PVC 制品双螺杆挤出机各区域塑化机理分析

PVC制品双螺杆挤出机各区域塑化机理分析

锥形双螺杆挤出机

1、固体输送区塑化机理

在机筒中，把固体聚合物(PVC)及其助剂的流动、预热、压实区域定义为固体输送区。首先，料斗内固体聚合物粒子向机筒内流动是靠重力实现的，随着螺杆的转动，粒子向机头方向推进的同时，料斗内粒子不断流动。在固体输送区(机筒C1区)PVC物料中的高分子、小分子等粒子逐渐被加热，同时，螺杆剪切作用和粒子之间摩擦也使粒子热量增加，从而使粒子在致密状态中充分接触、扩散、渗透。

在这个区域内，由于螺杆的螺距、螺棱宽度等发生变化，PVC物料粒子被致密地压实，形成在螺槽上滑动的固体床或固体塞。固体塞运动是依靠机筒表面与固体塞之间的摩擦力，而螺杆与固体塞之间的磨擦力却阻止固体塞运动。所以在机筒内，造成PVC物料粒子不在同一方向前进，而是不时地翻滚、打滑，随螺杆旋转、"架桥"，在"桥"后堆积起来，突破"桥"，随着PVC物料挤出和PVC物料在料斗内的流动，过程反复进行。

在这个区域，较好的PVC物料挤出塑化质量，从状态上看是PVC由玻璃态转化为 高弹态；从聚集态结构看，是50%～60%的PVC树脂颗粒破碎变化为初级粒子，各种助 剂粒子的表面与初级粒子充分接触、扩散。

值得指出的是：对于稳定的运转，料斗内固体料的高度无论什么时候都必须在某个临界值以上。在这个临界值以上，料面高度的变化将不影响挤出机的性能，但是，如果料面高度低于临界值，变成一个强烈的不稳定因素。固体料面高度的变化会引起底部压力的变化，会改变挤出机的运转状况，导致PVC物料挤出塑化质量的恶化。

2、熔融区塑化机理

在机筒中，把固体聚合物和熔体共存区域定义为熔融区或相变区。该区为C2、C3加热区。熔融区是挤出机的主要部分，特别是温度的设定(机筒C2区、C3区、螺杆芯部)及螺杆转速设定、螺杆与螺杆的间隙、螺杆与机筒的间隙等，对PVC物料挤出质量有重要影响。当 PVC物料达到熔融区时，由于螺杆的螺距、螺棱宽度等发生变化，PVC物料颗粒在被挤压致密的同时，已经产生了相当大的压力，这些压力与周围热介质的软化作用一起，把压实的颗粒变成密实的"固体床"。此时的固体床是由一部分PVC高弹态与一部分PVC玻璃态、少量的PVC粘流态组成的混合状态。固体床具有螺旋形螺槽的形状并且在螺槽内滑动。由于这种相对运动，在固体床和机筒表面之间的熔膜内便产生了速度分布。于是，熔膜中的熔体开始向螺纹推进而流动，当它遇到螺棱时，螺棱便将熔体从机筒上"刮下"，并且聚集在推进螺纹前方的螺槽后部的熔池中。当固体床沿着螺槽移动时，越来越多的熔料被带入熔池，因此，熔池的尺寸增加，而固体床的尺寸则减少。固体床被逐渐破坏而成为粘流态向前输送。

在这个区域，较好PVC物料挤出塑化质量，从状态上看，PVC由高弹态转化为粘流态；从聚集态结构来看，由60～70%PVC初级粒子破碎变化为一级粒子，各种助剂分子与PVC一级粒子接触，形成物理与化学的结合。

在熔融区，提高PVC物料挤出塑化质量的因素有：

(1)增加螺杆转速

(2)提高熔融区机筒设定温度

(3)合适的螺杆与机筒间隙

对于特定的PVC异型材生产配方，应该有一组最佳的熔融区机筒温度。

3、熔体输送区塑化机理

在机筒中，把固体聚合物完全转化为熔体，熔体被强制输送到机头处的部分定义为熔体输送区(机筒C4加热区)。在这个区域内，熔融进一步反应、均化，随着PVC物料粘流体不断地定量挤出，形成熔体压力，保证PVC物料的最终成型产品的密实度。在这个区域，较好的PVC物料挤出塑化质量，从状态上仍保持PVC大分子粘流态，从聚集态结构看，是PVC一级粒子与少量初级粒子共同组成的结晶体，这部分初级粒子可以提高最终材料的强度、韧性。当含有这种结晶体材料被挤出、冷却后，在外力的作用下，初级粒子能够阻碍一级粒子的运动，达到强度的提高；又由于初级粒子表面积大，在受到冲击时可以吸收部分冲击能，提高韧性。