摘要：

塑料相關(guān)制品是人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚暮铣刹牧现?，而想要生產(chǎn)出性能優(yōu)良的塑料制品，不僅需要優(yōu)質(zhì)的原材料、先進(jìn)的加工設(shè)備和優(yōu)良的生產(chǎn)工藝，而且各項(xiàng)工藝參數(shù)的選用也非常關(guān)鍵。通常在將原料的物料化學(xué)性能轉(zhuǎn)移至塑料產(chǎn)品的過(guò)程中，為確保其盡可能不被損壞，在不同的生產(chǎn)階段都對(duì)物料的溫度有著較為嚴(yán)格的要求。因此，控制好擠出機(jī)料筒及機(jī)頭各段的溫度對(duì)于提高塑料產(chǎn)品的質(zhì)量、保證產(chǎn)品性能具有積極的意義。基于此點(diǎn)，本文就塑料擠出工藝溫度優(yōu)化的思考與實(shí)踐進(jìn)行淺談。

關(guān)鍵詞：塑料；擠出機(jī)；溫度控制

一、塑料擠出工藝溫度控制的必要性

通常情況下，可擠出的塑料基本都屬于熱塑性塑料，在加熱的過(guò)程中塑料會(huì)熔化成為熔體，擠出后經(jīng)過(guò)定型冷卻成為最終制品。塑料轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w時(shí)的熱量主要是由擠出機(jī)料筒或是機(jī)頭加熱器提供，在這一過(guò)程中，電機(jī)也會(huì)輸入能量，即電機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)螺桿為了克服黏稠熔體的阻力而產(chǎn)生出來(lái)的摩擦熱量。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，熱塑性塑料的降解量與其自身受熱時(shí)間成正比。因而，為了進(jìn)一步提高塑料的擠出質(zhì)量，應(yīng)采取有效地措施降低或消除熔體產(chǎn)生的熱降解，避免熔體在模頭中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。熔體在模頭中的停留時(shí)間，除了與模頭本身的特定設(shè)計(jì)外，與熔體溫度的控制有很大的關(guān)系。

溫度可以影響塑料的熔融過(guò)程和熔體的流動(dòng)性，對(duì)擠出溫度和擠出工藝制品的質(zhì)量有著密切的關(guān)系。溫度過(guò)低，擠出口出料不暢，熔體失去光澤，并出現(xiàn)波紋、不規(guī)則皸裂等現(xiàn)象；另外溫度過(guò)低，使得熔融區(qū)延長(zhǎng)，從均化段出來(lái)的熔體中仍?shī)A雜著固態(tài)物料，這些未熔物料一起成型于制品上，其對(duì)制品的影響就不言而喻了。溫度過(guò)高，熔體的形狀穩(wěn)定性差，收縮率增加，還有可能改變?cè)咸匦?，?dǎo)致成品報(bào)廢。

溫度控制的好壞直接決定了塑料制品的性能，其優(yōu)化的意義可見(jiàn)一斑。

二、塑料擠出工藝溫度優(yōu)化的有效途徑

（一）不同階段物料對(duì)溫度控制的要求

在塑料擠出工藝的溫控研究中，通常會(huì)將粒料在料筒當(dāng)中的運(yùn)動(dòng)、性能、狀態(tài)這三者的變化分為以下三個(gè)階段進(jìn)行研究。

1.物料輸送段（給料段）。粒料首先通過(guò)加料口進(jìn)入到輸送段當(dāng)中，該段基本的任務(wù)是開(kāi)始將粒料壓實(shí)，并向前輸送。該段要產(chǎn)生足夠的推力，機(jī)械剪切并攪拌混合，如溫度過(guò)高，使塑料早期熔融，不但導(dǎo)致擠出過(guò)程中的分解，還會(huì)引起“打滑”，造成擠出壓力波動(dòng)，并因過(guò)早熔融，而導(dǎo)致混合不充分，塑化不均勻。

