La relación entre el mecanismo de plastificación del equipo de extrusión de PVC y el ajuste de la fórmula

El moldeo por extrusión de plástico, como el perfil de UPVC (cloruro de polivinilo rígido) o el moldeo de productos de tubería, se forma principalmente mediante la combinación de resina de PVC y aditivos relacionados, moldeo por extrusión, moldeado, tracción y corte. Entre ellos, las materias primas, los equipos de fórmula y los procesos operativos son los principales factores de moldeo por extrusión de plástico, afectando directamente la calidad y el rendimiento del moldeo por extrusión. Por lo tanto, este artículo se centra en el impacto de los equipos de extrusión y las materias primas en la extrusión.

Composición de la materia prima de UPVC

1. resina de PVC

Los productos rígidos de PVC extruido generalmente usan el método de suspensión de resina suelta, el grado de polimerización de S-PVC, el tamaño de partícula y el grado de porosidad deben ser adecuados. No es posible utilizar pulimentos con diferencias de tamaño de partícula significativas o resinas sueltas con partículas densas.

2. Estabilizador

Debido a que la resina de PVC es una resina sensible al calor, cuando la temperatura alcanza entre 90 y 130 ℃, comenzará a degradarse térmicamente, se liberará el HCL inestable y la resina se volverá amarilla.

A medida que aumenta la temperatura, el color de la resina se oscurece y las propiedades físicas y químicas del producto disminuyen. Para resolver el problema de degradación, además de mejorar el proceso de producción de materias primas de resina, también se pueden agregar estabilizadores a la resina de PVC para absorber y neutralizar el gas HCL y eliminar su efecto de degradación catalítica.

Los estabilizadores comúnmente utilizados son: sales de plomo, estaños orgánicos, jabones metálicos y estabilizadores de tierras raras.

3. Lubricante

Los lubricantes son aditivos para mejorar la lubricidad y reducir la adherencia interfacial. Sus funciones se dividen en lubricantes externos, lubricantes internos y lubricantes internos y externos.

El lubricante externo puede reducir la fricción entre el material y la superficie metálica y evitar que el material UPVC se adhiera al cilindro y al tornillo después de la plastificación.

El lubricante interno puede reducir la fricción entre las partículas dentro del material, debilitar la cohesión entre las moléculas y reducir la viscosidad del fundido.

El uso de lubricantes tiene efectos aparentes en la reducción de la carga del tornillo, la reducción del calor de cizallamiento y el aumento de la producción de extrusión.

4. Material de relleno

Para mejorar la dureza y rigidez del producto, reducir la deformación del producto y reducir el costo de las materias primas, se agregan más rellenos como CaCO3 en la producción de productos de UPVC.

5. Modificador de procesamiento (ACR)

Los modificadores de procesamiento se utilizan principalmente para mejorar el rendimiento de procesamiento de los materiales, acelerar la plastificación de la resina de PVC y mejorar la fluidez, la deformación térmica y el brillo superficial de los productos.

6. Modificador de impacto

Los modificadores de impacto se utilizan principalmente para mejorar la resistencia al impacto de los productos, aumentar la dureza de los productos y mejorar el efecto plastificante. Los modificadores de uso común para UPVC son CPE (polietileno clorado) y modificadores de impacto acrílicos.

7. Agente colorante: dióxido de titanio, negro de humo, etc.

Mecanismo de plastificación del equipo de extrusión de plástico y la influencia de la fórmula en el moldeo

Hay muchos equipos para el moldeo por extrusión de plástico. Los principales utilizados para la extrusión de productos complejos de UPVC son la extrusora de un solo tornillo con ventilación y la extrusora de doble tornillo contrarrotante.

A continuación se analiza principalmente el mecanismo de plastificación de las extrusoras de uso común para la extrusión de productos de UPVC.

1. Extrusora de tornillo simple tipo escape:

1.1 Mecanismo de plastificación:

La extrusora de un solo tornillo ventilado se puede utilizar para el moldeado, la extrusión y la granulación de UPVC con alimentación de polvo.

