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PVC擠出工藝溫度的精準設定與優(yōu)化策略 - 無圖版
251055425 --- 2025-07-16 23:00:32
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本文分以下八點闡述：
● 緒言
● 工藝溫度優(yōu)化的基準
● 工藝溫度的設定
● 工藝溫度的優(yōu)化機理
● 超負荷擠出、溫度不受控狀態(tài)與對策
● 設備、電器等故障狀態(tài)與對策
● 原料、配方、捏合等影響因素與對策
● 總結展望
一 、緒言
1.1 工藝溫度設定現(xiàn)狀
在塑料擠出行業(yè)與PVC擠出相關的技術領域中，錐形雙螺桿擠出機工藝溫度設定和控制存在多種思路。
目前，主要有低溫工藝和常溫工藝兩種典型模式。低溫工藝的溫度設定大致在165℃- 175℃左右，常溫工藝的溫度設定大致在175℃-185℃左右。
在溫度設定趨勢方面，存在“馬鞍型”工藝和“階梯型”工藝�！榜R鞍型”工藝呈現(xiàn)前高中低后高的特點，部分企業(yè)采用這種工藝模式，認為它有助于物料的良好塑化；“階梯型”工藝則是由前到后逐步升高溫度。在不同的產(chǎn)品系列上，還存在超高溫度工藝和超低溫度工藝。例如，某些穿線管生產(chǎn)采用螺筒溫度設在200℃以上的超高溫度工藝，而部分螺桿、螺筒臨近報廢的設備則采用螺筒溫度設150℃左右的超低溫度工藝。
值得注意的是，盡管這些工藝溫度差異較大，但部分不同的工藝卻能生產(chǎn)出同樣質量達標的產(chǎn)品。這表明目前工藝溫度的設定缺乏一套統(tǒng)一、科學的標準，不同企業(yè)和產(chǎn)品根據(jù)自身情況選擇不同的工藝溫度，存在一定的盲目性和隨意性。
1.2 優(yōu)化工藝溫度必要性
我國擠出機制造行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，在螺桿結構壓力配置和外加熱圈功率配置方面，為PVC-U塑料的良好、均衡塑化提供了條件。然而，目前工藝溫度設定的多樣性使得生產(chǎn)過程缺乏科學指導，因此有必要對工藝溫度進行優(yōu)化。
從生產(chǎn)實際來看，不同的工藝溫度可能會對產(chǎn)品質量、設備壽命和生產(chǎn)成本產(chǎn)生顯著影響。例如，若工藝溫度設定過低，物料塑化不良，可能導致制品出現(xiàn)發(fā)黃、變色線、發(fā)泡等問題，影響產(chǎn)品質量；過低的溫度會使剪切作用增強，加劇擠出機螺桿和螺筒的磨損，縮短設備的使用壽命。據(jù)相關統(tǒng)計，因擠出溫度設定過低，部分擠出機在使用一兩年甚至不到一年的時間里，螺筒最大磨損量可達2mm-3mm，此時擠出生產(chǎn)會出現(xiàn)黃線等問題，嚴重影響生產(chǎn)的正常進行。
若工藝溫度設定過高，雖然能使物料更好地塑化，但會加速PVC分解，同樣影響產(chǎn)品質量，還可能增加能源消耗，提高生產(chǎn)成本。而且，溫度過高還會導致物料在高溫狀態(tài)下停留時間過長，發(fā)生降解，產(chǎn)生氯化氫等有害物質，對設備和模具造成腐蝕。
通過優(yōu)化工藝溫度，可以提煉出一套科學、合理的設定方法，實現(xiàn)同一工藝溫度條件下擠出，為擠出生產(chǎn)過程的“三統(tǒng)一”（設備統(tǒng)一、模具統(tǒng)一、配方統(tǒng)一）打下良好基礎。這不僅有助于提高制品質量，還能減緩擠出機磨損，延長其工作壽命，進一步降低配方成本，方便管理，及時發(fā)現(xiàn)和有效處理故障。例如，在給料、擠出速度和計量段設定溫度不變的前提下，適當提高給料段的設定溫度，可有效降低計量段顯示溫度與設定溫度之間的溫差，充分說明給料段溫度在一定程度上發(fā)揮著調整剪切熱的作用，從而減少剪切作用對擠出機的磨損。
優(yōu)化工藝溫度對于提高PVC擠出生產(chǎn)的質量和效率、降低成本具有重要意義，是當前PVC擠出行業(yè)亟待解決的問題。
二、工藝溫度優(yōu)化的基準
2.1 PVC樹脂熱穩(wěn)定性
PVC樹脂作為熱敏性高聚物，其熱穩(wěn)定性對工藝溫度的設定至關重要。單純的PVC樹脂在100℃條件下便開始降解，當溫度達到150℃時，降解速度會顯著加快。然而，PVC樹脂在160℃時才開始從玻璃化態(tài)經(jīng)高彈態(tài)向粘流態(tài)轉化。這就表明，單純的PVC樹脂無法直接用于加工，必須添加熱穩(wěn)定劑來改善其熱穩(wěn)定性。
一般來說，PVC樹脂的穩(wěn)定劑試驗是在180℃、30min與200℃、20min條件下進行的。這意味著在實際生產(chǎn)中，PVC樹脂的塑化溫度與時間均不應超過這個范圍。例如，在某PVC管材的生產(chǎn)過程中，如果塑化溫度超過200℃且時間過長，就會導致PVC樹脂大量降解，使管材的物理性能大幅下降，如強度降低、韌性變差等。因此，在設定工藝溫度時，必須充分考慮PVC樹脂的熱穩(wěn)定性，以確保生產(chǎn)出的產(chǎn)品質量達標。
