如何用屏障螺杆优化挤出机机筒温度?

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众所周知,生产树脂时,我们通常不会在意挤出机机筒各区域的实际温度和推荐的加工温度之间的差异。这就存在一个问题，通常挤出机机筒各区域温度比理想的容易温度低。在这种情况下，挤出温度完全依赖于螺杆的几何形状和由于螺槽深度、螺纹螺距和螺杆速度而产生的剪切粘性热。 　　为了获得最优的产量和性能，绝大多数加工商都开始在其挤出机上装置屏障螺杆。但是，作为一种高性能的挤出螺杆，屏障螺杆需要保证机筒各区域的温度都能实现精确地调节，因此，上述问题在使用屏障螺杆后变得更为突出。
3 m4 t) ~( S( C% |& c0 N* l　　通过研究加热带的布局和如何定位螺杆各区域，可有助于更准确地确定各区域的划分和温度设置。通常，对于一个长径比（L/D）在24:1～30:1范围内，且配置了屏障螺杆的单螺杆挤出机，其常规的结构有喂料段、屏障段和计量段，这里将它们总共划分为5个温度区（如图1所示）。

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图1 挤出机的加热和冷却区域

　　从模头开始，模头和口模接套（adapter）区域的温度应当设置为树脂生产商推荐的熔体温度。挤出机的喂料口处应该设置成人手可以触摸的温度，约为43.3～48.9℃。这一温度足以使材料在进入挤出机时得到充分预热，同时又足够低，可有效防止喂料口处发生架桥，从而保证原料能够顺利通过。
　　可以在喂料口的冷却水回流管中安装一个浸没式温度计，随时监控喂料口处的温度。浸没式温度计可以安装在管线的“T”型接头处，并在温度计的后面安装一个球心阀（globevalve），以保持喂料口处的水箱始终处于充满状态，从而很好地消除了气穴现象。
6 E  \+ o4 [* J7 i6 N　　粘滞现象
$ H# o% W+ l; B; G: u' `: F  s　　机筒的第一段区域应该设置为1区，这一区域对固体物料的输送影响最大。在这一区域还会产生3个摩擦系数（COF），分别是：机筒与粒料之间的摩擦，粒料与粒料之间的摩擦以及螺杆根部与粒料的摩擦（如图2所示）。

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　　图2在螺杆的喂料段处产生的3个基本的摩擦系数（图片来源：Xolay公司）
' y7 l! t7 b' T- I- U% V　　要保证固体物料的顺利输送，关键是要使得树脂能够黏附住机筒，再慢慢滑落至螺杆上。因此，应降低冷却螺杆的根部与塑料颗粒之间的摩擦系数。同时，螺杆的冷却系统应始终安装在喂料段处螺杆的中心，以便操作者能够同时控制挤出机上另一个区域的温度。
1 t3 J3 ^$ S5 F5 W　　现在，开始对1区的温度进行设置：为了能够最大限度地输送树脂原料，该区的温度应该比树脂供应商提供的熔体温度低-12.2～-3.89℃，或者比模头和口模接套的温度低-12.2～-3.89℃。
　　对于绝大多数聚烯烃，1区的温度设置应该在148.9～204.4℃之间，而且供应商所推荐的树脂的熔体温度越高，1区的温度设置也应当相应地越高。在保证喂料口处不产生架桥的基础上，该区的温度应当尽可能设置得高些。另外，若喂料口处的保护套（feed-throatcasing）得到了充分冷却，则1区的温度还可以设置得更高。
7 u7 L: b- J2 N( |- j8 G　　熔融聚合物需要消耗能量，因此2区的温度应该比1区高51.7～79.4℃。由于此时的树脂还处于颗粒状态，因此提高该区域的温度并不会导致熔体温度的升高。而且，较高的温度可以给树脂带来更高的能量，从而有助于聚合物的熔融。
　　传递给树脂的能量通常都是来自螺杆的机械能或是加热器的热能。在挤出机的末端，大量的能量通过机筒加热套传递给树脂，可有效降低马达的负载和电流。
　　在2区和最后的计量区域之间，剩余的区域温度设置应该顺次呈递减趋势。例如，在挤出机的5段区域中，如果2区和5区的温度差距为60℃，那么，3区的温度应该设置得比2区低20℃，以此类推，4区比3区要低20℃，5区比4区低20℃。
　　表格中列出了适用于加工聚烯烃，如Ziegler-NattaLLDPE、金属茂合LLDPE和塑性体（plastomer）等所应设置的初始温度。对于屏障螺杆，机筒各区的温度都是特定的，从而保证了树脂始终处于最小压力下。

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　　通常，在螺杆的屏障段加入冷的树脂原料，会导致螺杆和机筒的磨损，而合理地设置机筒温度可显著降低螺杆和机筒的磨损情况。例如，在加工PP材料的过程中，平稳的温度曲线并不能使树脂的黏度降到屏障区域所要求的黏度，而过高的黏度往往会引起较高的机筒压力，从而加速螺杆和机筒的磨损。
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