步骤 所有的实验都在一台Helibar单螺杆挤出机上进行。挤出机的螺杆是一个直径为D=35毫米，L/D比为29的屏障式螺杆。螺杆的顶端安装有长度为5D的可替换混合器，因此整个螺杆的长度在34D。整个螺杆都有螺旋状的凹槽（图表1），凹槽沿着铸模逐渐变浅。这里所描述的实验，螺杆速度都在300rpm。 五种具有不同熔体及壁面滑移性能的塑料参与了实验。一种标准的聚丙烯（PP），一种标准的聚乙烯（PE），具有较高壁面滑移性能的PE粉末，具有较低壁面滑移性能的PE粉末以及具有较难熔体性能的PP-H。需要衡量和评价的因素是在混合成分的压力下降、在从到同质出口的熔体温度。 衡量和评价的因素是在混合成分时的压力下降，以及挤出机从料筒到同质化处理过程之间的熔体温度。为了获得一个更好的混合成分之间的比较，所有的评估结果都是用标准的混合成分比率（100％）来表示。所有五种塑料的测试结果都结合起来，形成一个混合成分的值。 压力的下降 目的是尽可能地避免压力的下降，使挤出机的挤出前区不会受到不必要的压力负荷。压力下降地过多，会产生不理想的成品效果。 图表2显示了—所有塑料材料测试的总结—不同混合成分的压力下降。开放式的Saxton混合成分以及排针料筒得到了最小的压力下降。而最高的压力下降为SMX静态混合器和跨孔混合成分。 熔体温度 挤出机的熔体温度，是衡量和评价第二个重要参数。所有五种塑料材料的熔体温度也需要组合起来形成一个值并与标准的混合成分值进行对比。目的是形成较低的熔体温度以避免挤出机中的塑料产生热损伤并不妨碍下游处理中的冷却处理过程。 图表3中显示了预期的熔体温度比较，开放混合成分得到了最小的温度上升。而转移孔混合成分（CTM）在结果中达到了最高的熔体温度。但总体来看，温度上升的因素相比压力下降仍然处于严格的限制范围之中。 同质性 最重要的一个因素是挤出过程的同质性。对于这一点，塑料选用了1％的黑色浓缩染料。在挤出冷却后，进行较薄的削减处理。削减处理通常依靠视觉来进行评估，并根据同质性将产品分为9个等级（图表4）。较好的原料同质性使用较大的数值表示。如果同质性的数值较低，那么它就可能是在极端的情况下，在挤出的过程中仍有未完全熔化的成分。 当所有的样本都按其各自的同质性等级进行分配后，那么就可以开始将它们与标准的混合成分进行对比并计算出一定的值。 图表5显示了在不同的混合器中取得的标准混合成分的同质性。较高的值代表了更好的同质性。开放式混合器的分布混合同质化程度最差。而CTM混合器和MBK混合器的同质性程度最高，这两种混合器都可以进行分布混合和分散混合。 总体评估 作为三个评估的参数—压力下降、熔体温度和同质性—在总体评估中都具有不同的意义，这些因素都在评价的总结中加以权衡。压力下降乘以权重因数1，熔体温度乘以权重因数2，同质化作为最重要的参数乘以权重因数4。进一步，压力下降的倒数值和熔体温度也都用于计算，较高的值被定义为较差。适当的反演，通过使用倒数来实现。总体评价的结果如图表6所示。 高数值代表了良好的性能。CTM混合器实现了最好的同质性。标准的混合成分几乎完全处于中等的水平。纯分布混合器产生了最坏的结果。 结论与展望 实验清楚地显示了混合成分的标准是基于拉伸和剪切流相结合所产生的整体效果。在聚合物技术研究所进一步的研究中，这种混合成分的影响目前正在使用一种创新的建模方法进行计算，旨在能够在正式生产混合成分前优化它的几何结构。 此外，较薄的削切的计算方法也正在进行优化，以希望能够由计算机自动进行计算。 作者简介： 硕士工程师STEFAN EPPLE先生，生于1984年，在聚合物技术研究所（IKT）从事相关的研究；stefan.epple@ikt.uni-stuttgart.de 硕士工程师EBERHARD GRüNSCHLOSS先生，出生于1944年，2010年3月以前在聚合物技术研究所（IKT）担任高级学术顾问；gruenschloss@t-online.de 教授博士CHRISTIAN BONTEN先生，生于1969年，是斯图加特大学聚合物技术研究所（IKT）的负责人。(end)

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