Système d'évaluation de l'adaptabilité d'extrudeuse à vis à différents matériaux (PP / PS / PE / PLA)

I. INTRODUCTION: Défis de traitement des matériaux dans l'extrusion à l'échelle unique

Le thermoformage à extrusion en plastique à vis E, comme l'équipement de base du traitement des matériaux des polymères, son adaptabilité à différents polymères détermine directement la qualité du produit et l'efficacité de la production. Pp (polypropylène), Ps (polystyrène), Pe (polyéthylène) et PLA (acide polylactique) présentent des comportements rhéologiques distincts et des exigences de stabilité thermique pendant l'extrusion en raison de leurs différences significatives de structure moléculaire et de propriétés physiques. L'évaluation de l'adaptabilité de traitement des extrudeurs à échelle unique nécessite la construction d'un système d'évaluation scientifique à partir de quatre dimensions: analyse des caractéristiques du matériau, correspondance de la structure de l'équipement, coordination des paramètres de processus et corrélation de la qualité du produit.

Ii Corrélation fondamentale entre les propriétés des matériaux et le traitement d'extrusion

(A) Différences de propriété intrinsèque des matériaux en polymère

(B) Impacts fondamentaux des propriétés des matériaux sur le processus d'extrusion

• PP : Le taux de cristallisation élevé conduit à un taux de retrait important lorsque la fusion est refroidie, et l'attention doit être accordée au rapport de compression des vis et à la commande du gradient de température de la section de refroidissement et de mise en forme; Les caractéristiques d'amincissement de cisaillement nécessitent le réglage coordonné de la vitesse de vis et de la pression du dos pour éviter la rupture de la fonte.
• PS : La chaîne moléculaire rigide rend l'élasticité fondu proéminente, sujette à la fracture de la fonte pendant l'extrusion, nécessitant une optimisation de la structure de section de mélange de vis pour réduire le stockage d'énergie élastique; Une mauvaise stabilité thermique nécessite une précision de contrôle de la température à ± 2 ° C.
• PE : La fusion à faible viscosité est sujette à l'écoulement des fuites, nécessitant une augmentation du rapport de longueur de longueur de vis (L / D ≥28) pour prolonger le temps de séjour et assurer une plastification uniforme; La différence dans la plage de fusion entre le HDPE et le LDPE nécessite de correspondre à différentes conceptions de profondeur de rainure à vis.
• PLA : Une forte hygroscopicité (la teneur en eau doit être <0,02%), nécessitant un traitement préalable; Une faible résistance à la fusion et sensible au cisaillement, l'extrusion doit éviter une vitesse de rotation élevée (recommandée <100 tr / min) et utiliser un faible rapport de compression (1,8-2,2) pour réduire la chaleur de cisaillement.

Iii. Indicateurs d'évaluation de l'adaptabilité de la structure de l'équipement aux matériaux

(A) correspondance des paramètres géométriques à vis

1. Ratio de longueur de diamètre (L / D)

   • Le traitement PP / PE nécessite L / D = 25-30; L / D insuffisant entraînera une plastification insuffisante des polymères cristallins, provoquant des points cristallins dans les produits;
   • Le traitement PLA convient à L / D = 20-24; Une vis excessivement longue augmentera le temps de résidence de la fusion et aggravera la dégradation thermo-oxydante.

2. Ratio de compression

   • PP (rapport de compression 2,5-3,0): un rapport de compression élevé favorise la régularisation de la structure de cristallisation et réduit la tolérance à l'épaisseur de la feuille;
   • PS (rapport de compression 1,8-2,2): un faible rapport de compression réduit l'accumulation élastique de fonte et inhibe la gonflement de l'extrusion;
   • PLA (rapport de compression 1,8-2,0): Évitez un rapport de compression excessif provoquant une surchauffe locale, combinée à une structure de vis à gradient (la profondeur de la rainure de vis diminue linéairement de la section d'alimentation à la section d'homogénéisation).

3. Conception d'élément de mélange

   • Pour les caractéristiques de faible viscosité des PE, les épingles de mélange de type barrière peuvent être réglées dans la section homogénéisante à la vis pour améliorer la déchirure de la fusion et le mélange distributif;
   • Le traitement PS / PLA nécessite des structures de mélange sans cisaillement ou à faible cisaillement (telles que les éléments de vis de discours) pour éviter la fracture de la chaîne moléculaire.

(B) Adaptabilité des matrices de moulage et des machines auxiliaires

• Conception du canal à flux de matrice :
  L'extrusion de feuille PP convient aux matrices de queue à poisson (angle d'expansion de 30 ° -45 °) pour réduire le temps de séjour de fusion dans le canal d'écoulement; L'APL nécessite des matrices sans angle sans angle mort (rugosité de surface RA <0,2 μm) pour éviter le collage et la dégradation de la fonte.
• Système de refroidissement et de mise en forme :
  Les feuilles d'EP nécessitent des rouleaux de trempe (température de 30 à 50 ° C) pour inhiber une croissance cristalline excessive; L'APL nécessite un refroidissement à température moyenne (60-80 ° C) pour prévenir les fissures de contrainte interne causées par un refroidissement rapide.

