如何確保雙螺桿擠出機配混排氣有效性

瀏覽次數：3643　　　發布時間：2022-12-30 15:56:25

　　為了達到所要求的物理性能，排氣是配混聚合物與添加劑和填料所需要的幾種操作之一。最終產生的粒料混合料，必須是沒有空隙和殘留的揮發物，否則就會導致擠出或注射成型部件中產生缺陷。
　　大多數的雙螺桿擠出機配混除了一個真空排氣口用于揮發物排出外，還利用一個或多個常壓排氣口（例如，在側喂料機處用于去除夾帶的空氣）
　　配混商必須認識到客戶的一臺單螺桿擠出機，通常沒有任何排氣能力，粒料內的任何揮發物質只能在成品部件中釋放出來，導致表面缺陷、孔等。對于易水解或由于吸濕導致分子量降低而發生降解的聚合物，在配混過程中進行高效率的排氣是獲得合格物理性能的關鍵。
　　根據工藝要求，擠出機機筒內的排氣口可在常壓或真空下操作。最典型的配混過程包含兩種排氣。擠出機可以配備多個真空排氣口，用于去除大量的溶劑或單體，使成品中的殘留揮發物保持在低水平。
　　針對同向旋轉雙螺桿擠出機，多種排氣口設計得到了開發，以適應各種應用和材料。這些設計包括排氣口加料器、延伸的排氣機筒和側排氣口等，且得到發展，克服了標準排氣口（位于擠出機機筒的頂部）設計的一些問題。
　　有可供選擇的排氣口設計，以適應脫氣的具體要求。由于聚合物在排氣口積累和降解時會產生污染，因此加熱的側排氣口具有防污染的設計
　　無論是在常壓下還是在真空下，排氣穩定運行的要求是螺桿在排氣區域保持低填充水平，在上游區域是高填充水平起到“熔體密封”的作用。
　　排氣問題可分為兩類：
　　1. 操作上的問題，即聚合物（和/或其他原料）流出擠出機排氣口。這個工藝問題通常需要操作人員介入來清理排氣口或者關閉生產線。
　　2. 由于擠出機機筒內的排氣不足，造成殘留的揮發物/氣體仍留在配混的粒料內。在這種情況下，需要提高排氣效率，以生產出合格質量的產品。
　　出現這兩個問題的原因，以及它們相應的解決方案是什么呢？
　　為什么料從擠出機排氣口中流出來？
　　這類問題對于所有的雙螺桿配混擠出機都是很常見的。常壓排氣口被設計成在聚合物初始熔融后排放空氣、水分和其他揮發性氣體。氣體和/或蒸汽從排氣孔中流出的速度是一個體積流量和排氣口面積的函數。
　　當蒸汽流速太高（由于體積太大或開口面積太小的緣故）時，排出的氣體會夾帶固體，導致熔體流出排氣口。這可以通過增加排氣口面積，并可能需要增加排氣口來解決。
　　對于粒子填料（滑石粉、礦物填料、碳酸鈣等）側向進料到熔融聚合物中，需要常壓排氣口排放通過側喂料機與粉末一起進入機器中的空氣。填料的體積密度越低，則進入擠出機機筒必須排放的空氣就越多。如果排氣口面積過小（相對于必須被清除的空氣體積），則產生的高出口速度往往會把微粒和粉末帶出排氣口。解決這一問題需要擴大排氣口面積，如前面所提到的，可能還需要增加排氣口。
　　以高含量（高達80%）和高生產率側向喂入低體積密度填料需要多個常壓排氣口，以方便從擠出機機筒中排出大量的空氣
　　在第一個側喂料機處存在未熔化聚合物也會導致填料流出與側喂料機相關的排氣口。要診斷這是否是該問題的根源，就必須在側喂料機相關排氣口處進行熔體質量的物理檢測，以驗證是否存在未熔化的樹脂。如果有未熔化的樹脂，則需要修改螺桿上游部分（用于聚合物熔融）的設計。
真空排氣口的位置通常是在造粒模頭的附近，被用來在真空條件下排放任何殘留的蒸汽。熔體從真空排氣口流出并阻礙排氣口，這似乎是一個非常普遍的問題。當這種情況發生時，氣體不會從熔體中除去，導致擠出的粒料帶有孔隙呈現多孔狀。排氣口堵塞需要操作人員手動清除，在某些情況下可能還需要關閉生產線。
