擠出中空成型機(jī)基礎(chǔ)知識與名詞介紹(二)

2014-05-07 08:29:14何建領(lǐng)肖志林

塑料包裝 2014年3期

何建領(lǐng) 張萍肖志林賈輝

(蘇州同大機(jī)械有限公司)

前言

目前，擠出中空吹塑成型技術(shù)已得到高速的發(fā)展，生產(chǎn)出的制品已應(yīng)用到各行各業(yè)。擠出中空成型可加工的塑料種類也很多，制品更是多種多樣。本文將簡要介紹一下擠出成型的工藝過程和原理?！端芰习b》上篇連載文章簡要介紹了中空成型機(jī)的幾個主要組成部件的基礎(chǔ)知識，本文將再介紹擠出中空成型機(jī)的一些輔助設(shè)備的基礎(chǔ)知識。

擠出中空吹塑行業(yè)中通常有一些設(shè)備的習(xí)慣名詞，因為制造廠家不同，故對同一物品以及一些工序或是其動作過程等稱呼的名稱會有較大的差別。

1 擠出中空成型工藝過程與原理

擠出中空吹塑成型是將塑料原料由料斗經(jīng)帶有加熱功能的擠出機(jī)擠出到機(jī)頭，經(jīng)機(jī)頭將熔融狀態(tài)下的塑料型坯擠出后，合模系統(tǒng)帶動模具合模，然后由氣嘴或氣針向塑料型坯內(nèi)注入壓縮空氣，從而使塑料型坯在熱狀態(tài)下快速吹漲，經(jīng)過冷卻定型后再將制品四周的飛邊手動或自動切割掉即可得到與模具模腔形狀相同的塑料中空制品。

擠出中空成型機(jī)可用于成型:PC、PE、PVC、PA、ABS等多種塑料原料，這些原料一般采用吹塑級的原料。

1.1 原料的塑化和擠出

原料的塑化效果直接與擠出機(jī)的螺桿有關(guān)，擠出機(jī)的螺桿在結(jié)構(gòu)上可以分為加料段、過渡段和計量段三段，這三個結(jié)構(gòu)段是獨立而不相互重疊的，如圖1所示。

圖1 螺桿結(jié)構(gòu)簡圖

a.加料段螺桿的加料段起到聚合物固體輸送的作用。當(dāng)原料進(jìn)入擠出機(jī)螺桿后，首先進(jìn)入加料段，加料段再將原料壓實，再輸送到過渡段。在螺桿的加料段上形成固體輸送區(qū)。為了提高固體輸送效率可采取以下措施:

1)降低螺桿表面粗糙度，從而減小原料與螺桿之間的摩擦系數(shù);

2)提高螺桿轉(zhuǎn)速;

3)在進(jìn)料段對應(yīng)的機(jī)筒段通冷卻水，降低原料與螺桿之間的摩擦系數(shù);

4)在機(jī)筒內(nèi)孔開縱向槽，增加原料與機(jī)筒之間的摩擦系數(shù);

5)增加加料段的螺槽深度。

可根據(jù)具體的設(shè)計情況采用以上措施中的某幾條來實現(xiàn)提高螺桿輸送原料的效率。

b.過渡段螺桿過渡段也稱壓縮段，過渡段的螺槽深度逐漸減小，從而使聚合物熔融、混煉、壓實。聚合物的熔融主要發(fā)生在過渡段。由加料段輸送的固體原料，在擠出機(jī)過渡段通過機(jī)筒外加熱器的加熱及螺桿與原料剪切熱的共同作用下升溫，本身逐漸融化，最后變成熔體。增加過渡段的長度可以明顯的提高擠出量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，另外改變螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)也可以提高螺桿的熔融性能和擠出量，比如采用多螺棱、減少螺棱間隙、增加螺棱升角和減小螺棱寬度等。

c.計量段螺桿的計量段確定了擠出機(jī)的產(chǎn)量。計量段較長或是此段的螺槽較淺可以提高擠出穩(wěn)定性和混煉性能，但是會降低擠出產(chǎn)量。通常計量段采用多螺棱結(jié)構(gòu)的螺桿來有效改善擠出穩(wěn)定性。在計量段完全熔融的原料進(jìn)一步進(jìn)行均化，并且定溫定壓定量的擠入擠出機(jī)機(jī)頭，從而使機(jī)頭獲得穩(wěn)定質(zhì)量的熔融聚合物。

