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高效雙螺桿擠出機(jī)在色母改性加工中的創(chuàng)新應(yīng)用
隨著高分子技術(shù)的快速發(fā)展和革新，越來(lái)越多的塑料制品在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在航天、汽車、家電、日用、醫(yī)療、食品包裝、建筑、艦船等都能看到塑料制品的大規(guī)模應(yīng)用。人們對(duì)產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高，不光從安全、環(huán)保、以及人性化、外觀等方面提出更高的要求，就要求我們的色母粒也需要與時(shí)俱進(jìn)，不斷的提高產(chǎn)品的安全、質(zhì)量、性能等；也正因?yàn)槲覀兊纳噶Ｕ每梢越o我們的世界帶來(lái)更多的環(huán)保且安全的五彩繽紛的視覺(jué)盛宴，所以色母粒就像我們做飯時(shí)必須有的食鹽一樣*。
色母料是一種高濃縮、高效能的顏色配制品，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)把超常量的顏料均勻配混后載附于樹(shù)脂之中而制得的聚合物的復(fù)合物，毫無(wú)疑問(wèn)，雙螺桿擠出機(jī)是色母粒加工的較佳選擇。
近些年，我國(guó)已經(jīng)發(fā)展成為色母粒需求量增長(zhǎng)較快的國(guó)家，隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)能的增長(zhǎng)，終端產(chǎn)品對(duì)高濃度和超高濃度、多功能性色母要求越來(lái)越高。為了解決以往在色母粒加工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，南京科亞的工程師們通過(guò)對(duì)雙螺桿擠出機(jī)螺桿、筒體等關(guān)鍵部件的創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，解決了提高色母粒產(chǎn)品的質(zhì)量、減少不同顏色品種切換過(guò)程中原材料的浪費(fèi)等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
小編這就帶各位探個(gè)究竟：
01 多項(xiàng)性能的優(yōu)化
科亞第三代HK系列雙螺桿擠出機(jī)齒輪箱——更高的承載能力、更穩(wěn)定的扭矩輸出、更長(zhǎng)的使用壽命，為色母粒加工保駕護(hù)航。
HK系列機(jī)型的螺桿吃料能力更高，可加入更多的物料，即物料在螺桿內(nèi)的填充率大幅提高，如圖1所示，可用h表示物料層的厚度，物料越厚代表填充率越高，產(chǎn)量越大；v代表螺桿轉(zhuǎn)速；在螺桿轉(zhuǎn)速不變、剪切率r因h變大而降低，從而降低了螺桿對(duì)物料的剪切率，如圖2所示，物料在螺桿向前推進(jìn)過(guò)程中，越接近外圓，線速度越高，剪切力越強(qiáng)，物料填充率越高物料才會(huì)越接近小圓，剪切率才會(huì)降低，同時(shí)因?yàn)槲锪咸畛渎瘦^高，螺桿和筒體之間的金屬摩擦幾率降低。實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品能耗更低、產(chǎn)品質(zhì)量更高、設(shè)備壽命更長(zhǎng)、穩(wěn)定性更好。
圖1
圖2
02 螺桿表面潤(rùn)滑性的優(yōu)化
在物料擠出過(guò)程中，若終產(chǎn)品對(duì)雜質(zhì)殘留要求較高的情況下(如膜類、XLPE電纜)，螺桿在使用過(guò)一段時(shí)間后需要將螺桿抽出來(lái)進(jìn)行表面清洗，以防止物料碳化粘結(jié)在螺桿表面，尤其是在色母粒作業(yè)過(guò)程中，還經(jīng)常需要切換不同顏色，快速置換原料。針對(duì)這一類需求，南京科亞研發(fā)出一種螺桿表面噴涂耐磨潤(rùn)滑層的配方設(shè)計(jì)：元件表面硬度達(dá)到HV3500、顏色為黑灰、涂層厚度4.0-6.0(UM)、高工作溫度900℃、摩擦系數(shù)0.3。提高表面硬度的同時(shí)，還保持著良好的涂層韌性、附著力及潤(rùn)滑性。如圖3所示(左圖為表面噴涂潤(rùn)滑層的新型螺桿元件，右圖是常規(guī)6542螺桿元件)。