El tornillo consta de dos tornillos sencillos ordinarios en serie con una gran relación longitud-diámetro (L/D=25～30). El tornillo frontal único se utiliza principalmente para la absorción de calor, compresión, fusión y homogeneización del material para hacer que el material se derrita inicialmente. El tornillo único de etapa trasera se usa principalmente para ventilar, fundir y homogeneizar, y aumentar la presión de extrusión.

Desde el puerto de escape, el material debe estar en un estado semi-derretido. El puerto de escape se encuentra en la sección de transporte del tornillo trasero, donde el material puede salir después de la descompresión.

En la sección de transporte, el material en polvo seco se compacta gradualmente para formar un "lecho sólido". Debido a que la temperatura del material aún no ha aumentado, solo se descarga el aire entre y dentro de las partículas de polvo.

En la sección de compresión, la temperatura del material es de aproximadamente 160～170℃. A medida que el volumen de la ranura del tornillo disminuye, la presión aumenta sobre la superficie del material y el cilindro para obligar al material a pasar a través del espacio entre el tornillo y el cilindro, y aumenta la tensión entre el material y la superficie del cilindro. 

Se mejora el efecto de absorción de calor del material, y la tela cerca de la superficie del cilindro forma una película fundida debido al corte, la presión y el calor.

Debido al movimiento relativo del tornillo y el cilindro en el frente de la ranura del tornillo, el área se acumula y aumenta gradualmente, las partículas de material en esta sección se cortan y se derriten. Debido a que el material en la ranura del tornillo recibe menos fuerza de corte, el material en la ranura del tornillo se plastifica. Falta la consistencia.

En la sección de homogeneización, el diámetro inferior del tornillo se reduce para que el material en el medio de la ranura en espiral esté cerca del barril para promover el corte y el calentamiento para fundir y completar aún más la fusión del material para homogeneizarlo.

El diámetro inferior de la sección de transporte del último tornillo (cerca del cabezal de la máquina) se vuelve más prominente y su desplazamiento es mucho mayor que el de la sección de homogeneización del último tornillo. Los componentes volátiles se liberan y el puerto de escape los descargará a través de la bomba de vacío.

El material llega a la sección de homogeneización a través de la segunda sección de compresión, y la presión de extrusión se acumula bajo la acción de la matriz, el tornillo y el barril para formar un flujo denso y uniforme de moldeo por extrusión desde la matriz, donde el desplazamiento de la sección de homogeneización es más grande que el anterior. La eliminación en una etapa evita la ofensa del material.

Del análisis anterior, se puede ver que la fusión de un solo tornillo es causada principalmente por la rotación del tornillo y la estática del barril, y se corta el desplazamiento relativo del material en las diferentes partes de la ranura. El material se calienta y se comprime, y la conducción de calor entre el cilindro y el tornillo forma una piscina de película fundida: migración entre fases líquidas, etc.

1.2 Problemas a los que se debe prestar atención en el diseño de fórmulas:

Al diseñar la fórmula del material de un solo tornillo, se debe considerar el largo tiempo de fusión del material en la extrusora de un solo tornillo, la aparente influencia del estado secular en la sección de transporte de sólidos sobre la productividad y el transporte no obligatorio de materiales.

Debido a la gran relación de aspecto de la extrusora de un solo tornillo ventilado (normalmente L/D=28～32), el material se calienta durante mucho tiempo y no se ve obligado a transportarlo. Es beneficioso aumentar la cantidad de estabilizador para evitar la descomposición por sobrecalentamiento, una carga más prolongada y más grande. Un aumento apropiado de lubricante puede reducir el torque del tornillo.

Por supuesto, demasiado lubricante daña el transporte de materiales y el rendimiento de impacto de los productos. El fenómeno de "tornillo retenido" puede ocurrir en la extrusión cuando la grasa es demasiado. Considere agregar un modificador de impacto. El aumento en la cantidad de modificador de impacto aumentará el torque del tornillo.

