挤压 | 10分钟阅读

提高挤出生产率-第三部分的第二部分:优化产品转换& Purging


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挤出加工机通常运行许多不同的产品和树脂。它’一台挤出机在24小时内运行三种或更多种不同产品的情况并不少见。使用相同的基础树脂时,变化可能仅是颜色,也可能是从一种树脂到完全不同的树脂。转换时间为30到60分钟并不罕见。因此,每天两次更换树脂将花费1-2小时的停机时间和废料。显然,这将直接影响任何加工业务的盈利能力。

在这些情况下,至关重要的是要进行短而有效的转换,同时减少废品和停机时间。通常,更换大型挤出机所需的时间少于大型挤出机。高速挤出机的转换时间通常也较短,这是因为塑料所占的体积很小,而产量却很高。

When resin changes need to be made it is important that the 新 resin can easily displace or purge the old resin. Some simple rules should be followed to allow the 新 resin to displace the old, “resident” resin effectively. If the 新 resin cannot displace the 居民 resin it can make sense to use a purging agent to flush out the old resin. Then the 新 resin is used to flush out the purging agent.

 

熔体位移行为

新树脂清除旧树脂的功效取决于新树脂’熔体位移行为。该行为可以从熔体速度曲线确定。在充满常驻树脂的熔体通道中,新的树脂将在时间t0之后出现在通道的上游端。它会出现在最高熔解速度的位置。在圆形或矩形通道内部的压力流中,假设熔融温度在通道中心周围均匀或对称,则最高熔融速度将在通道中心发生。超过时间t0,新树脂的厚度将从中心到壁增长,同时驻留树脂的厚度相应减小。

The layer thickness of the 居民 polymer can be expressed as a function of time. Figure 1 shows the layer thickness as a function of the dimensionless time using a log-log scale. The dimensionless time is the ratio of time to minimum residence time.

图1显示了幂律指数n的三个值下的常驻树脂层厚度的减少。幂律指数的值越小,厚度值越小。这是可以预料的,因为幂律指数的较低值对应于较高的剪切稀化程度,并导致速度分布接近塞流。大多数商品聚合物的幂律指数在0.3到0.5之间。相对于n = 1.0,n值为0.5会使层厚度减少超过30%。 n值0.333导致层厚度相对于n = 0.5减少超过20%。在此我们假设驻留聚合物和新聚合物都具有相同的幂律指数。

图1中无量纲时间超过10的曲线接近直线,表明层厚度和时间之间的幂律关系。对于商品聚合物,将层厚度减小10倍将花费大约3到4的无量纲时间。减小100X的厚度将花费大约25到35的无量纲时间;减少1000倍会花费大约250到350的无量纲时间。

挤出中的最小停留时间往往约为30至60秒,而典型的通道高度约为10至20 mm,尽管这些数字可以在更大的范围内变化。如果我们将最小停留时间设置为60秒,通道高度设置为20 mm,则停留树脂层厚度为1.0 mm大约需要3到4分钟。达到0.1毫米的层厚度大约需要25至35分钟,达到0.01毫米或10微米的层厚度大约需要250至350分钟。

分析吹扫行为的另一种方法是查看放电时残留聚合物的量。残留树脂的流量可以通过将残留树脂速度对残留树脂厚度进行积分来确定。排出物中的残留树脂量就是残留树脂流量除以总流量。驻留树脂的流速与总流速的比率可以表示为无因次层厚度的函数。无因次层厚度是实际层厚度除以通道高度。

流量比随层厚的增加而增加。这种关系显然是非线性的。由于我们主要对流量比和层厚度的极小值感兴趣,因此,对数-对数图可提供更多信息,如图2所示。

 

粘度差异的影响

清除过程中的一个重要问题是粘度差异的影响。众所周知,高粘度树脂可以有效地置换低粘度树脂。另一方面,低粘度的树脂不能代替高粘度的树脂。但是,此描述仅是定性的。通过分析粘度不同的流体的位移行为,我们可以量化树脂中粘度差异的影响。位移行为的分析类似于共挤出流动的分析。区别在于在吹扫中,两种树脂之间的界面会随时间而变化。

关键因素是粘度比(rv),或驻留聚合物的粘度除以聚合物的粘度。“new”置换聚合物。当置换聚合物的粘度低于驻位聚合物的粘度(rv>1),随着界面从通道中心向壁移动,无因次压力梯度会减小。当置换的聚合物比驻留的聚合物更粘时(rv<1),压力梯度随着界面从中心到壁的移动而增加。最终的无量纲压力梯度(当界面到达壁时)是粘度比的倒数。

剪切应力直接由压力梯度确定。当置换的聚合物比驻留的聚合物更粘时,界面处的剪切应力将增加,从而产生更有效的结果。“scrubbing”或清除动作。当要挤出不同的树脂时,从最低粘度的树脂开始,然后移至下一个较高粘度的树脂是有利的。使用最高粘度的树脂后,可能需要物理清洁挤出机或使用清洗剂。

 

