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怎样才能将双螺杆挤出机与热塑性弹性体完美结合?

来源: 作者: tpecc 发布时间: 2018-09-06 15:44:37 点击:

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高速能量输入(HSEI)双螺杆挤出机(TSE)设计上的进步,为热塑性弹性体/热塑性聚烯烃/热塑性聚氨酯/热塑性硫化胶(TPE/TPO/TPU/TPV) 配方提供了新的机会。这一大家族通常包括与填料、纤维、添加剂、液体和反应剂相混合的塑料和橡胶。原材料表现为多种多样的形式, 包括颗粒、粉末、块状、条状、纤维和液体—— 供入挤出机加工段时, 必须始终对它们进行计量。原材料的计量方法以及位置是由多种因素和总配方决定的。

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实现充分混合和/ 或反应的熔体流始终是我们期待的目标。然而, 即便如此也只算成功了一半, 因为熔体流必须冷却下来, 进而形成终端产品—— 常常是用于注塑成型机或单螺杆挤出机的颗粒。板材或型材的直接挤出则可以绕过这一步。这样一来, 联机成型也就成了可能实现的事情。

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高速能量输入双螺杆挤出机经常出现供料不足, 而挤出机的产出率是由喂料器决定的。双螺杆挤出机螺杆的速度单独进行控制。颗粒和粉末所使用的是单螺杆钻和双螺杆钻。当喂入多种原料流时, 通常规定使用失重补偿喂料器。液体原料流( 即油或超临界反应液) 则根据液体黏度的不同, 使用柱塞泵或齿轮泵。对液体系统可以加热或使其保持常温。橡胶材料的喂料通常具有相当大的挑战性。原材料的尺寸必须小于螺杆的螺纹深度。

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例如, 螺杆直径为77.5 mm的双螺杆挤出机,将会有大约15 mm的螺纹深度。显而易见, 我们不可能把一包橡胶囫囵喂入挤出机——有必要对其形式进行修改; 它在进入挤出机加工段时, 喂料装置应对其准确计量。采用各种不同的方法, 包括把橡胶破碎( 和研磨) 成螺旋钻可以计量的块状。进入双螺杆挤出机加工段的的橡胶条也可以计量。有些橡胶则是让其熔化之后, 再抽送入挤出机。通常的做法是, 用配带齿轮泵的专用单螺杆挤出机来调节并计量进入双螺杆挤出机的橡胶(图1)。

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下面简要介绍与此相关的工艺/ 应用的几个例子

1
带水浸切粒机的TPU反应性挤出系统

通过利用流量计或失重监测/ 控制的精密计量泵, 对进入挤出机的液体原料流加以计量。

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双螺杆挤出机的L/D比通常介于40/1 ~ 52/1之间, 以便让原料流在双螺杆挤出机加工段保持足够的停留时间。借助于螺杆元件的选择来管理低峰剪切的密切混合,相比分散式混合而言,本设计更侧重于分配式混合。通常规定使用“ 梳篦”或其他类似的分配式混合元件,喂料速度与双螺杆挤出机螺杆的转速可控制促进反应所需的停留时间以及停留时间的分配(图2)。

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一台双螺杆挤出机与一台水浸切粒机相匹配, 将TPU熔体抽送并通过一个圆形模具, 由浸没在水中的旋转刀片切成颗粒。继而, 含水的颗粒浆料被输送至旋转干燥机脱水。该系统可以产生在水下环境中切割而成的球形颗粒(图3)。

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2
TPE/TPO直接挤出板材

利用高速能量输入双螺杆挤出机把物料的配混/脱挥与直接板材挤出相组合,这就向我们提出了技术上的挑战。这样的体系要求把密切混合与物料的持续抽送结合起来。在实际生产过程中,双螺杆挤出机常把聚乙烯/聚丙烯颗粒与预混橡胶配方进行配炼。将增塑剂注入挤出机的加工段, 填料( 即滑石或纤维) 由侧向填灌装置加入下游的机筒段。如此可以生产出有用的终端产品,包括TPO屋顶防水卷材和/或高含油比板材产品。

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直接挤出系统需把物料输送/ 喂料设备与供料不足的双螺杆挤出机, 以及跟模具相匹配的齿轮泵组合在一起。熔体温度起着重要作用,该体系与切粒系统相比起来更为复杂。具体而言, 一个可编程逻辑控制器(PLC) 执行压力控制算法程序, 分析系统中关键点的输入, 进行数值计算, 对螺杆转速、齿轮泵和喂料速度加以修正,以使模具入口压力保持恒定。模具/下游系统就像单螺杆挤出机在加工预混合颗粒料一般(图4)。

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3
TPV与橡胶条喂料机构

在加入橡胶之前, 将聚丙烯颗粒喂入双螺杆挤出机加料口, 对其进行计量并使之熔化。橡胶条可通过Planetruder内齿轮泵型挤出系统计量, 该系统把单螺杆挤出机( 如销钉机筒挤出机) 与集成齿轮泵相组合。聚丙烯与橡胶进行密切混合, 然后注入交联剂。在对直接挤出的成粒模具或齿轮泵加压前, 真空排气有助于脱除物料中的挥发分(图5)。

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4
TPO与长纤维喂料和下游板材/型材

对于长纤维TPO产品, 双螺杆挤出机加工段的第一个24L/ D,被设定来喂入/混合橡胶、聚合物、矿物质和液体。把纤维无捻粗纱加入熔体流, 由此开始利用分配式混合元件来保护纤维的长度, 以便让最终制品的物理性能最佳。除了纤维长度之外, 颇为重要的一点是还要“ 濡湿” 纤维, 如此可使双螺杆挤出机成为这一平衡动作的理想设备。假如纤维束没有充分打开, 纤维倒是会很长, 不过其物理性能却会非常低劣, 原因就在于纤维没有被润湿。具有深螺纹和非压缩设计的短单螺杆泵, 通常用来提供低转速下稳定的模具入口压力。用类似的双螺杆挤出机系统配置作为联机成型系统的一部分, 对于汽车零部件而言这可以说是典型的做法(图6)。

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双螺杆挤出机的进步为对剪切敏感或受限于扭矩和/或温度的加工提供了机会。无论是什么样的配方和/或终端产品,设法了解并采用最。新技术来获得成功, 这对于加工者来说无疑是十分重要的。

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