2.2 塑化度要求
塑化度，也稱為凝膠化程度，是PVC塑料中制品結晶程度與PVC初級粒子熔合程度的重要標志。大量的研究和測試資料顯示，未經(jīng)改性的PVC-U塑化度在60%-65%時，制品的抗沖性能最強。其中，塑化度在60%時，斷裂強度最高；塑化度在65%時，斷裂伸長率最大。
熔體溫度對塑化度有著顯著的影響。當熔體溫度在150℃以下時，塑化度為零；熔體溫度在190℃以下時，制品中初級粒子清晰可見，塑化度在45%以下；熔體溫度在200℃左右時，制品中初級粒子界限大部分消失，僅有少數(shù)初級粒子可見，塑化度為70%；熔體溫度到200℃以上時，制品初級粒子完全塑化，塑化度可達80%以上。例如，在生產(chǎn)PVC門窗異型材時，如果塑化度不足，異型材的表面會出現(xiàn)粗糙、有顆粒等現(xiàn)象，影響其外觀質量和物理性能；而如果塑化度過高，不僅會增加生產(chǎn)成本，還可能導致PVC樹脂降解，影響產(chǎn)品的使用壽命。因此，在工藝溫度設定過程中，要根據(jù)產(chǎn)品的具體要求，將塑化度控制在合適的范圍內。
2.3 CPE共混體系加工溫度
在實際生產(chǎn)中，大多數(shù)PVC制品都會加入CPE共混增韌改性。然而，CPE抗沖擊改性劑的溫度帶比較狹窄，這使得經(jīng)CPE改性的PVC加工工藝條件較為苛刻。大量試驗表明，經(jīng)CPE改性的PVC在190℃和200℃條件下形成的制品，其微觀形態(tài)相差很大。在190℃時，改性劑粒子形成了一個包覆PVC初級粒子的網(wǎng)狀結構，可以獲得良好的抗沖擊增韌效果；而在200℃時，PVC初級粒子完全熔融，網(wǎng)狀結構消失轉變?yōu)榍蝮w，分散于PVC樹脂基體中，導致抗沖擊性能大幅度下降。
PVC塑料是“不定性”高聚物，其降解不僅與溫度有關，還和時間相關。溫度越高，降解的時間越短；溫度越低，降解的時間越長。因此，螺筒熔體溫度宜控制在180℃-185℃之間（這里指的是熔體溫度，而非螺筒顯示溫度，二者有很大區(qū)別），以防止因高溫熔體在機內停留時間過長而發(fā)生分解。剩余的熔體溫差由口模來完成，口模段熔體溫度則應控制在190℃-200℃甚至更高些，以便熔體到達最佳塑化度的一瞬間，即刻從口模擠出，從而實現(xiàn)既能從最佳塑化度狀態(tài)下成型，又不至于因受高溫時間過長而分解的目的。例如，在生產(chǎn)PVC排水管材時，如果口模溫度過低，管材表面會出現(xiàn)不光滑、有條紋等現(xiàn)象；而如果口模溫度過高，管材可能會出現(xiàn)變形、發(fā)黃等問題。所以，精確控制CPE共混體系的加工溫度對于生產(chǎn)高質量的PVC制品至關重要。
三、工藝溫度的設定
3.1 各段溫度設定原則
工藝溫度的設定需要遵循一定的原則，以確保PVC材料在擠出過程中能夠實現(xiàn)良好的塑化和成型。設定溫度應充分考慮PVC樹脂的熱穩(wěn)定性、塑化度要求以及與CPE共混體系的加工溫度等因素。例如，PVC樹脂是熱敏性高聚物，單純的PVC樹脂在100℃條件下開始降解，150℃條件下降解加速，而在160℃條件下才開始由玻璃化態(tài)經(jīng)高彈態(tài)向粘流態(tài)轉化，因此設定溫度需避免 PVC 樹脂過度降解。
設定溫度要與擠出機各段的功能相匹配。不同的加熱段具有不同的職能，如給料段主要是為物料提供外熱，使其快速受熱玻璃化；計量段則主要是控制物料溫度，防止物料分解。設定溫度應根據(jù)擠出機的剪切性能和擠出量大小進行調整。擠出量越大，通常需要更高的溫度來確保物料的塑化和流動。
擠出機溫度控制對混合物有何影響
3.2 給料段溫度設定
給料段溫度設定對于PVC物料的初始處理至關重要。其溫度設定依據(jù)擠出機剪切性能和擠出量大小而定，一般要求顯示溫度至少>185℃，擠出量越大，這段要求溫度越高。這是為了讓粉料能快速受熱玻璃化而形成小塊狀。
以某公司的生產(chǎn)為例，其穿線管和排水硬管擠出設備屬于高速擠出，給料段溫度普遍在195℃以上，個別機臺甚至達到210℃- 220℃，但實際的內部料溫則只在100℃-130℃之間，要到給料段末端才能接近玻璃化態(tài)需要的溫度150℃左右。如果給料段設定溫度過低，過多依賴剪切熱來提升熔體溫度，會加大對螺筒的磨損，影響擠出機螺桿螺筒的使用壽命。例如，一些設備僅經(jīng)過一兩年使用，螺筒就會發(fā)生嚴重磨損，磨損大多集中在壓縮比比較大的雙頭螺綾過后的第一道單頭螺綾或第二道單頭螺綾部位以及計量段等較寬的工作區(qū)域，最大磨損量達2mm - 3mm，還會導致擠出生產(chǎn)出現(xiàn)黃線等問題。
3.3 壓縮段與熔融段溫度
壓縮段物料在螺桿剪切力作用下升溫較快，設定溫度高一些，有助于降低物料粘度，加快流動性，減少剪切熱的危害。在某公司的穿線管生產(chǎn)中，該段溫度超過180℃，達到了190℃- 195℃，而排水管的生產(chǎn)大致在180℃。