Agregar una cierta cantidad de relleno CaCO3 puede aumentar la resistencia del fundido, reducir la fluidez del material y afectar la velocidad de plastificación del material. Los efectos del CaCO3 con diferentes tamaños de partículas también son muy distintos. Por lo tanto, la cantidad de CaCO3 añadida a los productos para diversos fines varía mucho.

Además, las características de la estructura del molde están relacionadas con el tamaño de la presión de extrusión y tienen un impacto particular en la formulación.

2. Extrusora de doble husillo contrarrotante

Aunque el mecanismo de fusión de la extrusora de doble tornillo se basa en un solo tornillo, el principio de transporte es muy diferente al de un solo tornillo debido a la existencia de la zona de malla.

2.1 Clasificación de las extrusoras de doble husillo

Según la dirección de operación del tornillo, se puede dividir en:

1. Extrusora de doble tornillo contrarrotante: la dirección de rotación de los dos tornillos es opuesta.
2. Extrusora de doble tornillo corrotante: la dirección de rotación de los dos tornillos es la misma.

De acuerdo con la ley de rotación, la extrusora de doble tornillo contrarrotante se puede dividir en extrusora de doble tornillo contrarrotante hacia afuera y extrusora de doble tornillo contrarrotante hacia adentro.

Se eliminó la extrusora de doble tornillo contrarrotante hacia adentro debido a su pobre capacidad de alimentación y la gran fuerza radial generada por el material en el tornillo en el área de calandrado de los dos tornillos, lo que resultó en un desgaste severo entre el cilindro y el tornillo. .

En términos generales, la extrusora de doble husillo contrarrotante se refiere a la extrusora de doble husillo contrarrotante hacia afuera (lo mismo a continuación).

La extrusión de perfiles de UPVC generalmente utiliza extrusoras de doble tornillo cónico contrarrotatorio y extrusoras de doble tornillo paralelo contrarrotatorio.

2.1.1 Extrusora cónica de doble husillo contrarrotante:

El eje de los dos tornillos y el eje del cilindro están distribuidos simétricamente en el ángulo α incluido (el valor de α está generalmente entre 1° y 2°). Sin embargo, la dirección del tornillo es diferente, el diámetro de los dos extremos de la sección de trabajo es diferente.

El tornillo con la misma profundidad de las ranuras de tornillo grandes y pequeñas en el tornillo extrusor de doble tornillo cónico ordinario y el tornillo con una profundidad de ranura de tornillo considerable son más significativos que la profundidad de la ranura de tornillo menor supercono (doble cono) cónico doble -tornillo extrusor de tornillo.

Las características de la extrusora cónica de doble husillo contrarrotante: gran diámetro de la cabeza del tornillo, gran capacidad calorífica del tornillo, material de ranura profunda (ultracono), gran área de contacto con el tornillo y el cilindro, largo tiempo de residencia del material es beneficioso para el material La transferencia de calor entre el barril y el tornillo y el material. En base a este punto, la longitud del tornillo y la relación de aspecto (generalmente 13-17) bajo la misma salida es mucho menor que la de otros tipos de extrusoras.

El diámetro de la cabeza del tornillo pequeño es relativamente pequeño, el tiempo de residencia del material en la sección de extrusión es corto, la velocidad lineal de la operación del tornillo es baja y la baja tasa de corte es beneficiosa para reducir el calor de fricción entre el material y entre el material y el tornillo y el cilindro.

Cuando la tasa de extrusión del perfil está dentro de los 400 kg/h y la tasa de extrusión de la lámina de la tubería está dentro de los 800 kg/h, se debe dar prioridad al uso de una extrusora cónica de doble tornillo. La extrusora cónica de doble husillo para la extrusión de perfiles y tubos de UPVC es la más utilizada.

Capacidad de plastificación: La capacidad de plastificación de las extrusoras resulta del efecto integral del sistema de extrusión, la fórmula y los parámetros del proceso operativo de la extrusora.

La capacidad de plastificación de las extrusoras de doble husillo cónico y de doble husillo paralelo no se puede decir cuál es mejor o peor. Solo se puede determinar en función del análisis de la estructura específica del tornillo, la composición de la fórmula, los parámetros del proceso operativo y el molde.

