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.擠出過程的問題分析

塑料擠出制品的質(zhì)量及產(chǎn)量不僅取決于擠出設(shè)備的制造技朮﹐更主要地是受到被加工材

料的性能﹐擠出操作條件﹐擠出過程故障和制品缺陷的在線監(jiān)測水平﹐擠出控制系統(tǒng)方式和控制精度﹐設(shè)備的保養(yǎng)水平等因素的影響。

在塑料擠出過程中出現(xiàn)的許多問題并不完全是由于設(shè)備的制造質(zhì)量出現(xiàn)的問題﹐而主要在于塑料加工企業(yè)的管理人員或現(xiàn)場操作人員對設(shè)備性能及操作保養(yǎng)規(guī)范﹐材料加工性能和工藝條件﹐以及周圍環(huán)境條件對加工過程的影響等方面缺乏基本的﹐全面的﹐正確的認(rèn)識。

在解決一種特殊擠出問題之前﹐處理事故的技朮人員應(yīng)該著手解決確定的問題﹐快速地和準(zhǔn)確地診斷某個發(fā)展中的押出機問題﹐以減少停工期或廢品數(shù)量。合適的檢測儀表和對擠出過程的深刻的認(rèn)識是有效檢測和解決的重要條件。

對于一個有效的問題處理過程其重要的前提條件有以下幾點﹕

1. 合適的檢測儀表

2. 對擠出過程的完整認(rèn)識

3. 收集和分析歷史記錄數(shù)據(jù)

4. 有關(guān)設(shè)備情況的完整信息

5. 有關(guān)原料的完整信息

1.1檢測儀表

在很大程度上﹐擠出過程是一種黑箱過程﹐看不見擠出機內(nèi)部正在發(fā)生著什么﹐只能觀察到材料進入擠出機和材料從擠出口模中出來﹐因為這一部分被擠出機螺缸遮掩了。因此﹐我們主要依賴于精確的傳感器及檢測儀表來確定擠出機內(nèi)部的狀況﹐來監(jiān)測出重要參數(shù)的變化。

1.2認(rèn)識擠出過程

對擠出過程的完整認(rèn)識對于有效解決擠出問題是必要的﹐例如﹕塑料的材料特性﹐擠出機器的特點﹐檢測儀表和操作﹐擠出機內(nèi)部工作原理﹐螺桿和擠出機頭等。正確的操作以便生產(chǎn)出良好的產(chǎn)品。如果一臺擠出機被錯誤地操作﹐可能會生產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品或造成設(shè)備的損壞及人員的傷害。

1.3收集和分析歷史數(shù)據(jù)（時間信息）

為了明白一個過程不能正確進行的原因﹐我們必須將當(dāng)前的工作條件與以前正常工作時的條件進行比較﹐這種方法被認(rèn)為是一種時間信息方法。所收集的這些數(shù)據(jù)不僅包含了擠出機的工作信息﹐如溫度﹐壓力﹐電機載荷﹐線速度﹐螺缸尺寸﹐螺桿尺寸等﹐還包含了有關(guān)材料的信息以及可能影響這一過程的其它參數(shù)。

時間信息的構(gòu)成是基于過程正常運行一定的時間基礎(chǔ)上。因此必須存在有一個或幾個促成擠出過程混亂的可以確認(rèn)的變化。這里的任務(wù)就是要鑒別這些變化﹐改正這些變化﹐并使擠出過程回到正常狀態(tài)。時間信息產(chǎn)生過程開始于過程穩(wěn)定期的某一時刻﹐結(jié)束于擠出過程出現(xiàn)問題的某一時間﹐甚至與擠出過程間接關(guān)聯(lián)的事件也被列于這種時間信息中。一旦時間信息完成﹐它將成為鑒別產(chǎn)生問題原因的有效工具。

另外應(yīng)該指出的是﹐并不是所有的因素都能導(dǎo)致一個當(dāng)前的問題。在某些情況下﹐在一種變化的一些影響因素變?yōu)槊黠@之前﹐可能存在著一個相當(dāng)長的孕釀期。當(dāng)然﹐這樣使檢測和處理問題的過程變的復(fù)雜了﹐牢記這一點并不要輕率地下結(jié)論是很重要的。