熔融段的物料基本熔化，因螺槽容積的變化，熔壓驟然降低，可發(fā)揮充分恒溫和排氣的職能。設定溫度和壓縮段保持一致或略高，有助于防止熔體降溫，因為熔體壓力的降低會使熔體溫度也呈下降的趨勢。同樣以該公司為例，穿線管生產(chǎn)在這一段溫度也超過180℃，達到190℃-195℃，排水管生產(chǎn)大致為180℃。這樣的溫度設定可以保證物料在這兩個階段能夠順利完成壓縮和熔融過程，為后續(xù)的擠出成型做好準備。
3.4 計量段溫度控制
計量段的溫度在整個擠塑過程中非常重要，甚至在某種意義上超過給料段。其溫度一般應設定在170℃-180℃，依據(jù)擠出機剪切性能和擠出量大小而定，確保顯示溫度≤185℃。這是因為計量段內部剪切熱很大，容易造成熔體升溫，而過高的熔體溫度會加速PVC分解，形成制品發(fā)黃、變色線、發(fā)泡等影響制品質量的情況。
當擠出量過小，顯示溫度過低時，可視情況適時提高螺筒、螺桿設定溫度或給料速度以增加剪切。例如，在擠出機生產(chǎn)小規(guī)格制品時，擠出量較低，導致剪切熱過少，計量段顯示溫度低于 180℃時，就需要采取相應措施來保證物料溫度處于理想?yún)^(qū)域。相反，如果擠出速度增加，會帶來計量段剪切摩擦熱的大量增加，使顯示溫度不受控，往往高于設定溫度，導致擠出制品局部過熱、分解。此時可通過降低螺桿設定溫度、適當降低給料速度或降低擠出速度與給料速度比等方法來有效降低計量段顯示溫度。
3.5 模具及口模溫度設定
擠出模具模體段溫度設定主要是為防止熔體在模體內降溫，一般設定在185℃左右，大部分產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，溫度設置在這區(qū)間都沒問題。如個別產(chǎn)品（波紋管）比這要高，達到190℃。這樣的溫度設定可以保證熔體在模具內保持良好的流動性，為制品成型提供有利條件。
口模段溫度一般在190℃-210℃，視產(chǎn)品擠出時表面光亮度與擠出壓力大小而定。升高口模的溫度，能適當提高產(chǎn)品的表面光亮度，也能一定程度地降低擠出機的內部壓力，減少內部摩擦剪切熱的產(chǎn)生。當擠出制品輕微塑化不良時，可以通過適當提高口模溫度來解決，但當出現(xiàn)嚴重塑化不良時，過度依賴提高口模溫度來解決是不當?shù)�，此時需要通過螺筒各段的溫度綜合調節(jié)來解決。例如，當表面溫度過高，熔體從口模擠出會發(fā)生不均勻膨脹，同時也會因熔體壓力的降低而改變設備內部的摩擦和剪切程度，反而加劇物料的塑化不良。
四、工藝溫度的優(yōu)化機理
4.1 加熱段職能與熱源
在PVC-U擠出生產(chǎn)中，運用錐形雙螺桿擠出機，整個過程大致可分為加溫、恒溫、保溫等三個區(qū)域。加溫與恒溫主要在擠出機內，以排氣孔為界，劃分為兩個相對獨立又相互關聯(lián)的部分，保溫區(qū)過程由合流芯、擠出模體及擠出口模等部分構成。
PVC-U擠出過程中有兩種熱源，一種是電加熱器提供的外熱，另一種是由雙螺桿對PVC-U物料進行剪切、壓延和摩擦作用，以及PVC-U自身分子間的摩擦作用所產(chǎn)生的內熱。這兩種熱源在擠出的不同階段發(fā)揮著不同的作用。溫控裝置控制的僅是外熱。沒有內熱存在的擠出機頭、口模部分的溫度一般都容易控制，但部分參數(shù)設計超常規(guī)的擠出模具，也會產(chǎn)生內熱；有內熱存在，剪切作用較強，但尚未超越物料塑化需求的壓縮段和主要為排氣服務的熔融段，相對亦比較穩(wěn)定，也較易控制。然而，剪切相對比較薄弱，主要依賴外加熱，但外加熱難以滿足物料塑化需求的給料段（外加熱功率配置較低的擠出機尤為突出）；剪切熱已超越物料塑化需求的計量段往往也不受溫控裝置的控制。因此，在整個擠出過程的溫度控制中，給料段、計量段是溫度控制的重點和難點。
例如，在一些外加熱功率配置較低的擠出機中，給料段的外熱難以滿足物料塑化需求，導致物料塑化不良，影響產(chǎn)品質量。而在計量段，若剪切熱過大，又容易造成熔體升溫，加速PVC分解，出現(xiàn)制品發(fā)黃、變色線、發(fā)泡等問題。
4.2 各段溫度設置機理
給料段溫度：給料段是電加熱器傳遞熱給螺筒，顯示的溫度是該段螺筒的溫度，并非物料溫度，物料溫度往往遠遠低于顯示溫度。當物料通過給料螺桿剛進入擠出機時，溫度僅有30℃- 40℃左右，而螺桿產(chǎn)生的剪切熱帶來的物料溫升距塑化（玻璃化）溫度亦有很大的差距。物料經(jīng)由壓縮段，將通過排氣孔，需要物料在加溫區(qū)域完成由玻璃態(tài)向粘流態(tài)的轉化過程，要求基本呈“橘皮狀”，沒有粉狀物質存在，并緊緊包覆于螺槽表面，方不至被真空從排氣孔抽出或堵塞排氣孔。因此，給料段的職能是重在外加熱，設定溫度應盡量高一些，以便電加熱圈給物料提供足夠的外熱。一般來說，給料段顯示溫度應在185℃以上。
