Sistema de avaliação da adaptabilidade da extrusora de parafuso único a diferentes materiais (PP/PS/PE/PLA)

I. Introdução: Desafios de processamento de materiais na extrusão de parafuso único

O MACHIN TERMOMENTANTE DE TERMOMORAGEM DE CHARAGEM DE RAÍCULA ÚNICA E, como o equipamento principal para o processamento de materiais de polímeros, sua adaptabilidade a diferentes polímeros determina diretamente a qualidade do produto e a eficiência da produção. Pp (polipropileno), Ps (poliestireno), Pe (polietileno) e PLA (ácido polilático) exibem comportamentos reológicos distintos e requisitos de estabilidade térmica durante a extrusão devido a suas diferenças significativas na estrutura molecular e nas propriedades físicas. Avaliando a adaptabilidade do processamento de extrusoras de parafuso único requer a construção de um sistema de avaliação científica a partir de quatro dimensões: análise característica do material, correspondência da estrutura do equipamento, coordenação de parâmetros de processo e correlação da qualidade do produto.

Ii. Correlação fundamental entre propriedades do material e processamento de extrusão

(A) Diferenças intrínsecas de propriedades de materiais poliméricos

(B) Impactos centrais das propriedades do material no processo de extrusão

• PP : A alta taxa de cristalização leva a uma grande taxa de encolhimento quando o derretimento é resfriado e a atenção deve ser dada à taxa de compressão do parafuso e ao controle do gradiente de temperatura da seção de resfriamento e modelagem; As características de desbaste de cisalhamento requerem o ajuste coordenado da velocidade do parafuso e da pressão traseira para evitar a ruptura da fusão.
• PS : A cadeia molecular rígida torna proeminente a elasticidade derretida, propensa à fratura por derretimento durante a extrusão, exigindo otimização da estrutura da seção de mistura de parafuso para reduzir o armazenamento de energia elástica; A baixa estabilidade térmica requer precisão de controle de temperatura dentro de ± 2 ° C.
• PE : O derretimento da baixa viscosidade é propenso a vazamento de vazamento, exigindo um aumento na proporção do diâmetro do comprimento do parafuso (L/D ≥28) para estender o tempo de permanência e garantir a plastificação uniforme; A diferença na faixa de fusão entre o HDPE e o LDPE requer correspondência de projetos de profundidade da ranhura de parafuso diferentes.
• PLA : Higroscopicidade forte (o teor de água precisa ser <0,02%), exigindo tratamento pré-secagem; A baixa resistência do fundido e sensível ao cisalhamento, a extrusão deve evitar alta velocidade de rotação (recomendada <100rpm) e usar um parafuso de baixa taxa de compressão (1,8-2,2) para reduzir o fogo de cisalhamento.

Iii. Indicadores de avaliação da estrutura da estrutura do equipamento aos materiais

(A) correspondência de parâmetros geométricos do parafuso

1. Proporção de diâmetro de comprimento (l/d)

   • O processamento PP/PE requer L/D = 25-30; L/D insuficiente levará à plastização insuficiente de polímeros cristalinos, causando pontos de cristal nos produtos;
   • O processamento do PLA é adequado para L/D = 20-24; Um parafuso excessivamente longo aumentará o tempo de residência da fusão e agravará a degradação termo-oxidativa.

2. Taxa de compressão

   • PP (taxa de compressão 2,5-3.0): A alta taxa de compressão promove a regularização da estrutura de cristalização e reduz a tolerância à espessura da folha;
   • PS (taxa de compressão 1,8-2.2): a baixa taxa de compressão reduz o acúmulo elástico da fusão e inibe o inchaço da extrusão;
   • PLA (taxa de compressão 1,8-2.0): Evite a taxa de compressão excessiva que causa superaquecimento local, combinada com uma estrutura de parafuso de gradiente (a profundidade da ranhura do parafuso diminui linearmente da seção de alimentação para a seção homogeneizadora).

3. Design de elementos de mistura

   • Para as características de baixa viscosidade do PE, os pinos de mistura do tipo barreira podem ser definidos na seção homogeneizadora do parafuso para aprimorar o rasgo de derretimento e a mistura distributiva;
   • O processamento de PS/PLA requer estruturas de mistura sem cisalhamento ou de baixo cisalhamento (como elementos do parafuso DIS) para impedir a fratura da cadeia molecular.

(B) Adaptabilidade de molduras e máquinas auxiliares

• Design de canal de fluxo de dado :
  A extrusão de folha de PP é adequada para matrizes de cauda de peixe (ângulo de expansão de 30 ° -45 °) para reduzir o tempo de residência de fusão no canal de fluxo; O PLA requer matrizes sem ângulo morto simplificado (rugosidade da superfície RA <0,2μm) para evitar a aderência e a degradação por fusão.
• Sistema de resfriamento e moda :
  As folhas de PE exigem rolos de têmpera (temperatura 30-50 ° C) para inibir o crescimento excessivo de cristais; O PLA requer resfriamento médio-temperatura (60-80 ° C) para evitar rachaduras no estresse interno causadas pelo resfriamento rápido.