1.4設(shè)備信息

當(dāng)一臺擠出機開始出現(xiàn)問題時﹐能掌握有關(guān)這臺設(shè)備的完整情況是很重要的。擠出機應(yīng)該很好的地維護保養(yǎng)﹐完整的保養(yǎng)記錄應(yīng)該可用于對這臺設(shè)備各種零件情況的評估。應(yīng)該遵守擠出機供貨商所制定的保養(yǎng)建議﹐以確保良好的操作狀態(tài)。

1.5原料的信息

一臺擠出機的性能同時受到原料的特性和機器的特性所決定。影響擠出過程的原料性能包含宏觀流動性能﹐熔體流動性能和熱性能。

宏觀流動性能﹕體積密度﹐可壓縮性﹐粒子尺寸﹐外磨擦系數(shù)﹐內(nèi)磨擦系數(shù)以及凝聚傾向等。

熔體流動性能﹕剪切黏度﹐拉伸黏度。

熱性能 ﹕比熱容﹐玻璃化轉(zhuǎn)變溫度﹐晶體熔點﹐熔融潛熱﹐熱導(dǎo)率﹐密度﹐降解溫度。

當(dāng)材料的變化影響到確定材料擠出行為的一個或幾個聚合物特性時﹐這種變化將在擠出中產(chǎn)生問題。為了一個材料相關(guān)的擠出問題﹐一種實際的試驗方法是擠出一些原先批號的材料﹐以觀察問題是否消失。如果確實屬于這種情況﹐強烈地表明這個問題與材料有關(guān)。如果相關(guān)材料的變化是長期的﹐則應(yīng)該調(diào)整工藝條件﹐以適應(yīng)材料的變化。此時﹐問題的性質(zhì)將從一混亂的問題轉(zhuǎn)為一研發(fā)的問題。

2.系統(tǒng)檢測分析

2.1故障與發(fā)生問題

針對擠出生產(chǎn)在線因未知原因而發(fā)生的故障和問題﹐如果擠出生產(chǎn)線已經(jīng)正常運行了相當(dāng)長的時間﹐那必然存在解決問題的一種方案。因此檢測分析的目的是發(fā)現(xiàn)故障產(chǎn)生的原因并消除它。

2.2與機器相關(guān)的問題

在與機器相關(guān)的問題中﹐在擠出機中的機器變化將引起擠出行為的變化。這些變化可能影響驅(qū)動系統(tǒng)﹐加熱冷卻系統(tǒng)﹐進料系統(tǒng)﹐成型系統(tǒng)或螺桿和螺缸的實際幾何形狀。

2.2.1驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動系統(tǒng)的主要構(gòu)成是電機﹐減速器和止推軸承。出現(xiàn)的驅(qū)動問題為旋轉(zhuǎn)速度的變化和不能產(chǎn)生所需的扭矩。減速器和止推軸承中的問題往往與機器失效信號相聯(lián)系。如果問題被懷疑是驅(qū)動系統(tǒng)﹐應(yīng)確信載荷條件不超過驅(qū)動功率。

2.2.3進料系統(tǒng)

在一臺自由進料的擠出機中﹐進料系統(tǒng)最重要的部件是料斗和它的攪拌器及卸料螺桿﹐這一系統(tǒng)的故障可以通過直視檢查來確認(rèn)。如果料斗配有卸料螺桿﹐對于異常變化﹐應(yīng)檢查卸料螺桿的轉(zhuǎn)速。為了合適的工藝狀況﹐卸料螺桿的驅(qū)動應(yīng)該有一個扭矩反饋控制﹐以確保穩(wěn)定進料和避免過度進料。

2.2.4加熱及冷卻系統(tǒng)

加熱及冷卻系統(tǒng)對聚合物熔體溫度施行一定程度的控制。但是材料溫度的異常并不能說明是加熱或冷卻的問題,因為熱量是直接經(jīng)過螺缸傳遞﹐而僅僅間接的經(jīng)過聚合物來傳遞。實際上控制的是螺缸溫度﹐用溫度傳感器測量的局部螺缸溫度確定了螺缸加熱及冷卻狀況。

