Hệ thống đánh giá khả năng thích ứng của máy đùn đơn với các vật liệu khác nhau (PP/PS/PE/PLA)

I. GIỚI THIỆU: Những thách thức xử lý vật liệu trong quá trình đùn t vít

Các Machin thermoforming tấm nhựa vít một trục E, là thiết bị cốt lõi để xử lý vật liệu polymer, khả năng thích ứng với các polyme khác nhau trực tiếp xác định chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Pp (polypropylen), PS (polystyrene), Thể dục (polyetylen) và PLA (axit polylactic) thể hiện các hành vi lưu biến khác biệt và các yêu cầu ổn định nhiệt trong quá trình đùn do sự khác biệt đáng kể của chúng trong cấu trúc phân tử và tính chất vật lý. Đánh giá khả năng thích ứng của quá trình xử lý của các máy đùn một trục vít đòi hỏi phải xây dựng một hệ thống đánh giá khoa học từ bốn chiều: phân tích đặc tính vật liệu, khớp cấu trúc thiết bị, phối hợp tham số quy trình và tương quan chất lượng sản phẩm.

Ii. Mối tương quan cơ bản giữa các tính chất vật liệu và xử lý đùn

(A) Sự khác biệt về thuộc tính nội tại của vật liệu polymer

(B) Tác động cốt lõi của tính chất vật liệu đối với quá trình đùn

• PP : Tốc độ kết tinh cao dẫn đến tốc độ co rút lớn khi sự tan chảy được làm mát, và cần chú ý đến tỷ lệ nén vít và điều khiển độ dốc nhiệt độ của phần làm mát và định hình; Các đặc điểm mỏng cắt đòi hỏi sự điều chỉnh phối hợp của tốc độ vít và áp suất ngược để tránh vỡ tan.
• PS : Chuỗi phân tử cứng làm cho độ đàn hồi tan chảy nổi bật, dễ bị gãy xương trong quá trình đùn, đòi hỏi tối ưu hóa cấu trúc phần trộn vít để giảm lưu trữ năng lượng đàn hồi; Độ ổn định nhiệt kém đòi hỏi độ chính xác kiểm soát nhiệt độ trong ± 2 ° C.
• PE : Sự tan chảy độ nhớt thấp dễ bị rò rỉ dòng chảy, đòi hỏi sự gia tăng tỷ lệ đường kính chiều dài vít (L/D ≥28) để kéo dài thời gian cư trú và đảm bảo hóa dẻo đồng đều; Sự khác biệt trong phạm vi nóng chảy giữa HDPE và LDPE đòi hỏi phải phù hợp với các thiết kế độ sâu rãnh vít khác nhau.
• PLA : Khả năng hút ẩm mạnh (hàm lượng nước cần <0,02%), cần điều trị trước khi khô; Sức mạnh tan chảy thấp và nhạy cảm với cắt, đùn nên tránh tốc độ quay cao (khuyến nghị <100rpm) và sử dụng vít tỷ lệ nén thấp (1.8-2.2) để giảm nhiệt.

Iii. Các chỉ số đánh giá về cấu trúc thiết bị thích ứng với vật liệu

(A) Kết hợp các tham số hình học vít

1. Tỷ lệ đường kính chiều dài (L/D)

   • Xử lý PP/PE yêu cầu L/D = 25-30; Không đủ L/D sẽ dẫn đến không đủ dẻo của các polyme tinh thể, gây ra các điểm tinh thể trong các sản phẩm;
   • Xử lý PLA phù hợp với L/D = 20-24; Một ốc vít quá dài sẽ làm tăng thời gian cư trú làm tan chảy và làm giảm sự suy giảm oxy hóa nhiệt.

2. Tỷ lệ nén

   • PP (Tỷ lệ nén 2,5-3.0): Tỷ lệ nén cao thúc đẩy cấu trúc tinh thể chính quy hóa và giảm khả năng chịu độ dày của tấm;
   • PS (Tỷ lệ nén 1.8-2.2): Tỷ lệ nén thấp làm giảm sự tích lũy đàn hồi tan chảy và ức chế sưng đùn;
   • PLA (tỷ lệ nén 1.8-2.0): Tránh tỷ lệ nén quá mức gây ra quá nhiệt cục bộ, kết hợp với cấu trúc vít độ dốc (độ sâu rãnh vít giảm tuyến tính từ phần cho ăn đến phần đồng nhất hóa).

