熔融塑化是擠出機的中心任務(wù)之-, 熔融塑化能力是評價螺桿性能的重要參數(shù),板材生產(chǎn)設(shè)備, 關(guān)系到螺桿是否能穩(wěn)定擠出。這過程發(fā)生在螺桿的壓縮段,塑料固體塞將進一步被壓縮、熔融,轉(zhuǎn)變成黏流態(tài)。maddock ( 1956) 和street (1961) -了可視化實驗技術(shù)觀察擠出機中的熔融過程:在擠出穩(wěn)定過程中突然停機,然后急冷螺桿和機筒,使螺桿中塑料的加工狀態(tài)固化;從料簡中拉出螺桿,展開固化螺旋帶,沿螺棱法向方向切片,獲得沿螺槽展開方向不同位置的熔融物料圖像。通常添加一些染色粒子,以便觀察有關(guān)流場的信息。tad-mor(1966) 完成了基本熔融理論分折,假設(shè)固體無壁滑移發(fā)生,假設(shè)螺槽法向熔池截面熔膜厚度不變,且溫度呈線性分布,提出了-的tadmor固體床熔融模型,板材加工設(shè)備,并給出了牛頓流體解析解,得到了熔融段長度的理論計算公式。圖1 -11是螺槽橫截面熔融過程切片。
隨后,klenk (1967)、 pearson (1976) 及l(fā)indt (1984)等人進行實驗,浙江板材設(shè)備,結(jié)果發(fā)現(xiàn)了不同固體床的熔融模型,發(fā)現(xiàn)了壁滑移的存在,尤其當(dāng)螺桿直徑增大后,螺棱與機筒之間的間隙也隨之?dāng)U大,比如直徑為90mm的單螺桿單面間隙可達(dá)0. 3mm,螺棱的漏流沖擊作用不能忽略,這樣還可以提高能量效率。熔融理論關(guān)注壓力分布及熔融速率等問題,典型的熔融模型如圖1 - 12所示。
異向雙螺桿的壓力是在接近口模端物料才充滿螺槽處建立的,由于其正位移輸送機理,擠出過程存在壓力脈動特性,對此可以采用多頭螺紋進行-。在正常的加工條件下,螺槽充滿的個數(shù)與口模的阻力相適應(yīng),石塑板材設(shè)備,口模阻力越大,螺槽充滿的長度越大,但壓力沿軸線的梯度不變;當(dāng)加料量不變時,若只提高螺桿轉(zhuǎn)速,則發(fā)現(xiàn)螺槽充滿長度下降,螺桿的軸向壓力梯度增大,但口模壓力不變。
嚙合異向雙螺桿擠出機的熔融過程與單螺桿擠出機不同,為方便分析,我們將螺桿軸線所在平面的下部螺槽空間稱為下嚙合區(qū),上部空間稱為 上嚙合區(qū)。實驗發(fā)現(xiàn),熔融區(qū)間隨著螺桿轉(zhuǎn)速提高向擠出方向的下游移動。常規(guī)的螺紋塊結(jié)構(gòu)和螺紋塊與嚙合塊組合結(jié)構(gòu)的熔融過程有所區(qū)別,下嚙合區(qū)被物料完全充滿,與機筒內(nèi)表面接觸的物料首先熔融形成熔膜,熔融后期將形成以熔體為連續(xù)相,殘留固體粒子懸浮其中,形成“海一島”熔融機理,殘留固相主要集中在推進螺棱附近。異向嚙合雙螺桿擠出機的熔融機理取決于螺紋元件結(jié)構(gòu)形式及輸送機理,在螺紋元件中,上下嚙合區(qū)的差異很大,熔融主要發(fā)生在下嚙合區(qū),主要能量來源是機筒的熱傳導(dǎo);在齒形盤熔融過程中,上下嚙合區(qū)熔融過程基本相同,主要熱量來源是機筒導(dǎo)熱及黏性耗散(viscous dissipation) 熱。側(cè)間隙及壓延間隙漏流在熔融過程中扮演了非常重要的角色,促進了物料的交換與熔融過程的進行。“ 海一島”熔融效率比單螺桿擠出機固體床模型熔融效率更高。
水冷卻如圖1 -44所示,水冷的冷卻速度快、體積小、成本低。但易造成急冷,從而-塑料的穩(wěn)定流動,如果密封不好,還會有跑、冒、滴、漏現(xiàn)象。用水管繞在料簡上的冷卻系統(tǒng)容易生成水垢而堵塞管道,也易腐蝕。水冷系統(tǒng)所用的水不是自來水,而是經(jīng)過化學(xué)處理的去離子水。研究表明,不能用蒸餾水,因為它含有大量氧,易加速腐蝕。一-般認(rèn)為水冷用手大型擠出機為好。
大型擠出機和追求高塑化,生產(chǎn)效率的擠出機螺桿應(yīng)該單獨控溫。螺桿冷卻在芯部進行,如圖1-45 所示,冷卻介質(zhì)水或油通過螺桿芯部裝人銅管,流到螺桿前端部,然后從銅管與螺桿芯孔之間的環(huán)形空間流出到螺桿尾部,從出水口排出。這種做法冷卻位置在銅管前端,可以通過調(diào)節(jié)其在螺桿的軸向位置來控制冷卻位置。是采用熱管技術(shù),無需進出口管路,但無法實現(xiàn)外部溫度調(diào)節(jié)控制。
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