PP物料自料斗加入到擠出機,經(jīng)塑化熔融擠出機頭,過程是很復雜的。很好地了解熔融機理,計設出理想的螺桿是很重要的。目前用的最廣泛的擠出理論是建立在螺桿的三個職能區(qū)(固體輸送區(qū)、熔融區(qū)和熔休輸送區(qū))的基礎上的,即固體輸送理論、熔融理論和熔體輸送理論。
固體輸送理論:該理論是以固體對固體的摩擦靜力平衡為基礎建立的。假定螺槽中被壓實的PP管材物料象具有彈性的固體塞子一樣,以恒定的速率移動,并忽視了輯紋深度的變化,壓力分布的各向異性,固體塞子密度變化等。得到的結論是:(1)固體輸送率同螺桿表面與物料的摩擦系數(shù)、料筒表面與物料的摩擦系數(shù)有關。為獲得最大的固體輸送率,要降低螺桿與物料的摩擦系數(shù),增大料筒與物料的摩擦系數(shù),如提高螺桿表面光潔度,料筒內(nèi)開設縱向溝槽等等。從工藝角度來考慮,應控制好固體輸送區(qū)螺桿機筒的溫度,調(diào)節(jié)摩擦系數(shù),提高固體輸送率。(2)在加料段盡早建立適當?shù)膲毫?,對壓實固體塞子,提高PP管材產(chǎn)量以及避免產(chǎn)量波動等都是重要的。(3)物料的性質(zhì)、粒子的幾何形狀對固體輸送率、壓力的建立、溫度的升高有直接影響。
熔融理論:該理論是在擠出機上進行的大量冷卻實驗的基礎上提出來的。根據(jù)實驗觀察,認為熔融過程是這樣進行的:由料斗加入的PP管材物料經(jīng)過固體愉送區(qū)被壓實成固體床。固體床在前進過程中同已加熱的料筒表面接觸開始熔化,且在熔化時于料筒表面留下一層熔體膜。當熔體膜的厚度超過螺桿與料筒的間隙時,旋轉(zhuǎn)的螺桿的棱面就把熔體刮落,聚集于螺紋推力面的前方,形成熔池。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動,來自加熱器的熱量和熔膜中的剪切熱不斷傳至未熔融的固體床,使與熔膜相接觸的固體粒子熔融。固體床逐漸變窄,熔池逐漸變寬,在進入計量段處,固體床消失,螺槽全部為熔體充滿。
熔體輸送理論:將螺桿的螺槽和機筒分別展開在兩個平面上,令螺桿固定不動,而展開后的料筒以原來螺桿的速度作反向移動。并假設熔體為等溫牛頓流體,不可壓縮,粘度密度不變,螺距螺槽深度不變等等。熔體在螺紋中的流動可看成由下面四種類型的流動所組成。
(1)正流:PP管材物料沿著螺槽向機頭方向的流動。它是由物料在螺槽中附著于機筒和螺桿而產(chǎn)生的,起到擠出物料的作用,其體積流率用Qd表示。
(2)橫流:物料沿與螺紋相垂直方向的流動,它是由于螺桿旋轉(zhuǎn)時推擠物料所造成的流動。這種流動使物料在螺槽內(nèi)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)運動,形成環(huán)流,它能促進物料的混合、攪拌和熱交換。因此有利于物料的均化和塑化,但對總生產(chǎn)能力的影響可以忽略。
(3)倒流:它的方向正好與正流方向相反,其流量用Qp表示。它是由機頭、分流板、濾網(wǎng)等對熔體的反壓引起的流動。將正流和倒流相疊加,就得到熔體在螺槽內(nèi)的凈流動Q。
(4)漏流:它是由于機頭等對熔體的反壓力引起螺桿與機筒間隙處形成的流動,其方向是沿著螺桿軸線方向,向料斗方向流動。漏流的體積流率Ql很小。
實際上PP管材物料在擠出機中的流動,不是單一的某種流動,而是上述四種流動的組合,擠出機的流率為Q=Qd-Qp-Ql。物料在螺擠中以螺旋形的軌跡向前移動,由于這些運榆起到攪動、剪切和壓緊物料的作用,使物料得以混合、塑化,并在一定壓力下連續(xù)地通過口模擠出。
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