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  • 螺桿組合對AS擠出工藝的影響

  • 發布日期:2016-07-12
  • 摘要:

     苯乙烯-丙稀腈共聚物(AS)是一種通用型苯乙烯樹脂,玻纖增強苯乙烯-丙烯腈共聚物因有良好的加工性能、尺寸穩定性和機械強度在家用電氣領域有著廣泛應用。

     與單螺桿擠出機相比同向嚙合雙螺桿擠出機具有加料容易、物料在擠出機中停留時間短、混合和塑化效果優異、排氣性能好、比功率消耗較低、容積效率高等有點,因而被廣泛應用于聚合物的改性共混、填充、玻纖增強和反映擠出等。同向嚙合雙螺桿擠出機的螺桿元件采用組合式設計,由多種類型、不同長度的螺桿元件有序地排列組合,因而可以根據加工物料及加工工藝的不同,選擇相應的螺桿組合,改變物料在擠出機中的停留時間和所受的切應力,使所加工的材料及加工工藝的不同,選擇相適應的螺桿組合,改變物料在擠出機中停留時間和所受的切應力,使所加工的材料達到最佳的綜合性能。本工作對同向嚙合雙螺桿擠出機的螺桿元件進行優化組合,分析了螺桿組合對玻纖增強AS力學性能的影響。
    1 實驗部分
    1.1原料
     AS樹脂:783,日本旭化成工業株式會社;無堿玻璃纖維;T635B,泰山玻璃纖維有限公司;其他助劑,市售。
    1.2實驗設備
     同向霜落共計成交:TSE-75D、600-250-36,塑料注塑成型機;CPC-2高速混色機,WSQB-200,數字式電熱恒溫干燥箱;101-1A電子式萬能試驗機;CMT4104。懸臂梁口沖擊試驗機;XJU-55,ML-10
    1.3性能測試
     拉伸強度:按照ASTM  D638-1999測試;彎曲強度;按照ASTM D790-1999測試;缺口沖擊強度;按照ASTM D256-1997測試。
    螺桿組合、擠出工藝情況
      
      由表2看出:采用1#螺桿生產的材料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度都較低,很大程度上限制了材料的應用,為此在保證配方、生產工藝等一致的情況下,對1#螺桿組合方式進行改進。提高玻纖在基體中的分散性,可有效改善玻纖增強樹脂的力學性能,此次改進方向為在剪切段加強玻纖的分散。
    1.4實驗方法
     為保證實驗結果的可比較性,固定實驗配方為:AS樹脂250kg,玻纖質量分數20%,其他助劑適量;固定工藝條件為;擠出溫度205-260°C,螺桿轉速400r/min,注塑溫度210°C。在此基礎上改變螺桿組合進行擠出造粒,料粒烘干后注塑標準試樣,進行力學性能檢測。
    2結果與討論
    2.1不同螺桿組合對玻纖增強AS力學性能的影響
     表1列出1#-3#螺桿組合方式、螺桿總長度及擠出工藝情況。表2為1#-3#螺桿組合對玻纖增強AS力學性能的影響。
     具體措施為剪切段把1#螺桿的四組捏合塊變為連續的兩組三連捏合塊組,且在反向螺紋元件前增加一組二連捏合塊,形成2#螺桿(詳細螺桿組合方式見表1)。結果表明:采用2#螺桿生產的材料的性能比采用1#螺桿生產的材料的性能有很大提升。分析原因:1#螺桿的剪切區主要由一組三連捏合塊組和三組二連捏合塊組構成,并且在三組捏合組中含有剪切能力較弱、分布作用比較強的K45/5/36薄片捏合盤,因此1#螺桿剪切能力較弱,主要以分布混合為主;經調整后的2#螺桿剪切能力增強,且熔體在機筒內的停留時間延長了,物料在2#螺桿中的流量置換作用強于1#螺桿。這些都導致2#螺桿的分散作用得到了明顯的加強,避免了玻纖成束或成團地存在于樹脂當中,分散更加均勻,從而在一定程度上避免了由于玻纖分散不均勻造成的材料缺陷,材料力學性能得到改善。
     