3. Thiết kế phần tử trộn

   • Đối với các đặc tính có độ nhớt thấp của PE, các chân trộn loại rào cản có thể được đặt trong phần đồng nhất hóa vít để tăng cường sự tan chảy và trộn phân phối;
   • Xử lý PS/PLA đòi hỏi các cấu trúc trộn không có cắt hoặc cắt thấp (chẳng hạn như các phần tử vít DIS) để ngăn ngừa gãy chuỗi phân tử.

(B) Khả năng thích ứng của khuôn đúc và máy phụ

• Thiết kế kênh dòng chảy :
  Đất ép tấm PP phù hợp cho chết đuôi cá (góc mở rộng 30 ° -45 °) để giảm thời gian cư trú làm tan chảy trong kênh dòng chảy; PLA yêu cầu các chết không có góc chết được sắp xếp hợp lý (độ nhám bề mặt RA <0,2μm) để tránh bị dính và suy thoái.
• Hệ thống làm mát và định hình :
  Các tấm PE yêu cầu các cuộn dập tắt (nhiệt độ 30-50 ° C) để ức chế sự phát triển tinh thể quá mức; PLA yêu cầu làm mát nhiệt độ trung bình (60-80 ° C) để ngăn chặn vết nứt ứng suất bên trong gây ra bởi làm mát nhanh.

Iv. Phương pháp đánh giá cho tối ưu hóa hợp tác tham số quy trình

(A) Chiến lược kiểm soát nhiệt độ

1. Nguyên tắc phân vùng nhiệt độ ba vùng
   • Phần cho ăn: PP/PE cần duy trì nhiệt độ thùng thấp hơn 10-20 ° C so với điểm nóng chảy (ví dụ: PP cho ăn Phần 150 ° C) để ngăn chặn vật liệu dính vào tường; Phần cho ăn PLA cần được cung cấp không khí khô (điểm sương <-40 ° C) để tránh thâm nhập ẩm.
   • Phần nén: Nhiệt độ phần nén PS cần được kiểm soát ở 200-220 ° C; vượt quá 240 ° C sẽ gây ra quá trình oxy hóa vòng benzen và màu vàng; Nhiệt độ phần trên của phần nén PLA là 175 ° C và cần có thiết bị làm mát không khí cưỡng bức.
   • Phần đồng nhất hóa: Nhiệt độ phần đồng nhất PE cần cao hơn 20-30 ° C so với điểm nóng chảy (ví dụ: HDPE đồng nhất hóa phần 150-160 ° C) để đảm bảo tính trôi chảy; Nhiệt độ phần đồng nhất PP là 180-190 ° C, cân bằng hóa dẻo và tiêu thụ năng lượng.

(B) Quy định tốc độ áp lực và xoay vòng

• Thiết lập áp lực trở lại :
  Áp suất ngược PP đùn là 0,5-1.0MPa để cải thiện độ nén tan chảy và giảm bong bóng tấm; Áp suất trở lại PLA ≤0,3MPa để tránh tăng độ nhớt nóng chảy đột ngột do áp suất cao.
• Tốc độ xoay vòng :
  PE (mật độ thấp) có thể áp dụng tốc độ quay cao (150-200 vòng / phút) để tăng sản lượng; Tốc độ xoay PLA cần phải <80 vòng / phút, kết hợp với động cơ mô-men xoắn cao tốc độ thấp (dao động mô-men xoắn ≤5%).

© Kiểm soát tỷ lệ căng thẳng và kéo dài

• Tỷ lệ căng thẳng của tờ PP 1.2-1,5, tỷ lệ kéo dài 2-3, cần phải khớp với máy căng thẳng điều chỉnh tốc độ đồng bộ;
• Tỷ lệ căng thẳng PLA ≤1.2 Để tránh gãy xương do tốc độ căng thẳng cao và nhiệt độ cuộn căng cần được duy trì ở 50-60 ° C để cải thiện cường độ tan chảy.