通過改變設(shè)定值至較高溫度來檢查加熱系統(tǒng)﹐例如高于常規(guī)設(shè)定值的50℃。加熱器應(yīng)該在100%的功率上工作﹐被測量的螺缸溫度應(yīng)該在1～2分鐘內(nèi)開始升高。如果加熱器不能在滿功率下運行﹐螺缸的測量將出現(xiàn)問題﹐或者溫度控制電路存在問題。如果加熱器在滿功率下運轉(zhuǎn)﹐但在2～4分鐘內(nèi)溫度不開始升高﹐說明螺缸溫度測量不正確﹐或者在加熱器和螺缸間存在不良接觸。

冷卻系統(tǒng)可以類似通過改變設(shè)定至較低的溫度來檢查﹐例如低于常規(guī)值50℃。如果冷卻系統(tǒng)不能滿負(fù)荷運行﹐說明螺缸溫度測量存在問題﹐或者溫度控制器電路存在問題。如果冷卻系統(tǒng)滿負(fù)荷運行﹐但在2～4分鐘內(nèi)溫度不開始下降﹐說明螺缸溫度不正確﹐或者冷卻裝置不能正常操作。

如果需要大量的冷卻量來保持預(yù)期的料溫﹐這很明顯的說明﹐由磨擦和黏性耗損生了過度的內(nèi)部熱量。通過降低螺桿轉(zhuǎn)速或更改螺桿設(shè)計﹐可以降低內(nèi)部生成熱量。

2.2.5磨損問題

凡是具有運動零件的機械都會發(fā)生磨損﹐擠出機磨損一般會導(dǎo)致螺棱于螺缸間隙的增大。最大的磨損一般出現(xiàn)在螺桿的末端。這表明在螺桿頂端聚合物熔體支撐著螺桿﹐在螺桿壓縮段承受著很大的側(cè)向力。當(dāng)螺桿具有較高的壓縮比時﹐這類磨損更容易發(fā)生。在螺桿壓縮段中的磨損降低了熔融能力﹐并將導(dǎo)致溫度的不均勻性和壓力的波動。在計量段的磨損將影響其泵送能力。因磨損而導(dǎo)致螺棱于螺缸的間隙增加也會降低螺缸到聚合物熔體的傳熱效率﹐因而產(chǎn)生聚合物熔體中溫度的不均勻性。

只有通過拆卸擠出機和查看螺桿﹐螺缸﹐才能檢測磨損情況。如果磨損情況嚴(yán)重到影響擠出機的操作﹐常�？梢阅恳曈^察到。但是﹐建議沿機器的長度上檢測機筒的內(nèi)徑和螺桿的外徑。如果定期檢測這些項目﹐那將很容易地確定磨損隨時間的變化速度。通過外推到最大允許磨損量﹐檢測人員可以確定螺桿和螺缸應(yīng)該修護及更換時機。

2.2.6螺桿抱死問題

可能發(fā)生在擠出機內(nèi)的一種特殊問題是螺桿突然停止轉(zhuǎn)動﹐并被卡在擠出機螺缸內(nèi)或進料結(jié)構(gòu)內(nèi)。這一問題不可能經(jīng)常發(fā)生﹐但當(dāng)發(fā)生時﹐它將給機械造成極大的傷害。引起這一問題最可能的原因是螺桿和螺缸之間的熱膨脹系數(shù)不同所造成。

當(dāng)螺桿被安裝到擠出機內(nèi)時﹐螺桿和螺缸間所能量測的是在室溫下的間隙值。與機械在運轉(zhuǎn)時﹐螺桿和螺缸的實際間隙值差別很大。在實際加工條件下引起這種間隙變化的兩個主要原因是加工溫度和螺桿上的壓力載荷。當(dāng)加工溫度遠(yuǎn)高于室溫時﹐間隙可能變化的條件是﹕當(dāng)螺桿和螺缸具有不同的熱膨脹系數(shù)及當(dāng)螺桿溫度與螺缸的不同時。

降低螺桿抱死情況﹐可采取以下幾種方法﹔*在進料段冷卻螺桿

*增加進料段溫度

*降低壓縮段及計量段的溫度

*增大進料區(qū)的間隙

2.3聚合物降解

聚合物降解是擠出過程中經(jīng)常發(fā)生的問題。降解通常表現(xiàn)的形式為變色﹐易揮發(fā)成分的釋放（冒煙）或機械性能發(fā)生變化。一般根據(jù)降解的模式可以區(qū)分為五種﹕熱﹐化學(xué)﹐力學(xué)﹐輻射﹐生物降解。在擠出過程主要為熱﹐化學(xué)及力學(xué)降解。

