擠出中空成型機基礎知識與名詞介紹(二)

何建領 張 萍 肖志林 賈 輝

(蘇州同大機械有限公司)

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的幾個主要組成部件的基礎知識，本文將再介紹擠出中空成型機的一些輔助設備的基礎知識。

擠出中空吹塑行業(yè)中通常有一些設備的習慣名詞，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擠出到機頭，經(jīng)機頭將熔融狀態(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的螺桿有關(guān)，擠出機的螺桿在結(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。當原料進入擠出機螺桿后，首先進入加料段，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)在進料段對應的機筒段通冷卻水，降低原料與螺桿之間的摩擦系數(shù);

4)在機筒內(nèi)孔開縱向槽，增加原料與機筒之間的摩擦系數(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，在擠出機過渡段通過機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一步進行均化，并且定溫定壓定量的擠入擠出機機頭，從而使機頭獲得穩(wěn)定質(zhì)量的熔融聚合物。

1.2 機頭口模成型

塑料原料從擠出機螺桿的進料段進入，經(jīng)過過渡段和計量段后從螺桿頭部進入機頭，在經(jīng)過機頭的流道和口模從而擠出型坯。機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，機頭和口模共同完成了塑料型坯的成型過程。機頭設計的好壞直接影響到質(zhì)量的質(zhì)量，其設計可依照以下幾點:

a.機頭應具有可調(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.機頭內(nèi)部流道設計應流暢，要有對稱型;

c.流道應能形成壓力并有足夠的強度;

d.機頭零部件材料設計應選擇合理。

1.3 型坯的定型與冷卻

從機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。中空成型機頭出來的型坯一般進入合模系統(tǒng)，當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，導致制品截面形狀和尺寸發(fā)生變化。一般中空成型機都是定型與冷卻同時進行，冷卻方式有水冷也有風冷。

2 中空成型機輔助設備基礎知識

一臺中空成型機的生產(chǎn)效率不僅僅與主機的效率有關(guān)，輔助設備也起到至關(guān)重要的作用，輔助設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度，特別是隨著時代的發(fā)展，人力在生產(chǎn)中的主導作用越來越小，輔助設備在中空成型機生產(chǎn)中扮演著不可缺少的角色。中空成型機的主要輔助設備有: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，中空成型機的各類輔助設備已經(jīng)與主機進行聯(lián)機，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行混合后而成，由混拌機進行充分攪拌均勻后輸送到儲料罐中，然后再由上料機將料罐中的原料輸送到設備的料斗中。一些設備的料斗上裝有除濕干燥設備，以保證原材料的干燥，防止機頭擠出的料坯中含有氣泡。

2.1.1 上料系統(tǒng)

上料機采用最多的有兩種:一是真空吸料式自動上料機，二是螺旋式上料機。

真空吸料式自動上料機的工作原理是:真空吸料式自動上料機采用漩渦氣泵，將上料機料斗進行抽真空形成負壓。再利用空氣流動的特性實現(xiàn)塑料原料的流動而進行上料的。當擠出機上料斗內(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料斗，當其達到預設料位時，漩渦氣泵得到料滿的信號并停止轉(zhuǎn)動，這時負壓消失，上料動作停止。當擠出機上料斗中的塑料原料料位又下降到需要上料時，上料機又開始啟動并進入下一個循環(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都應安裝有自動脈沖除塵裝置，蘇州同大機械有限公司研發(fā)制造的脈沖式真空上料機設置有空氣自動脈沖除塵裝置，能在每個上料周期里進行自動脈沖除塵。自動脈沖除塵不僅能提高上料速度還能降低能耗。另外上料機的管道材料應選用內(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。

螺旋式上料機是采用安放在擠出機料斗上的電動機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。這種上料機的工作原理:當擠出機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，上料電動機開始啟動，電動機帶動螺旋彈簧運轉(zhuǎn)，將塑料原料帶到擠出機的料斗中。當塑料原料達到預設料位時料位傳感器發(fā)出停止上料信號，電動機得到指令后停止轉(zhuǎn)動，并重新進入下一個循環(huán)。這種上料機的上料垂直高度一般不大于6米，而真空上料機可以達到8米，該機具有上料穩(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以提高中空成型機的生產(chǎn)效率。

2.1.2 混合系統(tǒng)

混合系統(tǒng)主要包括混拌機、送料風機、輸送管道、儲料罐?；彀铏C是通過電動機帶動混拌機主軸轉(zhuǎn)動，將原料由上而下帶進混拌機的料倉中進行均勻攪拌。主軸一般為螺旋葉片狀。送料風機是利用氣體流動的原理將原料輸送到料罐中。使用混拌機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)進入混拌機中，否則會卡住主軸，維修起來相當麻煩費時。送料風機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，從而使送料風機超負荷運轉(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。

除濕干燥設備主要有熱風干燥機、高速混合機、除濕干燥機等。

熱風干燥機是將空氣由鼓風機經(jīng)空氣過濾器吸入到機器之中后，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散以除去水分和濕氣。

高速混合機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。

除濕干燥機的工作原理是:除濕機有一個蜂巢轉(zhuǎn)輪，其采用高密度、高性能汰硅與分子篩復合而成，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)。空氣中的水分在吸濕區(qū)被吸附在轉(zhuǎn)輪后，將干燥后的空氣連續(xù)不斷的送進干燥料斗中。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行吹漲成型，設備中的一些汽缸和氣動元件都要用到壓縮空氣。當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、潮解式壓縮空氣干燥機、冷凍室壓縮空氣干燥機。

壓縮空氣的制冷可以采用冷干機，有風冷式冷干機和水冷式冷干機。

2.3 設備與模具的冷卻水系統(tǒng)

中空成型機中有多處要用到冷卻水進行冷卻，比如機頭中射料油缸與儲料缸之間、減速箱、機筒螺桿進料口、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)水進行散熱后，再用水泵對循環(huán)水進行加壓從而冷卻設備和模具。三是采用冷水機對循環(huán)水制冷后再冷卻設備和模具。冷水機也有風冷式和水冷式兩種形式。

冷水機與一般采用水冷卻的設備不同，因為冷水機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，可以對設備和模具提供恒定溫度的冷卻水，這樣對設備的穩(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行磁化，這樣就可以大大減少設備內(nèi)產(chǎn)生水垢。

2.4 回料粉碎系統(tǒng)

在中空成型機組生產(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備將它們粉碎成小的顆粒再回收利用。

圖2為一種高強度塑料粉碎機示意圖。

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

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

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

圖2 一種高強度塑料粉碎機示意圖

3 擠出中空成型機名詞介紹

在中空成型機的發(fā)展過程中，人們對機器的相關(guān)名詞的叫法有較大的差別，下面就四個方面進行介紹。

3.1 設備類的名詞

3.2 模具類的名詞

3.3 動作類的名詞

3.4 材料類的名詞

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這些名詞的不同稱呼，有可能會產(chǎn)生大家交流時理解上的分歧，在設備的調(diào)試和修理過程中因為理解的差異而造成時間上的耽擱，所以，大家盡量采用普遍采用的術(shù)語來進行技術(shù)方面的交流。