PE管材擠出設備的思考與優(yōu)化

楊峰

(滄州明珠塑料股份有限公司,河北滄州 061001)

PE管材擠出設備的思考與優(yōu)化

楊峰

(滄州明珠塑料股份有限公司,河北滄州 061001)

PE管材由于其強度高、耐高溫、抗腐蝕、無毒、耐磨等特點,廣泛的應用在建筑行業(yè),但是就其PE管材的生產(chǎn)設備還存在一定的不足,本文從PE管材的擠出設備出發(fā),對擠出機、擠出摸頭以及設備操作過程中的工藝進行思考并作出一定的優(yōu)化建議。

PE管材 擠出機 擠出模頭

由于PE管材擠出設備的制造技術(shù)發(fā)展迅速，提高了PE管材的綜合性能，導致市場對PE管材的需求上升。PE管材已經(jīng)用于城鎮(zhèn)供水、天然氣、煤氣輸送等十多個行業(yè)。如果能夠在現(xiàn)有PE管材擠出設備上進行改良，對于促進整個PE管材市場發(fā)展都有重要意義。

1 擠出機

擠出機是PE管材加工中最主要的設備之一，它通過外部動力傳遞和外部加熱元件的傳熱進行塑料的固體輸送、壓實、熔融、剪切混煉擠出成型。目前仍然存在體積龐大、能耗高、噪音大、產(chǎn)品質(zhì)量難提高等一系列問題。因此，對PE管材擠出設備中的擠出機進行思考與優(yōu)化具有重要意義。

擠出機的工作過程大致可以簡述為：塑料從料斗進入擠出機，在螺桿的轉(zhuǎn)動作用下將其向前輸送，塑料在向前移動的過程中，受到料筒的加熱、螺桿的剪切和壓縮作用使塑料熔融，并實現(xiàn)由玻璃態(tài)、高彈態(tài)及粘流態(tài)的三態(tài)變化。

當前PE管材的加工主要使用單螺桿擠出機，隨著PE管材的發(fā)展，單螺桿擠出機顯露出很大的局限性，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

(1)由于單螺桿擠出機的輸送作用主要是依靠摩擦，因此加料性能受到限制，粉料、玻纖、無機填料等較難加入；(2)由于單螺桿排氣式擠出機物料在排氣區(qū)的表面更新作用小，因此排氣效果差；(3)單螺桿擠出機不適合某些工藝過程，比如聚合物的著色。單螺桿擠出機中物料停留時間一般較長，而且各部分物料的停留時間也不相等。

在大量實驗和生產(chǎn)實踐的基礎上，發(fā)展了各種新型螺桿。與單螺桿相比，具備如下優(yōu)點：

(1)提高了擠出量；(2)改善了質(zhì)量；(3)減少了產(chǎn)量波動，壓力波動；(4)提高了混合的均勻性和添加物的分散性。

以分離型螺桿為例，其結(jié)構(gòu)特點為在壓縮段主螺紋之間增設一條副螺紋。一方面，副螺紋把壓縮段分成固相槽和液相槽兩個區(qū)；另一方面，副棱又限制固體床的自由移動。其原理為在熔融區(qū)內(nèi)設法把固體物料和熔融物料分開，加速固體物料融化，并能穩(wěn)定已熔化的熔體流。

2 擠出模頭

在PE管材擠出過程中，模頭對于產(chǎn)品質(zhì)量起著非常關(guān)鍵的作用，其作用是：

(1)物料在模頭里可以得到進一步的充分的混合后以均勻的熔體擠出口模。

(2)能提供最恰當?shù)奈锪显跈C頭內(nèi)的停留時間，既不影響熔融物料的質(zhì)量，又不破壞物料原有的物理性能。

(3)能確保物料在機頭內(nèi)保持較低熔體壓力和擠出穩(wěn)定的平衡。

(4)能確保物料在機頭內(nèi)維持較低的料溫，以防止物料在機頭擠出時產(chǎn)生橫向流動和過早地產(chǎn)生氧化效應。

模頭大致可以分為螺旋模頭、籃式模頭、過濾式模頭。其中螺旋模頭的特點是混合十分充分，得到高度均勻的擠出熔體；籃式模頭在低壓擠出穩(wěn)定性方面表現(xiàn)極佳；過濾式模頭物料流動速率多次變化，增加了機頭的混合效果。賦予物料的低壓和超穩(wěn)定的流動。

目前正在研發(fā)一種可以提供管內(nèi)風冷卻的擠出機模頭，在螺旋模頭的基礎上增加冷卻抽風機，模體與模芯之間為物料通道，在模芯內(nèi)部設有通氣管，通氣管一端與抽風機相連，另一端直接伸入管材內(nèi)部，可以直接抽走管材內(nèi)部熱氣，能夠有效地降低管材內(nèi)部溫度。

圖1

3 擠出過程中的工藝控制

PE管材生產(chǎn)工藝流程圖如圖1：

從以上過程可以看出，整個PE管材的生產(chǎn)過程比較復雜，如果工序控制不好，產(chǎn)品很容易出現(xiàn)瑕疵。從工藝控制的角度來看，需要注意以下幾點。

3.1 溫度

溫度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。若溫度過低，原料不容易熔融，產(chǎn)品的質(zhì)量會受到嚴重影響；若溫度過高，聚合物很容易被分解，難以成行。

3.2 螺桿轉(zhuǎn)動速度和背壓

螺桿的轉(zhuǎn)速直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。轉(zhuǎn)速過快，原料擠出量增多，受到的剪切力變大，這有利于原料的塑化，但是轉(zhuǎn)速過快原料在螺桿內(nèi)的停留時間較短，導致產(chǎn)品的強度受到影響。

螺桿的背壓能夠調(diào)節(jié)原料的混合程度和剪切力，影響產(chǎn)品的塑化質(zhì)量?？梢酝ㄟ^擠出機的多孔板、濾網(wǎng)等部件調(diào)節(jié)產(chǎn)生不同的背壓。

3.3 牽引速度

牽引速度在擠出過程中的調(diào)節(jié)作用很重要。一般而言，牽引速度直接影響產(chǎn)品的壁厚。此外，牽引速度還決定著產(chǎn)品的截面尺寸和產(chǎn)品的冷卻效果。

4 結(jié)語

本文從PE管材的擠出設備出發(fā)，分別從設備本身和工藝控制這兩方面來敘述如何更好的提升PE管材擠出設備的性能。并介紹當前比較先進的一些PE管材擠出技術(shù)，各個PE管材制造商應當根據(jù)自身實際情況，逐漸淘汰一些舊技術(shù)，采用先進技術(shù)。

[1]閃立新.聚乙烯管材的擠出技術(shù)[J].塑料制造,2006(12)：42-46.

[2]羅敦勇.PE管材的生產(chǎn)設備及其技術(shù)[C].中國余姚：中國工程塑料工業(yè)協(xié)會加工應用專委會、第四屆中國塑料博覽會組委會,2002：325-328.