1.2 機(jī)頭口模成型

塑料原料從擠出機(jī)螺桿的進(jìn)料段進(jìn)入，經(jīng)過過渡段和計量段后從螺桿頭部進(jìn)入機(jī)頭，在經(jīng)過機(jī)頭的流道和口模從而擠出型坯。機(jī)頭的基本功能就是形成所需要形狀的料坯，而料坯的大小由口模來決定，機(jī)頭和口模共同完成了塑料型坯的成型過程。機(jī)頭設(shè)計的好壞直接影響到質(zhì)量的質(zhì)量，其設(shè)計可依照以下幾點:

a.機(jī)頭應(yīng)具有可調(diào)性，可以調(diào)節(jié)口模和模芯之間的間隙從而可調(diào)節(jié)型坯的厚度;

b.機(jī)頭內(nèi)部流道設(shè)計應(yīng)流暢，要有對稱型;

c.流道應(yīng)能形成壓力并有足夠的強(qiáng)度;

d.機(jī)頭零部件材料設(shè)計應(yīng)選擇合理。

1.3 型坯的定型與冷卻

從機(jī)頭的口模擠出來的型坯仍然處于高溫熔融狀態(tài)，還具有很大的塑性變形能力，定型與冷卻的目的是使型坯通過降溫將形狀及時固定下來。中空成型機(jī)頭出來的型坯一般進(jìn)入合模系統(tǒng)，當(dāng)料坯的長度超過模具的長度時快速合模通過吹漲，使料坯短時間內(nèi)冷卻并定型于模具中。若料坯定型與冷卻不及時，由于料坯的自身重量的作用會使其本身發(fā)生變形，導(dǎo)致制品截面形狀和尺寸發(fā)生變化。一般中空成型機(jī)都是定型與冷卻同時進(jìn)行，冷卻方式有水冷也有風(fēng)冷。

2 中空成型機(jī)輔助設(shè)備基礎(chǔ)知識

一臺中空成型機(jī)的生產(chǎn)效率不僅僅與主機(jī)的效率有關(guān)，輔助設(shè)備也起到至關(guān)重要的作用，輔助設(shè)備的使用可以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、減輕操作工人的勞動強(qiáng)度，特別是隨著時代的發(fā)展，人力在生產(chǎn)中的主導(dǎo)作用越來越小，輔助設(shè)備在中空成型機(jī)生產(chǎn)中扮演著不可缺少的角色。中空成型機(jī)的主要輔助設(shè)備有:原料上料系統(tǒng)與混合系統(tǒng)以及除濕系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)與干燥系統(tǒng)及深低溫壓縮空氣的處理、設(shè)備與模具的冷卻水系統(tǒng)、回料粉碎系統(tǒng)等。目前，中空成型機(jī)的各類輔助設(shè)備已經(jīng)與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)，組成高速吹塑生產(chǎn)線，并已實現(xiàn)電氣自動化控制。

2.1 原料上料系統(tǒng)與混合系統(tǒng)以及除濕系統(tǒng)

一般塑料制品的原材料由兩種或兩種以上的原料按比例進(jìn)行混合后而成，由混拌機(jī)進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆蚝筝斔偷絻α瞎拗?，然后再由上料機(jī)將料罐中的原料輸送到設(shè)備的料斗中。一些設(shè)備的料斗上裝有除濕干燥設(shè)備，以保證原材料的干燥，防止機(jī)頭擠出的料坯中含有氣泡。

2.1.1 上料系統(tǒng)

