Sistem evaluasi adaptasi ekstruder sekrup tunggal dengan bahan yang berbeda (PP/PS/PE/PLA)

I. PENDAHULUAN: Tantangan pemrosesan material dalam ekstrusi sekrup tunggal

Itu Ekstrusi Lembar Plastik Single Machin Thermoforming E, sebagai peralatan inti untuk pemrosesan material polimer, kemampuan beradaptasi dengan berbagai polimer secara langsung menentukan kualitas produk dan efisiensi produksi. Pp (polypropylene), Ps (polystyrene), PE (polietilen), dan PLA (asam polilaktat) menunjukkan perilaku reologi yang berbeda dan persyaratan stabilitas termal selama ekstrusi karena perbedaan yang signifikan dalam struktur molekul dan sifat fisik. Mengevaluasi pemrosesan kemampuan beradaptasi dari ekstruder sekrup tunggal membutuhkan pembangunan sistem evaluasi ilmiah dari empat dimensi: analisis karakteristik material, pencocokan struktur peralatan, koordinasi parameter proses, dan korelasi kualitas produk.

Ii. Korelasi mendasar antara sifat material dan pemrosesan ekstrusi

(A) Perbedaan properti intrinsik dari bahan polimer

(B) Dampak inti dari sifat material pada proses ekstrusi

• PP : Tingkat kristalisasi yang tinggi mengarah ke laju penyusutan yang besar ketika lelehan didinginkan, dan perhatian harus diberikan pada rasio kompresi sekrup dan kontrol gradien suhu dari bagian pendinginan dan pembentukan; Karakteristik penipisan geser memerlukan penyesuaian terkoordinasi kecepatan sekrup dan tekanan belakang untuk menghindari pecahnya leleh.
• PS : Rantai molekuler yang kaku membuat elastisitas lelehan menonjol, rentan terhadap fraktur meleleh selama ekstrusi, yang membutuhkan optimalisasi struktur bagian pencampuran sekrup untuk mengurangi penyimpanan energi elastis; Stabilitas termal yang buruk membutuhkan akurasi kontrol suhu dalam ± 2 ° C.
• PE : Melt viscosity rendah rentan terhadap aliran bocor, membutuhkan peningkatan rasio diameter panjang sekrup (L/D ≥28) untuk memperpanjang waktu tinggal dan memastikan plastisisasi yang seragam; Perbedaan dalam kisaran leleh antara HDPE dan LDPE membutuhkan pencocokan desain kedalaman alur sekrup yang berbeda.
• PLA : Higroskopisitas yang kuat (kadar air harus <0,02%), membutuhkan perawatan pra-pengeringan; Kekuatan leleh rendah dan sensitif terhadap geser, ekstrusi harus menghindari kecepatan rotasi tinggi (disarankan <100rpm), dan gunakan sekrup rasio kompresi rendah (1,8-2,2) untuk mengurangi panas geser.

AKU AKU AKU. Indikator evaluasi struktur peralatan kemampuan beradaptasi dengan material

(A) Pencocokan parameter geometris sekrup

1. Rasio berdiameter panjang (l/d)

   • Pemrosesan PP/PE membutuhkan L/D = 25-30; L/D tidak mencukupi akan menyebabkan plastisisasi polimer kristal yang tidak mencukupi, menyebabkan titik kristal dalam produk;
   • Pemrosesan PLA cocok untuk L/D = 20-24; Sekrup yang terlalu panjang akan meningkatkan waktu tinggal yang meleleh dan memperparah degradasi termo-oksidatif.

2. Rasio kompresi

   • PP (rasio kompresi 2.5-3.0): Rasio kompresi tinggi mempromosikan regularisasi struktur kristalisasi dan mengurangi toleransi ketebalan lembaran;
   • PS (rasio kompresi 1.8-2.2): Rasio kompresi rendah mengurangi akumulasi elastis leleh dan menghambat ekstrusi gelombang;
   • PLA (rasio kompresi 1.8-2.0): Hindari rasio kompresi berlebih yang menyebabkan overheating lokal, dikombinasikan dengan struktur sekrup gradien (kedalaman alur sekrup berkurang secara linier dari bagian pengumpanan ke bagian homogenisasi).