2.3.1熱降解

當(dāng)一種聚合物在沒有其它化合物的非活性環(huán)境中處于高溫狀態(tài)時﹐會發(fā)生熱降解。抵抗這樣熱降解的阻力依賴于聚合物主要成分的性質(zhì)和內(nèi)在的熱穩(wěn)定性。熱降解有三種形式﹕解聚﹐鏈無規(guī)則斷裂和取代基開鏈。

2.3.2力學(xué)降解

力學(xué)降解被看為是由力學(xué)應(yīng)力誘發(fā)的分子斷裂。這些應(yīng)力可能是剪切應(yīng)力或拉伸應(yīng)力或這兩種的組合。聚合物的力學(xué)降解可能發(fā)生在固態(tài)﹐熔融態(tài)和液態(tài)。在擠出機內(nèi)﹐力學(xué)應(yīng)力大多數(shù)被施加在熔融聚合物上。由于聚合物熔體的高溫﹐力學(xué)降解主要總是伴隨著熱降解和可能的化學(xué)降解。當(dāng)聚合物熔體處于強烈的力學(xué)變形和應(yīng)變速率不均勻時﹐局部溫度肯定會升高至整體溫度之上。因此﹐整體溫度測量也許不能正確的反映出實際原料的溫度。這是在擠出機中的情況﹐可能會產(chǎn)生非常高的局部溫度。

2.3.3化學(xué)降解

化學(xué)降解被看做為由于與聚合物接觸的化學(xué)品誘導(dǎo)過程。這些化學(xué)品可能是酸﹐堿﹐溶劑﹐反應(yīng)性氣體等。在許多情況下﹐由于這些過程中的活化能較高﹐只有在高溫下才能得到明顯的變化。化學(xué)降解的兩種重要形式是溶劑分解和氧化。

水解反應(yīng)是溶劑分解的一個重要類型﹐易于吸水的聚合物最容易發(fā)生水解反應(yīng)。例如﹐在聚酯的擠出過程中﹐聚合物正確的預(yù)先干燥是非常重要的﹐另外在聚合物中添加抵抗溶劑分解的助劑。

在高溫擠出過程中﹐氧化降解是發(fā)生在聚合物中降解的最常見的類型﹐因此這種降解成為熱氧化降解。聚合物降解與自由基產(chǎn)生同時發(fā)生﹐自由基與氧具有很高的反應(yīng)親和力﹐以形成不穩(wěn)定的過氧基。新的過氧基將誘捕相鄰的不穩(wěn)定氫﹐生成不穩(wěn)定的過氧化氫和更多的自由基﹐這些自由基將再次進行同樣的過程﹐這將導(dǎo)致自身催化過程。一般用抗氧化劑來阻止聚合物中的氧化降解�？寡趸瘎┑哪康氖菫榱嗽诰酆衔锸褂闷诘母麟A段截取自由基或防止自由基的發(fā)生。

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2.4擠出過程中的降解

在擠出過程中的降解經(jīng)常是熱﹐力學(xué)和化學(xué)降解的組合。在確定各種類型降解速率的重要因素如下﹕*.停留時間和停留時間分布

*料溫及其分布

*應(yīng)變速率及其分布

*溶劑分解助劑﹐氧或其它降解活性劑的存在

*抗氧劑和其它穩(wěn)定劑的存在

前三項因素受機器結(jié)構(gòu)和操作條件的影響極大。溶劑分解助劑或氧的存在也受操作條件的影響。抗氧劑和其它穩(wěn)定劑的存在是材料選擇過程的一部份﹐正確地選擇一種穩(wěn)定劑是非常重要的。

減少降解的方法﹕1. 減少停留時間和降低停留時間分布

2. 降低原料溫度和消除溫度峰值

3. 消除促進降解的物質(zhì)

通常通過設(shè)計最大產(chǎn)量的螺桿來減少停留時間。如果可能的話，通過設(shè)計減小比能耗和避免滯留區(qū)的螺桿來獲得低料溫和降低溫度峰值。因此，螺桿和口模的設(shè)計盡可能采用流線型設(shè)計。

