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北京朝阳电缆厂分析电缆技术中塑料挤出的基本原理

发布者:cydlcqs发表时间:【2021-03-06】

北京朝阳电缆厂分析电缆技术中塑料挤出的基本原理

挤出机的工作原理是:利用特定形状的螺杆在加热筒内旋转,将料斗送来的塑料向前挤出,使塑料均匀塑化(即熔化)。通过不同形状的模头和模具,将塑料挤出成连续性所需的各种形状的塑料层,并将塑料挤出到线芯和电缆上。塑料挤出工艺:电线电缆的塑料绝缘和护套采用连续挤出成型,挤出设备一般为单螺杆挤出机。挤出塑料前,应事先检查塑料是否潮湿或有其他杂物,然后预热螺杆并将其加入料斗。在挤出过程中,料斗中的塑料借助重力或进料螺杆进入筒体。在旋转螺杆的推动下,不断向前推进,从预热段逐渐向均化段移动。同时,塑料被螺杆搅拌挤出,在筒体外部热量的作用下变为粘性流动状态,塑料与设备之间的剪切摩擦在螺旋槽内形成连续均匀的物流。北京朝阳电缆厂在工艺规定的温度作用下,塑料由固态转变为熔融态,再通过螺杆的推动或搅拌将完全塑化的塑料推入模头;流向模头的料流通过模芯之间的环形间隙从模套口挤出以及模套,并挤压在导线或线芯周围,形成连续致密的绝缘层或护套层,然后冷却而可固化制成电线电缆产品。挤出过程分为三个阶段:塑料挤出主要基于塑料的塑性状态。塑料在挤出机中完成成型过程是一个复杂的物理过程,包括混合、破碎、熔融、塑化、排气、压制、终成型。值得注意的是,这一进程是不断实施的。然而,人们通常根据塑料的不同反应将连续挤出过程分为不同的阶段,即:塑化阶段(塑料的混合、熔融和均化);成型阶段(塑料的挤出);凝固阶段(塑料层的冷却和固化)。

**阶段是塑化。也称为压缩阶段。它是在挤出机的筒体中完成的。通过螺杆的旋转,塑料由颗粒状固体变为塑性粘性流体。塑料在塑化阶段有两种热源:一种是桶外的电加热;另一种是螺杆转动时产生的摩擦热。首先,热量是由桶外的电加热产生的。正常启动后,螺杆物料与筒体内壁的摩擦和物料分子在压缩、剪切、混合过程中的内摩擦产生热量。

**阶段是成型阶段。在模具中进行。由于螺杆的旋转和压力,粘性流体被推到模具中。粘性流体通过模具中的模具形成各种尺寸和形状的挤压材料,并包覆在线芯或导体的外面。

第三阶段是定稿阶段。在冷却水箱或冷却管中进行。冷却后,塑料挤出层由非晶态转变为定型固态。

塑化过程中塑性流动的变化

在塑化阶段,塑料沿螺杆轴被推到模具上时,会经历温度、压力、粘度甚至化学结构的变化,这些变化在螺杆的不同截面上是不同的。根据塑性流动物理状态的变化过程,将塑化阶段人工分为三个阶段,即加料阶段、熔融阶段和均化阶段。这也是分割挤出螺杆的方法。每个截面对塑料挤出的影响不同,塑料在每个截面上呈现出不同的形状,从而表现出塑料的挤出特性。

在给料段,一是为颗粒状固体塑料提供软化温度,二是通过螺杆旋转与固定筒体之间的剪应力作用于塑料颗粒上使软化塑料破碎。重要的是螺杆旋转产生足够连续稳定的推力和反向摩擦,形成连续稳定的挤出压力,从而实现破碎塑料的混合和均匀混合,并初步实现热交换,为连续稳定挤出提供依据。连续稳定的推力、高、低剪切应变速率、破碎搅拌均匀性直接影响挤出质量和成品率。

在熔融段,经过破碎、软化和初步混合后,由于螺杆的推动作用,旧塑料沿着螺旋槽从进料段移动到熔融段。在这一段中,塑料会遇到较高温度的热效应,这是机器的热源。除筒体外的点加热外,螺杆转动的摩擦热也起作用。进料段的推力和均化段的反作用力使塑料在螺杆槽和螺杆与筒体之间的间隙中形成回流。回流不仅使物料混合更加均匀,而且增加了塑料的换热效果,达到表面热平衡。由于这一阶段的作用温度已超过塑料的流变温度,且作用时间长,与加热筒接触的材料开始熔化,在加热筒内表面形成一层聚合物熔融膜。当熔膜厚度超过螺旋顶部和筒体之间的间隙时,它将被旋转螺纹刮掉并聚集在推进螺纹中,从而在焊缝前面形成熔池。由于筒体和螺纹根部的相对运动,在熔池中产生了物料循环流。实心底座(实心塑料)位于螺钉边缘后面。在物料沿螺旋槽向前移动的过程中,由于熔融段螺旋槽的深度逐渐变浅到均化段,固体床不断被挤压到筒体内壁,北京朝阳电缆厂加速了从筒体到固体床的传热过程。同时,螺杆的旋转对筒体内壁的熔膜产生剪切作用,使熔膜与固体床界面处的物料熔化,固体床的宽度逐渐减小,直至完全消失,即固体状态变为粘性流动状态。这时,塑料的分子结构发生了根本性的变化,分子间的张力极为松弛。如果是结晶聚合物,则结晶面积开始减小,而非晶面积增加。除超分子外,主体完成塑化,称为“预塑化”。在压力作用下,排除固体物料中的气体,实现初步压实。

