挤出中空成型机基础知识与名词介绍(二)

2014-05-07何建领肖志林

塑料包装 2014年3期

何建领张萍肖志林贾辉

(苏州同大机械有限公司)

前言

目前，挤出中空吹塑成型技术已得到高速的发展，生产出的制品已应用到各行各业。挤出中空成型可加工的塑料种类也很多，制品更是多种多样。本文将简要介绍一下挤出成型的工艺过程和原理。《塑料包装》上篇连载文章简要介绍了中空成型机的几个主要组成部件的基础知识，本文将再介绍挤出中空成型机的一些辅助设备的基础知识。

挤出中空吹塑行业中通常有一些设备的习惯名词，因为制造厂家不同，故对同一物品以及一些工序或是其动作过程等称呼的名称会有较大的差别。

1 挤出中空成型工艺过程与原理

挤出中空吹塑成型是将塑料原料由料斗经带有加热功能的挤出机挤出到机头，经机头将熔融状态下的塑料型坯挤出后，合模系统带动模具合模，然后由气嘴或气针向塑料型坯内注入压缩空气，从而使塑料型坯在热状态下快速吹涨，经过冷却定型后再将制品四周的飞边手动或自动切割掉即可得到与模具模腔形状相同的塑料中空制品。

挤出中空成型机可用于成型:PC、PE、PVC、PA、ABS等多种塑料原料，这些原料一般采用吹塑级的原料。

1.1 原料的塑化和挤出

原料的塑化效果直接与挤出机的螺杆有关，挤出机的螺杆在结构上可以分为加料段、过渡段和计量段三段，这三个结构段是独立而不相互重叠的，如图1所示。

图1 螺杆结构简图

a.加料段螺杆的加料段起到聚合物固体输送的作用。当原料进入挤出机螺杆后，首先进入加料段，加料段再将原料压实，再输送到过渡段。在螺杆的加料段上形成固体输送区。为了提高固体输送效率可采取以下措施:

1)降低螺杆表面粗糙度，从而减小原料与螺杆之间的摩擦系数;

2)提高螺杆转速;

3)在进料段对应的机筒段通冷却水，降低原料与螺杆之间的摩擦系数;

4)在机筒内孔开纵向槽，增加原料与机筒之间的摩擦系数;

5)增加加料段的螺槽深度。

可根据具体的设计情况采用以上措施中的某几条来实现提高螺杆输送原料的效率。

b.过渡段螺杆过渡段也称压缩段，过渡段的螺槽深度逐渐减小，从而使聚合物熔融、混炼、压实。聚合物的熔融主要发生在过渡段。由加料段输送的固体原料，在挤出机过渡段通过机筒外加热器的加热及螺杆与原料剪切热的共同作用下升温，本身逐渐融化，最后变成熔体。增加过渡段的长度可以明显的提高挤出量，提高产品的质量，另外改变螺杆的结构参数也可以提高螺杆的熔融性能和挤出量，比如采用多螺棱、减少螺棱间隙、增加螺棱升角和减小螺棱宽度等。

c.计量段螺杆的计量段确定了挤出机的产量。计量段较长或是此段的螺槽较浅可以提高挤出稳定性和混炼性能，但是会降低挤出产量。通常计量段采用多螺棱结构的螺杆来有效改善挤出稳定性。在计量段完全熔融的原料进一步进行均化，并且定温定压定量的挤入挤出机机头，从而使机头获得稳定质量的熔融聚合物。

1.2 机头口模成型

塑料原料从挤出机螺杆的进料段进入，经过过渡段和计量段后从螺杆头部进入机头，在经过机头的流道和口模从而挤出型坯。机头的基本功能就是形成所需要形状的料坯，而料坯的大小由口模来决定，机头和口模共同完成了塑料型坯的成型过程。机头设计的好坏直接影响到质量的质量，其设计可依照以下几点:

a.机头应具有可调性，可以调节口模和模芯之间的间隙从而可调节型坯的厚度;

b.机头内部流道设计应流畅，要有对称型;

c.流道应能形成压力并有足够的强度;

d.机头零部件材料设计应选择合理。

1.3 型坯的定型与冷却

从机头的口模挤出来的型坯仍然处于高温熔融状态，还具有很大的塑性变形能力，定型与冷却的目的是使型坯通过降温将形状及时固定下来。中空成型机头出来的型坯一般进入合模系统，当料坯的长度超过模具的长度时快速合模通过吹涨，使料坯短时间内冷却并定型于模具中。若料坯定型与冷却不及时，由于料坯的自身重量的作用会使其本身发生变形，导致制品截面形状和尺寸发生变化。一般中空成型机都是定型与冷却同时进行，冷却方式有水冷也有风冷。

2 中空成型机辅助设备基础知识

一台中空成型机的生产效率不仅仅与主机的效率有关，辅助设备也起到至关重要的作用，辅助设备的使用可以保证产品质量的稳定性、减轻操作工人的劳动强度，特别是随着时代的发展，人力在生产中的主导作用越来越小，辅助设备在中空成型机生产中扮演着不可缺少的角色。中空成型机的主要辅助设备有:原料上料系统与混合系统以及除湿系统、压缩空气系统与干燥系统及深低温压缩空气的处理、设备与模具的冷却水系统、回料粉碎系统等。目前，中空成型机的各类辅助设备已经与主机进行联机，组成高速吹塑生产线，并已实现电气自动化控制。