3. Desain elemen pencampuran

   • Untuk karakteristik Viscosity rendah dari PE, pin pencampuran tipe penghalang dapat diatur di bagian homogenisasi sekrup untuk meningkatkan pencairan pencairan dan pencampuran distributif;
   • Pemrosesan PS/PLA membutuhkan struktur pencampuran geser atau geser rendah (seperti elemen sekrup dis) untuk mencegah fraktur rantai molekuler.

(B) kemampuan beradaptasi dari cetakan dan mesin tambahan

• Desain Saluran Die Flow :
  Ekstrusi lembar PP cocok untuk mati ekor ikan (sudut ekspansi 30 ° -45 °) untuk mengurangi waktu tinggal leleh di saluran aliran; PLA membutuhkan die bebas sudut mati yang dirampingkan (kekasaran permukaan Ra <0,2μm) untuk menghindari meleleh dan degradasi.
• Sistem pendinginan dan pembentukan :
  Lembar PE membutuhkan gulungan pendinginan (suhu 30-50 ° C) untuk menghambat pertumbuhan kristal yang berlebihan; PLA membutuhkan pendinginan suhu sedang (60-80 ° C) untuk mencegah retak stres internal yang disebabkan oleh pendinginan yang cepat.

Iv. Metode Evaluasi untuk Parameter Proses Optimalisasi Kolaboratif

(A) Strategi kontrol suhu

1. Prinsip partisi suhu tiga zona
   • BAGIAN PEDINGGI: PP/PE perlu mempertahankan suhu barel 10-20 ° C lebih rendah dari titik leleh (mis., PP PEEDING Bagian 150 ° C) untuk mencegah material menempel di dinding; Bagian pemberian makan PLA perlu disuplai dengan udara kering (titik embun <-40 ° C) untuk menghindari infiltrasi kelembaban.
   • Bagian Kompresi: Suhu bagian kompresi PS perlu dikontrol pada 200-220 ° C; melebihi 240 ° C akan menyebabkan oksidasi cincin benzena dan menguning; Batas atas suhu bagian kompresi PLA adalah 175 ° C, dan perangkat pendingin udara paksa diperlukan.
   • Bagian homogenisasi: Suhu homogenisasi PE harus 20-30 ° C lebih tinggi dari titik leleh (mis., HDPE Homogenisasi Bagian 150-160 ° C) untuk memastikan fluiditas leleh; Suhu bagian homogenisasi PP adalah 180-190 ° C, menyeimbangkan plastisisasi dan konsumsi energi.

(B) Regulasi kecepatan tekanan dan rotasi

• Pengaturan Tekanan Kembali :
  Tekanan punggung ekstrusi PP adalah 0,5-1.0MPA untuk meningkatkan kekompakan leleh dan mengurangi gelembung lembaran; Tekanan punggung PLA ≤0.3mpa untuk menghindari peningkatan viskositas leleh yang tiba -tiba yang disebabkan oleh tekanan tinggi.
• Kecepatan rotasi sekrup :
  PE (kepadatan rendah) dapat mengadopsi kecepatan rotasi tinggi (150-200rpm) untuk meningkatkan output; Kecepatan rotasi PLA harus <80rpm, dikombinasikan dengan motor torsi tinggi berkecepatan rendah (fluktuasi torsi ≤5%).

© Kontrol Rasio Ketegangan dan Peregangan

• Rasio tegangan lembar pp 1.2-1.5, rasio peregangan 2-3, perlu mencocokkan mesin tegangan regulasi kecepatan yang sinkron;
• Rasio tegangan lembaran PLA ≤1.2 Untuk menghindari fraktur leleh yang disebabkan oleh kecepatan tegangan tinggi, dan suhu gulungan tegangan perlu dipertahankan pada 50-60 ° C untuk meningkatkan kekuatan leleh.