色彩效果

颜色会以多种方式影响清洗过程。有色树脂颗粒在无色透明塑料中特别是在薄膜中非常引人注目。因此,有色塑料应在无色塑料之后使用。深色往往会有效地取代浅色。但是,浅色替换深色可能需要很长时间。因此,在生产中,浅色应先于深色。

清洗行为也根据着色剂本身的性质而变化。 Gross和Wortberg描述了对LDPE吹塑薄膜挤出中几种颜料的吹扫行为的研究(请参阅“了解更多信息”框)。研究了两种蓝色颜料(铜酞菁和群青),两种炭黑颜料和一种红色颜料(氧化铁)。使用比色计测量颜色。颜色测量中的一个问题是用肉眼可观察到色差,而色度计则看不到。

红色颜料清除效果最好,其次是深蓝色。接下来是铜酞菁蓝。两种炭黑表现出最差的净化行为。这种不良的清除行为与颜料的小粒径有关。铜酞菁蓝的一个问题是持久的彩色面纱,使吹扫长度为550米的挤出薄膜,而最难吹扫的炭黑为150米。持久的色彩面纱与挤出机螺杆表面上显着的着色剂堆积有关,如图3所示。照片显示螺杆表面上有一层着色剂。轻轻擦拭将不会去除该层;它需要坚定的擦洗动作。实际上,要完全清除螺钉上的此类堆积物,可能需要拉动螺钉并进行手动清洁。这种特殊的铜-酞菁在螺杆上形成的强烈趋势使其成为具有频繁颜色变化的挤出操作的无用着色剂,因为它将导致长期且昂贵的转换。

 

动态VS。静态购买

The standard purging method involves running a purge material for a certain period of time at constant screw speed. In some cases, the screw speed is changed during the purging process; this is referred to as dynamic purging methods. DuPont developed a purge procedure for extrusion coaters called Disco Purge: First the extruder hopper is emptied and the 新 material is put in. Then the screw speed is varied as follows:

  • 第1分钟,以最大螺丝速度的30%进行
  • 第二分钟,最大值为90%螺杆转速
  • 第三分钟,最大值为50%速度
  • 第4分钟,最大值为15%速度
  • 第5分钟,以最大值的70%速度
  • 第6-10分钟,最大值的15%至20%。速度
  • 第11-15分钟重复前5分钟的循环步骤。

 

The specific screw speeds and times are not important. It is important to disrupt the flow patterns and to establish 新 velocities and shear rates. One minute at each screw speed is generally sufficient. At low screw speed the polymer at the wall has a chance to bond with material in the main stream. At higher screw speed the shear stress at the walls is higher and more polymer can be flushed out. Periods of high flow rate are essential to achieve effective purging.

使用包含发泡剂的杜邦聚乙烯6611吹扫化合物(参见了解更多信息),在4.5英寸28:1挤出机上对该方法进行了测试。迪斯科吹扫在去除杜邦方面效果很好’的Surlyn离聚物,需要约75磅的树脂进行吹扫,而以45 rpm的速度进行的静态吹扫则需要将近250磅。另一方面,杜邦的Disco吹扫’Nucrel EMAA或EAA共聚物不如45 rpm的静态吹扫有效。

这说明对一种树脂效果很好的吹扫程序不一定对另一种树脂效果很好。在专利和其他出版物中描述了各种清除方法。

 

采购代理商,涂料

有许多不同的净化化合物通过物理或化学作用起作用。测试吹扫化合物有效性的最佳方法是在实际的挤出机上进行测试,因为有许多因素会影响吹扫过程。可以肯定地说,其中许多因素尚未完全理解。结果,开发良好的清除程序需要一定量的反复试验。

不可避免的是,在某些时候需要从高粘度树脂过渡到低粘度树脂,或者从深色过渡到浅色。在这些情况下,可能需要使用清洗剂。如果这样做不能很好地进行,则可能有必要拉出螺杆并进行物理清洁。

一些塑料,例如聚碳酸酯,具有很强的粘附在金属表面上的趋势。有许多涂层和表面处理可改善金属表面的润滑性。一些示例是PTFE浸渍的镍或铬,氮化钛,氮化硼,二硫化钨(来自Lubrication Sciences International的Dicronite,dicronite.com)和金属玻璃(来自WMV Europe bv的Lunac,wmv.nl)。这些涂层可以有效减少螺丝和模具表面的堆积。

图4显示了用于加工聚碳酸酯的螺钉,其中螺钉的左部分涂有Lunac,而右部分未涂。螺钉的未涂覆部分的表面上附着了变色的树脂,而螺钉的涂覆部分上的树脂没有变色。

这些涂层不仅可以提高吹扫效率,还可以使挤出机运行更长的时间,而无需停机进行清洁。这将导致正常运行时间增加,这对于实现高效且经济高效的挤出至关重要。

为了实现有效的吹扫,重要的是要在挤出机中实现流线型流动而无死角和停滞现象。检查死点的一种实用方法是在计划关闭之前约1小时更改颜色。关闭后,应检查整个系统是否存在旧颜色。可以看到旧材料的任何点都是死点,或者至少是一个停滞的区域。这些死点应有系统地消除,以提高清除效果。这也将减少黑斑,变色,灼伤的斑点,凝胶等的发生。

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