雖然給料段設定溫度低一些，比如溫度設定為170℃左右甚至更低，也能生產(chǎn)出內在質量達標的產(chǎn)品，但由于供給的外熱比較少，過多依賴剪切熱來提升熔體溫度，會對螺筒的磨損加大，影響擠出機螺桿螺筒的使用壽命。有數(shù)據(jù)顯示，在一些擠出設備中，僅經(jīng)過一兩年（有的甚至不到一年）使用，螺筒就會發(fā)生嚴重磨損，磨損大多集中在壓縮比比較大的雙頭螺紋過后的第一道單頭螺紋或第二道單頭螺紋部位以及計量段等較寬的工作區(qū)域，最大磨損量達2mm-3mm。這時候擠出生產(chǎn)會出現(xiàn)黃線，如對間隙進行調整，又會因螺桿與螺筒局部尖點摩擦，制品出現(xiàn)黑線和設備發(fā)出異常響聲，無法正常工作，只得更換螺筒與螺桿。
壓縮段溫度：物料進入剪切作用較大的壓縮段，在螺桿剪切力作用下，升溫較快。設定溫度高一些，有助于降低物料粘度，加快流動性，同給料段一樣，可以減少剪切熱的危害。例如，在穿線管生產(chǎn)中，該段溫度超過180℃，達到了190℃-195℃，有利于物料的進一步塑化和流動。
熔融段溫度：熔融段的物料基本熔化，因螺槽容積的變化（一般壓縮比小于1），熔壓驟然降低，可以發(fā)揮充分恒溫和排氣的職能。設定溫度和壓縮段保持一致或略高，有助于防止熔體降溫，因熔體壓力的降低會使熔體溫度也呈下降的趨勢。在實際生產(chǎn)中，排水管生產(chǎn)的熔融段溫度大致在180℃左右。
計量段溫度：計量段顯示的溫度不是物料溫度，僅是物料在剪切熱作用下傳遞給螺筒的溫度，物料溫度往往高于顯示溫度。設定溫度的目的不是為了提供外熱，而主要是為了及時停止外加熱，并利用螺筒冷卻裝置和螺桿油溫度的適當調節(jié)來轉移多余的熱量，防止物料分解。設定溫度不宜過高，以顯示溫度≤185℃為宜。當擠出量過小，顯示溫度過低時，又可視情況適時提高螺筒、螺桿設定溫度或給料速度以增加剪切。
合流芯及擠出模體溫度：熔體進入合流芯，已完全呈熔體狀態(tài)，并開始由變速變壓的螺旋運動轉變?yōu)閯蛩僦本�運動，并通過口模建立熔體壓力，使溫度、粘度和流動速度更趨均勻，為制品成型做最后的準備。由于改變運動方向，建立熔體壓力需犧牲一定的能量為代價，同時該區(qū)域由剪切作用產(chǎn)生的內熱已不復存在。因此溫度設定宜高一些，以減緩物料的熱損失。但行業(yè)中對合流芯溫度設定的意見分歧較大，有人主張將合流芯溫度設定在165℃ -175℃之間，認為提高合流芯設定溫度，會導致主機功率和型坯熔壓降低，從而影響擠出制品的理化性能。然而，實際情況是，提供或輸出熱量與否并不完全由設定溫度高低來決定，主要和加熱對象的實際溫度和設定溫度的差值有關。當設定溫度低于合流芯部位熔體實際溫度時，其熔體不僅得不到外熱，反而會處于完全散熱狀態(tài)，表面熔體流動速度則會減慢，與芯部熔體發(fā)生不均衡流動，影響口模擠出制品成型質量。
口模溫度：口模設定溫度主要是為成型和調整流速及表面光亮度服務的。由于熔體進入口模，在分流錐導向下，已由圓柱體轉化為呈產(chǎn)品需要形狀的薄壁熔體，依靠外加熱，也可以將型坯熔體溫度均勻提升到最佳塑化度區(qū)域。因此，口模溫度直接關系到產(chǎn)品的外在成型質量。當擠出制品輕微塑化不良時，可以通過適當提高口模溫度來解決。但當擠出制品出現(xiàn)嚴重塑化不良時，過度依賴提高口模溫度來解決是不當?shù)�，會因表面溫度過高，熔體從口模擠出，發(fā)生不均勻膨脹，同時也會因熔體壓力的降低而改變設備內部的摩擦和剪切程度，反而加劇物料的塑化不良，這時候還是要通過螺筒各段的溫度綜合調節(jié)來解決。
螺桿溫度：螺桿溫度的控制一般有兩種裝置，一種是螺桿自調溫，利用熱管對流原理，實施熱量在螺桿內部的均衡交換，不用外加能量，但換熱效率較低，我國目前在55型以下的錐形雙螺桿擠出機大致都是這種配置；另一種是外加熱與冷卻裝置，通過外加能量調節(jié)螺桿加熱區(qū)和恒溫區(qū)的溫度。螺桿溫度的設定，主要依據(jù)加溫區(qū)和恒溫區(qū)的設定與顯示的溫差來確定，其主要職能是輔助給料段加溫或為計量段降溫，平衡兩者的溫差。
五、超負荷擠出與溫度控制
5.1 超負荷擠出問題
在PVC擠出生產(chǎn)中，若不適當?shù)靥岣邤D出效率，會引發(fā)一系列問題。正常的工藝溫度優(yōu)化思路是建立在正常擠出條件下，以顯示溫度處于受控狀態(tài)為基準的。而超負荷擠出時，給料段所供熱量難以滿足物料塑化所需熱量需求，顯示溫度不受控，往往低于設定溫度。例如，當擠出效率大幅提高時，物料至排氣孔未能良好塑化，仍有部分粉料，會被真空從排氣孔抽走。
這種現(xiàn)象在給料段螺桿剪切熱或外加熱功率配置偏低的擠出機上尤為突出。隨著擠出效率提高的幅度增大，設定溫度與顯示溫度的溫差越大，產(chǎn)生的不良后果越嚴重。而且，這種熱量失衡不僅影響給料段，對計量段的危害更大。計量段總熱量本來就超越熔體恒溫所需熱量的需求，擠出速度的增加會帶來計量段剪切摩擦熱的大量增加，使顯示溫度不受控，往往高于設定溫度，導致擠出制品局部過熱、分解。例如，在一些高速擠出的生產(chǎn)線上，經(jīng)常會出現(xiàn)制品發(fā)黃、變色線、發(fā)泡等質量問題，這就是計量段溫度過高導致PVC分解的表現(xiàn)。