在某些特殊情況下，設(shè)計一臺低產(chǎn)量和小型制品的擠出機螺桿也許是有益的。一個實例是擠出非常小的導(dǎo)管，它的生產(chǎn)也許可以在2r/min螺桿轉(zhuǎn)速下進行。在如此低的螺桿轉(zhuǎn)速下，在擠出機內(nèi)的平均停留時間將達(dá)到30~60min，在如此長的停留時間內(nèi)很可能發(fā)生降解。在這樣的情況下，設(shè)計一臺具有低單位轉(zhuǎn)速產(chǎn)量和小總體流道體積是很有益的。通過減小螺棱升角，減小螺槽深度，增加樏棱寬度和增加螺紋數(shù)可達(dá)到這一目的。使用如此低產(chǎn)量的螺桿，螺桿轉(zhuǎn)速可以從2r/min增加至10r/min，平均停留時間可以從60min降低至10min以內(nèi)。

高料溫可能是擠出操作中的一個問題，在此情況中，擠出機高速運轉(zhuǎn)，聚合物熔體粘度很高。影響粘性發(fā)熱的一個主要螺桿參數(shù)是螺槽深度。增加螺槽深度可降低剪切速率，從面降低粘性發(fā)熱，但螺桿的加工深度是有限制的。這些限制包括螺桿的強度，固體輸送能力和熔融能力。增加螺槽深度到熔體輸送能力超過熔融速率的程度是不可能的。

大多數(shù)要求控制熔體溫度的情況之一是發(fā)泡擠出。在串聯(lián)式發(fā)泡擠出在產(chǎn)線的第二臺擠出機中，通常采用螺槽非常深的冷卻螺桿，以降低粘性發(fā)熱。也可以使用大螺紋升角的多級薄螺棱，以增加螺桿的傳熱能力。

2.5 處理擠出不穩(wěn)定性問題

擠出不穩(wěn)定性有許多不同的原因。盡管這種不穩(wěn)定性的機理還不都是清楚的，下列的方法常�？梢詼p小擠出不穩(wěn)定性：降低螺桿溫

在出料端降低螺缸溫度

在計量段減小螺槽深度

增加壓縮段的長度

增加螺缸后部溫度

增加機頭溫度

解決這一問題的首要方法一般是調(diào)整螺缸溫度設(shè)置或其它工藝條件。如果溫度調(diào)整仍不能解決這個問題，應(yīng)該檢查硬件（熱電偶，控制器，螺桿，螺缸，驅(qū)動裝置等）。如果這個問題與硬件無關(guān)，它必定是一個功能問題，下一步是確定哪個功能區(qū)引起這個問題。

如果通過改變加工條件仍不能解決這一問題，那么一般通過更換原材料或改變螺桿或螺缸設(shè)計來解決這個問題。在大多數(shù)情況下，更換原料是不可能的。在這種情況下，通常必須用新的螺桿結(jié)構(gòu)來解決這個問題。

增加螺缸的溫度通常將使擠出機出料端的聚合物熔體溫度增加。然而，隨著螺缸溫度的增加，熔體溫度也有可能降低。因為當(dāng)螺缸溫度增加時，局部熔體粘度減小，這將降低局部的粘性耗散熱，所以這樣的情況是可能發(fā)生的。這將導(dǎo)致在擠出機出料端較低的熔體溫度。

2-6 斑點和變色

在擠出制品中，特別是在薄或透明制品中，斑點是常見的問題。斑點可以是黑色，棕色，黃色或不同于基質(zhì)材料的其它任何顏色。斑點一般是由污染物，降解或磨損引起的。降解的表現(xiàn)形式有：變色，斑點，針孔，揮發(fā)物排出（煙霧），或擠出制品中物理性能的變化。發(fā)現(xiàn)斑點和變色原因的方法：

1.檢查污染物

2.檢查高溫

3.檢查停滯問題

4.檢查塑料的熱穩(wěn)定性

5.檢查異物粒子（或磨損）

減少降解的一般方法有：

1.降低擠出機中原料的溫度

2.減少在擠出機中的停留時間

3.消除促進降解的物質(zhì)，例如：氧

4.添加一些熱穩(wěn)定劑或改進熱穩(wěn)定劑的包裝

能引起顏色不均勻的原因有：在擠出機中的混煉問題，顏色助劑或顏色濃度的變化，顏

色助劑和顏色深度和增量發(fā)生變化，以及原料和母粒之間的兼容性問題。

2-7 凝膠問題

關(guān)于凝膠粒的首要問題是，不同的人對「凝膠」一詞的理解不同�；�本上，在一個塑料制品中一個凝膠粒是一個由不同折射率引起的可視缺陷。由于擠出機中流動過程的原因，凝膠粒通常是伸長橢圓形狀，往往被稱為「魚眼」，因為凝膠粒能形成可視的缺陷，在薄壁制品中，如薄膜，軟管和纖維等，它們可能會發(fā)生問題，在厚壁制品中，凝膠粒通常是不可見的，因此不會被認(rèn)為是一個問題。

