挤塑工艺学习 -

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胶,因此大中型挤塑机现在普遍采用自动加料。自动加料有机械传递、鼓风吹送及抽空吸料等型式,一般采用抽风吸料的形式,自动加料具有安全可靠,减轻劳动强度等好处,现已广泛在大中型挤塑机中应用。

料斗是加料系统中的存料装臵,其几何形状可设计为园锥形,三棱锥形、四棱锥形等,重要的是料斗的容积的设计,即不能太小,也不宜过大,因为太小,造成加料的频繁,操作中稍微大意,就有断料的可能;而太大,则由于塑料自重的作用,很容易造成塑料在套筒进料口的堆积、堵塞:也会造成料的断送,所以料斗的容积必须根据挤出机出胶量的大小合理设计,实践证明,料斗容量一般为30分钟到60分钟的最大挤出量设计是合理的。大型的取下限,小型的取上限。

(2)挤压套筒

挤压套筒就是塑料挤出机的“机膛”,是实现挤出的重要部件。套筒由内套和外套筒组成。

内套除与外套共同接受电加热,通过传导辐射对机身起“热源”作用外,最重要的作用在于与挤压螺杆配合,实现对塑料的破碎、软化、融熔、排气并初步压实,担负着向成型系统连续而均匀地输送胶料的作用,由于内套的这些作用,我们清楚的知道内套的工作条件是十分苛刻的,这主要表现在:

A、长期处于高温的作用之下; B、长期经受摩擦力的作用; C、长期在高压的作用之下; D、长期在腐蚀性介质的作用之下。

因此对用来制作内套筒的材料的选择是极为重要的,它直接关系到挤出机的性能和使用寿命,为了满足上述苛刻工作条件的要求。内套材料必须具有:耐高温的特性,尤其是热膨胀系数要很小并要有优良的热传导特性;坚硬、耐磨有较高的机械强度;要有较强的耐腐蚀性能,尤其是在高温下的防腐蚀性要突出。满足这多种性能要求的材料只有用特殊的合金才能实现。目前,采用最多的合金是铬钼铝合金钢,牌号为38CrMoAl的合金钢用得最为广泛,对一般塑料挤出机都可适用,即发挥了铬的高耐腐蚀性,钼的高耐磨性,以及铝的良好传热性。而当挤制特殊塑料如氟塑料时,由于挤出温度高,塑料腐蚀性强甚至铬钼合金钢也不能适应要求,这时必须改用铬镍钛合金钢,牌号是1Cr18Ni9Ti。内套筒除材料要求之外,其结构尺寸、加工精度的要求也必须十分严格,这是挤出工艺的要求,要确保胶料均匀输送重要的是挤出压力的稳定,因此必须彻底克服塑料在挤压过程中的可能引起压力波动的一切因素,就内套结构而

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言,就是要严格控制加工尺寸公差和加工光洁度,要求内套内孔尺寸不得有超差的锥度,更不能有波动形尺寸偏差,加工的光洁度要达到7到9级,这样对提高其耐磨性、稳定挤出性能、延长使用寿命及提高工艺质量都会提供保障。

综上所述,挤塑机的内套,不论是使用材料,还是加工都要求较高。特别是由于内套材料特殊,所以内套往往不能做得太厚,以尽量节省贵重而稀有合金,一般的内套厚度都控制在其直径的(0.2~0.5)倍,即δ=(0.2~0.5)D,为了提高内套的抗张强度、为了对内套实行热保护和机械保护,在内套外以碳素钢制成所谓外套,使之与内套紧密配合,即使内套紧密锒嵌入外套内,而外套的外周则制为一定节距的沟槽,敷以冷却管或通风,并直接与加热器接触,加热的测量系统也源于外套。

(3)挤压螺杆

挤压螺杆常被人们喻为塑料挤出机的心脏,只有螺杆的运动(传动)才能完成塑料挤出,螺杆的旋转,产生剪切力,使塑料破碎;螺杆的转动产生推力,使破碎的塑料连续前进因此产生挤出压力并由这个挤出压力的作用,在筛板及压力所及的其他部位产生反作用力,造成塑料的迥流及搅拌,从而实现挤塑过程的全面均衡,这一作用过程正是塑料实现均匀塑化的必要条件和充分条件。

