ระบบการประเมินผลการปรับตัวของเครื่องอัดรีดแบบสกรูเดี่ยวกับวัสดุที่แตกต่างกัน (pp/ps/pe/PLA)

I. บทนำ- ความท้าทายในการประมวลผลวัสดุในการอัดรีดแบบสกรูเดี่ยว

ที่ เครื่องรีดเทอร์โมฟอร์มแผ่นพลาสติกแบบสกรูเดี่ยว E เป็นอุปกรณ์หลักสำหรับการประมวลผลวัสดุพอลิเมอร์ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับโพลีเมอร์ที่แตกต่างกันจะกำหนดคุณภาพของผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพการผลิตโดยตรง PP (polypropylene), ps (polystyrene), PE (polyethylene) และ พลา (polylactic acid) แสดงพฤติกรรมการไหลที่แตกต่างกันและความต้องการเสถียรภาพทางความร้อนในระหว่างการอัดขึ้นรูปเนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในโครงสร้างโมเลกุลและคุณสมบัติทางกายภาพ การประเมินความสามารถในการปรับเปลี่ยนการประมวลผลของเครื่องอัดรีดแบบสกรูเดี่ยวจำเป็นต้องมีการสร้างระบบการประเมินทางวิทยาศาสตร์จากสี่มิติ- การวิเคราะห์ลักษณะของวัสดุการจับคู่โครงสร้างอุปกรณ์การประสานงานพารามิเตอร์กระบวนการและความสัมพันธ์คุณภาพของผลิตภัณฑ์

ii. ความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างคุณสมบัติของวัสดุและการประมวลผลการอัดรีด

(a) ความแตกต่างของคุณสมบัติที่แท้จริงของวัสดุพอลิเมอร์

(b) ผลกระทบหลักของคุณสมบัติของวัสดุในกระบวนการอัดรีด

• PP - อัตราการตกผลึกที่สูงนำไปสู่อัตราการหดตัวขนาดใหญ่เมื่อการละลายถูกทำให้เย็นลงและควรให้ความสนใจกับอัตราส่วนการบีบอัดสกรูและการควบคุมอุณหภูมิการไล่ระดับสีของส่วนการระบายความร้อนและการสร้าง ลักษณะการทำให้ผอมบางเฉือนต้องการการปรับการประสานงานของความเร็วสกรูและแรงดันด้านหลังเพื่อหลีกเลี่ยงการหลุดละลาย
• PS - ห่วงโซ่โมเลกุลแข็งทำให้ความยืดหยุ่นหลอมเหลวโดดเด่นมีแนวโน้มที่จะละลายการแตกหักในระหว่างการอัดขึ้นรูปต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพของโครงสร้างส่วนการผสมสกรูเพื่อลดการจัดเก็บพลังงานยืดหยุ่น เสถียรภาพความร้อนที่ไม่ดีต้องใช้ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิภายใน± 2 ° C
• PE - การละลายของความหนืดต่ำมีแนวโน้มที่จะไหลรั่วต้องมีการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนความยาวเส้นผ่านศูนย์กลางความยาวของสกรู (L/D ≥28) เพื่อขยายเวลาที่อยู่อาศัยและตรวจสอบให้แน่ใจว่าเป็นพลาสติกสม่ำเสมอ ความแตกต่างในช่วงการหลอมละลายระหว่าง HDPE และ LDPE ต้องการการจับคู่การออกแบบร่องสกรูที่แตกต่างกัน
• PLA - การดูดความชื้นที่แข็งแกร่ง (ปริมาณน้ำต้องเป็น <0.02%) ต้องใช้การบำบัดก่อนแห้ง ความแข็งแรงของการละลายต่ำและไวต่อแรงเฉือนการอัดรีดควรหลีกเลี่ยงความเร็วในการหมุนสูง (แนะนำ <100rpm) และใช้สกรูการบีบอัดต่ำ (1.8-2.2) สกรูเพื่อลดความร้อนแรงเฉือน

iii. ตัวบ่งชี้การประเมินผลของโครงสร้างอุปกรณ์การปรับตัวเข้ากับวัสดุ

(a) การจับคู่พารามิเตอร์เรขาคณิตสกรู

1. อัตราส่วนความยาวเส้นผ่านศูนย์กลาง (L/D)