產(chǎn)生凝膠粒的原因有幾種，其中包括高分子量物質(zhì)，交聯(lián)，降解和污染物等。高分子量物質(zhì)和交聯(lián)顆粒形成的伸長橢圓凝膠粒，通常在魚眼中心沒有點。異物（如在催化劑中使用的硅土），無機材料，添加劑或硬物質(zhì)微粒一般形成的凝膠粒，其中心有點，這些物質(zhì)最像魚眼。

在擠出過程中產(chǎn)生的凝膠粒

為了避免凝膠粒，在擠出機中避免死角是很重要的。通過確認(rèn)螺桿和機頭都具有流線型設(shè)計，即可以達(dá)到這一要求。應(yīng)該避免帶有滯留區(qū)的混煉段。螺桿，螺缸和機頭表面光滑，沒有溝槽，刮痕都是很重要的，這些缺陷也許會積累熔融塑料，并引起降解。在擠出機中減少凝膠形成的另一種方法是，在開始擠出時采用該塑料的高穩(wěn)定性品級或甚至不同的塑料，用一層塑料的抗降層涂敷必要的表面。這種方法能夠減少降解和形成凝膠的可能性。

檢查樹脂進料管，混料器，進料器，料斗和其它原料處理設(shè)備組件中的粉末，紙帶或來自其它塑料的污染物。為了避免粉末，紙帶和污染物等，在更換原料種類時，應(yīng)該徹底排空和清理原料處理設(shè)備。

2-8口模流動問題

口模流動問題將典型地導(dǎo)致外觀問題。相關(guān)的問題有：熔體破裂，模唇掛料，凝膠粒，V-形狀或W-形狀，斑點和變色，線痕和光學(xué)性質(zhì)和外觀的問題（例如，透明度，消光度，光澤，光霧度等）。

熔體破裂

表面粗糙，「鯊魚皮」，「橘皮」和其它變形。減少或消除熔體破裂的方法有：

1.使口模流道流線型化

2.在成型區(qū)段降低剪切應(yīng)力（在低于熔體破裂的臨界剪切應(yīng)力下操作）

3.使用加工助劑（例如，在聚乙烯中加入含氟彈性體）

4.采用「超高」擠出（在高于熔體破裂的臨界剪切應(yīng)力下操作）

使口模流道流線型化總是一個好方法，但它將增加口模的成本。對于大體積制品，設(shè)計制造全流線型的口模通常是有意義的。對于小體積制品，這樣也許沒有經(jīng)濟價值。

在成型區(qū)段實現(xiàn)降低剪切應(yīng)力的方法有：

1.提高口模段溫度

2.開大口模成型區(qū)段（增大口模間隙）

3.降低擠出速率

4.使用加工助劑（例如，外潤滑劑，降粘劑）

5.增加熔體溫度

6.降低聚合物熔體粘度

7.采用較容易剪力變稀塑料

超高速擠出技術(shù)是使在口模成型區(qū)的剪切應(yīng)力高于熔體破裂臨界剪切應(yīng)力。它使聚合物呈現(xiàn)在高于熔體破裂區(qū)的第二穩(wěn)定區(qū)。線性聚合物，如HDPE，F(xiàn)EP和PFA，呈現(xiàn)出超高速擠出行為。可以使用毛細(xì)管流變儀測定聚合物的熔體破裂行為，在不周的剪切速率下擠出聚合物熔體并觀察擠出制品相應(yīng)的條件。

通過在這樣的條件下運行，即剪切應(yīng)力值低于熔體破裂的臨界值或高于其臨界剪切應(yīng)力值，可以避免熔體破裂行為的發(fā)生。這需要操作時的剪切速率應(yīng)低于熔體破裂臨界剪切速率下限或高于熔體破裂剪切速率上限。