目前我國生產(chǎn)的擠出機在給料段熱量匹配上采取了一些措施，如提高加熱圈功率，像65/132型錐形雙螺桿擠出機給料段功率配置已達9kW；改革螺桿螺紋結構，在給料段或壓縮段雙頭螺紋后設置一單頭螺紋，有效提高螺槽的壓縮比。但即便如此，計量段剪切熱過剩的問題依然制約著擠出效率的提高。
5.2 溫度控制對策
當出現(xiàn)顯示溫度不受設定溫度控制的情況時，需要采取相應措施來有效降低計量段顯示溫度�？梢越档吐輻U設定溫度。螺桿溫度的控制一般有螺桿自調溫（利用熱管對流原理，實施熱量在螺桿內部的均衡交換，但換熱效率較低，我國55型以下的錐形雙螺桿擠出機大致采用這種配置）和外加熱與冷卻裝置（通過外加能量調節(jié)螺桿加熱區(qū)和恒溫區(qū)的溫度）兩種方式。通過油冷卻的方法降低螺桿設定溫度，可以轉移計量段多余的剪切熱。不過，降低螺桿設定溫度也會降低給料段物料溫度。當擠出機給料段配置加熱圈功率較低時，需要兼顧給料段控溫度的需要，避免顧此失彼。
適當降低給料速度也是一種有效的方法。在擠出機螺桿轉速一定條件下，提高或降低給料速度是調整剪切熱的有效手段。降低給料速度可以減少剪切熱，但同樣會降低給料段物料溫度。給料段與計量段物料對剪切熱的需要是互為矛盾的，所以當擠出機給料段配置加熱圈功率較低時，降低給料速度也要兼顧給料段溫度控制的需要。過度降低給料速度，導致計量段熔體不能完整包裹螺槽，會加大螺綾與螺筒的磨損，出現(xiàn)所謂的“掃樘”（即螺桿螺筒的中間部分過度磨損）癥狀。
另外，還可以適當降低擠出速度與給料速度比。給料速度和擠出速度同是和擠出量有關的概念，但各自有不同的職能。給料速度宜與外供熱相協(xié)調，以調整剪切熱大小與物料塑化程度；擠出速度宜與牽引速度相協(xié)調，以調整擠出量和壁厚。當采用給料速度調整計量段顯示溫度，無法兼顧給料段顯示溫度時，降低擠出速度與給料速度比是必要的。這樣一方面可以減少計量段熔體的剪切熱，另一方面可以延長物料在給料段的停留時間，有利于物料塑化。
需要指出的是，降低計量段設定溫度主要是控制剪切熱，防止物料降解，并非設置溫度越低越好。當加熱圈已停止加熱，冷卻裝置不停頓工作，這種情況下溫度設定得再低也沒有意義。當計量段顯示溫度雖然高于設定溫度，但在185℃區(qū)間，仍屬正常范圍，不必要調整。在擠出機生產(chǎn)小規(guī)格制品時，擠出量較低，導致剪切熱過少，計量段顯示溫度低于180℃時，還需根據(jù)情況，適時提高螺筒、螺桿設定溫度或給料速度，以保持物料溫度始終在理想的溫度區(qū)域運行。提高給料速度也是有限度的。當給料量大于給料段螺槽容積時，會出現(xiàn)加料孔“冒料”現(xiàn)象，使原料直接從加料口溢出，既污染環(huán)境又浪費原材料；當給料段螺槽容積大于熔融段容積時，會出現(xiàn)真空孔“冒料”現(xiàn)象，從而堵塞真空排氣管路，造成無法排氣，影響產(chǎn)品質量而無法正常生產(chǎn)。
六、設備與電器故障處理
6.1 螺筒螺桿磨損影響
在PVC擠出生產(chǎn)中，擠出機螺筒與螺桿嚴重磨損是常見問題，會帶來徑向間隙加大的情況，導致物料在擠出過程中出現(xiàn)不規(guī)則流動。以螺桿結構為2-2-1-3-3頭數(shù)的擠出機為例，當物料由給料段雙頭螺槽并聯(lián)運動至第一個單頭螺槽開始串聯(lián)運動時，壓力驟升；然后又由單頭螺槽串聯(lián)運動至雙頭螺槽開始并聯(lián)運動，壓力驟降，再次進入單頭螺槽時壓力又驟升。當?shù)谝�、二個單頭螺綾和對應部位的螺筒在剪切作用下磨損，部分物料可能從單頭螺槽向前面的雙頭螺槽泄漏，發(fā)生逆向流動，也可能向后面的三頭螺槽泄漏，發(fā)生正向流動；熔體由熔融段三頭較大螺槽向計量段三頭較小螺槽容積流動時，若計量段螺綾和對應部位的螺筒磨損，部分熔體可能由計量段螺槽向熔融段螺槽泄漏，發(fā)生逆向流動。
物料或熔體的這種不規(guī)則流動，尤其是逆向流動，會使物料在機內停留時間延長，導致“過塑化”和局部降解，制品沿軸向會出現(xiàn)“黃線”。一些操作人員會采取降低設定溫度、提高物料粘度的方法來減少逆流，維持生產(chǎn)，這就是所謂“超低溫工藝”的最初原因。然而，這種工藝會使熔體溫度過低，塑化不均衡，難以保證擠出制品的質量。例如，實際生產(chǎn)中，部分螺筒螺桿磨損嚴重的設備采用“超低溫工藝”后，制品的強度和韌性明顯下降，廢品率顯著提高。據(jù)統(tǒng)計，在采用“超低溫工藝”的生產(chǎn)線上，廢品率較正常工藝提高了15%-20%。
6.2 螺桿加工裝配問題
螺桿加工、裝配不當會導致兩螺桿軸向最小間隙偏小。一般來說，擠出機兩螺桿軸向單向設計間隙在2mm以上，但由于加工偏差，不少螺桿的實際串動量僅有1mm左右，即螺桿各功能段每邊軸向最小間隙僅能保證0.5mm。如果在裝配過程中不精心控制和調整，某功能段最小軸向間隙可能會小至0.2mm左右，甚至出現(xiàn)直接碰撞打架的現(xiàn)象。擠出機工作一段時間后，若推力軸承磨損，也會使螺桿軸向串動，導致軸向間隙變化，因為兩盤推力軸承的磨損程度不可能完全一樣。