   • การประมวลผล PP/PE ต้องใช้ L/D = 25-30; L/D ไม่เพียงพอจะนำไปสู่การทำให้เป็นพลาสติกของพอลิเมอร์ผลึกไม่เพียงพอทำให้เกิดผลคริสตัลในผลิตภัณฑ์
   • การประมวลผล PLA เหมาะสำหรับ L/D = 20-24; สกรูที่ยาวมากเกินไปจะเพิ่มเวลาที่อยู่อาศัยละลายและทำให้การย่อยสลายเทอร์โมออกซิเดชั่นแย่ลง

2. อัตราส่วนการบีบอัด

   • PP (อัตราส่วนการบีบอัด 2.5-3.0): อัตราส่วนการบีบอัดสูงส่งเสริมโครงสร้างการตกผลึกเป็นมาตรฐานและลดความทนทานต่อความหนาของแผ่น
   • PS (อัตราส่วนการบีบอัด 1.8-2.2): อัตราส่วนการบีบอัดต่ำช่วยลดการสะสมที่ยืดหยุ่นได้และยับยั้งการอัดขึ้นรูป;
   • PLA (อัตราส่วนการบีบอัด 1.8-2.0): หลีกเลี่ยงอัตราส่วนการบีบอัดที่มากเกินไปทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นรวมกับโครงสร้างสกรูไล่ระดับสี (ความลึกของร่องสกรูจะลดลงเป็นเส้นตรงจากส่วนการให้อาหารไปยังส่วนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน)

3. การออกแบบองค์ประกอบผสม

   • สำหรับลักษณะความหนืดต่ำของ PE สามารถตั้งค่าหมุดผสมประเภทสิ่งกีดขวางได้ในส่วนสกรูที่เป็นเนื้อเดียวกันเพื่อเพิ่มการหลั่งการหลั่งและการผสมแบบกระจาย
   • การประมวลผล PS/PLA ต้องใช้โครงสร้างผสมแบบเฉือนหรือเฉือนต่ำ (เช่นองค์ประกอบสกรู DIS) เพื่อป้องกันการแตกหักของโซ่โมเลกุล

(b) การปรับตัวของการขึ้นรูปตายและเครื่องช่วยเสริม

• Die Flow Channel Design :
  การอัดรีดแผ่น PP เหมาะสำหรับการตายของหางปลา (มุมการขยายตัว 30 ° -45 °) เพื่อลดเวลาที่อยู่อาศัยละลายในช่องทางไหล PLA ต้องการความตายที่ไม่มีมุมตาย (ความขรุขระพื้นผิว RA <0.2μm) เพื่อหลีกเลี่ยงการละลายและการย่อยสลาย
• ระบบระบายความร้อนและการสร้าง :
  แผ่น PE ต้องการม้วนดับ (อุณหภูมิ 30-50 ° C) เพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของผลึกมากเกินไป PLA ต้องการการระบายความร้อนที่อุณหภูมิปานกลาง (60-80 ° C) เพื่อป้องกันการแตกร้าวความเครียดภายในที่เกิดจากการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว

iv. วิธีการประเมินผลสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันของพารามิเตอร์กระบวนการ