模唇掛料是擠出過程中常見的問題,材料正好積聚在口模處﹐掛料能夠引起擠出制品上的線痕，這類問題常常被稱為「口模滴料」。盡管也可能會發(fā)生在非混合塑料的擠出中，但是，它典型地是由混合物中不兼容的組分引起的。引起口模滴料的原因可能有：熔融塑料中的氣體或濕氣，降解或直填充料或添加劑的較差分散等。通過改變材料，工藝或口模設(shè)計，可以減少口模滴料現(xiàn)象。通過改變材料減少口模滴料的方法有：

1.排除不相容的組分

2.增加含氟彈性體

3.增加兼容劑

4.改變共混程序

改變工藝減少口模滴料的方法有：

1.調(diào)整口模溫度（通常是降低）

2.在口模出口吹空氣

3.在口模出口使用刮刀

改變口模設(shè)計減少口模滴料的方法有：

1.在口模內(nèi)采用低摩擦鍍層

2.使用另一種口模材料，例如陶餈

3.采用較長的成型段長度

4.在口模的成型段區(qū)采用小錐度

檢查口模內(nèi)表面質(zhì)量也是很重要的，如劃痕，很差的鍍層，凹痕表面或很差的表面質(zhì)量。如果發(fā)現(xiàn)了這些情況中的任一種，都必須修正，以減少模唇掛料。有趣的是減少口模滴料的這幾種方法也可以減少熔體破裂現(xiàn)象。減少熔體破裂的加工助劑常常也可減少口模滴料。

2-9空氣滯留問題

空氣滯留是擠出過程中相當(dāng)普遍的問題。它是由隨著從料斗進入的原料顆粒被帶入的空氣引起的。在正常情況下，在加料段中對固體原料粒的壓力將迫使空氣脫離固體床。然而，在某些環(huán)境下，空氣是不能從料斗中釋放出來，并隨著聚合物移動直至從口模排出。隨著氣穴從擠出機中排出，壓力突然釋放至非常低的環(huán)境壓力，這將引起被壓縮的氣泡以爆炸的方式爆裂。即使氣泡不爆裂的話，由于空氣的存在，擠出制品一般也是不合格的。

對于空氣滯留問題，有一些可能的解決方案。第一種方法應(yīng)該是改變固體輸送區(qū)的溫度，以使固體床更加壓實。往往螺缸第一段溫度的增加將減少空氣滯留，但在某些情況下，溫度的降低將改善滯留空氣問題。在任何情況下，在空氣滯留的過程中，固體輸送段的溫度是重要的參數(shù)。螺缸和螺桿的溫度都是很重要的。因此，如果螺桿溫度調(diào)節(jié)能力可行的話，應(yīng)該明確地用它來降低空氣溜滯問題。

第二個步驟是增加機頭的壓力，沿擠出機改變壓力分布，以實現(xiàn)固體床更快的擠壓。可以通過在多孔板前增加過濾網(wǎng)來增加機頭的壓力。另一種可能的選擇方案是對擠出機進行饑餓加料。然而，這將降低擠出機的產(chǎn)量和需要輔助的硬件，如精確的加料裝置。

上述的推薦解決方案的執(zhí)行都相當(dāng)簡單。然而，如果這些方法都不能解決問題，必須采用更有效的步驟。必須考慮的一種可能性是改變顆粒尺寸和形狀。如果這是一種合理的選擇，它將最有希望解決這個問題。

應(yīng)當(dāng)指出的是，擠出制品中的氣泡不僅是空氣滯留的一個信號，也可能說明是濕氣，表面處理劑或聚合物本身的可揮發(fā)成分，或降解

在某些情況下，料粒本身也含有少量的氣泡。在這種情況下，少數(shù)可能的方案之一是排氣

擠出，因為其它推薦的大多數(shù)方案在這種情況下都是不起作用的。樹形圖介紹了在系統(tǒng)分析處理中上述的幫助方案。

2-10擠出制品中的線痕

可能造成線痕的因素有：口模，多孔板，螺桿，模唇掛料，下游設(shè)備，如測徑儀，冷卻水槽，牽引機等。在口模出口處立刻可見的線痕所形成的位置必定是在口模出口處（例如，由「口模滴料」引起的），口模內(nèi)（口模內(nèi)很差的表面情況，或在口模內(nèi)的掛料），上游位置（在多孔板，過濾網(wǎng)或螺桿）。單根線痕常常是在直角口模內(nèi)形成的。當(dāng)由直通口模引起線痕時，線痕的數(shù)量將與支架肋數(shù)量相匹配。多孔板能在制品中引起大量的線痕。

