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摘要：依据塑料工业发展低耗、高效、环保型“绿色”加工成型技术的重大需求，随着塑料塑化输运方法的不断演变与创新，在塑料动态加工成型方法和设备的基础上提出和研究了基于拉伸流变的塑料加工成型方法和技术，着重讨论了拉伸形变支配的叶片挤压系统中塑料塑化输运过程、叶片挤压系统的技术特征和叶片塑化输运技术的应用。笔者结合的实践经验结论，工给有些要的人参考。
关键词：塑料；技术；生产；挤出。
1.塑料作为一种材料,其用途已渗透到国民济各部门以及人民生活各个领域。随着塑料产量的不断增长及其用途的不断扩大,废弃物也与日俱增。由于其在自然环境或垃圾场中难以降解、腐烂,因此带来严重的污染问题,对生态平衡造成很大的破坏,引起社会极大关注。采用传统焚烧、掩埋等处理技术均存在一定的缺陷,而回利用又存在一定局限性,因而开发环境可接受的降解塑料是解决塑料废弃物处理问题,特别是难于回收利用的一次性用品污染问题的重要途径,成为目前塑料领域的一个热门课题,并获得较快发展。
2.挤出模具的原理
原理是借助与转动的螺杆，并将料斗中粒状的塑料加热然后送入到加热筒中，料筒内的塑料在受到料筒外的电加热和螺杆的剪切摩擦的作用而逐渐熔融塑化成粘流态，因此，塑料还受到螺杆的搅拌而均匀分散，并且不断推向前进，到最后。塑化均匀的熔体通过具有一定现状的挤出模具，并在定型、冷却牵引和切断等一系列的辅助装置作用下，成型为具有一定截面形状的连续成材
3.塑料塑化输运方法的演变与创新
3.1振动剪切形变支配的塑化输运机理
如何提高物料塑化输运过程中的传质传热效率，国内外专家学者普遍都在螺杆结构上做文章，出现了各种各样的新型结构螺杆。笔者等另辟蹊径，在国内外首次提出塑料动态塑化加工方法及原理，使螺杆式加工成型机械的螺杆在转动同时还做轴向周期性振动，塑化输运过程中物料容积发生周期性变化，为物料流动与变形附加了一定程度的拉伸和压缩的交替作用，如图1所示。这种塑化输运机理可定义为基于振动剪切流变的塑化输运机理，或者说是振动剪切形变支配的塑化输运方法。这种新方法与新技术提高了塑化输运过程中的传质传热效率，出现了传统螺杆塑化输运方法与技术所没有的。
3.2基于拉伸流变的塑化输运机理
如上所述，可以用支配物料塑化输运的流场来描述和分析塑料加工成型机理。这里用二板流场模型来描述塑化输运方法的演变与发展，在与速度相同方向出现了一个小的分量，即在流场中出现了少量拉伸流动，这是振动剪切流场中传质传热效率提高的主要原因。实际上，如果让二板流场模型中固定板相对于运动板，倾斜一个角度，便形成了二板收敛剪切流场，速度梯度的拉伸分量还是远小于剪切分量，没有改变剪切形变对流场的支配地位。如果在收敛剪切模型中增加一与运动板垂直并与运动板以相同速度V移动的滑板，演变成容积拉伸流场模型，其中滑板由于固定板倾斜而产生与运动板垂直的滑动速度中由于滑板的作用，收敛流场的容积变小，速度梯度的拉伸分量大于剪切分量，拉伸形变在流场中起了支配作用。可以近似地描述笔者等提出的基于拉伸流变的塑化输运机理与方法。
3.3 VES中塑料塑化输运过程
塑料塑化输运过程包括固体输送、熔融塑化、熔体输送等阶段，这里针对VES建立对应模型，了解其塑化输运机理和特性。
3.3.1固体输送速率在图2中取对应于料斗的VPCU，即第一个VPCU，在截面上建立固体输运模型，大圆代表定子内表面，小圆代表转子外表面，4个叶片沿转子圆周方向均布，填充区域CDEF是一个叶片转一圈输送物料的截面。填充区域的面积为:
3.3.2固体压实与压力
固体颗粒从料斗进入固体输送VPCU后，随着转子转动，两叶片之间容腔中固体颗粒由于转子与定子内腔偏心会产生压力而被压缩密实。在图3中经过一定的近似假设，去除一些次要影响因素，可以建立简化物理模型，求得固体输送VPCU中物料压力为
