由于在此階段的作用溫度已超過(guò)了塑料的流變溫度,加之作用時(shí)間較長(zhǎng),致使塑料發(fā)生了物態(tài)的轉(zhuǎn)變,與加熱機(jī)筒接觸的物料開(kāi)始熔化,在機(jī)筒內(nèi)表面形成層聚合物熔膜,當(dāng)熔膜的厚度超過(guò)螺紋頂與機(jī)筒之間的間隙時(shí),就會(huì)被旋轉(zhuǎn)的螺紋刮下來(lái),聚集在推進(jìn)螺紋的前面,形成熔池。由于機(jī)筒和螺紋根部的相對(duì)運(yùn)動(dòng),使熔池產(chǎn)生了物料的循環(huán)流動(dòng)。螺棱后面是固體床(固體塑料),物料沿螺槽向前移動(dòng)的過(guò)程中,由于熔融段的螺槽深度向均化段逐漸變淺,固體床不斷被擠向機(jī)筒內(nèi)壁,加速了機(jī)筒向固體床的傳熱過(guò)程,同時(shí)螺桿的旋轉(zhuǎn)對(duì)機(jī)筒內(nèi)壁的熔膜產(chǎn)生剪切作用,從而使熔膜和固體床分界面的物料熔化,固體床的寬度逐漸減小,知道完全消失,即由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)。此時(shí)塑料分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了根的改變,分子間張力極度松弛,若為結(jié)晶性高聚物,則其晶區(qū)開(kāi)始減少,無(wú)定形增多,除其中的特大分子外, 體完成了塑化,即所謂的“初步塑化”,并且在壓力的作用下,排除了固態(tài)物料中所含的氣體,實(shí)現(xiàn)初步壓實(shí)。
在均化段,具有這樣幾個(gè)突出的工藝特性:這段螺桿螺紋深度最淺,即螺槽容積最小,所以這里是螺桿與機(jī)筒間產(chǎn)生壓力最大的工作段;另外來(lái) 螺桿的推力和篩板等處的反作用力,是塑料“短兵相接”的直接 帶;這 段又是擠出工藝溫度最高的段,所以塑料在此階段所受到的徑向壓力和軸向壓力最大,這種高壓作用,足以使含于塑料內(nèi)的全部氣體排除,并使熔體壓實(shí),致密。該段所具有的“均壓段”之稱(chēng)即由此而得。而由于高溫的作用,使得經(jīng)過(guò)熔融段未能塑化的高分子在此段完成塑化,從而最后消除“顆?!?,使塑料塑化充分均勻,然后將完全塑化熔融的塑料定量、定壓的由機(jī)頭均勻的擠出。4. 擠出過(guò)程中塑料的流動(dòng)狀態(tài)
在擠出過(guò)程中,由于螺桿的旋轉(zhuǎn)使塑料推移,而機(jī)筒是不動(dòng)的,這就在機(jī)筒和螺桿之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)塑料產(chǎn)生摩擦作用,使塑料被拖著前進(jìn)。另外,由于機(jī)頭中的模具、多孔篩板和濾網(wǎng)的阻力,又使塑料在前進(jìn)中產(chǎn)生反作用力,這就使塑料在螺桿和機(jī)筒中的流動(dòng)復(fù)雜化了。通常將塑料的流動(dòng)狀態(tài)看成是由以下四種流動(dòng)形式組成的:
1) 正流――是指塑料沿著螺桿螺槽向機(jī)頭方向的流動(dòng)。它是螺桿旋轉(zhuǎn)的推擠力產(chǎn)生的,是四種流動(dòng)形式中最要的 種。正流量的大小直接決定著擠出量。
2) 倒流――又稱(chēng)逆流,它的方向與正流的流動(dòng)方向整好相反。它是由于機(jī)頭中的模具、篩板、和濾網(wǎng)等阻礙塑料的正向運(yùn)動(dòng),在機(jī)頭區(qū)域里產(chǎn)生的壓力(塑料前進(jìn)的反作用力)造成的。由機(jī)頭至加料口形成了“壓力下的回流”,也稱(chēng)為“反壓流動(dòng)”。它能引起生產(chǎn)能力的損失。3) 橫流――它是沿著軸的方向,即與螺紋槽相垂直方向的塑料流動(dòng)。也是由螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)的推擠所形成的。它的流動(dòng)受到螺紋槽側(cè)壁的阻力,由于兩側(cè)螺紋的相互阻力,而螺桿是在旋轉(zhuǎn)中,使塑料在螺槽內(nèi)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),形成環(huán)狀流動(dòng),所以橫流實(shí)質(zhì)是環(huán)流。環(huán)流對(duì)塑料在機(jī)筒中的混合、塑化成熔融狀態(tài),是和環(huán)流的作用分不開(kāi)的。環(huán)流使物料在機(jī)筒中產(chǎn)生攪拌和混合,并且利于機(jī)筒和物料的熱交換,它對(duì)提高擠出質(zhì)量有重要的意義,但對(duì)擠出流率的影響很小4) 漏流――它也是由機(jī)頭中模具、篩板和濾網(wǎng)的阻力產(chǎn)生的。不過(guò)它不是螺槽中的流動(dòng),而是在螺桿與機(jī)筒的間隙中形成的倒流。它也能引起生產(chǎn)能力的損失。由于螺桿與機(jī)筒的間隙通常很小,故在正常情況下,漏流流量要比正流和倒流小的多。在擠出過(guò)程中,漏流將影響擠出量,漏流量增大,擠出量將減小。
塑料的四種流動(dòng)狀態(tài)不會(huì)以單獨(dú)的形式出現(xiàn),就某塑料質(zhì)點(diǎn)來(lái)說(shuō),既不會(huì)有真正的倒流,也不會(huì)有封閉的環(huán)流。熔體塑料在螺紋槽中的實(shí)際流動(dòng)是上述四種流動(dòng)狀態(tài)的綜合,以螺旋形軌跡向前的 種流動(dòng)。
5. 擠出質(zhì)量
擠出質(zhì)量 要指塑料的塑化情況是否良好,幾何尺寸是否均,即徑向厚度是否 致,軸向外徑是否均勻。決定塑化情況的因襲除塑料 身外, 要是溫度和剪切應(yīng)變率及作用時(shí)間等因素。擠出溫度過(guò)高不但造成擠出壓力的波動(dòng),而且導(dǎo)致塑料的分解,甚至可能釀成設(shè)備事故。而減小螺槽深度,增大螺桿長(zhǎng)徑比,雖然有利于塑料的熱交換和延長(zhǎng)受熱時(shí)間,滿足塑化均勻要求,但將影響擠出量,又為螺桿制造和裝配造成困難。所以確保塑化的重要因素應(yīng)是提高螺桿旋轉(zhuǎn)對(duì)塑料所產(chǎn)生的剪切應(yīng)變率,以達(dá)到機(jī)械混合均勻,擠出熱交換均衡,并由此為塑化均勻提供保障。這個(gè)應(yīng)變率的大小由螺桿與機(jī)筒間的剪切應(yīng)變力所決定,其剪切的應(yīng)變率數(shù)值為:
其中:Δ――為剪切應(yīng)變率(1/min)
D ――為螺桿直徑(cm)
N ――為螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)
――為螺槽深度(cm)
由此可見(jiàn),在保擠出量的要求下,可以在提高轉(zhuǎn)速的情況下加大螺槽深度。此外,螺桿與機(jī)筒的間隙也對(duì)擠出質(zhì)量有影響,間隙過(guò)大時(shí)則塑料的倒流、漏流增加,不但引起擠出壓力波動(dòng),影響擠出量。
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