這種情況下，擠出生產(chǎn)過程會發(fā)生局部過熱。一些操作人員會采用提高設定溫度、降低物料粘度、增強物料流動性的方法來勉強維持生產(chǎn)，這就是“超高溫工藝”的最初原因。但溫度過高會帶來諸多問題，不僅會影響產(chǎn)品的內外質量和色澤，還會因物料的局部分解導致氯化氫析出。對于添加了群青的制品，氯化氫會與群青發(fā)生反應，致使制品鉛污染變色。氯化氫有超強的吸水性，與水結合形成鹽酸，對設備和模具有強烈的腐蝕作用。例如，在拆開因糊料的模具時，掏出的黑色糊料塊放置一段時間后，表面會出現(xiàn)類似水珠的東西，其實就是氯化氫吸收空氣中的水分形成的鹽酸小顆粒。實際生產(chǎn)中，采用“超高溫工藝”的設備，模具的使用壽命明顯縮短，維修成本大幅增加。據(jù)估算，模具的維修成本較正常工藝提高了30%-40%。
6.3 電氣儀表故障處理
電氣儀表故障會使顯示溫度處于失控狀態(tài)，主要有以下幾種情況。
熱電偶故障可分為兩種。第一種是未安裝到位，或安裝孔內存在雜物及熱電偶線路輕微短路，導致不能如實傳遞螺筒溫度，顯示溫度往往低于設定溫度，造成不間斷加熱，使物料實際溫度偏高甚至糊料。第二種是熱電偶斷路（開路），此時顯示溫度會到刻度滿度或者直接顯示斷偶，致使加熱控制器停止輸出加熱指令，加熱器因接觸器斷開而停止加熱，物料會因無外熱加溫而無法繼續(xù)生產(chǎn)。在螺筒給料段和模具及合流芯上出現(xiàn)斷偶情況，危害尤為明顯。例如，在某生產(chǎn)線的給料段熱電偶斷路后，導致物料無法正常塑化，生產(chǎn)線停產(chǎn)數(shù)小時進行維修。
電加熱器線圈部分或者與導線連接處因接觸不良而發(fā)熱燒毀，會使加熱器實際功率變小或直接到零功率，顯示溫度偏低。給料段外加熱圈啟閉頻繁甚至長期工作，這種現(xiàn)象常常發(fā)生；模具段則因經(jīng)常拆裝，接線不良的情況較多。例如，某模具在多次拆裝后，電加熱器與導線連接處接觸不良，導致模具溫度無法達到設定值，制品表面出現(xiàn)明顯的瑕疵。
交流接觸器因開啟頻繁，每次開閉產(chǎn)生的弧光溫度很高，可能會引發(fā)觸點表面融化，發(fā)生離合器粘結，導致電加熱器不間斷工作，顯示溫度偏高；長時間的反復粘連、機械力脫開、再粘連會逐漸燒毀觸點，造成斷路，使加熱器無法工作，顯示溫度低于設定溫度。據(jù)統(tǒng)計，在交流接觸器頻繁開啟的設備中，每年因接觸器故障導致的停機維修次數(shù)達到5-8次。
加熱主線路保險開路或斷路器跳閘，大部分是因后面線路或加熱器短路產(chǎn)生瞬時大電流造成。此時雖然加熱指示燈亮，顯示加熱，但儀表顯示數(shù)字或指針不漲反降，指示溫度越來越低。
加熱圈安裝不當，與螺筒或口模接觸不緊密、存在間隙，會使加熱圈的熱量散失，無法傳遞給螺筒或口模，加熱圈不停頓工作，顯示溫度依然偏低，影響物料塑化，還可能燒毀加熱器。例如，某設備因加熱圈安裝不當，導致加熱圈燒毀，更換加熱圈的成本以及停機造成的損失較大。
真空排氣不良，如真空度過低或出現(xiàn)冒料堵塞排氣孔，會致使物料夾帶空氣或揮發(fā)物，不僅影響物料塑化，還會使制品出現(xiàn)發(fā)泡。螺桿溫度不正常也分兩種情況。第一種是油路堵塞，螺桿內不通油，此時螺桿油溫顯示往往很低，造成螺桿無法實施定向調溫職能，導致給料段顯示溫度偏低，計量段顯示溫度跑高失控。第二種是水路堵塞，會使油路帶出來的熱無法散發(fā)，造成高溫油箱溫度逐步升高，無法控制，最終喪失散熱調溫功能。例如，某生產(chǎn)線因油路堵塞，導致螺桿溫度失控，制品出現(xiàn)嚴重的質量問題，廢品率高達30%以上。因此，要實施擠出工藝溫度的優(yōu)化設定和控制，必須保證擠出機和溫控系統(tǒng)的工作質量，及時處理電氣儀表故障，確保生產(chǎn)的正常進行。
七、原料配方與捏合工藝
7.1 原料質量與選擇
在PVC擠出工藝中，原料質量與選擇對最終產(chǎn)品的質量起著至關重要的作用。PVC樹脂作為主要原料，其分子量的高低直接影響熔體的塑化度。分子量低的樹脂比分子量高的樹脂具有較高的塑化度。如果原料選用混雜或本身存在質量問題，導致分子量分布區(qū)域過寬，將會對PVC-U的擠出生產(chǎn)產(chǎn)生致命影響。
例如，在實際生產(chǎn)中，部分廠家因使用了分子量分布不穩(wěn)定的PVC樹脂，導致產(chǎn)品在擠出過程中出現(xiàn)塑化不均的現(xiàn)象，嚴重影響了產(chǎn)品的內在性能和外觀質量。為了保證產(chǎn)品質量，許多企業(yè)會根據(jù)生產(chǎn)實際情況和產(chǎn)品需求，精心選擇合適的PVC樹脂。像一些生產(chǎn)擠出產(chǎn)品的企業(yè)，會考慮到生產(chǎn)難度和產(chǎn)品綜合性能兩方面因素，采用疏松型SG5（分子量1000-1100）PVC樹脂，以確保產(chǎn)品具有較高的內在性能。而對于注塑產(chǎn)品，大部分企業(yè)會選用疏松型SG8（分子量650-750）PVC樹脂及少量疏松型SG7（分子量750-850）PVC樹脂，這樣既能兼顧產(chǎn)品的內在性能，又能滿足加工工藝性的要求。