線痕也可能來自于口模的下游，例如，在測徑儀中。線痕可能由與擠出制品接觸的物品引起，或由局部冷或熱區(qū)造成。通過觀察擠出過程中線痕發(fā)生的位置，一般很容易診斷出這些問題。

熔接痕

在擠出制品中的線痕可能來自于熔接痕。當(dāng)聚合物熔體在口模中或者甚至在口模前分離和重新熔合時，會形成這些熔接痕。熔接痕也被稱為匯合痕；這些線痕可能在軟管和硬管口模內(nèi)形成，所發(fā)生的位置是模芯被支架的肋條支撐的地方。聚合物熔體在支架肋條開始處被分離，并在支架過后再一次流動到一起。由于聚合物大分子的有限的遷移度，這些分子重新纏繞需要一定的時間。這種重新纏繞的過程也被稱為「恢復(fù)」過程。分子越長重新纏繞所需的時間越長。因此，高分子量（高粘度）聚合物比低分子量（低粘度）聚合物更易產(chǎn)生熔接痕。

決定熔接痕問題的嚴(yán)重程度的因素有：1.從熔體流線重新接合到口模出口的時間長度（停留時間）；2.聚合物熔體恢復(fù)的時間。如果停留時間長于恢復(fù)時間，熔接痕將在口模內(nèi)消失，不會在擠出制品上出現(xiàn)問題。然而，如果停留時間短于恢復(fù)時間，熔接痕將不會在口模消失，熔接痕將在擠出制品上引發(fā)問題。通過在口模內(nèi)增加停留時間或減少聚合物熔體的恢復(fù)時間，可以減少或消除熔接痕問題。

可以通過降低流量（擠出機產(chǎn)量）或改變口模幾何結(jié)構(gòu)，增加在口模內(nèi)的停留時間。流動分流結(jié)構(gòu)必須盡可能地遠(yuǎn)離口模出口處。某些口模結(jié)構(gòu)可以減少熔接痕的問題。例如，可用于硬管，軟管，吹膜的螺旋芯棒模頭，當(dāng)熔體流過螺旋模芯部分時，熔接痕被展開；這種方法在很大程度上能消除熔接痕的問題。帶有旋轉(zhuǎn)芯棒或旋轉(zhuǎn)口模的軟，硬管模頭也可以有效地展開熔接痕，并消除熔接痕問題。某些口模具有弛豫區(qū)，用于強化恢復(fù)過程。弛豫區(qū)是口模流道內(nèi)的主要局部區(qū)域，在這里，流道的橫截面積被增加。

恢復(fù)時間取決于聚合物的分子我和熔體溫度。降低聚合物分子量將加速再纏繞過程。較高的熔體溫度也將增加聚合物分子的遷移度和降低恢復(fù)時間。分子結(jié)構(gòu)也將起著重要的作用。線性聚合物的分子更易于排列。

2-11擠出過程的不穩(wěn)定性

擠出機性能的變化也許是擠出過程中最常遇到的問題。對于不穩(wěn)定性頻繁發(fā)生的一個可能的原因是其產(chǎn)生原因的變化﹐其中﹕

1. 在加料斗內(nèi)原料流動問題

2. 在擠出機內(nèi)的固體輸送問題

3. 熔融能力不夠

4. 口模里的熔融溫度不均勻

5. 螺桿溫度波動

6. 牽引裝置中的變化

7. 螺桿轉(zhuǎn)速的變化

8. 螺缸磨損和螺桿磨損

9. 混煉能力的不足

10. 機頭壓力很低

11. 產(chǎn)生壓力的能力不足

合適的儀器對于快速和準(zhǔn)確地診斷問題是至關(guān)重要的。穩(wěn)定擠出的先決條件是：一臺性能良好的擠出機，一套良好的溫度控制系統(tǒng)，一臺良好的牽引裝置，最重要的是良好的螺桿結(jié)構(gòu)。大概由螺桿結(jié)構(gòu)引起的不穩(wěn)定比其它因素要多，但是，改變螺桿結(jié)構(gòu)常常僅被認(rèn)為是最后的選擇。

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