Iv. Méthodes d'évaluation pour l'optimisation collaborative des paramètres de processus

(A) Stratégies de contrôle de la température

1. Principe de partition de température à trois zones
   • Section d'alimentation: PP / PE doit maintenir la température du canon 10-20 ° C inférieure au point de fusion (par exemple, section d'alimentation PP 150 ° C) pour éviter que le matériau ne colle au mur; La section d'alimentation PLA doit être fournie avec de l'air sec (point de rosée <-40 ° C) pour éviter l'infiltration d'humidité.
   • Section de compression: La température de la section de compression PS doit être contrôlée à 200-220 ° C; Le dépassement de 240 ° C provoquera l'oxydation et le jaunissement des anneaux de benzène; La limite supérieure de température de la section de compression PLA est de 175 ° C et un dispositif de refroidissement à air forcé est requis.
   • Section d'homogénéisation: La température de la section homogénéisante du PE doit être de 20 à 30 ° C plus élevée que le point de fusion (par exemple, la section homogénéisante du HDPE 150-160 ° C) pour assurer la fluidité de la fusion; La température de la section homogénéisante PP est de 180-190 ° C, équilibrant la plastification et la consommation d'énergie.

(B) Régulation de la pression et de la vitesse de rotation

• Réglage de la pression arrière :
  La pression de dos de l'extrusion PP est de 0,5 à 1,0 MPa pour améliorer la compacité de la fusion et réduire les bulles de feuilles; Pression de dos PLA ≤ 0,3 MPa pour éviter une augmentation soudaine de la viscosité de la fusion causée par une haute pression.
• Vitesse de rotation des vis :
  PE (faible densité) peut adopter une vitesse de rotation élevée (150-200 tr / min) pour augmenter la production; La vitesse de rotation de l'APL doit être <80 tr / min, combinée avec un moteur à torque élevé à basse vitesse (fluctuation de couple ≤5%).

© Contrôle des tensions et du rapport d'étirement

• Ratio de tension de feuille PP 1,2-1,5, rapport d'étirement 2-3, nécessitant une machine de tension régulatée de vitesse synchrone;
• Rapport de tension PLA en feuille ≤1,2 pour éviter la fracture de la fonte causée par une vitesse de tension élevée, et la température du roulis de tension doit être maintenue à 50-60 ° C pour améliorer la résistance à la fusion.

V. Évaluation de la corrélation entre la qualité du produit et l'adaptabilité du traitement

(A) Indicateurs de test de performance clés

1. Propriétés physiques

   • Uniformité d'épaisseur: La tolérance à la feuille PP / PE doit être ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (limité par la résistance à la fusion);
   • Propriétés mécaniques: la résistance à la traction en feuille PS doit être ≥40 MPa, allongement à une rupture ≥ 2%; Si le cisaillement est excessif pendant l'extrusion, l'allongement à la pause chutera à moins de 1%.

2. Microstructure

   • La cristallinité de la feuille PP doit être contrôlée à 55% -65%; Trop élevé conduira à l'augmentation de la fragilité de la feuille;
   • Le degré d'orientation de la chaîne moléculaire des feuilles de PLA doit être <15%, qui peut être évalué en observant les phénomènes de biréfringence avec un microscope polarisant.

(B) Corrélation d'adaptabilité des défauts et équipements typiques

• Faire la fracture (commune dans PS / PLA) :
  La cause peut être une vitesse de cisaillement à vis trop élevée (taux de cisaillement PS> 1000S⁻¹) ou un angle d'entrée de la matrice trop grand, nécessitant une vitesse de rotation réductrice et l'optimisation de l'angle de section de convergence de la matrice à 15 ° -20 °.
• Jaunissement en feuille (commun dans PS / PLA) :
  Indique une occurrence de dégradation thermique, en ayant besoin de vérifier si la température de la section homogénéisante dépasse la limite supérieure PS de 240 ° C ou s'il existe une zone de surchauffe locale dans le baril PLA (comme la panne de thermocouple).

Vi. Évaluation prolongée de l'adaptabilité de traitement durable

Pour les matériaux à biobeaux comme l'APL, en plus des indicateurs de traitement traditionnels, l'attention doit également être accordée à:

• Efficacité énergétique : La consommation d'énergie d'extrusion de PLA est d'environ 1,3 à 1,5 fois celle de PP, nécessitant une évaluation de la correspondance entre la puissance de chauffage des vis et l'efficacité de refroidissement (densité de puissance de chauffage recommandée ≤0,3 kW / kg · h);
• Production propre : Les matériaux résiduels de l'équipement après le traitement de l'APL doivent être nettoyés avec des agents de nettoyage spéciaux (tels que l'alcool isopropylique) pour éviter la contamination croisée avec d'autres matériaux, évaluant la commodité de démontage de la vis (comme la structure de la bride à libération rapide).

Vii. Construire un modèle d'évaluation d'adaptabilité multidimensionnel

L'évaluation de l'adaptabilité à l'extrudeuse à l'échelle unique à PP / PS / PE / PLA doit prendre la chaîne logique de «la qualité des producteurs de traits de caractéristiques matérielles à travers les paramètres géométriques personnalisés (tels que le rapport de compression élevé pour la réduction de la réduction de la réduction de la réduction de la réduction de la température pour la vitesse de réduction de la température pour la vitesse de réduction de la température), la vitesse de réexposition à la température), la vitesse de réexposition à la température), la vitesse de réexamen de la température), la réduction de la température de la température), la vitesse de réduction de la température). Stratégie de pression à basse température pour PS), combinée à la surveillance en temps réel de la microstructure du produit et des propriétés physiques. Pour les nouveaux matériaux (tels que l'APL), les indicateurs de traitement durables devraient également être intégrés dans le cadre d'évaluation, la promotion de la mise à niveau des équipements de «l'adaptation à matériaux» à la «production verte de compatibilité multi-matériaux». L'établissement de ce système d'évaluation fournit non seulement un support théorique pour l'optimisation du processus d'extrusion de feuilles, mais offre également une base technique pour la conception modulaire de l'équipement d'extrusion à échelle unique.