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原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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种类多样的产品,以及存料少和“赶点”生产的期望,令批量规模越来越小,从而使产品变换频繁。除了这给生产计划和物流带来的挑战之外,任何加工企业在经济上取得成功的决定性因素是生产线的设计和灵活性。毫无疑问,加工带宽高、模具更换时间短、废品率低和整条生产线对新产品的适应快速近年来已经在多数挤出加工企业的如意算盘中获得了重要性。但这些新需求无论如何取代不了过去的需求。更佳性能、更高产量和一致的产品质量已经被加入到新需求之中,对设备制造商造成了更大的创新压力。

挤出机

现有制造管材和型材产品的方法可以被粗略分为两种类别。双螺杆挤出机被用于制造PVC产品,而带开槽加料段的单螺杆挤出机和屏障型螺杆主宰着聚烯烃的加工(图1-3)。尽管对两种机器的要求大体上是相同的,但机器的执行是有很大不同的。

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图1. Cincinnati的Monos高性能挤出机具有
150mm的螺杆直径和37D的螺杆长度

提高任何生产线的熔体吞吐量,无论是单螺杆还是双螺杆,总是涉及到修改螺杆形状、提高螺杆直径或者提高螺杆速度。这些发展还没有一个看起来已达到极限。要生产所需成功产品的措施与加工、应用和原料的类型有着关系。所以,在一些情况下,产量提高至30%只能通过选择性地改变螺杆形状来实现,而不用加长塑化装置或提高旋转速度。但是,许多新式挤出机因为外部尺寸而令人印象深刻。螺杆直径达150mm、加工量超过2000kg/h和管材直径达2000mm的高性能挤出机是现在最为先进的技术。构思新系列的高性能挤出机时,另一种自由度被开发出来。产出率增加30%可以通过提高加工长度(达37D)来实现。几十年来挤出机的节径比(L/D)在稳步提高。这种趋势在双螺杆和单螺杆挤出机中正在延续。对于双螺杆挤出机来说,预热长度的提高带来了重要的优点。更宽的加工窗口能通过机筒温度控制对塑化温度产生更好影响而实现。剪切能量和圆周速度被降低。

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图2. Krauss-Maffei的KMD 90-32/P双螺杆挤出机

大型单螺杆挤出机(例如直径150mm和37D的长度)具有某些独特的加工特征。所需的高扭矩确保加工速率高,圆周速度和剪切速度极小。这能实现对材料极为轻柔的塑化过程。而且,还有实现高生产能力的另外一种方法。通过提高螺杆速度还能提高相同机器规格下的熔体加工量。虽然这种措施可能是极为有利的,但它并不适用于所有的原料。圆周速度的提高通常会导致熔体温度的提高,这会破坏PVC等热敏性原料。例如,对于目前常用于窗户型材挤出的配方来说,螺杆圆周速度不应当超过0.11m/s。如果可以利用更快的旋转系统,那是和一系列的优点联系在一起的。除了设备成本低、驱动更小和单位面积下性能更佳以外,停留时间也被缩短,熔体均匀度和产品质量也被提高。

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图3. Reifenhaeuser的管材挤出生产线

但是,节径比大、速度快和挤出性能高并不是在每种情况里都是需要的,例如在加工工程塑料时。在这里使用的是通用型挤出机,因为功能性强和易于使用而胜出他人一筹。

其它塑化概念

除了传统螺杆/机筒式挤出机的持续发展以外,一系列的新概念和得到改善的其它塑化概念已经出现,它们应当是可令挤出过程更为高效。所以,有多种成熟系统可供加工者使用。一种改进过的概念是利用带不同驱动的双螺杆,一个用于加料段,一个用于塑化段,能为两段设定独立的速度。这可以对付不同原料的不同加料性能。在其它系统中,完成了熔体/固体的分离。一旦形成熔融层,它会从螺杆流出,经螺纹,进入到机筒壁的一个独立区域,在这里熔融层然后移动到螺杆顶端。除了柔和的熔体处理以外,这会实现高的塑化速率,所以也就实现一个极短的构造。在塑化段带有旋转机筒件的另一种挤出机也强化了塑化,对工艺起着积极的作用。

挤出模头

尽管所有传统模头可以被利用,但螺芯分配器在多数应用中已经变得成熟。在许多情况下,这种模头对于多层产品来说是唯一可行的解决方法。这种趋势的决定性因素是灵活度、宽广的应用范围和加工技术优点。良好的熔体均一性、防止熔合缝的出现以及均一的熔体分布使螺旋芯轴分配器的使用具有吸引力,不管是在对热塑料挤出提出了最高质量要求的场合。除了圆柱形和锥形式样模头以外,螺旋芯轴模头被用于小口径管材和管道。因为除了螺旋以外的其它熔体流道也可以存在于芯轴平面上,所以“环形分配器”一语也被用上了(图4)。除了整体尺寸小和生产的经济高效以外,环形分配器还具有其它优点。流道短与停留时间短也能使产品更换迅速完成。模块化模头结构可实现层面结构的高度灵活性。环形分配式模头也具有模壁剪切速率小和压力损失小的特点。如果分配流道没有被加工到一个模面而是两个模面上,那么小规格的加工量会额外地被提高,也可实现更好的整体一致性。而且,重叠的熔体层产生了特殊的材料结构。接下去的双面芯轴的结果是,每个加料孔冒出双弯曲。这会使各个熔体流之间的接触面积翻倍,从而层面的整体分配和强度更好。
 
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