4. Métodos de avaliação para otimização colaborativa de parâmetros do processo

(A) Estratégias de controle de temperatura

1. Princípio de partição de temperatura de três zonas
   • Seção de alimentação: o PP/PE precisa manter a temperatura do barril 10-20 ° C menor que o ponto de fusão (por exemplo, PP, seção 150 ° C) para evitar o material aderindo à parede; A seção de alimentação do PLA precisa ser fornecida com ar seco (ponto de orvalho <-40 ° C) para evitar a infiltração de umidade.
   • Seção de compressão: A temperatura da seção de compressão do PS precisa ser controlada a 200-220 ° C; O excedendo 240 ° C causará oxidação e amarelecimento do anel de benzeno; A seção de compactação do PLA Limite superior é de 175 ° C e é necessário um dispositivo de resfriamento de ar forçado.
   • Seção de homogeneização: A temperatura da seção de homogeneização de PE precisa ser 20-30 ° C mais alta que o ponto de fusão (por exemplo, HDPE homogeneizando a seção 150-160 ° C) para garantir a fluidez de fusão; A temperatura da seção de homogeneização de PP é de 180-190 ° C, equilibrando a plastificação e o consumo de energia.

(B) Regulação da velocidade de pressão e rotação

• Configuração de pressão traseira :
  A pressão traseira da extrusão de PP é de 0,5-1,0MPa para melhorar a compactação de fusão e reduzir as bolhas das folhas; Pressão de volta ao PLA ≤0.3MPa para evitar aumento repentino na viscosidade derretida causada por alta pressão.
• Velocidade de rotação do parafuso :
  O PE (baixa densidade) pode adotar alta velocidade de rotação (150-200rpm) para aumentar a produção; A velocidade de rotação do PLA precisa ser <80rpm, combinada com um motor de alta velocidade de baixa velocidade (flutuação de torque ≤5%).

© Controle da taxa de tensão e alongamento

• Taxa de tensão da folha de PP 1,2-1.5, taxa de alongamento 2-3, precisando corresponder a uma máquina de tensão reguladora de velocidade síncrona;
• Taxa de tensão da folha do PLA ≤1,2 para evitar a fratura por fusão causada pela alta velocidade de tensão, e a temperatura da rolagem de tensão precisa ser mantida a 50-60 ° C para melhorar a força do fundimento.

V. Avaliação de correlação entre a qualidade do produto e a adaptabilidade do processamento

(A) Principais indicadores de teste de desempenho

1. Propriedades físicas

   • A uniformidade da espessura: a tolerância da folha de PP/P.
   • Propriedades mecânicas: a resistência à tração da folha de PS precisa ser ≥40MPa, alongamento no intervalo ≥2%; Se o cisalhamento for excessivo durante a extrusão, o alongamento no intervalo cairá para abaixo de 1%.

2. Microestrutura

   • A cristalinidade da folha de PP deve ser controlada em 55%-65%; Muito alto levará ao aumento da fragilidade da folha;
   • O grau de orientação da cadeia molecular das folhas de PLA precisa ser <15%, o que pode ser avaliado observando fenômenos de birrefringência com um microscópio polarizador.

(B) Defeitos típicos e correlação de adaptabilidade do equipamento

• Fratura por fusão (comum em ps/pla) :
  A causa pode ser muito alta taxa de cisalhamento de parafuso (taxa de cisalhamento PS> 1000s⁻uo) ou muito grande ângulo de entrada de matriz, exigindo velocidade de rotação reduzida e otimizando o ângulo da seção de convergência da matriz a 15 ° -20 °.
• Folha de amarelecimento (comum em PS/PLA) :
  Indica a ocorrência de degradação térmica, precisando verificar se a temperatura da seção homogeneizadora excede o limite superior do PS de 240 ° C ou se existe uma área de superaquecimento local no barril do PLA (como falha do termopar).

Vi. Avaliação estendida de adaptabilidade de processamento sustentável

Para materiais de base biológica como o PLA, além dos indicadores de processamento tradicionais, também deve ser dada atenção a:

• Eficiência energética : O consumo de energia de extrusão de PLA é de cerca de 1,3-1,5 vezes o do PP, exigindo avaliação da correspondência entre a potência de aquecimento do parafuso e a eficiência de resfriamento (densidade de potência de aquecimento recomendada ≤0.3kW/kg · h);
• Produção limpa : Materiais residuais em equipamentos após o processamento do PLA precisam ser limpos com agentes de limpeza especiais (como álcool isopropílico) para evitar a contaminação cruzada com outros materiais, avaliando a desmontagem da conveniência do parafuso (como a estrutura do flange de liberação rápida).

Vii. Construindo um modelo de avaliação de adaptabilidade multidimensional

A avaliação da adaptabilidade do extrusor de parafuso único ao PP/PS/PE/PLA precisa levar a cadeia lógica de “Características do material do equipamento da estrutura da estrutura do processo-processo da qualidade do produto” como o núcleo, formam um sistema de avaliação de temperatura de alça, por meio de parâmetros de pipas de pipas, como o melhor, a ratção de pip-rate para o PP, a lazer de pipas de ratio de alta compressão para PP, o PP de pipas com compressão para PP, pp-thear, o melhor compressivo para o PP, o PP de pipas de alta compressão, para o PP, o PP de pipagem de alta compressão para o PP, o PP, o PP, o PP, o tipo de pipas de alta compressão, o tipo de compressão, o tipo de compressão, o tipo de compressão, como o melhor, o tipo de compressão de pip. Estratégia de pressão de baixa traseira de baixa temperatura para PS), combinada com o monitoramento em tempo real da microestrutura do produto e propriedades físicas. Para novos materiais (como PLA), os indicadores de processamento sustentável também devem ser incorporados à estrutura de avaliação, promovendo a atualização de equipamentos da “adaptação de material único” à “produção verde de compatibilidade multimaterial”. O estabelecimento deste sistema de avaliação não apenas fornece suporte teórico para otimização de processos de extrusão de folhas, mas também oferece base técnica para o design modular de equipamentos de extrusão de parafuso único.