(a) กลยุทธ์การควบคุมอุณหภูมิ

1. หลักการพาร์ติชันอุณหภูมิสามโซน
   • ส่วนการให้อาหาร: PP/PE จำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิบาร์เรล 10-20 ° C ต่ำกว่าจุดหลอมเหลว (เช่นการให้อาหาร PP มาตรา 150 ° C) เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุติดอยู่กับผนัง ส่วนการให้อาหาร PLA จะต้องได้รับอากาศแห้ง (จุดน้ำค้าง <-40 ° C) เพื่อหลีกเลี่ยงการแทรกซึมของความชื้น
   • ส่วนการบีบอัด: อุณหภูมิการบีบอัด PS จะต้องควบคุมที่ 200-220 ° C; เกิน 240 ° C จะทำให้เกิดออกซิเดชันวงแหวนเบนซีนและสีเหลือง อุณหภูมิการบีบอัดส่วน PLA ขีด จำกัด สูงสุดคือ 175 ° C และจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ทำความเย็นอากาศแบบบังคับ
   • ส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกัน: อุณหภูมิส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกัน PE จะต้องสูงกว่าจุดหลอมเหลว 20-30 ° C (เช่น HDPE homogenizing มาตรา 150-160 ° C) เพื่อให้แน่ใจว่ามีการละลาย อุณหภูมิส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของ PP คือ 180-190 ° C ปรับสมดุลพลาสติกและการใช้พลังงาน

(b) การควบคุมความดันและความเร็วในการหมุน

• การตั้งค่าแรงดันย้อนกลับ :
  PP การอัดขึ้นรูปด้านหลังคือ 0.5-1.0MPA เพื่อปรับปรุงการหลอมละลายและลดฟองสบู่ PLA ความดันย้อนกลับ≤0.3mpaเพื่อหลีกเลี่ยงการเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของความหนืดละลายที่เกิดจากแรงดันสูง
• ความเร็วในการหมุนของสกรู :
  PE (ความหนาแน่นต่ำ) สามารถใช้ความเร็วในการหมุนสูง (150-200 รอบต่อนาที) เพื่อเพิ่มเอาต์พุต ความเร็วในการหมุนของ PLA จะต้องเป็น <80rpm รวมกับมอเตอร์แรงบิดสูงความเร็วต่ำ (ความผันผวนของแรงบิด≤5%)

©การควบคุมอัตราส่วนความตึงเครียดและการยืด

• อัตราส่วนความตึงเครียดของแผ่น PP 1.2-1.5 อัตราส่วนการยืดตัว 2-3 จำเป็นต้องตรงกับเครื่องตึงเครียดควบคุมความเร็วแบบซิงโครนัส
• อัตราส่วนความตึงเครียดของแผ่น PLA ≤1.2เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกหักที่เกิดจากความเร็วความตึงเครียดสูงและอุณหภูมิการม้วนแรงดึงจะต้องได้รับการบำรุงรักษาที่อุณหภูมิ 50-60 ° C เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของการหลอมเหลว

V. การประเมินความสัมพันธ์ระหว่างคุณภาพผลิตภัณฑ์และการปรับตัวในการประมวลผล

(a) ตัวบ่งชี้การทดสอบประสิทธิภาพที่สำคัญ

1. คุณสมบัติทางกายภาพ

   • ความสม่ำเสมอความหนา: PP/PE ความทนทานต่อแผ่นจำเป็นต้องเป็น≤± 3%, PLA ≤± 5% (จำกัด โดยความแข็งแรงของการละลาย);
   • คุณสมบัติเชิงกล: ความต้านทานแรงดึงแผ่น PS ต้องเป็น≥40mpa, การยืดตัวที่แบ่ง≥2%; หากแรงเฉือนมากเกินไปในระหว่างการอัดขึ้นรูปการยืดตัวที่หยุดพักจะลดลงต่ำกว่า 1%

2. โครงสร้างจุลภาค

   • PP Sheet Crystallinity ควรควบคุมที่ 55%-65%; สูงเกินไปจะนำไปสู่การเพิ่มความเปราะบางของแผ่น
   • ระดับการปฐมนิเทศโซ่โมเลกุลของแผ่น PLA ต้องเป็น <15%ซึ่งสามารถประเมินได้โดยการสังเกตปรากฏการณ์ birefringence ด้วยกล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์