　　對于這一問題，幾個可能的原因和解決方案如下：
　　當濾料網或模頭壓力增加時（例如濾料網被污染物堵塞時），阻塞長度相應增加，直到到達擠出機機筒的排氣口。此時即使沒有真空，熔體也會從排氣口連續流出。解決這一問題的辦法是減少壓力（如增加濾料網的面積或模頭孔的數量/大小），并通過把真空排氣口移動到機筒上游（或在真空排氣口后增加一段機筒）或者安裝一臺熔體泵加壓下游設備，來提高擠出機的輸送長度。請注意，這些解決方案往往需要花費大量金錢。
　　當機器末端處的擠出螺桿元件磨損時，將會發生同樣的情況（阻塞長度到達真空排氣口）。因此，在螺桿磨損的情況下，熔體常常會隨著時間推移越來越頻繁地流出排氣口，并最終成為常態。此種情況下應該直接更換磨損的元件。
　　當阻塞長度（填充螺桿的長度以形成壓力）到達真空排氣口時，熔體就會從真空排氣口中流出。阻塞長度增加是濾料網結垢或模孔凍結造成的結果。螺桿和機筒筒體在這個區域內的磨損隨著時間推移也會造成并加重熔體流出，最終導致排氣口溢流成為常態
　　如果熔體密封元件的支撐壓力小于真空壓力，則熔體也會流出真空排氣口。這是因為真空泵是在擠出機機筒內抽吸空氣，導致熔體被“抽”出機器。因為沒有在擠出機機筒上安裝壓力傳感器，所以找到問題原因的唯一線索是觀察真空表。如果真空表隨時間推移是穩定的，那意味著真空系統是“密封的”；如果儀表數值降低，則說明空氣被抽出系統（排氣口將充滿熔融塑料）。如果熔體僅在真空時流出真空排氣口，說明真空密封元件沒有產生足夠的壓力。針對真空密封，改變螺桿的設計，使用更多的限制元件是唯一的解決辦法。
熔體在填充段之間暴露于真空；最大可支持的真空水平取決于上游熔體密封的壓力（如果熔體壓力小于1atm）
　　在高溫下暴露于真空時，有一些特殊的材料會表現出獨特的性質。這些材料在到達機筒口時往往膨脹和發泡，不會輕易流回到螺桿中。當使用常規的排氣口時，這些材料總是會流出機器。因此它們只能在真空下使用安裝在排氣口的排氣加料器來加工：加料器的機械雙螺桿系統防止熔體在擠出機螺桿槽外面膨脹，并允許氣體軸向移動通過排氣加料器的螺桿。
　　機械雙螺桿擠出機排氣口加料器被用來防止熔體在真空下運行時被抽出擠出機螺桿槽。排氣口加料器可以安裝在側面（如圖所示）或者擠出機機筒的頂部
　　為什么沒有更多的東西排出排氣口？
　　如果當前的機器配置、排氣口設計和操作條件不能夠除去足夠數量的揮發物，那么這些解決方案通常是修改螺桿的設計和/或機筒的配置。
　　利用真空從熔體中除去揮發性氣體，并為物料傳輸提供附加的推動力。大多數的配混生產線在100~300mbar（1mbar=0.1kPa）的真空壓力范圍內操作。通過采用以下解決方案，可進一步提高脫出揮發物的能力：
　　1.如果真空條件下的熔體滯留時間是限制因素（擴散限制），那么一個選項將是減少出料量，以增加平均滯留時間。這不是一個常用的選項，但卻是最容易實現的。
　　2.另一個增加滯留時間的解決方案是把熔融密封元件重新定位在擠出機機筒內更遠的上游。真空部分也因此可延伸到更遠的上游。
　　3.增加真空度至最大的限度，這通常需要更換現有的真空泵系統。
　　4.通過增加輸送元件的間距來減小真空部分的填充程度。螺桿槽中較低的填充會產生較薄的熔融層，氣體得以通過該層擴散。
　　5.用附加的真空排氣口重新配置機器。如果現有的機筒中沒有足夠的L/D來包含一個二次真空排氣口，則需要增加當前機筒的長度。
　　6.將冷卻水注入真空排氣口機筒上游，以減少揮發性物質的分壓。