除了PVC樹脂，其他添加劑的質量和選擇也不容忽視。熱穩(wěn)定劑能夠改善PVC樹脂的熱穩(wěn)定性，防止其在加工過程中過早降解�？箾_擊改性劑如CPE可以提高產(chǎn)品的抗沖擊性能，但不同類型和質量的CPE對產(chǎn)品性能的影響也有所不同。因此，在選擇添加劑時，需要綜合考慮其性能、與PVC樹脂的相容性以及成本等因素。
7.2 配方設計要點
配方設計是PVC制品生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，它直接關系到產(chǎn)品的性能和質量。在配方設計中，加工助劑與潤滑劑的選擇配搭以及加入量的確定是關鍵要點。加工助劑能夠改善PVC的加工性能，提高塑化質量；潤滑劑則可以降低物料與設備之間的摩擦，減少剪切熱的產(chǎn)生，防止物料過熱分解。
如果加工助劑與潤滑劑選擇配搭不當，或者加入的量不合適，將會致使物料塑化提前或推后。例如，潤滑劑加入量過多，會導致物料在擠出過程中流動性過強，難以形成穩(wěn)定的形狀；而加入量過少，則會增加物料與設備之間的摩擦，導致物料過熱分解，影響產(chǎn)品質量。配方中填充劑的多少也直接影響制品內在的各項理化性能指標。適量的填充劑可以降低成本，提高產(chǎn)品的硬度和剛性，但過量使用會降低產(chǎn)品的韌性和抗沖擊性能。
為了確保配方的有效性和適宜性，企業(yè)通常會在大量試驗的基礎上進行配方設計，并經(jīng)過試生產(chǎn)來驗證配方的可行性。在生產(chǎn)過程中，還會安排現(xiàn)場工藝人員根據(jù)實際情況隨時對配方進行微調，同時對配方工序的工作質量進行檢查。例如，在某企業(yè)的生產(chǎn)中，通過不斷調整配方中加工助劑和潤滑劑的比例，成功解決了產(chǎn)品表面粗糙和塑化不良的問題，提高了產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)效率。
PVC潤滑劑配方優(yōu)化的關鍵因素及案例分享
7.3 捏合工藝控制
捏合工藝對混合料的凝膠化程度和擠出制品的塑化度有著緊密的關聯(lián)，因此對捏合工藝的控制至關重要。捏合出料溫度的設定、熱混（攪）溫度、捏合時間以及冷混（攪）出料溫度等因素都會影響混合料的質量。
如果捏合出料溫度設定不當，熱混（攪）溫度過高或過低，捏合時間過長或過短，冷混（攪）出料溫度過高，都可能導致混合料質量下降。例如，出料時間過短時，會發(fā)生物料組分分散不勻的情況。為了解決這個問題，可以適當增加熱放料的溫度，或者改連續(xù)混料為間歇式混料，延長混料時間，以保證正常出料。在實際生產(chǎn)中，一些企業(yè)會根據(jù)混料鍋的使用情況和出料時間的變化，靈活調整捏合工藝參數(shù)，確保混合料的質量穩(wěn)定。
捏合設備的狀態(tài)也會對捏合工藝產(chǎn)生影響。隨著捏合機長期工作，漿葉會發(fā)生磨損。對于采用自摩擦生熱型的捏合設備，漿葉的磨損會延長每鍋料的混料時間。當達到出料溫度所需的時間過長時，會發(fā)生物料局部過熱分解的現(xiàn)象，此時應及時更換漿葉。每次混料前應認真檢查熱電偶，防止其被物料包裹或線路出現(xiàn)短路、斷路等情況，導致不反映真實溫度，造成長時間捏合導致糊料。在混料過程中，還需要密切注視熱混（捏合）鍋或冷混鍋出料閥門是否泄漏，避免局部物料組分分散不勻、溫度冷卻不均等現(xiàn)象發(fā)生。特別是捏合（熱混）鍋，如發(fā)生放料門泄露，嚴重時會直接將溫度未捏合到位的料慢慢漏入冷攪鍋，使擠出過程無法正常進行。每次混料后，應檢查混料機內是否有余料粘附鍋壁和排氣袋堵塞現(xiàn)象，并及時處理，以杜絕各類影響混合料質量的因素。
PVC擠出機如何確保物料混合均勻？
八、總結
8.1 工藝溫度優(yōu)化成果
工藝溫度優(yōu)化在PVC擠出生產(chǎn)中取得了顯著的成果。在工藝溫度的設定和控制方面，以PVC-U熔體塑化度60%-65%為基準，將螺筒熔體溫度控制在180℃～185℃之間，口模溫度控制在190-210℃之間。這一設定使得熔體能夠在達到最佳塑化度的瞬間從口模擠出，有效避免了物料因過熱時間過長而分解，保證了制品的質量。例如，在實際生產(chǎn)中，按照這一溫度控制標準，產(chǎn)品的物理性能和外觀質量都得到了明顯提升，減少了因物料分解導致的發(fā)黃、變色線、發(fā)泡等問題。
【實用】PVC制品生產(chǎn)工藝——塑化度詳解
適當提高給料段設定溫度是工藝溫度優(yōu)化的重要舉措。提高給料段溫度可以為物料提供充分的外熱，確保物料良好塑化。還能有效降低計量段設定溫度與顯示溫度的溫差，減緩剪切作用對擠出機螺筒與螺桿的磨損。實踐證明，在給料、擠出速度和計量段設定溫度不變的前提下，適當提高給料段的設定溫度，可使計量段顯示溫度與設定溫度的溫差明顯減小。以某公司的生產(chǎn)為例，原本因給料段溫度設定過低，螺筒在一兩年內就出現(xiàn)嚴重磨損，最大磨損量達2mm-3mm，而采用提高給料段溫度的優(yōu)化工藝后，螺筒和螺桿的使用壽命得到了顯著延長。