2.1.2 Extrusora de doble husillo paralela contrarrotante:

Los ejes de los dos tornillos son paralelos y simétricamente distribuidos con el eje del cilindro. Los diámetros interior y exterior de los dos extremos de la sección de trabajo del tornillo son iguales, y hay tornillos segmentados y tornillos de avance continuamente variables.

El tornillo segmentado se refiere al tornillo con ranuras socavadas debido a la diferente cantidad de cabezas de tornillo y los diferentes pasos entre las diferentes secciones funcionales del tornillo.

El doble husillo plano de avance variable continuo significa que no hay ranura recortada entre las diferentes secciones funcionales del husillo. Por lo tanto, el número de cabezas de tornillo en las distintas áreas de aplicación del tornillo es el mismo. Debido a que la generatriz del tornillo y el cilindro es recta, la procesabilidad es mejor.

El tornillo de la extrusora gemela plana contrarrotante se puede sacar del extremo de descarga de la extrusora, lo cual es conveniente para el mantenimiento del equipo. El tornillo se puede diseñar en una estructura de paso variable de curso completo. De acuerdo con información relevante, la tensión de procesamiento en el material al extruir el perfil es pequeña para obtener una buena calidad de extrusión.

Una extrusora de doble husillo paralelo se usa relativamente más cuando el volumen de extrusión es grande. Cabe señalar que el rendimiento de la línea de producción de perfiles se ve muy afectado por el molde. El moldeado del cabezal del extrusor a alta velocidad y la excelente forma del producto en el molde de fraguado a menudo se convierten en el cuello de botella de la producción limitada.

2.2 El mecanismo de plastificación de la extrusora cónica de doble husillo:

Generalmente, el sistema de extrusión de la extrusora de doble husillo cónico incluye: tornillo, cilindro, dispositivo de calentamiento y enfriamiento y dispositivo de escape de vacío.

 2.2.1 Mecanismo de plastificación del material de la extrusora cónica de doble husillo:

⑴ Sección de transporte:

El material ingresa a la sección de transporte desde el puerto de descarga y se transporta hacia adelante bajo la fuerza del tornillo. Cada vez que gira el tornillo, el material en la cámara en forma de C avanza un avance.

Debido a la estructura, el volumen de la cámara en forma de C es cada vez más pequeño y el material se comprime gradualmente. A medida que aumenta la presión de contacto entre el material y el tornillo cilíndrico, aumenta la absorción de calor y la temperatura del material aumenta lentamente, listo para el siguiente paso de fusión.

A medida que se amplía el área de superficie del cilindro y el tornillo de la extrusora de cono doble en la sección de transporte, se mejora la eficiencia de conducción de calor entre el material y el cilindro y el tornillo.

⑵ Sección de preplastificación:

Una vez que los materiales se calientan y comprimen en la sección de transporte, la mayor parte del aire entre y dentro de las partículas de polvo se descarga y la densidad de los materiales aumenta.

A medida que el material en la cámara en forma de C continúa avanzando, el material en contacto con el cilindro y el tornillo se mantendrá a la misma velocidad que el cilindro o el tornillo debido a la adhesión. Bajo la conducción del tornillo, el efecto de corte es más fuerte que el material en el medio de la ranura del tornillo. Después de calentarse durante mucho tiempo, comienza a derretirse y el material en la cámara en forma de C se disuelve en un flujo circulante desde el exterior hacia el interior.

A medida que cambia el volumen de la cámara en forma de C, se mejora el intercambio de materiales internos y externos. Algunos fabricantes de extrusoras instalan un tanque de mezcla en la sección de preplastificación de acuerdo con las características de la extrusora de su propia empresa. El propósito es comunicar los materiales en las cámaras en forma de C delantera y trasera, mejorar el efecto de corte y facilitar el intercambio de materiales entre las capas interior y exterior en forma de C. Mejora el efecto de fusión.

Después de que el material pasa a través de la sección de preplastificación, la gran cantidad de polvo y materiales granulares se rompen y los materiales quedan en un estado semifundido.

