다른 재료에 대한 단일 스크류 압출기 적응성의 평가 시스템 (PP/PS/PE/PLA)

I. 소개 : 단일 스크류 압출의 재료 처리 문제

그만큼 단일 스크류 플라스틱 시트 압출 열 성형 기계 e는 중합체 재료 처리를위한 핵심 장비로서, 다른 폴리머에 대한 적응성은 제품 품질 및 생산 효율을 직접 결정한다. pp (폴리 프로필렌), 추신 (폴리스티렌), PE (폴리에틸렌) 및 PLA (폴리 락트 산)는 분자 구조 및 물리적 특성의 유의미한 차이로 인해 압출 동안 뚜렷한 유변학 적 거동 및 열 안정성 요구 사항을 나타낸다. 단일 스크류 압출기의 처리 적응성을 평가하려면 재료 특성 분석, 장비 구조 일치, 프로세스 매개 변수 조정 및 제품 품질 상관 관계의 4 가지 차원에서 과학적 평가 시스템을 구성해야합니다.

II. 재료 특성과 압출 처리 간의 기본 상관 관계

(A) 중합체 물질의 고유 특성 차이

(b) 압출 과정에 대한 재료 특성의 핵심 영향

• PP : 높은 결정화 속도는 용융물이 냉각 될 때 큰 수축률을 초래하며, 나사 압축 비율과 냉각 및 형성 섹션의 온도 구배 제어에주의를 기울여야합니다. 전단 박사 특성은 용융 파열을 피하기 위해 나사 속도와 역 압력의 조정 조정이 필요합니다.
• PS : 강성 분자 사슬은 압출 중에 용융 탄성을 두드러지게 만들고, 압출 동안 파단을 용융하기 쉽고, 탄성 에너지 저장을 줄이기 위해 나사 혼합 섹션 구조의 최적화가 필요합니다. 열악한 열 안정성은 ± 2 ° C 내에서 온도 제어 정확도를 필요로합니다.
• PE : 저급성 용융물은 누출 흐름이 발생하기 쉬우므로 체류 시간을 연장하고 균일 한 가보 화를 보장하기 위해 나사 길이 직경 비율 (L/D ≥28)의 증가가 필요합니다. HDPE와 LDPE 간의 용융 범위의 차이는 다른 나사 그루브 깊이 설계와 일치해야합니다.
• PLA : 강한 흡습성 (수분 함량은 <0.02%이어야 함)으로, 사전 건조 치료가 필요합니다. 용융 강도가 낮고 전단에 민감한 압출은 높은 회전 속도 (권장 <100rpm)를 피하고 압축 비율 (1.8-2.2) 나사를 사용하여 전단 열을 줄입니다.

III. 재료에 대한 장비 구조의 평가 지표

(a) 나사 기하학적 매개 변수의 일치

1. 길이 직경 비율 (L/D)

   • PP/PE 처리는 L/D = 25-30을 필요로합니다. 불충분 한 L/D는 결정질 폴리머의 소성이 충분하지 않아 생성물에서 결정 점을 유발할 것입니다.
   • PLA 처리는 L/D = 20-24에 적합합니다. 지나치게 긴 나사는 용융 거주 시간을 증가시키고 열 산화 분해를 악화시킵니다.

2. 압축 비율

   • PP (압축 비 2.5-3.0) : 높은 압축 비율은 결정화 구조 규칙화를 촉진하고 시트 두께 내성을 감소시킨다;
   • PS (압축 비 1.8-2.2) : 압축 비율이 낮은 압축 비율은 용융 탄성 축적을 감소시키고 압출 팽창을 억제합니다.
   • PLA (압축 비 1.8-2.0) : 구배 나사 구조와 결합 된 로컬 과열을 유발하는 과도한 압축 비율을 피하십시오 (나사 그루브 깊이는 공급 섹션에서 균질화 섹션으로 선형으로 감소합니다).

3. 믹싱 요소 설계

   • PE의 저급성 특성을 위해, 장벽 형 믹싱 핀을 나사 균질화 섹션에 설정하여 용융물 및 분배 혼합을 향상시킬 수있다;
   • PS/PLA 처리는 분자 사슬 골절을 방지하기 위해 전단이 없거나 저하 혼합 구조 (예 : DIS 스크류 요소)가 필요합니다.

(b) 성형 다이 및 보조 기계의 적응성

• 다이 흐름 채널 설계 :
  PP 시트 압출은 흐름 채널에서 용융 거주 시간을 줄이기 위해 어류 테일 다이 (확장 각도 30 ° -45 °)에 적합합니다. PLA는 용융점과 열화를 피하기 위해 간소화 된 데드 앵글 프리 다이 (표면 거칠기 ra <0.2μm)가 필요합니다.
• 냉각 및 형성 시스템 :
  PE 시트는 과도한 결정 성장을 억제하기 위해 켄칭 롤 (온도 30-50 ° C)이 필요합니다. PLA는 빠른 냉각으로 인한 내부 응력 균열을 방지하기 위해 중간 온도 냉각 (60-80 ° C)이 필요합니다.