在擠出速度一定的條件下，給料速度成為調控剪切熱的有效手段。當通過減少給料速度來調整計量段設定溫度和顯示溫度的溫差時，如果導致給料段設定溫度和顯示溫度的溫差更大，此時降低擠出速度，延長物料在給料段的停留時間，能夠促進物料吸收外加熱，實現(xiàn)良好塑化。在實際生產(chǎn)中，對于一些擠出機給料段熱量匹配不足的情況，通過合理調整給料速度和擠出速度的比例，成功解決了物料塑化不良的問題，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。
合流芯設定溫度以確保熔體截面溫度均衡、一致為依據(jù)。設定溫度過低會使熔體表面流動速度過慢，影響口模擠出制品的成型質量；設定溫度過高則會使熔體表面流動速度過快，同樣不利于成型。通過優(yōu)化合流芯設定溫度，使得熔體在合流芯及模體中的流動更加均勻，提高了制品的成型精度和質量穩(wěn)定性。例如，在某產(chǎn)品的生產(chǎn)中，將合流芯溫度設定在合適的范圍后，制品的表面光潔度和尺寸精度都得到了明顯改善。
更換螺筒與螺桿時嚴格檢查與調整螺桿各段軸向間隙，以及擠出機工作一定時間后及時調整螺桿與螺筒徑向間隙，對于延長設備的工作壽命起到了重要作用。避免了因間隙過小導致物料或熔體局部過熱的問題，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。例如，某企業(yè)通過定期檢查和調整螺桿與螺筒的間隙，使得設備的維修頻率降低，生產(chǎn)效率得到了提高。
優(yōu)化擠出工藝溫度實現(xiàn)了不同規(guī)格、剪切性能的擠出機在不同擠出量條件下，只要顯示溫度處于可控狀態(tài)，都能在同一工藝溫度下擠出。這一成果帶來了多方面的效益，包括提高制品質量、減緩擠出機磨損、延長設備工作壽命、降低成本、方便管理以及及時發(fā)現(xiàn)和有效處理故障等。
8.2 未來研究方向
盡管工藝溫度優(yōu)化已經(jīng)取得了一定的成果，但仍有許多方面值得進一步研究和探索。在工藝溫度的精確控制方面，雖然目前已經(jīng)能夠將螺筒熔體溫度和口模溫度控制在一定范圍內，但對于溫度的精確測量和調控仍存在一定的誤差。未來可以研究更加先進的溫度測量技術和控制算法，提高溫度控制的精度和穩(wěn)定性。例如，開發(fā)高精度的熱電偶傳感器和智能溫控系統(tǒng)，能夠實時監(jiān)測和調整熔體溫度，確保產(chǎn)品質量的一致性。
對于不同配方和原料的工藝溫度適應性研究也是未來的一個重要方向。隨著市場需求的不斷變化，PVC制品的配方和原料也在不斷更新。不同的配方和原料對工藝溫度的要求可能會有所不同，因此需要深入研究它們之間的關系，制定更加個性化的工藝溫度方案。例如，研究新型添加劑對PVC熔體塑化性能和熱穩(wěn)定性的影響，以及如何根據(jù)這些影響調整工藝溫度，以實現(xiàn)最佳的生產(chǎn)效果。
在節(jié)能降耗方面，雖然優(yōu)化工藝溫度已經(jīng)在一定程度上減少了能源的消耗，但仍有很大的提升空間。未來可以研究如何進一步降低擠出過程中的能量損耗，提高能源利用效率。例如，開發(fā)高效的加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，采用節(jié)能型的電機和控制系統(tǒng)，減少設備的能耗。還可以研究如何利用余熱回收技術，將擠出過程中產(chǎn)生的熱量進行回收和再利用，降低生產(chǎn)成本。
隨著智能制造技術的發(fā)展，將智能化應用于PVC擠出工藝溫度控制也是未來的一個趨勢�？梢越⒒诖髷�(shù)據(jù)和人工智能的工藝溫度控制系統(tǒng)，通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時分析和處理，實現(xiàn)工藝溫度的自動優(yōu)化和調整。例如，利用機器學習算法預測不同工藝條件下的熔體溫度和產(chǎn)品質量，提前調整工藝參數(shù)，提高生產(chǎn)的自動化水平和智能化程度。
對于擠出機設備的改進和創(chuàng)新也是未來研究的重點。可以研發(fā)更加先進的螺桿結構和加熱系統(tǒng)，提高物料的塑化效果和溫度控制的均勻性。例如，設計新型的螺桿螺紋形狀和螺槽結構，增加物料的剪切和混合效果，同時優(yōu)化加熱圈的分布和功率配置，提高加熱效率和溫度控制的精度。還可以研究如何提高擠出機的穩(wěn)定性和可靠性，減少設備故障的發(fā)生，提高生產(chǎn)效率。
YJPEPE --- 2025-07-27 09:04:32
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