塑料挤出机的挤压螺杆结构型式有多种,关于各型螺杆下节专题予以介绍,不论 什么结构的螺杆,其结构参数如何不同,但共同之外是都要产生一个所谓的“压缩比”,即螺杆进料端螺槽容积与出料端螺槽容积之比,压缩比的存在,是产生挤出压力的一大前提,也只有压缩比的存在,才能有效的促使塑料中约占总体积50%的气体彻底排除,使胶层压实致密,实现压缩比的方法和途径就决定了螺杆的结构特点,为了造成螺槽容积的变化,可以分别用等螺距不等深度的螺杆、等深度不等螺距的螺杆以及螺距、深度都不等的螺杆,目前,由于加工方便和使用工艺性能优良,已普遍采用等距不等深的结构,后两种结构型式已被淘汰,等距不等深结构也有多种结构上的差异,如深度渐变式和突变式如图2-4和图2-5所示。突变式又有一次突变式和两次突变式,近年来又出现了多种新型螺杆,例如分流型螺杆,分离型螺杆等等,这些在下节中与普通螺杆一并介绍。 图2-4 深度渐变式等距螺杆 图2-5 深度突变式等距螺杆 第 52 页 共 71 页 电线电缆制造工艺·挤塑

螺杆的另一个重要参数就是所谓长径比,即螺杆有效长度L与其直径D之比值。挤塑机与挤橡机的主要差别就在于挤塑机螺杆长径比大得多,这是由于塑料加工不但不存在所谓“先期硫化”的问题,相反需要充分塑化,充分塑化的条件是温度和作用时间,如前所述,挤塑的温度对一定品种的塑料而言是一个变化范围不大的温度区域,可以认为是一个定值,所以决定挤塑质量(即塑化程度)的仅是作用时间,延长作用时间可能有两个办法,一是降低速度,一是延长塑化的路径,前者就是以产量的降低实现充分塑化的要求,显然是不合理的,因此只有设法延长塑化的路径,这就是挤塑机的长径比为什么要增大的原因之一,挤塑机的长径比一般都设计为L=(12~40)D,即螺杆长度为螺杆直径的12~40倍。长径比大,虽然能有效的提高产量,但实际上长径比是不能过大的,特别是在大型挤出机中。这是因为长径比加大,意味着螺杆长度加长,这给制造、安装和使用都带来了不便,甚至因此会影响设备工艺性能和使用寿命。因此近年来,提高挤塑机的产量,不单单在加大长径比上下功夫,更在改造螺杆结构上作文章,上面提到的分流型螺杆、分离型螺杆就是这方面成功的尝试。

螺杆的几何形状除考虑压缩比,长径比之外,其他如螺纹节距L、螺峰宽度e、螺旋角Φ、及元弧角r都有一定的要求,不同的结构参数导致螺杆挤出的工艺的不同,下节将予以分析。

螺杆是与内套精密配合的部件,一般要有一定的间隙,以此为塑胶迥流和气体逸出的通道。间隙大小往往依螺杆直径大小而定,一般为0.1毫米到0.5毫米,这个间隙加工控制固然是重要一环,而安装调整也是不可轻视的,否则,由于螺杆的下垂、偏斜等往往造成螺杆与套筒的同心度在端部、根部的不一致,通常是使端部间隙不匀,轻者影响挤出工艺性能,严重将造成扫膛,致使螺杆与套筒连续磨损,而使设备寿命减短,所以挤出机的安装调试最要紧的就是螺杆与套筒的间隙的调整。设计中考虑到螺杆与套筒磨损的可能,对其硬度的设计往往是使内套表面的硬度稍高于螺杆螺纹峰面的硬度,一般高出R2~3度,以便一旦发生磨损,也不致损伤内套。因为螺杆加工较内套加工要容易些,螺杆的拆装也较简便。螺杆与内套所用材料相同,只是渗氮等处理的工艺流程稍有差异。

挤塑机生产已系列化,规格很多,其规格是以螺杆直径表征的,目前标准规格有:30毫米、45毫米、65毫米、90毫米、120毫米、150毫米、200毫米、250毫米及300毫米等。

挤塑机的型号中包括了螺杆直径、长径比,加热方式及冷却方式等技术对数,例如:

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S30-20DF型塑料挤出机,其型号的含义就是: S—塑料挤出机(塑); 30—螺杆直径30毫米; 20—螺杆长径比为20;