V. Evaluasi korelasi antara kualitas produk dan kemampuan beradaptasi pemrosesan

(A) Indikator pengujian kinerja utama

1. Sifat fisik

   • Keseragaman ketebalan: Toleransi lembar PP/PE harus ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (dibatasi oleh kekuatan lelehan);
   • Sifat mekanis: Kekuatan tarik lembaran PS harus ≥40mpa, perpanjangan saat istirahat ≥2%; Jika geser berlebihan selama ekstrusi, perpanjangan saat istirahat akan turun hingga di bawah 1%.

2. Struktur mikro

   • Kristalinitas lembar PP harus dikontrol pada 55%-65%; Terlalu tinggi akan menyebabkan peningkatan kerapuhan lembaran;
   • Tingkat orientasi rantai molekuler dari lembaran PLA harus <15%, yang dapat dievaluasi dengan mengamati fenomena birefringence dengan mikroskop polarisasi.

(B) Cacat Khas dan Korelasi Adaptasi Peralatan

• Fraktur melt (umum di PS/PLA) :
  Penyebabnya mungkin laju geser sekrup yang terlalu tinggi (laju geser PS> 1000S⁻¹) atau sudut saluran masuk yang terlalu besar, membutuhkan kecepatan rotasi pengurangan dan mengoptimalkan sudut bagian konvergensi die hingga 15 ° -20 °.
• Lembar menguning (umum di PS/PLA) :
  Menunjukkan kejadian degradasi termal, perlu memeriksa apakah suhu bagian homogenisasi melebihi batas atas PS 240 ° C atau apakah ada area overheating lokal dalam tong PLA (seperti kegagalan termokopel).

Vi. Evaluasi yang diperluas dari kemampuan beradaptasi pemrosesan berkelanjutan

Untuk bahan biobased seperti PLA, selain indikator pemrosesan tradisional, perhatian juga harus diberikan kepada:

• Efisiensi Energi : Konsumsi energi ekstrusi PLA adalah sekitar 1,3-1,5 kali lipat dari PP, yang membutuhkan evaluasi pencocokan antara daya pemanasan sekrup dan efisiensi pendinginan (kepadatan daya pemanasan yang disarankan ≤0.3kW/kg · h);
• Produksi bersih : Bahan residual dalam peralatan setelah pemrosesan PLA perlu dibersihkan dengan agen pembersih khusus (seperti isopropil alkohol) untuk menghindari kontaminasi silang dengan bahan lain, mengevaluasi kenyamanan sekrup yang dibongkar (seperti struktur flensa rilis cepat).

Vii. Membangun model evaluasi adaptasi multi-dimensi

The evaluation of single-screw extruder adaptability to PP/PS/PE/PLA needs to take the logical chain of “material characteristics-equipment structure-process parameters-product quality” as the core, form a closed-loop evaluation system through customized screw geometric parameters (such as high compression ratio for PP, low-shear mixing section for PLA), collaborative optimization of temperature-pressure-rotation speed (such as Strategi tekanan punggung rendah suhu rendah untuk PS), dikombinasikan dengan pemantauan real-time dari mikrostruktur produk dan sifat fisik. Untuk bahan-bahan baru (seperti PLA), indikator pemrosesan yang berkelanjutan juga harus dimasukkan ke dalam kerangka evaluasi, mempromosikan peningkatan peralatan dari "adaptasi bahan-bahan" ke "produksi hijau kompatibilitas multi-material". Pembentukan sistem evaluasi ini tidak hanya memberikan dukungan teoritis untuk optimasi proses ekstrusi lembar tetapi juga menawarkan dasar teknis untuk desain modular peralatan ekstrusi sekrup tunggal.