V. Đánh giá tương quan giữa chất lượng sản phẩm và khả năng thích ứng xử lý

(A) Các chỉ số kiểm tra hiệu suất chính

1. Tính chất vật lý

   • Tính đồng nhất độ dày: dung sai bảng PP/PE cần phải là ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (giới hạn bởi cường độ tan chảy);
   • Tính chất cơ học: Độ bền kéo của tấm PS cần phải là ≥40MPa, độ giãn dài ở mức phá vỡ ≥2%; Nếu cắt quá mức trong quá trình đùn, độ giãn dài khi nghỉ sẽ giảm xuống dưới 1%.

2. Cấu trúc vi mô

   • Tinh thể tấm PP nên được kiểm soát ở mức 55%-65%; Quá cao sẽ dẫn đến tăng độ giòn của tấm;
   • Mức độ định hướng chuỗi phân tử của các tấm PLA cần phải là <15%, có thể được đánh giá bằng cách quan sát các hiện tượng lưỡng chiết bằng kính hiển vi phân cực.

(B) Tương quan khả năng thích ứng của các khiếm khuyết và thiết bị điển hình

• Phá gãy (phổ biến trong PS/PLA) :
  Nguyên nhân có thể là tốc độ cắt vít quá cao (tốc độ cắt PS> 1000S⁻) hoặc góc đầu vào quá lớn, yêu cầu giảm tốc độ quay và tối ưu hóa góc phần hội tụ khuôn xuống 15 ° -20 °.
• Tấm vàng (phổ biến trong PS/PLA) :
  Chỉ ra sự suy giảm nhiệt, cần kiểm tra xem nhiệt độ phần đồng nhất có vượt quá giới hạn trên của PS là 240 ° C hay liệu có khu vực quá nóng cục bộ trong nòng PLA (như thất bại của cặp nhiệt điện).

Vi. Đánh giá mở rộng về khả năng thích ứng xử lý bền vững

Đối với các vật liệu sinh học như PLA, ngoài các chỉ số xử lý truyền thống, cũng cần chú ý đến:

• Hiệu quả năng lượng : Tiêu thụ năng lượng đùn PLA gấp khoảng 1,3-1,5 lần so với PP, yêu cầu đánh giá sự phù hợp giữa công suất sưởi ấm vít và hiệu suất làm mát (mật độ nhiệt được khuyến nghị ≤0,3kW/kg · h);
• Sản xuất sạch : Vật liệu dư trong thiết bị sau khi xử lý PLA cần được làm sạch bằng các chất làm sạch đặc biệt (như rượu isopropyl) để tránh nhiễm chéo với các vật liệu khác, đánh giá sự thuận tiện của vít (như cấu trúc mặt bích giải phóng nhanh).

Vii. Xây dựng mô hình đánh giá khả năng thích ứng đa chiều

Việc đánh giá khả năng thích ứng của máy đùn vít đơn với PP/PS/PE/PLA cần phải lấy chuỗi logic của các đặc điểm vật liệu của thiết bị vật liệu-Chất lượng sản phẩm của sản phẩm là lõi, tạo thành một hệ thống đánh giá vòng kín thông qua các tham số hình học hình ảnh độ tối ưu học Chiến lược áp suất hậu vệ thấp nhiệt độ thấp cho PS), kết hợp với giám sát thời gian thực của cấu trúc vi mô sản phẩm và tính chất vật lý. Đối với các vật liệu mới (như PLA), các chỉ số xử lý bền vững cũng nên được kết hợp vào khung đánh giá, thúc đẩy nâng cấp thiết bị từ sự thích ứng đơn vật liệu của Hồi giáo thành sản xuất màu xanh lá cây tương thích đa vật liệu. Việc thiết lập hệ thống đánh giá này không chỉ cung cấp hỗ trợ lý thuyết cho tối ưu hóa quá trình đùn tấm mà còn cung cấp cơ sở kỹ thuật cho thiết kế mô-đun của thiết bị đùn vít đơn.