⑶ Sección de plastificación:

También conocida como sección de compresión. El volumen de la cámara en forma de C en esta sección se reduce considerablemente (el desplazamiento de esta sección es solo entre 0,25 y 0,4 del área de transporte), y los materiales están sujetos a compresión, cizallamiento e intercambio sólidos cuando pasan. Así, la mayoría de los materiales se encuentran básicamente en un estado plastificado inicial.

⑷ Sección de escape:

La mezcla de UPVC ingresa a la sección de escape después de la sección de transporte, preplastificación y compresión porque el volumen de la cámara en forma de C en la sección de escape es mucho mayor que el de la sección de compresión (generalmente, el desplazamiento es más de tres veces mayor que de la sección de compresión).

Cuando el material llega a esta sección, la presión se reduce y el material se vuelve segmentado o grande, y se liberan el gas y los componentes volátiles de bajo peso molecular del material. Esta sección está equipada con un puerto de escape y el gas se descarga a través del puerto de escape bajo la acción de una bomba de vacío.

La función de escape del moldeo por extrusión de UPVC es esencial. De lo contrario, las burbujas de aire en el producto afectarán seriamente las propiedades mecánicas.

⑸ Sección de medición:

 Debido al cambio continuo del volumen de la cámara en forma de C a través de la sección de transporte, la sección de preplastificación, la sección de plastificación y la sección de medición, y la diferente cantidad de cabezas de tornillo en cada área del tornillo, el material en la C La cámara en forma de C cambia continuamente su posición y luego ingresa a la sección de medición. Como resultado, plastifique, homogeneice y aumente aún más la presión de extrusión bajo la acción del troquel.

Debido a que se reduce el volumen de la cámara en forma de C en la sección de medición, el material se comprime nuevamente después de la homogeneización para formar un fluido denso y uniforme que se extruye a través del cuerpo de conexión (cuerpo de transición), la placa perforada y la matriz.

2.3 El mecanismo de plastificación de la extrusora de doble husillo paralelo contrarrotante:

El mecanismo de plastificación de la extrusora de doble husillo paralelo contrarrotante es el mismo que el de la extrusora de doble husillo cónico. La diferencia es que el diámetro del tornillo y del cilindro es el mismo en todas partes. El material en la sección de alimentación tiene un área de absorción de calor pequeña, que es relativamente en comparación con la sección de dosificación de tornillo. Por lo tanto, el diámetro es mayor que el doble del cono y la velocidad del tornillo no puede ser demasiado grande.

Por lo tanto, para mejorar el efecto de plastificación, la relación longitud-diámetro del tornillo extrusor de doble tornillo paralelo contrarrotatorio es más significativa que la del extrusor de doble tornillo cónico (generalmente L/D=25-30).

El volumen de la cámara en forma de C en cada sección de la extrusora de doble tornillo paralelo contrarrotante se cambia repetidamente como el cono y el doble, y el modo de cambio es el mismo.

El proceso de transformación de los materiales UPVC en el proceso de procesamiento no solo está relacionado con la composición de los ingredientes mezclados, sino que también tiene mucho que ver con las condiciones externas de procesamiento, como la temperatura de los ingredientes mezclados, el orden de alimentación durante la mezcla. , la temperatura del proceso de extrusión, la velocidad del tornillo y la alimentación La cantidad de material y la resistencia del material sometido a cizallamiento.

Resumen

Este artículo hace un análisis fundamental del mecanismo de fusión y ajuste de fórmula del material en la extrusora. Debido a la gran practicidad de la tecnología de moldeo y procesamiento de polímeros, la fórmula de la materia prima del producto, el equipo de procesamiento y las condiciones del proceso son bastante diferentes. Por lo tanto, la producción real debe combinarse con la estructura del equipo de producción, especialmente el sistema de extrusión, la composición de los ingredientes, los requisitos de rendimiento del producto y el volumen de producción. Además, se debe combinar un análisis integral de la influencia de los ingredientes en los aditivos en la fusión de los materiales para determinar un proceso de producción razonable.