上料機(jī)采用最多的有兩種:一是真空吸料式自動上料機(jī)，二是螺旋式上料機(jī)。

真空吸料式自動上料機(jī)的工作原理是:真空吸料式自動上料機(jī)采用漩渦氣泵，將上料機(jī)料斗進(jìn)行抽真空形成負(fù)壓。再利用空氣流動的特性實現(xiàn)塑料原料的流動而進(jìn)行上料的。當(dāng)擠出機(jī)上料斗內(nèi)原料料位下降時，料斗中的料位傳感器或料位開關(guān)發(fā)出上料信號，漩渦氣泵開始工作抽空料斗中的空氣形成負(fù)壓，塑料原料在大氣壓力的作用下通過輸送管道將塑料抽進(jìn)料斗，當(dāng)其達(dá)到預(yù)設(shè)料位時，漩渦氣泵得到料滿的信號并停止轉(zhuǎn)動，這時負(fù)壓消失，上料動作停止。當(dāng)擠出機(jī)上料斗中的塑料原料料位又下降到需要上料時，上料機(jī)又開始啟動并進(jìn)入下一個循環(huán)。使用的原料中難免有塑料粉末的現(xiàn)象，為了防止粉末狀塑料影響上料一般的上料機(jī)都應(yīng)安裝有自動脈沖除塵裝置，蘇州同大機(jī)械有限公司研發(fā)制造的脈沖式真空上料機(jī)設(shè)置有空氣自動脈沖除塵裝置，能在每個上料周期里進(jìn)行自動脈沖除塵。自動脈沖除塵不僅能提高上料速度還能降低能耗。另外上料機(jī)的管道材料應(yīng)選用內(nèi)部光滑的金屬材料，管道拐角處的彎管半徑盡量大一些，從而提高上料速度。

螺旋式上料機(jī)是采用安放在擠出機(jī)料斗上的電動機(jī)帶動不銹鋼絲螺旋彈簧旋轉(zhuǎn)，將塑料原料提帶到料斗的辦法來實現(xiàn)塑料原料上料的。這種上料機(jī)的工作原理:當(dāng)擠出機(jī)上料斗中塑料原料料位下降時，料位傳感器或料位開關(guān)發(fā)出上料信號，上料電動機(jī)開始啟動，電動機(jī)帶動螺旋彈簧運轉(zhuǎn)，將塑料原料帶到擠出機(jī)的料斗中。當(dāng)塑料原料達(dá)到預(yù)設(shè)料位時料位傳感器發(fā)出停止上料信號，電動機(jī)得到指令后停止轉(zhuǎn)動，并重新進(jìn)入下一個循環(huán)。這種上料機(jī)的上料垂直高度一般不大于6米，而真空上料機(jī)可以達(dá)到8米，該機(jī)具有上料穩(wěn)定、產(chǎn)生的粉塵少、對原料顆粒大小要求不嚴(yán)格等優(yōu)點。其缺點是:上料時容易分層，造成原料配方的不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量容易產(chǎn)生波動，另外不銹鋼絲彈簧容易將塑料軟管磨破，需要定期的更換。

具體根據(jù)實際情況選用合適的上料機(jī)以提高中空成型機(jī)的生產(chǎn)效率。

2.1.2 混合系統(tǒng)

混合系統(tǒng)主要包括混拌機(jī)、送料風(fēng)機(jī)、輸送管道、儲料罐?；彀铏C(jī)是通過電動機(jī)帶動混拌機(jī)主軸轉(zhuǎn)動，將原料由上而下帶進(jìn)混拌機(jī)的料倉中進(jìn)行均勻攪拌。主軸一般為螺旋葉片狀。送料風(fēng)機(jī)是利用氣體流動的原理將原料輸送到料罐中。使用混拌機(jī)時一定要注意不能將大塊的塑料(例如沒有破碎的廢品料塊)進(jìn)入混拌機(jī)中，否則會卡住主軸，維修起來相當(dāng)麻煩費時。送料風(fēng)機(jī)送料時放料閘刀開關(guān)不能開的過大，否則會將原料堵在輸送管道中，從而使送料風(fēng)機(jī)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)將線圈燒掉。

2.1.2 除濕系統(tǒng)

塑料原料有吸濕性塑料和非吸濕性原料之分，對于非吸濕性原料，水分和濕氣只會黏附在顆粒表面上，PE、PP、PS等塑料是非吸濕性塑料。而吸濕性塑料會把水分和濕氣吸到顆粒內(nèi)部，若不干燥會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品中會出現(xiàn)泡孔、斑紋、條紋等表面缺陷。PET、PC、ABS、PA是吸濕性塑料。

除濕干燥設(shè)備主要有熱風(fēng)干燥機(jī)、高速混合機(jī)、除濕干燥機(jī)等。

熱風(fēng)干燥機(jī)是將空氣由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)空氣過濾器吸入到機(jī)器之中后，被壓入加熱的管道后而升溫，再將高溫空氣送入到裝有塑料原料的干燥料斗中，使高溫空氣在塑料原料中擴(kuò)散以除去水分和濕氣。

高速混合機(jī)不僅可以混合塑料原料也可在PVC制品加工中來干燥原料。由于電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，可以使攪拌葉片很快自身產(chǎn)生熱量從而使塑料顆粒中的水分和濕氣很快蒸發(fā)掉。

