螺杆组合对AS挤出工艺的影响

  • 发布日期:2016-07-12
  • 摘要:

     苯乙烯-丙稀腈共聚物(AS)是一种通用型苯乙烯树脂,玻纤增强苯乙烯-丙烯腈共聚物因有良好的加工性能、尺寸稳定性和机械强度在家用电气领域有着广泛应用。

     与单螺杆挤出机相比同向啮合双螺杆挤出机具有加料容易、物料在挤出机中停留时间短、混合和塑化效果优异、排气性能好、比功率消耗较低、容积效率高等有点,因而被广泛应用于聚合物的改性共混、填充、玻纤增强和反映挤出等。同向啮合双螺杆挤出机的螺杆元件采用组合式设计,由多种类型、不同长度的螺杆元件有序地排列组合,因而可以根据加工物料及加工工艺的不同,选择相应的螺杆组合,改变物料在挤出机中的停留时间和所受的切应力,使所加工的材料及加工工艺的不同,选择相适应的螺杆组合,改变物料在挤出机中停留时间和所受的切应力,使所加工的材料达到最佳的综合性能。本工作对同向啮合双螺杆挤出机的螺杆元件进行优化组合,分析了螺杆组合对玻纤增强AS力学性能的影响。
    1 实验部分
    1.1原料
     AS树脂:783,日本旭化成工业株式会社;无碱玻璃纤维;T635B,泰山玻璃纤维有限公司;其他助剂,市售。
    1.2实验设备
     同向霜落共计成交:TSE-75D、600-250-36,塑料注塑成型机;CPC-2高速混色机,WSQB-200,数字式电热恒温干燥箱;101-1A电子式万能试验机;CMT4104。悬臂梁口冲击试验机;XJU-55,ML-10
    1.3性能测试
     拉伸强度:按照ASTM  D638-1999测试;弯曲强度;按照ASTM D790-1999测试;缺口冲击强度;按照ASTM D256-1997测试。
    螺杆组合、挤出工艺情况
      
      由表2看出:采用1#螺杆生产的材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都较低,很大程度上限制了材料的应用,为此在保证配方、生产工艺等一致的情况下,对1#螺杆组合方式进行改进。提高玻纤在基体中的分散性,可有效改善玻纤增强树脂的力学性能,此次改进方向为在剪切段加强玻纤的分散。
    1.4实验方法
     为保证实验结果的可比较性,固定实验配方为:AS树脂250kg,玻纤质量分数20%,其他助剂适量;固定工艺条件为;挤出温度205-260°C,螺杆转速400r/min,注塑温度210°C。在此基础上改变螺杆组合进行挤出造粒,料粒烘干后注塑标准试样,进行力学性能检测。
    2结果与讨论
    2.1不同螺杆组合对玻纤增强AS力学性能的影响
     表1列出1#-3#螺杆组合方式、螺杆总长度及挤出工艺情况。表2为1#-3#螺杆组合对玻纤增强AS力学性能的影响。
     具体措施为剪切段把1#螺杆的四组捏合块变为连续的两组三连捏合块组,且在反向螺纹元件前增加一组二连捏合块,形成2#螺杆(详细螺杆组合方式见表1)。结果表明:采用2#螺杆生产的材料的性能比采用1#螺杆生产的材料的性能有很大提升。分析原因:1#螺杆的剪切区主要由一组三连捏合块组和三组二连捏合块组构成,并且在三组捏合组中含有剪切能力较弱、分布作用比较强的K45/5/36薄片捏合盘,因此1#螺杆剪切能力较弱,主要以分布混合为主;经调整后的2#螺杆剪切能力增强,且熔体在机筒内的停留时间延长了,物料在2#螺杆中的流量置换作用强于1#螺杆。这些都导致2#螺杆的分散作用得到了明显的加强,避免了玻纤成束或成团地存在于树脂当中,分散更加均匀,从而在一定程度上避免了由于玻纤分散不均匀造成的材料缺陷,材料力学性能得到改善。
     