选择物料为LDPE，对式(4)进行计算，结果如图4所示。由图4可见，固体物料的压力随着φ的减少而升高，并且当φ逼近1时，压力上升幅度很大，并接近于极限值，这时物料的密度接近于单个固体颗粒的密度。由图4还可以得知压力会随着x的增加有小幅度的上升。
4.熔融塑化特征
物料进入第一个VPCU后，叶片和定子内表面会对物料产生很大的压力，两叶片之间容腔中固体颗粒会被压实形成固体塞。由于定子外加热的作用，在定子内表面产生一层较薄熔膜，熔膜受到压力的作用会往固体床内渗透，将固体塞打碎。同时，物料发生塑性形变而产生大量的热能，进一步促进物料熔融，如图5（a） 所示。物料经挤压后进入第二个VPCU扩张区，在第一个VPCU中经受弹性形变的部分颗粒在此扩张区回弹恢复。由于第一个VPCU的4个叶片组成的容腔与第二个VPCU的4个容腔不是一一对应，固体塞和固熔物料同时进入第二个VPCU时，固体塞被进一步分割、打碎，形成富固体悬浮体系，如图5(b)所示。在第二个VPCU的扩张区，高温熔体使固体颗粒熔融，接着在压缩区，固体颗粒料进一步发生塑性变形，产生的塑性耗散会加剧其熔融通过对VES的急冷拆卸实验观察，可以得知LDPE经过5个VPCU就已经全部熔融，如图5所示
5.最低能耗极限
假设VES塑化输运物料在绝热状态下进行，即没有热能向VES外散失。VES塑化输运物料至少需要提供物料压力升高、温度升高和熔融潜热三部分能量，它们的总和被定义为VES的最低能耗极限。
5.1 VES的技术特征
输运特性是挤压系统的重要特性之一。这里选择物料为LDPE和PP，它们的松密度分别为330kg/m3和310kg/m3，固体返料系数分别取0．7和0．55，则转子直径为40mm的VES的理论和实验产量随转速的变化实验和理论表明，VES的产量与转速具有比较好的线性关系，并随着转速的增加而线性上升。LDPE和PP的实际产量都会随着模头压力的上升而下降，其下降幅度定义为漏流系数，LDPE和PP的漏流系数分别为0．19和0．15。VES的产量随着模头压力变化的幅度比较小即具有正位移输运特性。
5.2塑化输运能耗
塑化输运过程的能耗占塑料加工成型总能耗的大部分。因此，降低塑料塑化输运过程的能耗是塑料加工行业节能降耗的关键。VES加工LDPE和PP的实际能耗和理论能耗(最低能耗极限)随转子转速的变化，能耗与转子转速具有比较好的线性关系，并随着转子转速的升高而上升。
5.3制品性能加工
制品的性能是挤压系统优劣的综合体现，也是最终衡量挤压系统的重要技术特征。这里举例说明VES在改善加工制品性能方面的优势。为VES和SES挤出LDPE和PP片材的拉伸强度与挤出产量的关系。图6所示
5.4挤出成型的工艺参考
模头的温度应该在185-205℃，国内的挤出模具的挤出通常速率一般在1.8-3.5min，水箱的负压一般在0.1-0.06Mpa左右。
结束语：塑料作为一种材料,其用途已渗透到国民经济各部门以及人民生活各个领域。随着塑料产量的不断增长及其用途的不断扩大流变的塑料塑化输运技术是在塑料动态加工成型技术基础上发展的又一重大创新成果，是国内外塑料加工成型技术最新研究进展的具体映。新技术及装备与传统塑料加工成型设备相比较，具有加工历程缩短50%以上、加工能耗降低30%左右、混合混炼效果好、制品质量提高、对物料适应性广等优异的技术性能。
参考文献：
【1】宋昭峥，赵密福，中国石油大学重质油国家重点实验室,昌平102249;
【2】张友根，宁波海达塑料机械有限公司
【3】朱圆圆，祁文军，易超10.宁波海达塑料机械有限公司
论文作者:刘炳辉
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/17
标签：塑化论文; 物料论文; 固体论文; 塑料论文; 转子论文; 叶片论文; 压力论文; 《基层建设》2016年31期论文;