(b) ข้อบกพร่องทั่วไปและความสัมพันธ์การปรับตัวของอุปกรณ์

• ละลายแตกหัก (ทั่วไปใน PS/PLA) :
  สาเหตุอาจเป็นอัตราการเฉือนของสกรูสูงเกินไป (อัตราการเฉือน PS> 1000S⁻) หรือมุมทางเข้าตายขนาดใหญ่เกินไปต้องลดความเร็วในการหมุนและปรับมุมส่วนการบรรจบกันของตายเป็น 15 ° -20 °
• แผ่นสีเหลือง (ทั่วไปใน PS/PLA) :
  บ่งชี้ว่าเกิดการย่อยสลายด้วยความร้อนจำเป็นต้องตรวจสอบว่าอุณหภูมิส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันเกินขีด จำกัด สูงสุดของ PS ที่ 240 ° C หรือไม่ว่าจะมีพื้นที่ความร้อนสูงเกินไปในบาร์เรล PLA (เช่นเทอร์โมคัปเปิ้ลล้มเหลว)

VI. การประเมินเพิ่มเติมเกี่ยวกับการปรับตัวของการประมวลผลอย่างยั่งยืน

สำหรับวัสดุ biobased เช่น PLA นอกเหนือจากตัวชี้วัดการประมวลผลแบบดั้งเดิมควรให้ความสนใจกับ:

• ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน : การใช้พลังงานการอัดรีดของ PLA อยู่ที่ประมาณ 1.3-1.5 เท่าของ PP ซึ่งต้องมีการประเมินการจับคู่ระหว่างพลังงานความร้อนสกรูและประสิทธิภาพการระบายความร้อน (ความหนาแน่นพลังงานความร้อนที่แนะนำ≤0.3kw/kg · h);
• การผลิตที่สะอาด : วัสดุที่เหลืออยู่ในอุปกรณ์หลังจากการประมวลผล PLA จำเป็นต้องทำความสะอาดด้วยสารทำความสะอาดพิเศษ (เช่นไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์) เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนข้ามด้วยวัสดุอื่น ๆ ประเมินความสะดวกในการถอดชิ้นส่วนของสกรู (เช่นโครงสร้างหน้าแปลนปล่อยอย่างรวดเร็ว)

vii. การสร้างรูปแบบการประเมินความสามารถในการปรับตัวหลายมิติ

การประเมินความสามารถในการปรับตัวของเครื่องอัดรีดแบบสกรูเดี่ยวกับ PP/PS/PE/PLA จำเป็นต้องใช้เชนโลจิคัลของ“ คุณภาพของวัสดุ-อุปกรณ์การประมวลผลโครงสร้างกระบวนการผลิตภัณฑ์” เป็นแกนกลางรูปแบบระบบการประเมินแบบวงปิดผ่านการปรับแต่งสกรู กลยุทธ์แรงดันต่ำอุณหภูมิต่ำสำหรับ PS) รวมกับการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคของผลิตภัณฑ์และคุณสมบัติทางกายภาพแบบเรียลไทม์ สำหรับวัสดุใหม่ (เช่น PLA) ตัวชี้วัดการประมวลผลที่ยั่งยืนควรรวมอยู่ในกรอบการประเมินการส่งเสริมการอัพเกรดอุปกรณ์จาก "การปรับตัวของวัสดุเดี่ยว" เป็น "การผลิตสีเขียวที่เข้ากันได้หลายวัสดุ" การจัดตั้งระบบการประเมินนี้ไม่เพียง แต่ให้การสนับสนุนทางทฤษฎีสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการอัดขึ้นรูปแผ่น แต่ยังมีพื้นฐานทางเทคนิคสำหรับการออกแบบแบบแยกส่วนของอุปกรณ์อัดรีดแบบสกรูเดี่ยว