2.1 原料上料系统与混合系统以及除湿系统

一般塑料制品的原材料由两种或两种以上的原料按比例进行混合后而成，由混拌机进行充分搅拌均匀后输送到储料罐中，然后再由上料机将料罐中的原料输送到设备的料斗中。一些设备的料斗上装有除湿干燥设备，以保证原材料的干燥，防止机头挤出的料坯中含有气泡。

2.1.1 上料系统

上料机采用最多的有两种:一是真空吸料式自动上料机，二是螺旋式上料机。

真空吸料式自动上料机的工作原理是:真空吸料式自动上料机采用漩涡气泵，将上料机料斗进行抽真空形成负压。再利用空气流动的特性实现塑料原料的流动而进行上料的。当挤出机上料斗内原料料位下降时，料斗中的料位传感器或料位开关发出上料信号，漩涡气泵开始工作抽空料斗中的空气形成负压，塑料原料在大气压力的作用下通过输送管道将塑料抽进料斗，当其达到预设料位时，漩涡气泵得到料满的信号并停止转动，这时负压消失，上料动作停止。当挤出机上料斗中的塑料原料料位又下降到需要上料时，上料机又开始启动并进入下一个循环。使用的原料中难免有塑料粉末的现象，为了防止粉末状塑料影响上料一般的上料机都应安装有自动脉冲除尘装置，苏州同大机械有限公司研发制造的脉冲式真空上料机设置有空气自动脉冲除尘装置，能在每个上料周期里进行自动脉冲除尘。自动脉冲除尘不仅能提高上料速度还能降低能耗。另外上料机的管道材料应选用内部光滑的金属材料，管道拐角处的弯管半径尽量大一些，从而提高上料速度。

螺旋式上料机是采用安放在挤出机料斗上的电动机带动不锈钢丝螺旋弹簧旋转，将塑料原料提带到料斗的办法来实现塑料原料上料的。这种上料机的工作原理:当挤出机上料斗中塑料原料料位下降时，料位传感器或料位开关发出上料信号，上料电动机开始启动，电动机带动螺旋弹簧运转，将塑料原料带到挤出机的料斗中。当塑料原料达到预设料位时料位传感器发出停止上料信号，电动机得到指令后停止转动，并重新进入下一个循环。这种上料机的上料垂直高度一般不大于6米，而真空上料机可以达到8米，该机具有上料稳定、产生的粉尘少、对原料颗粒大小要求不严格等优点。其缺点是:上料时容易分层，造成原料配方的不稳定，产品质量容易产生波动，另外不锈钢丝弹簧容易将塑料软管磨破，需要定期的更换。

具体根据实际情况选用合适的上料机以提高中空成型机的生产效率。

2.1.2 混合系统

混合系统主要包括混拌机、送料风机、输送管道、储料罐。混拌机是通过电动机带动混拌机主轴转动，将原料由上而下带进混拌机的料仓中进行均匀搅拌。主轴一般为螺旋叶片状。送料风机是利用气体流动的原理将原料输送到料罐中。使用混拌机时一定要注意不能将大块的塑料(例如没有破碎的废品料块)进入混拌机中，否则会卡住主轴，维修起来相当麻烦费时。送料风机送料时放料闸刀开关不能开的过大，否则会将原料堵在输送管道中，从而使送料风机超负荷运转将线圈烧掉。

2.1.2 除湿系统

塑料原料有吸湿性塑料和非吸湿性原料之分，对于非吸湿性原料，水分和湿气只会黏附在颗粒表面上，PE、PP、PS等塑料是非吸湿性塑料。而吸湿性塑料会把水分和湿气吸到颗粒内部，若不干燥会直接影响产品质量，产品中会出现泡孔、斑纹、条纹等表面缺陷。PET、PC、ABS、PA是吸湿性塑料。

除湿干燥设备主要有热风干燥机、高速混合机、除湿干燥机等。

热风干燥机是将空气由鼓风机经空气过滤器吸入到机器之中后，被压入加热的管道后而升温，再将高温空气送入到装有塑料原料的干燥料斗中，使高温空气在塑料原料中扩散以除去水分和湿气。

高速混合机不仅可以混合塑料原料也可在PVC制品加工中来干燥原料。由于电动机高速旋转，可以使搅拌叶片很快自身产生热量从而使塑料颗粒中的水分和湿气很快蒸发掉。

除湿干燥机的工作原理是:除湿机有一个蜂巢转轮，其采用高密度、高性能汰硅与分子筛复合而成，整个转轮是一个高效吸湿体，可以处理潮湿的空气，转轮分为吸湿区、再除区、再生区。空气中的水分在吸湿区被吸附在转轮后，将干燥后的空气连续不断的送进干燥料斗中。同时吸收了水分的转轮转动到再生区，从逆方向送入的再生空气完全去除吸附在转轮上的水分，经过不断循环可以去除塑料原料中的水分。

2.2 压缩空气系统与干燥系统及深低温压缩空气的处理

在中空成型机组中，压缩空气是必不可少的，吹涨制品时需要通过吹气杆对型坯进行吹涨成型，设备中的一些汽缸和气动元件都要用到压缩空气。当然压缩空气也需要干燥，空气的水分太多会降低气动元件的使用寿命，会影响制品的质量。对于某些特殊制品，还需要用到深低温压缩空气，以加快制品在模具中的冷却速度，使制品快速定型。

压缩空气的干燥可以采用吸附式干燥机、潮解式压缩空气干燥机、冷冻室压缩空气干燥机。

压缩空气的制冷可以采用冷干机，有风冷式冷干机和水冷式冷干机。