关于塑料挤出成型技术应用分析

关于塑料挤出成型技术应用分析

郑小亮

德科摩橡塑科技（东莞）有限公司523118

摘要：本文阐述国内塑料挤出成型技术在振动挤出、气辅挤出、强制润滑、不停机换网、反应挤出、挤出发泡、共挤出、精密挤出、近熔点挤出等方面的研究与开发动态。进一步展望了挤出成型设备的发展趋势

关键词：塑料挤出；挤出成型；成型原理；

前言

挤出成型是聚合物加工中出现较早的一门技术,在塑料加工中占有重要的地位。适用于几乎占塑料制品总量的40%。挤出成型可生产管材、棒材、板材、片材、异型材、电线电缆护层、单丝、薄膜及中空容器等各种形态的产品，这些产品的应用范围涵盖了国民经济的大部分领域。近几年来，人们对辅助挤出、自动换网、反应挤出、挤出发泡、共挤出、高速挤出、精密挤出和近熔点挤出等塑料挤出成型方法进行了大量探索与开发，取得了显著的成就。

1.挤出成型原理

挤出成型原理主要是研究物料在螺杆式挤出机中的塑化挤出过程、状态变化及运动规律的工程原理,如物料在螺槽内速度、压力、温度分布规律;螺杆的输送能力、塑化能力及功率消耗等

1.1振动挤出

振动挤出是指在挤出成型的某个阶段或全过程施加振动力场，以改善塑料熔体流动性能和制品力学性能的一种辅助挤出技术。根据产生振动力场的方式可分为机械振动、超声振动和电磁振动。施加的振动力场可以平行于挤出方向（轴向振动），也可以垂直于挤出方向（周向振动）。振动力场能够加速分子链的解缠，降低熔体黏度和挤出压力，减少挤出胀大，增加挤出产量；也能够促进分子链的有序排列，从而增强产品的力学性能。机械振动研究较早，一般是通过专门的机械装置在机头处给聚合物熔体施加轴向或周向振动。超声振动一般是利用超声波发生器在机头处给聚合物熔体施加轴向振动。

1.2气辅挤出

气辅挤出是通过多孔金属管或缝隙将高压气体引入口模，在熔体与口模壁间形成气垫层。由于气垫层的润滑作用，口模壁对熔体流动的阻力大大减小，熔体在口模内的流动由剪切流动转变为柱塞状流动。气辅挤出能降低口模压降，消除挤出胀大和熔体破裂现象，有利于实现高速挤出和精密挤出，对于高熔体黏度塑料的挤出尤其有利。

1.3强制润滑

强制润滑则是在口模内直接注入润滑油，在熔体和口模壁间形成一层薄薄的润滑层，从而减少口模壁对熔体的黏滞阻力，使熔体横截面内各点的流动速率趋于一致。不停机换网为了滤除杂物，使纯净的熔体顺利进入机头，以保证制品质量，通常要在螺杆头部和机头之间设置过滤网，用来阻止杂质进入机头。随着挤出的进行，熔体中的杂质会逐渐在过滤网上积聚，导致机头压力逐渐升高，流量逐渐下降。当机头压力大到滤网所能承受的最大压力时，滤网会被击破，从而失效。因此，过滤网要定期清洗或更换。传统的停机换网方式会导致原料的浪费和生产效率的下降，因而人们研究出了不停机换网技术。目前常见的不停机换网装置主要有循环式换网器、自动清洗换网器和熔压式自动换网器。循环式换网器由换网器本体、液压驱动系统和装有多块贴着滤网的分流板组成，可多工位循环切换，一般采用熔体自密封技术。自动清洗换网器由换网器本体和反冲洗本体构成，换网器本体含两个熔体通道，两个通道均设置有多孔板和过滤网，通常情况下均与主流道相通。当过滤网上的杂质逐渐积聚，熔体压力达到设定值时反冲洗柱塞在液压缸的推动下向预定方向移动，换网器本体中一个通道与主流道切断，而与外界相通，一小部分熔体倒流，将积聚在滤网上的杂质带出。当熔体倒流的时间达到预先设定的时间后，反冲洗柱塞复位。熔压式自动换网器由带式金属过滤网、换网器本体和带网仓盒组成。有一定长度的带式过滤网存放于仓盒中，从仓盒中引出的带网从侧面进入本体，经过熔体通道，从本体另一侧伸出。熔体压力的作用能使带网按指定方向移动，从而实现自动换网。

2.反应挤出

反应挤出成型技术是可以实现高附加值、低成本的新技术，已经引起世界化学和聚合物材料科学与工程界的广泛关注,在工业方面发展很快。与原有的挤出成型技术相比,它有明显的优点:节约加工中的能耗，避免了重复加热降低了原料成本，在反应挤出阶段,可在生产线上及时调整单体、原料的物性,以保证最终制品的质量田〕。反应挤出机是反应挤出的主要设备，一般有较长的长径比、多个加料口和特殊的螺杆结构。它的特点是熔融进料预处理容易，混合分散性和分布性优异;温度控制稳定，可控制整个停留时间分布;可连续加工，未反应单体和副产品可以除去，具有对后反应的限制能力;可进行粘流熔融输送，可连续制造异型制品。