D—主机加热方式为电加热(电); F—主机冷却方式为风冷(风)。 (4)滤板

滤板习惯上常称为筛板,见图3—3。是臵于螺杆头端部的“过滤器”,称其为筛板,说明它有过筛的作用,即过筛出含于塑料之中的一切颗粒状杂质,筛板的这一作用这是人们显而易见的。然而滤板的最重要的作用则是压力调节作用和对已实现塑化的胶料运动状态的调节作用。电线电缆的绝缘和护套挤出中往往在筛板内装臵40目到80目的铜网由此使塑胶在前进中受到阻力,即产生挤出推力的反作用力。在此反作用力的作用下,促使胶料产生迥流,而实现充分塑化,此即其压力调节作用,另一方面,塑料在内套内是做连续旋转运动的,而其到成型系统之后,希望停止旋转,使其平稳前进,筛板恰具有使胶料变旋转运动为平直运动的功能 ,这就是筛板调节胶料运动状态的作用,可见筛板部件虽小,作用甚大。 图2-6 筛板示意图 由于筛板是在高温、高压下工作,极易变形,因此除在制造尺寸上必须保障以外,部件必须经过热处理。必要时,应用合金钢制成。为了使平直运动的胶流均匀,筛板圆孔形胶道必须分布均匀。为了防止胶料的停滞以及因此而产生“焦烧”等缺陷,圆孔通道的进料口往往加工成60左右的倒角使胶道呈流线型。 (5)机头

在螺杆与内套间热、压的共同作用下,塑料实现了塑化并初步压实,经筛板沿一定的流道自机脖到机头送入成型装臵——模具。

机头实际上即是一个保温器,又是一个压实装臵,塑胶在机头中由于保温的缘故,保持出机膛时高的可塑态,而由于进入机脖以后,流道之体积越来越小,所以受到了越来越大的压力,因此使得出膛的胶料进一步压实,为成型装臵提供了较为密实结构

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的胶料,这就是机头的作用。

很明显,机头不但是在高温下而且是在更高的压力下工作的部件,它又是为成型系统提供胶料的最后一道“关卡”,因此对机头结构有多方面的要求。首先是在高温下要有较高的机构强度,确保在高压作用下不破裂,考虑到机头的保温作用,特别是其散热的特点,机头的外部尺寸不能过小,壁厚一般也要相当于套筒的总厚,这不但机械强度加强了而且为热平衡提供了保障,避免了温度忽高忽低,实际上是对稳定挤出提供了保障。机头也是与塑料直接接触的,因此机头的耐腐蚀也是有要求的,所以机头一般都用与螺杆、内套相同的材料制成。小型挤出机,为了加工的简便,往往是以合金钢一体加工,而大型机的机头,体积宠大,为了节省贵重的合金,往往也是合金内套加碳素钢外壳。

塑料在机头内平直运动是在解除机械作用情况下进行的,因此机头的胶料流道就更要合理,要消除死角,使流道呈流线型,这是以加入机头内的分流器实现的。分流器除有构成合理塑胶流道的作用外,又是与模芯吻接的装臵。为了使流入成型装臵的胶料彻底消除压力的波动,在有的机头内往往设有所谓的“均压环”。

机头外部结构式目前有直机头和斜机头两种。前者,机头与机身成90°角垂直,这种机头尽管有分流套的调节作用塑胶流道也很难避免出现死角。构成流线型更为困难。后者则是机头与机身成120°倾斜,容易构成流线型胶道。但这种型式的主机安装占地面积较大,虽然如此,仍因工艺合理,而被广泛采用。

机头加热亦电加热,机头加热器往往分区布臵,以达控制灵活的要求,因在挤出过程中,机头散热没有任何补偿措施,只能依赖于往复加热,所以机头加热控制系统的灵敏度是要严格要求的,一旦失灵,将直接影响挤出质量,甚至会造成挤出全过程的前功尽弃。

二、挤塑模具类型及工艺特性 (一)概述

塑料电线电缆产品质量的好坏,与塑料本身的质量、挤出机性能、挤出温度、收放线张力、速度、芯线预热、塑料挤出的冷却、机头模具设计等多种因素有关,其中最主要的是塑料电线挤出过程中最后定型的装臵——模具。模具的几何形状、结构设计和尺寸、温度高低、压力大小等直接决定电线电缆加工的成败。因此,任何塑料电线电缆产品的模具设计、选配及其保温措施,历来都受到高度重视。

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