滴灌带生产中挤出成型技术探究

杨 冬，刘 班

(1.沈阳远大美滋滴灌设施有限公司，沈阳 110027； 2.特变电工沈阳变压器集团有限公司，沈阳 110144)

滴灌技术拥有出色节水能力，广受缺水严重国家的青睐。随着滴灌技术被引入我国，以其特殊优势已发展了几十年，大范围地应用，取得了很好的成效。滴灌技术拥有如此强的生命力，与滴灌带挤出成型技术和生产设备密不可分。介绍了挤出成型设备结构，可以对滴灌带生产起到一定的帮助。

1 滴灌带挤出成型设备

在塑料制品加工过程中，挤出成型被称为“挤塑”，是将塑料送入加料装置，通过挤出机螺杆和设备料筒共同作用，使塑料边受热塑化，边被螺杆向前推送，之后连续通过机头与口模，制作成各类截面塑料成品或半成品。

生产滴灌带的主要设备挤出机是采用这一模式对滴灌带挤出生产的。目前最常用的是单螺杆挤出机，主要结构包含五部分：传动部分、加料部分、机筒、螺杆、机头与口模。滴灌带挤出机结构简图如图1。

图1 滴灌带挤出机的结构图Fig.1 Structure of drip irrigation belt extruder

传动部分。传动部分是指通过电机、减速装置、齿轮、组合轴承组合成部件机构，转动过程是通过转动电动机带动齿轮，齿轮再带动螺杆，使螺杆转动，进而形成传递力矩与速度。在传动过程中，为了保证挤出滴灌带的截面尺寸稳定，须使传递速度稳定，所以螺杆转速必须恒定。面对客户群体的不同要求，滴灌带截面尺寸大小也有变化，所以电机常为变频电机，可以通过触控屏控制PLC输出模拟量，实现变频电机无极变速。另外，为了增加扭矩，降低转速，须在电机轴头侧安装减速器，合理运用减速器可让螺杆传送扭矩更大，成型制品韧性更高，更为耐用。

加料部分。加料部分由优质板材(Q235A)制成。由图1可以看出，加料装置采用的是锥形漏斗，可让加料时材料落入机筒缓慢均匀，同时也对材料落入机筒起到缓冲作用。在加料口周围还要安装冷却水管，可以去除机筒内传递出来的过高热量，防止热量融化材料，使材料粘接拥堵于入料口。

螺杆部分。螺杆是挤出机最核心的组成部分，只有螺杆转动才可以使机筒内材料实现位移，进而在增加压力的同时也产生少许热量。螺杆在挤出机设计之初，选择几何参数最关键。螺杆几何参数主要有螺杆长径比、螺杆直径、压缩比等。目前，市场最常用的螺杆直径设计为40 cm或50 mm，螺杆长径比为30∶1或40∶1。

机筒部分。机筒也是挤出机主要组成部分，其功能是伴随其内部螺杆转动，将塑料塑化及加压。通常挤出机正常工作时，机筒内温度在160℃～300℃，而机筒内压力可以达到30～50 MPa。为了使塑料受热塑化均匀且能够控制温度，须在其内安装分段加热装置及外冷却装置。

机头与口模部分。口模是挤出制品截面的成型部分。安装方法是：用法兰螺栓将其安装固定在机头之外，机头部分是连接口模与机筒的过渡部件。机头和口模的外形是否合理，对挤出制品产能及质量影响是非常大的。

辅助设备。挤出机除了主体机构外还配有辅助设备。辅助设备由成型模具、牵引设备、控制系统、收卷机组成。其中，收卷机的作用是收卷管带成品, 并记录制品米数。

2 挤出成型原理

将原料倒入加料漏斗后，通过外围冷却进入机筒，原料随螺杆转动朝机头方向推进。实际生产过程中，为了生产合格制品，避免机头口模等处无法滴水而生成残次品，须随时监控压力和成型轮子温度，应通过合理调节冷却水流量控制成型轮温度。另外，还有两方面对成品合格影响巨大。第一，原材料对成品的影响。通常生产滴灌带成品原材料为共混改性，就是将多种聚乙烯材料用化学方法均匀混合形成固态聚合物。聚合物具有非常好的材料性能，主要表现为抗拉、耐压、耐热、裂变小等，极好地表现了滴灌带抵抗恶劣环境的能力。第二，成型轮对成品的影响。成型轮就是成型模具。生产滴灌带会产生成型阻力，这种阻力会产生很大压力，从而将材料压实，同时伴随螺杆转动及机筒内加热产生剪切热力，进而将材料温度升高，之后在接近压缩段的1/3处，材料温度到达可黏流温度，越向里面推动越逐渐溶解，而在压缩段结束部位，材料全部黏流。进入均化段后，材料伴随螺杆转动，材料被逐渐定压、定量、定温，并逐渐进入机头。机头口模是已经设计好的成型部件，材料通过成型口模被制成特定形状，之后再通过成型轮的真空成型，再冷却，再切割等，才形成所需的完整成品。所以，成型轮对于成品的影响也是十分巨大的。

3 滴灌带的挤出成型

滴灌带生产的一个重要环节就是挤出成型，所以在生产滴灌带时要重点关注挤出成型环节。影响其挤出成型的因素有两个方面：

塑化温度和模具温度。材料被挤出过程中需要大量热量，这一热量的来源有两个：一是机筒外部的加热环加热，二是物料被推动时与机筒摩擦产生热能。而温度控制是通过机筒内部冷却与加热装置共同协作完成的，通过对控制系统的适当调节，可以保证材料均匀黏流，进而保证成品质量。

成型轮的因素。成型轮就是成型模具，其拥有真空系统和冷却功能。需要说明的是，成型轮是一个很复杂的模具，其内部有很多已经加工好的水孔和流道，以便在使用真空泵抽气时，可以使其某一特定部位的扇面产生压力。在成型轮带动管泡行进到此部位时，通过已经产生的压力，将管泡吸附于成型轮之上，而此时已经被吸附于成型轮之上的管泡又被从水孔和流道吸出，伴随成型轮拥有的冷却功能，将其即刻冷却成型，并被切割为两根管带，如此就可以持续不断生出滴灌带。

4 结语

挤出成型技术是一种高效、成本低廉、适应范围非常广泛的塑料成型技术，非常适合滴灌带生产使用。为了更好地掌握其生产原理，必须要切合实际生产过程，努力研发，领会其原理精髓，让滴灌带挤出成型技术发挥更大的作用。