圖3
03 筒體的優(yōu)化設(shè)計(jì)與加工工藝的進(jìn)步
多年來(lái)雙螺桿擠出機(jī)筒體以C型襯套結(jié)構(gòu)(圖4)和整體襯套結(jié)構(gòu)(圖5)為主，來(lái)適應(yīng)多種聚合物的配方作業(yè)；在色母作業(yè)過(guò)程中，因需要經(jīng)常切換物料，筒體內(nèi)的接縫會(huì)導(dǎo)致不同顏色的交叉污染。
圖4
圖5
如圖4所示，C型襯套在套和套之間有一條貫穿整個(gè)設(shè)備的接縫，從而導(dǎo)致物料的殘留，切換顏色過(guò)程變長(zhǎng)；如圖5所示，是填充母粒作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)筒體拆除后的整體套，可以看出內(nèi)襯套和筒體的端面已經(jīng)不在一個(gè)平面上，其原因是筒體在生產(chǎn)過(guò)程中，受熱后筒體本體和襯套的熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致，所以若采用整體襯套結(jié)構(gòu)，在筒體和筒體之間有接縫的存在；也會(huì)導(dǎo)致物料的殘留，特別針對(duì)終產(chǎn)品為膜類的作業(yè)物料缺點(diǎn)尤其明顯；針對(duì)上述問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)了一種金屬燒結(jié)耐磨筒體(圖6)。
圖6
開(kāi)創(chuàng)性的采用金屬燒結(jié)技術(shù)，將合金粉末經(jīng)過(guò)特殊工藝，燒結(jié)在筒體內(nèi)八字孔表面，形成一層均勻致密的合金層，該合金層不但解決了傳統(tǒng)方案的缺陷，且耐腐耐磨性更好，使用壽命長(zhǎng)。有效解決了筒體內(nèi)孔的拼接縫的問(wèn)題，大大提高了不同物料切換的效率。
04 有效能耗降低
科亞開(kāi)發(fā)了一種全新的筒體冷卻和加熱結(jié)構(gòu)，如圖7所示，筒體采用全新的徑向冷卻水道設(shè)計(jì)，并使用進(jìn)口的加熱元件，在提高溫控效率的同時(shí)也減少了筒體的溫差分布和熱變形，避免由此產(chǎn)生的局部剪切熱和硬件磨損，提高了設(shè)備和零件的使用壽命。如表1所示；
圖7
表1
參考測(cè)試數(shù)據(jù)：設(shè)定雙螺桿擠出機(jī)使用工況(絕大部分常規(guī)物料的改性作業(yè))：加料段1~3區(qū)70~80%的時(shí)間都是在滿負(fù)載加熱狀態(tài)，4~機(jī)頭20~30%的時(shí)間在加熱；按照上述工況計(jì)算：HK53，長(zhǎng)徑比44，按照前3節(jié)筒體80%的加熱時(shí)間，后7節(jié)30%的加熱時(shí)間計(jì)算，年開(kāi)機(jī)5000小時(shí)計(jì)算：
傳統(tǒng)全鑄銅加熱器：
4.2x3x0.8x5000+4.2x7x0.3x5000=94500 kwh；
新型加熱棒：
2.8x3x0.8x5000+2.8x7x0.3x5000=63000kWh；
94500-63000=31500度，
全年節(jié)約電耗31500度；
節(jié)能約33%。
科亞第三代HK系列雙螺桿擠出機(jī)的技術(shù)革新，了色母行業(yè)應(yīng)用范圍范圍、產(chǎn)能更高、能耗更低的發(fā)展趨勢(shì)；將雙螺桿擠出機(jī)與多學(xué)科(粉末合金、金屬切削加工、熱處理、陶瓷加熱等)跨界的技術(shù)合作與應(yīng)用，使得HK系列機(jī)型更加適合色母行業(yè)加工生產(chǎn)；高扭矩和先進(jìn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使得雙螺桿擠出機(jī)穩(wěn)定性高，易操作，為色母行業(yè)用戶連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠保證。