除濕干燥機(jī)的工作原理是:除濕機(jī)有一個蜂巢轉(zhuǎn)輪，其采用高密度、高性能汰硅與分子篩復(fù)合而成，整個轉(zhuǎn)輪是一個高效吸濕體，可以處理潮濕的空氣，轉(zhuǎn)輪分為吸濕區(qū)、再除區(qū)、再生區(qū)?？諝庵械乃衷谖鼭駞^(qū)被吸附在轉(zhuǎn)輪后，將干燥后的空氣連續(xù)不斷的送進(jìn)干燥料斗中。同時吸收了水分的轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動到再生區(qū)，從逆方向送入的再生空氣完全去除吸附在轉(zhuǎn)輪上的水分，經(jīng)過不斷循環(huán)可以去除塑料原料中的水分。

2.2 壓縮空氣系統(tǒng)與干燥系統(tǒng)及深低溫壓縮空氣的處理

在中空成型機(jī)組中，壓縮空氣是必不可少的，吹漲制品時需要通過吹氣桿對型坯進(jìn)行吹漲成型，設(shè)備中的一些汽缸和氣動元件都要用到壓縮空氣。當(dāng)然壓縮空氣也需要干燥，空氣的水分太多會降低氣動元件的使用壽命，會影響制品的質(zhì)量。對于某些特殊制品，還需要用到深低溫壓縮空氣，以加快制品在模具中的冷卻速度，使制品快速定型。

壓縮空氣的干燥可以采用吸附式干燥機(jī)、潮解式壓縮空氣干燥機(jī)、冷凍室壓縮空氣干燥機(jī)。

壓縮空氣的制冷可以采用冷干機(jī)，有風(fēng)冷式冷干機(jī)和水冷式冷干機(jī)。

2.3 設(shè)備與模具的冷卻水系統(tǒng)

中空成型機(jī)中有多處要用到冷卻水進(jìn)行冷卻，比如機(jī)頭中射料油缸與儲料缸之間、減速箱、機(jī)筒螺桿進(jìn)料口、液壓站、模具等。

冷卻的方式有三種:一是利用自然水直接冷卻，二是利用冷卻水塔對循環(huán)水進(jìn)行散熱后，再用水泵對循環(huán)水進(jìn)行加壓從而冷卻設(shè)備和模具。三是采用冷水機(jī)對循環(huán)水制冷后再冷卻設(shè)備和模具。冷水機(jī)也有風(fēng)冷式和水冷式兩種形式。

冷水機(jī)與一般采用水冷卻的設(shè)備不同，因為冷水機(jī)具有完全獨立的制冷系統(tǒng)，不會受到氣溫及環(huán)境的影響，水的溫度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)控制，可以對設(shè)備和模具提供恒定溫度的冷卻水，這樣對設(shè)備的穩(wěn)定性起到很大的作用，制品的質(zhì)量就會比較穩(wěn)定。

冷卻水系統(tǒng)中由于各地的水質(zhì)不同，長時間后在設(shè)備管道內(nèi)會產(chǎn)生水垢，可以采用在管道內(nèi)安裝磁化水處理器對水進(jìn)行磁化，這樣就可以大大減少設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生水垢。

2.4 回料粉碎系統(tǒng)

在中空成型機(jī)組生產(chǎn)中，不可避免的會產(chǎn)生制品邊料和廢品，這樣就需要塑料粉碎設(shè)備將它們粉碎成小的顆粒再回收利用。

圖2為一種高強(qiáng)度塑料粉碎機(jī)示意圖。

目前蘇州同大機(jī)械有限公司已成功研制出高強(qiáng)度塑料粉碎機(jī)，可破碎厚度達(dá)5cm厚的高強(qiáng)度塑料料塊。圖2為這種粉碎機(jī)的示意圖。這種粉碎機(jī)可以配套自動輸送料塊的輸送機(jī)和自動收集粉碎料的風(fēng)送系統(tǒng)以及冷卻水系統(tǒng)，可實現(xiàn)單機(jī)的自動化生產(chǎn)。

對于25～100L系列的塑料桶可以直接放進(jìn)粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，避免麻煩的鋸割過程，減低了勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

目前大型塑料撕碎機(jī)也發(fā)展較快，與粉碎機(jī)連成生產(chǎn)線對大型塑料制品進(jìn)行撕碎和粉碎。