       采用2#螺桿生產的材料的性能相對采用1#螺桿生產的材料性能有很大提升,但還未達到設計的要求,需對2#螺桿進一步改進。改進方向為提高基體樹脂對玻纖的浸潤能力,保留合適的玻纖長度。具體的調整為:(1)相對于2#螺桿,熔融俗話段的前段分別引入強捏合塊K90/5/56和反向捏合塊K45/5/56L。(2)剪切段第二組三連捏合塊的排列改為兩組二連捏合塊組,且相連的捏合塊角度均不相同,并在第三組二連捏合塊組中引入了K45/5/36L的反向捏合塊,形成了3#螺桿。結果表明:采用3#螺桿生產的材料的性能進一步提升。分析如下:熔融塑化段引入強捏合塊和反向捏合塊,這兩種捏合塊的強阻流作用,使得樹脂在擠出機中的停留時間更長,加上K90/5/56捏合塊的強剪切作用使塑化效果明顯增強,熔體在玻纖加入之前得到很好的熔融塑化,提高了熔體對玻纖的包覆和浸潤,有效提高玻纖與基體之間的結合能力,同時在一定程度上也起到保護玻纖長度的作用(樹脂塑化好,熔體流動性增強,通過剪切區域受到的剪切應力也就相應有所降低,玻纖收到的破壞也降低)。不同角度的捏合塊相連,加強了熔體的頻繁分流及重新定向,從而體現出良好的分布性混合,所以剪切段的組合排列在保證一定粉掃作用的同時提高了分布作用,使分散開的玻纖在熔體中的排布更佳有序,這些都有利于提高材料的力學性能。
    2.2螺桿組合的優化
     采用3#螺桿組合生產的材料的力學性能高,但產能較低及擠出穩定性較差(偶爾出現較長或成團玻纖從口模直接擠出造成斷絲)的情況,分析原因為:3#螺桿組合中除保持了與2#螺桿組合數量相當的具有阻流作用的捏合塊之外,還分別在熔融段和剪切段加阻流能力很強的反向捏合塊,使整套組合的輸送能力變小,最終使產能偏低。加之剪切段捏合塊的排布使玻纖通過第一、二組捏合塊的主要作用在于分布混合,對玻纖長度的改變影響不大;因而仍然存在少量尺寸較長的玻纖難以被浸潤而成團外露,影響擠出的穩定性。
     為了改善這種狀況,需對3#螺桿組合繼續進行改進,主要方向為真正實現集體樹脂浸潤能力的提高,適當控制玻纖的長度并保證玻纖的分散,提高擠出的穩定性,另外降低阻流作用提高產能。具體調整為把熔融段的反向捏合塊移走,把熔融段后段的組合改為一組三連捏合塊,抱著的那個物料達到充分熔融效果之后盡量降低阻流作用,降低主機電流;另外對剪切段也做了比較大的調著那個,為了是玻纖從玻纖口進入螺桿之后先得到合適的分散混合的同時加強玻纖分散之后的分布混合(即在保證玻纖平均長度的同事加強玻纖在樹脂的浸潤性和均一性),所以除了增加了一個K90/5/56捏合塊之外,還星辰過了三組三連捏合組(4#螺桿組合方式見表3)。由表3和表4可以看出4#螺桿擠出穩定,塑化效果較好,產量較高,力學性能也保持較好。由此可見熔融短的改進,在保證產能的擠出上也保證了塑化效果;而剪切段的調整,使剪切能力得到了很大的提升,保證玻纖不會因為過長而影響分布。
     
      玻纖增強作用的好壞,與玻纖聚合物中的長度、分散狀態或分布均勻性、取向以及被聚合物潤濕的均勻性有關。在擠出不同配方的材料時,首先應針對材料的種類及配方進行混合工藝和加工設備方面的研究,其中選用何種螺桿組合是一項重要的研究內容。通過反復試驗研究 ,選擇與材料的種類、配方、設備的功用、工藝參數相匹配的螺桿組合才能充分發揮材料的性能。由誓言結果可知:4#螺桿組合的塑化段和剪切段組合合理,對AS與玻纖的剪切、分散、浸潤效果較好,適合于擠出玻纖增強AS材料.
     
    3結論
    1) 通過實驗找到了適合擠出玻纖增強AS的合理的螺桿組合,提高玻纖增強材料的剪切應變,控制玻纖長度,改善玻纖的分散及分布效果,從而提高玻纖增強AS的力學性能,提高了設別的使用效率,降低了制造成本.
    2)擠出機螺桿組合對玻纖增強AS的力學性能影響較大.采用合理的螺桿組合是獲得材料最佳綜合性能的必要條件.
     

    標簽: 螺桿修復(19)

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