IV. 프로세스 매개 변수 협업 최적화를위한 평가 방법

(a) 온도 제어 전략

1. 3 구역 온도 파티션 원리
   • 공급 섹션 : PP/PE는 재료가 벽에 달라 붙는 것을 방지하기 위해 용융점 (예 : PP 공급 섹션 150 ° C)보다 배럴 온도를 10-20 ° C 낮게 유지해야합니다. PLA 공급 섹션에는 수분 침윤을 피하기 위해 건조 공기 (DEW 지점 <-40 ° C)를 공급해야합니다.
   • 압축 섹션 : PS 압축 섹션 온도는 200-220 ° C에서 제어해야합니다. 240 ° C를 초과하면 벤젠 고리 산화 및 황변을 유발할 수 있습니다. PLA 압축 섹션 온도 상한은 175 ° C이며 강제 공기 냉각 장치가 필요합니다.
   • 균질화 섹션 : PE 균질화 섹션 온도는 용융 유동성을 보장하기 위해 용융점 (예를 들어, HDPE 균질화 섹션 150-160 ° C)보다 20-30 ° C 높아야합니다. PP 균질화 섹션 온도는 180-190 ° C이며 가소화 및 에너지 소비의 균형을 유지합니다.

(b) 압력 및 회전 속도 조절

• 백 압력 설정 :
  PP 압출 역압은 용융 소형을 개선하고 시트 기포를 감소시키기 위해 0.5-1.0MPA입니다. PLA 후압 ≤0.3mpa 고압으로 인한 용융 점도의 갑작스런 증가를 피하기 위해.
• 나사 회전 속도 :
  PE (저밀도)는 출력을 증가시키기 위해 높은 회전 속도 (150-200rpm)를 채택 할 수 있습니다. PLA 회전 속도는 80rpm이어야하며 저속 고 토크 모터 (토크 변동 ≤5%)와 결합되어야합니다.

© 장력 및 신장 비율 제어

• PP 시트 장력 비율 1.2-1.5, 스트레치 비율 2-3, 동기 속도 조절 장력 기계와 일치해야합니다.
• PLA 시트 장력 비율 ≤1.2 높은 장력 속도로 인한 용융 골절을 피하려면 용융 강도를 향상시키기 위해 장력 롤 온도를 50-60 ° C로 유지해야합니다.

V. 제품 품질과 처리 적응성 간의 상관 평가

(a) 주요 성능 테스트 표시기

1. 물리적 특성

   • 두께 균일 성 : PP/PE 시트 내성은 ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (용융 강도에 의해 제한);
   • 기계적 특성 : PS 시트 인장 강도 강도는 40mpa 이상이어야하며, 2%이상의 분할에서의 신장; 압출 중에 전단이 과도하면 파손시 신장이 1%미만으로 떨어집니다.

2. 미세 구조

   • PP 시트 결정도는 55%-65%로 제어되어야합니다. 너무 높아서 시트가 증가 할 것입니다.
   • PLA 시트의 분자 사슬 방향 정도는 <15%여야하며, 이는 편광 현미경으로 복굴절 현상을 관찰함으로써 평가 될 수있다.

(b) 전형적인 결함 및 장비 적응성 상관 관계

• 용융 골절 (PS/PLA에서 일반적) :
  원인은 나사 전단 속도 (PS 전단 속도> 1000S⁻¹) 또는 너무 큰 다이 입구 각도 일 수 있으므로 회전 속도를 줄이고 다이 수렴 섹션 각도를 15 ° -20 °로 최적화해야합니다.
• 시트 황색 (PS/PLA의 공통) :
  균질화 단면 온도가 240 ° C의 PS 상한을 초과하는지 또는 PLA 배럴에 국소 과열 영역이 있는지 여부 (예 : 열전대 장애)를 초과하는 열 분해 발생을 나타냅니다.

VI. 지속 가능한 처리 적응성의 확장 된 평가

PLA와 같은 바이오 기반 재료의 경우 전통적인 가공 지표 외에도 다음에주의를 기울여야합니다.

• 에너지 효율 : PLA 압출 에너지 소비는 PP의 약 1.3-1.5 배이며, 나사 가열 전력과 냉각 효율 사이의 일치를 평가해야합니다 (권장 가열 전력 밀도 ≤0.3kw/kg · h);
• 깨끗한 생산 : PLA 처리 후 장비의 잔류 물질은 다른 재료와의 교차 오염을 피하기 위해 특수 세척제 (예 : 이소 프로필 알코올)로 청소해야합니다 (예 : 빠른 방출 플랜지 구조).

VII. 다차원 적응성 평가 모델 구성

PP/PS/PE/PLA에 대한 단일-스크류 압출기 적응성의 평가는“재료 특성 적용 구조-프로덕터-제품 품질”의 논리적 체인을 핵심으로 취해야한다. CORE로서의 폐쇄 루프 평가 시스템을 형성하여 맞춤형 나사 기하학적 매개 변수 (PP에 대한 높은 압축 속도, PLA에 대한 낮은 혈액 혼합 섹션), Collaboratoration Opplication of Optimization of Optimization of Optimitation of Opplication of extrative of extrative of extrative of expression 비율 PS)에 대한 저온 저압 전략, 제품 미세 구조 및 물리적 특성의 실시간 모니터링과 결합. 새로운 재료 (예 : PLA)의 경우 지속 가능한 처리 지표도 평가 프레임 워크에 통합되어 "단일 재료 적응"에서 "다중 재료 호환 친환경 생산"으로 장비 업그레이드를 촉진해야합니다. 이 평가 시스템의 확립은 시트 압출 공정 최적화에 대한 이론적 지원을 제공 할뿐만 아니라 단일 스크류 압출 장비의 모듈 식 설계를위한 기술적 기초를 제공합니다.