均化工段有几个突出的工艺特点:该工段螺纹深度浅,即螺旋槽体积小,是螺杆与筒体之间压力的工作工段;另外,螺杆产生的推力和筛板产生的反作用力是塑料“近战”的直接区域;该段也有的挤出工艺温度,因此是挤出温度的工作段,此时材料的径向压力和轴向压力。这一高压足以除去塑料中所含的所有气体,使熔体紧实。这部分称为“均衡部分”。由于高温的影响,在熔融段未能塑化的聚合物在该段塑化,以消除“颗粒”,使塑料塑化充分均匀。然后,由模头以一定的量和压力均匀挤出完全塑化和熔融的塑料。

塑料挤出过程中的流动状态

在挤出过程中,由于螺杆的转动,塑料被推动,而筒体不运动,因此筒体与螺杆之间有相对运动。这种相对运动对塑料产生摩擦作用,使塑料向前拖曳。另外,由于模具、多孔筛板和过滤网在头部的阻力作用,塑料在前进过程中会产生反作用力,使塑料在螺杆和筒体中的流动更加复杂。一般认为塑料的流动状态由以下四种流动形式组成:

正流是指塑料沿螺旋槽向封头方向流动。它是由螺杆旋转的推力产生的,是四种流动形式中重要的一种。正流量直接决定挤出量。

逆流,又称逆流,其方向与正流方向相反。这是由于模具、筛板和滤网在模块中的塑料正向运动,造成模具区域的压力(塑料向前的反作用力)。从压头到进料口,有一个“压力下回流”,也称为“背压流”。它会造成能力的损失。

横流——它是沿轴线方向,即垂直于螺纹槽方向的塑性流动。当螺杆旋转时,它也是通过推动形成的。其流动受螺旋槽侧壁阻力的影响。由于螺杆两侧的相互阻力,且螺杆处于旋转状态,螺杆槽内的塑料发生旋转运动,形成环状流,因此横向流本质上是环状流。循环对塑料在桶内的混合和塑化的影响与循环是分不开的。循环使物料在桶内搅拌混合,有利于桶与物料之间的热交换。对提高挤出质量具有重要意义,但对挤出流量影响不大。漏流-也是由机头中的模具、筛板和滤网的阻力引起的。然而,它不是在螺旋槽中流动,而是在螺旋和筒体之间的间隙中形成的反向流动。也会造成能力的损失。由于螺杆与筒体之间的间隙通常很小,在正常情况下,泄漏流量远小于正常流量和逆流。在挤出过程中,泄漏流量对挤出量有影响,泄漏流量越大,挤出量越小。

塑料的四种流动状态不会以单一形式出现。对于某一塑料颗粒,既不会有的回流,也不会有封闭循环。塑料熔体在螺旋槽内的实际流动是上述四种流动状态的综合,是一种螺旋轨迹的正向流动。

挤压质量

挤出质量主要是指塑料塑化是否良好,几何尺寸是否均匀,即径向厚度是否一致,轴向外径是否均匀。除塑性本身外,影响塑性的主要因素是温度、剪切应变速率和作用时间。过高的挤出温度不仅会引起挤出压力的波动,还会导致塑料的分解,甚至可能导致设备事故。减小螺杆槽深,增大螺杆长径比,有利于塑料的热交换,延长加热时间,满足均匀塑化的要求,但会影响挤出量,给螺杆的制造和装配带来困难。因此,保证塑化的重要因素是提高螺杆旋转产生的剪切应变率,从而达到机械混合均匀性和挤出换热平衡,从而为塑化均匀性提供保证。应变速率由螺杆与筒体之间的剪切应变力决定,在保证挤出量的前提下,螺杆槽的深度可随挤出速度的增加而增加。此外,螺杆与筒体之间的间隙也对挤压质量有影响。如果间隙过大,塑料的回流和泄漏会增加,朝阳电缆不仅会引起挤出压力的波动,影响挤出量,还会使塑料过热,导致烧焦或成型困难。