3.挤出发泡

挤出发泡要求树脂要有良好的可发性，并且挤出机螺杆和机头要有较大的压缩比和较强的建压能力。作为PS泡沫塑料的替代品，PE和PP挤出发泡制品近年来发展非常迅速。PP挤出发泡最大的难点是PP熔体强度低、可发性差。近年来，随着长支链PP和高性能熔体强度调节剂的出现，这一问题基本上得到了解决。PVC主要用于低发泡挤出，其制品外观可模拟木材，力学性能也可与木材媲美，有“合成木材”之称，大量用于室内外装修。近几年来，我国对聚全氟乙丙烯（FEP）挤出发泡技术进行了研究。FEP泡沫塑料主要用作高性能电缆绝缘材料。微孔塑料中泡孔尺寸小于材料内部裂缝的尺寸，故泡孔的存在不仅不会降低材料的力学性能，反而能钝化裂缝尖端，阻止裂缝扩展，从而提高材料的冲击强度、比刚度和疲劳寿命。微孔塑料挤出时要有非常高的成核速率，因此要求塑料熔体溶气量要大，挤出机头要有较大的压力降和压降速率。

4.共挤出

聚合物共挤出是由两台或多台挤出机供给不同的物料，在一个或两个口模内共同挤出，得到两层或多层复合制品的技术。共挤出主要用于生产多层薄膜、中空容器、复合管材、异型材、板材、电线电缆和光纤等产品。多层薄膜、中空容器主要用于包装或盛装食品、药品或农药，在薄膜和中空容器中，将多种材料复合在一起的主要目的是增加其气密性或阻渗性，从而延长内容物的保质期。共挤复合管材主要包括铝塑复合管和芯层发泡复合管，铝塑管兼具金属管的强度和塑料管的耐化学腐蚀性，芯层发泡复合管则具有质量轻、冲击强度大、保温性和隔音性好等优点。异型材和板材的共挤出可分为软硬共挤出、发泡共挤出、废料共挤出和双色共挤出。软硬共挤出是在硬质型材指定部位共挤出一条或一层软质塑料，以增加型材的密封性或弹性。发泡共挤出是指复合型材中的一种或几种材料在共挤出的同时会发泡。芯层发泡型材既具有泡沫塑料的质轻、隔音、隔热等优点，又具有实芯材料的强度和光滑的表面。芯层发泡型材共挤出时，不发泡的共挤料和发泡的主料在共挤机头中汇流位置的选择对最终产品的性能影响很大，一般选择在主料发泡基本完成而尚未开始冷却的位置汇流。废料共挤出的主要目的是节约成本，双色共挤出则主要是为了美观。

5.精密挤出

精密挤出是一种通过对挤出过程要素的精确控制，实现制品几何尺寸高精密化和材料微观形态高均匀化的过程。精密挤出过程中工艺参数波动很小，挤出设备工作状态非常稳定，所以制品的几何精度比常规挤出成型要高一半以上。精密挤出技术已广泛用于双向拉伸薄膜、精密医用导管、音像基带、照相片基、通讯级光导纤维和精密微发泡制品等的生产，精密挤出成型制品比常规挤出制品附加值要高出很多。精密挤出的关键是熔体压力、流量、温度的稳定和工艺参数的精确控制。目前实现熔体压力、流量和温度稳定的方法主要有三类：一是使用稳压装置，如熔体齿轮泵、压力波动控制器、并联式稳压装置、锥体座套式压力控制装置和螺钉型阀门装置等；二是采用精密挤出机头，如阻力可调节机头、口模间隙自动调节机头和熔体黏度调节式机头等；三是采用失重式计量料斗。工艺参数的精确控制主要通过闭环控制、统计过程控制、复杂控制和智能控制等手段来实现。

6.近熔点挤出

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）摩擦系数低、塑料挤出成型技术研发动态自润滑、耐磨耗、耐腐蚀、抗应力开裂、冲击性能好，适于用作电厂粉煤灰、水泥、水煤浆、煤泥、固体粮食输送管道和油井抽油管。近几年来，王德禧等学者提出了近熔点挤出的理念，为UHMWPE的成型加工找到了一条新的出路。与传统挤出时物料经历输送、压实、塑化、凝固定型等过程不同，在近熔点挤出时，物料经历的是输送、压实、预热的固相流动过程。其中加入了少量的低分子助剂，低分子的“溶剂化”作用有助于减小固相树脂与螺杆及料筒的摩擦，有利于树脂粒子或树脂团粒子在移动过程中的相互摩擦。通过温度及速度的调节控制，树脂在进入机头时处于高弹态的回弹效应区，部分物料在一定的挤出压力下实现熔融。然后通过熔程控制树脂快速进入凝固状态，当树脂达到出口端时已经初步定型。近熔点挤出避免了树脂在全熔状态时分子链的降解和取向，并使物料的塑化和定型在同一副模具中完成，简化了定型工序。检测结果显示，近熔点挤出的UHMWPE制品分子量接近加工前纯树脂的分子量，物理力学性能优于或相当于压制制品。近熔点挤出技术也可望用于氟塑料等其他高熔体黏度塑料的加工。

结语

在未来，塑料挤出成型智能化新技术的应用和推广是实现智能化生产的基础。减少劳动力和材料消耗,挤出成型技术的发展方向:减少劳动力和材料消耗,主要体现在尽量缩短更换产品的时间,尽可能在生产过程中更换及自动更换。辅助挤出、不停机换网、反应挤出、挤出发泡、共挤出、精密挤出和近熔点挤出等技术的研发对改善制品质量、提高挤出效率、降低生产成本或制备新型产品均具有十分重要。

参考文献

1.杨中林.聚全氟乙丙烯挤出发泡技术的研究[D].上海:上海交通大学,2008.

2.薛平共挤出技术在聚合物成型加工中的应用及其设备的最新进展[J].工程塑料应用2006(1)

3.高峰工程塑料应用,2003,31（6）

4.盛梅李晶等.聚丙烯挤出发泡技术研究[J].塑料,2005（4）

5.江波橡塑技术与装备,2002(10)

6.崔崇聚氯乙烯芯层发泡制品的共挤出成型技术[J].塑料科技,2008(4)