       采用2#螺杆生产的材料的性能相对采用1#螺杆生产的材料性能有很大提升,但还未达到设计的要求,需对2#螺杆进一步改进。改进方向为提高基体树脂对玻纤的浸润能力,保留合适的玻纤长度。具体的调整为:(1)相对于2#螺杆,熔融俗话段的前段分别引入强捏合块K90/5/56和反向捏合块K45/5/56L。(2)剪切段第二组三连捏合块的排列改为两组二连捏合块组,且相连的捏合块角度均不相同,并在第三组二连捏合块组中引入了K45/5/36L的反向捏合块,形成了3#螺杆。结果表明:采用3#螺杆生产的材料的性能进一步提升。分析如下:熔融塑化段引入强捏合块和反向捏合块,这两种捏合块的强阻流作用,使得树脂在挤出机中的停留时间更长,加上K90/5/56捏合块的强剪切作用使塑化效果明显增强,熔体在玻纤加入之前得到很好的熔融塑化,提高了熔体对玻纤的包覆和浸润,有效提高玻纤与基体之间的结合能力,同时在一定程度上也起到保护玻纤长度的作用(树脂塑化好,熔体流动性增强,通过剪切区域受到的剪切应力也就相应有所降低,玻纤收到的破坏也降低)。不同角度的捏合块相连,加强了熔体的频繁分流及重新定向,从而体现出良好的分布性混合,所以剪切段的组合排列在保证一定粉扫作用的同时提高了分布作用,使分散开的玻纤在熔体中的排布更佳有序,这些都有利于提高材料的力学性能。
    2.2螺杆组合的优化
     采用3#螺杆组合生产的材料的力学性能高,但产能较低及挤出稳定性较差(偶尔出现较长或成团玻纤从口模直接挤出造成断丝)的情况,分析原因为:3#螺杆组合中除保持了与2#螺杆组合数量相当的具有阻流作用的捏合块之外,还分别在熔融段和剪切段加阻流能力很强的反向捏合块,使整套组合的输送能力变小,最终使产能偏低。加之剪切段捏合块的排布使玻纤通过第一、二组捏合块的主要作用在于分布混合,对玻纤长度的改变影响不大;因而仍然存在少量尺寸较长的玻纤难以被浸润而成团外露,影响挤出的稳定性。
     为了改善这种状况,需对3#螺杆组合继续进行改进,主要方向为真正实现集体树脂浸润能力的提高,适当控制玻纤的长度并保证玻纤的分散,提高挤出的稳定性,另外降低阻流作用提高产能。具体调整为把熔融段的反向捏合块移走,把熔融段后段的组合改为一组三连捏合块,抱着的那个物料达到充分熔融效果之后尽量降低阻流作用,降低主机电流;另外对剪切段也做了比较大的调着那个,为了是玻纤从玻纤口进入螺杆之后先得到合适的分散混合的同时加强玻纤分散之后的分布混合(即在保证玻纤平均长度的同事加强玻纤在树脂的浸润性和均一性),所以除了增加了一个K90/5/56捏合块之外,还星辰过了三组三连捏合组(4#螺杆组合方式见表3)。由表3和表4可以看出4#螺杆挤出稳定,塑化效果较好,产量较高,力学性能也保持较好。由此可见熔融短的改进,在保证产能的挤出上也保证了塑化效果;而剪切段的调整,使剪切能力得到了很大的提升,保证玻纤不会因为过长而影响分布。
     
      玻纤增强作用的好坏,与玻纤聚合物中的长度、分散状态或分布均匀性、取向以及被聚合物润湿的均匀性有关。在挤出不同配方的材料时,首先应针对材料的种类及配方进行混合工艺和加工设备方面的研究,其中选用何种螺杆组合是一项重要的研究内容。通过反复试验研究 ,选择与材料的种类、配方、设备的功用、工艺参数相匹配的螺杆组合才能充分发挥材料的性能。由誓言结果可知:4#螺杆组合的塑化段和剪切段组合合理,对AS与玻纤的剪切、分散、浸润效果较好,适合于挤出玻纤增强AS材料.
     
    3结论
    1) 通过实验找到了适合挤出玻纤增强AS的合理的螺杆组合,提高玻纤增强材料的剪切应变,控制玻纤长度,改善玻纤的分散及分布效果,从而提高玻纤增强AS的力学性能,提高了设别的使用效率,降低了制造成本.
    2)挤出机螺杆组合对玻纤增强AS的力学性能影响较大.采用合理的螺杆组合是获得材料最佳综合性能的必要条件.
     

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