当挤塑PVC型材和管材的发展趋势

挤塑PVC型材和管材的发展趋势

提高制品质量，同时降低成本是推动生产工艺不断革新和新投资的根据。对于机械生产厂即是生产技术向更高的性能方向发展。

一条挤塑生产线经济上重要因素是产量特性，在70和80年代，一条生产线承担PVC型材生产，采用平行双螺杆挤出机产量得到提高。在90年代中期产量方面又有惊人地发展，而80年代一般的生产线的速率在米/分之间，挤出机采用长径比是D。

1990到1994年，由于模头和校准技术的发展，线速率能够从2米/分提高到4米/分。螺杆直径为110mm，长径比为D的挤出机其产量达到了公斤/时。

1994年后，2种趋向同时都有使用：首先是单线料生产线速率提高到6米/分，其次是有趋向增加采用双线料挤出，调整到最大产量。

在1995年用双线料挤塑生产的产量是kg/h(没有内冷却)和用单一线料挤塑(有内冷却)。挤出机的螺杆直径约为130mm，长径比为23D。

目前，新一代的平行双螺杆长径比为26D的挤出机已经开发了，(生产厂：Kraussmaffei)这种新一代的挤出机的螺杆直径为160mm，长径比为26D，在特性上得到进一步提高，从500kg/h跃为1000kg/h。在生产上，双料线挤塑(无内冷却)最大产量目前已达到750kg/h；单料线模头挤塑是500kg/h(有内冷却)，但是单料线挤塑(无内冷却)大部分生产线为250kg/h。

提高产量

一台设定螺杆直径的挤出机的产量取决于3个重要特性，即：

· 设置的螺杆转矩

· 最大的螺杆速度

· 特定的传动能

在窗用型材挤塑上，主要用的是改进抗冲击PVC配方，它有一定的剪切敏感，在实际生产中发现，现有的螺杆设计不应使用上述特殊限制的圆周速度。由于一些超原料剪切和产生温度不均，窗用型材挤塑的最大螺杆圆周速度是在7.0～7.5m/min之间。新的平行型材挤塑，其测出的最大圆周速度为7.2m/min。一般6m/min的螺杆圆周速度的挤出机就能达到保证产出率。

最小的螺杆圆周速度不应低于2.5m/min，否则不足的剪切能(力)作用于原料，致使最终产品达不到需要的机械强度。

管材挤塑用双螺杆挤出机

PVC管材生产类似于生产型材所需要的条件：可达到最大功效和高质量，用新26D系列的平行双螺杆挤出机挤塑管材，也能达到提高产量，某一圆周速度必须不能超过。管材挤塑的最大圆周速度是10～11.5m/min，因此，挤出机系列的最大螺杆圆周速度已测定出11.5m/min，在实际上也曾发现最小不应低于4.0～6.0m/min，这相当于15rpm，圆周速度太低，作用于原料的剪切能(力)不足，最终产品没有足够的机械强度。圆周速度11.5m/min的新型平行双螺杆挤出机能达到保证的产率。

从以上的论述中，可知已定的螺杆直径的双螺杆挤出机的产出率，不能只要安装了引申计用螺杆速度而提高。由于最大可能的螺杆速度不应超过，挤出机的产量只能用提高挤出量来提高。

加大长径比的作用

为了使增加的原料挤出量完全塑化，原料在挤出机中的停留时间必须增加，这可用加长加工单元来完成，为达到这一目的，加工设备的长度在喂料站与脱气孔的中心间要加大45%。

在这区段特别地通过机筒加热，可以供给原料更多的能量，使原料较好预热，而可以减少专门的传动能(力)。

提高螺杆转矩

如前所述，对已定螺杆直径的双螺杆挤出机的生产率的提高，增加螺杆转矩是必要条件。

关于反向旋转双螺杆挤出机螺杆转矩要注意的是：他们的增加是与挤出机产量增加成比例的，尽管在70年代和80年代在螺杆转矩有线型增加。90年代可看到特殊的增加，例如：平行双螺杆挤出机的新系列设置的螺杆转矩已增加到%。预定的转矩的明显增加，变速装置要有足够功率相适应。

型材挤塑喂料系统

窗用型材挤塑，实际上挤出机是用满料斗直接支配生产，这可以均恒喂料并将螺杆装满。喂料区的容积比较容易设计，对于特殊干混料达到最大可能的产量。一般，高性能的型材挤塑，多使用一种配方加工，使用的机械设备性能范围也较窄。

在所有情况，不仅是粉料，而且粒料或回用料，也用来加工，但必须用喂料设备。但是看得出，重量喂料系统的比例在稳定增加，这是因为型材的严格尺寸公差和特别地原料节约潜力。

管材挤出机的喂料

在管材挤塑方面，不同品牌的管材。如：压力管材、污水管或电线导管等，都是用不同配方生产的，配方的主要区别是其不同的填料和比重。例如：其体积比重在560g/l和820g/l之间。

Krauss-maffei报出的最大产率，是针对压力管配方的，挤塑用低填料，即用低体积密度。这意味螺杆喂料区以600±30g/l的体积比重而设计，用这一体积比重和完全填满喂料区，相应的产出率就达到了。螺杆的压缩比和这些产出率是相适应的。

如果采用一种较高体积密度的配方加工，螺杆可以超填充，这种新26D挤出机能够承受，这是因为设置高的螺矩。但是，它造成磨损的增加。由于有效的物料压缩太大了。所以全部26D管材挤出机都装有喂料系统。喂料螺杆速度必须与主螺杆速度同步，以消除挤出机螺杆超进料。采用重量喂料设备的数量总是增加的，这些设备与热壁厚调整中心和超声壁厚测量一块使用，可以节约同量的原料。重量喂料设备在挤出机上恰当地调整可以具有准确的生产量。

螺杆冷却

在过去，挤出机往往被设计成外螺杆冷却系统。但目前内螺杆冷却成为标准的，内螺杆冷却有相当的优点。特别是在高长径比情况。

采用内螺杆冷却(蒸馏水作为冷却剂)热量从螺杆计量区被转移到位于喂料和预压缩区的冷原料处。

不仅通过机筒，而且也通过螺杆。使型材熔体在模具入口处就有很均匀的温度。此外，设备是自调整，而且完全不需要维护。

加工设备发展到26D，且采用螺杆内冷却，提供了节能的条件，从生产实践和经验中，显示采用螺杆内冷却法，可以减少传动能约%。

机筒冷却

新挤出机系列的机筒一般外部都是光滑的，因此同样的机筒可用空气或油来冷却。空气冷却法是通常采用的，采用整体热盘管的铝嵌段和冷却翼。用冷却扇冷却是在冷却扇中间的盖板下吹空气，温度传感器是从侧面安装在机筒上。这样可以达到最短的控制流径。因为易于维护，空气冷却肯定愿意采用。

如用油来冷却机筒，也要用铝嵌段，按这项工艺要求在模压成型前照以前的原理是把油管缠绕在沟面机筒内。相反的按26D挤出机的新原理，将带有整体加热国内的废塑料行业1定会得到快速发展和冷却盘管的铝嵌段，安装在光滑机筒上，这种通用的原理，达到很好的冷却效果。然而，这种设备不能无偿保养

螺杆形状(结构)

由于加工设备的发展，螺杆的结构和其制品质量都有了相当改进，特别是机筒喂料模口中心与排气口径中心之间的长度从13D增加到18D。给挤出加工提供明显优点，增加了长度可以增加预压缩区的数量。就能比以前压缩的更细，实际上是从喂料区到排气区的连续物料压缩，达到很细致的物料混配。

为了通过机筒增加能量供给，机筒的加热面积也要加大些。连同螺杆内冷却和停留时间的增加，可以导致压缩值的降低，所有以上所述各点，不仅降低传动能量，而且还会相应减轻螺杆和机筒的磨损。

用于型材挤塑的传统螺杆结构，一般是2个螺槽的和整个螺杆全有螺槽。只有高压缩区为了反应稳定性按单螺槽设计，全世界型材市场98%挤出机品牌所需要的只是2种基本结构。仅是在高压缩区有所不同。

管材结构(螺杆)与型材的结构比较起来通常是个螺槽并有一个动态混炼头，高性能挤出机结构必须与特殊配方很严密地相匹配。这主要因为螺杆速率提高即另外增加剪切能和产出率。

捏合槽将提高反向旋转双螺杆的输送，物料聚集在风门处，常常经槽回流到预压缩区。这种返流使停留时间延长，产生良好混合效果，使物料更好均匀和塑化。

熔融料均匀度

增加产量需要作到挤出型材质量的提高，确定熔体均匀度的2个最重要的参数是熔体的温度均匀度和熔体压缩与时间的变化情况。

为更准确审定熔体内的温度均匀性，用一个特殊的测量十字，这个测量十字安装在模头接套和模头中间，能准确地横向从8个点，垂直6个点，中间一个点对熔体线料进行测量。

横向熔体温度图型，对于指示螺杆尖梢区的温度是否与螺槽其它部位图型相一致特别重要。在试验性装置上经各种测量给出详细资料对于螺杆尖梢和芯腔设计很重要。目的是得出一个熔体温度图型，尽可能均匀，而对于所有挤出机类型都相同。这可以增加弹性以用在不同挤出机的模头上。

除了熔体温度均匀度之外。熔体压力对于温度变化情况，对于挤出物质量也有明显的作用。在这一点上，短期和长期熔体压力二者的作为必须区别清楚，任一反向旋转，密封啮合双螺杆挤出机运行像一台泵，熔体一个腔一个腔地放料，结果短期的熔体压力产生波动，表现出像在空腔内表面上进行干扰。

为使这些短期熔体压力波动减少到最小，螺杆必须"打开"在计量区末端，有几种方法可以做到：

在计量区末端搞成不均匀螺距

在计量区末端做间歇螺纹

采用多螺纹混合头

借助干这些措施，短期熔体压起伏现象可以达到1%以下，正常压力为250～350巴，除了短期熔体压起伏外，长期熔体压的起伏也可能产生。这是由于体积密度波动、产量变动或由于机筒、模口或模具温度控制不恒定造成的。先进的控制技术可使温控精确到±1℃。

关于能量平衡：23D和新26D型材挤出机的传动能，26D挤出机用于物料塑化的剪切能比23D小得多，特别在低、中螺杆速度时，在最大螺杆速度范围26D型挤出机传动能仍低15%。可以看出螺杆速度加大，传动能也增大很多，而热功率却略有下降，螺杆结构必须与加工原料相适应。

管材挤塑用填料

为了降低配方费用，有时在管材市场有一种趋势，对于污水管材和电线导管使用最大量的白垩填料。至今经验表明，不仅是白垩的用量，而且特别是颗粒的大小和颗粒结构，对于螺杆和机筒磨损都有决定性的作用。有一种最好的白垩，磨损最小的是Omga 95T，颗粒是圆型的，顶部切面小于2μm，