2.壓縮熔融段。在該段中，螺桿螺槽的深度會(huì)變得越來(lái)越淺，而螺距也會(huì)隨之越變?cè)叫?，物料逐漸被壓得很密實(shí)，同時(shí)，在料筒外熱和螺桿、料筒對(duì)物料的混合、剪切作用所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦熱的作用下，塑料的溫度不斷升高，，固體物料便會(huì)慢慢開(kāi)始融化，在該段結(jié)束全部物料熔融并轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，但此時(shí)各點(diǎn)的溫度未達(dá)到完全統(tǒng)一。

3.均國(guó)際醫(yī)藥衛(wèi)生導(dǎo)報(bào)

化段。該段的主要作用是接受熔融后的物料，并使其溫度、密實(shí)度、粘度、應(yīng)力以及流速等趨于均勻，為物料順利從口模中擠出做準(zhǔn)備。當(dāng)熔融段的物料經(jīng)過(guò)口模后，便會(huì)在牽引裝置的作用下通過(guò)定型裝置，最終獲得精確的截面尺寸和、形狀以及光滑的表面。

（二）溫度優(yōu)化控制措施

1.給料段溫度控制。通常情況下，該段的顯示溫度僅表示電加熱器傳遞給螺筒的溫度，卻并不代表物料的實(shí)際溫度，物料溫度一般都要比這個(gè)溫度低很多。當(dāng)物料剛進(jìn)入到擠出機(jī)當(dāng)中時(shí)，其溫度約為30°左右，而由螺桿產(chǎn)生出來(lái)的剪切熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到這一溫度。為了有效預(yù)防物料在加料口位置處形成架橋或是在機(jī)筒內(nèi)形成粘壁等情況，溫度的設(shè)定值也不宜過(guò)高，應(yīng)當(dāng)盡量控制在顯示溫度為150℃以下為宜。需要闡明一點(diǎn)，給料段的溫度設(shè)定稍低一點(diǎn)時(shí)，如130℃左右，通常也可以生產(chǎn)出質(zhì)量達(dá)標(biāo)的型材，但是因?yàn)橥鉄峁┙o的較少，則需要過(guò)多的剪切熱來(lái)提升熔體的溫度，這樣一來(lái)便會(huì)對(duì)螺筒造成一定的磨損，從而降低擠出機(jī)的使用壽命。

2.壓縮熔融段溫度控制。壓縮段是剪切作用相對(duì)較大的一個(gè)工作階段，當(dāng)物料通過(guò)給料段進(jìn)入該階段后，在螺桿的剪切作用下，其溫度會(huì)快速升高。所以，在這一階段應(yīng)當(dāng)設(shè)定在比給料段高20-40℃的溫度，這樣有助于加快物料的流動(dòng)性，并降低物料的粘度，可以顯著降低剪切熱對(duì)物料造成的危害。

3.均化段溫度控制。當(dāng)物料進(jìn)入到熔融段以后基本都處于完全融化的狀態(tài)，此時(shí)由于螺槽容積發(fā)生變化，從而會(huì)導(dǎo)致熔壓急劇下降。因此，該階段的溫度也應(yīng)當(dāng)盡可能設(shè)定的高一些，與壓縮段保持一致或略高10-20℃，這樣有利于避免熔體溫度降低影響擠出質(zhì)量。

5.口模溫度控制。設(shè)定口模溫度最主要的作用是為物料成型以及調(diào)整流速和壁厚提供服務(wù)。當(dāng)熔體進(jìn)入到口模之后，已經(jīng)形成薄壁熔體，所以僅僅憑借外加熱便可以將熔體的溫度均勻提升至最佳的塑化溫度。需要注意的是當(dāng)型材塑化不良時(shí)，不可僅憑提高口模溫度來(lái)進(jìn)行調(diào)整，這種做法是不可取的，因?yàn)檫^(guò)度提高口模溫度會(huì)使熔體從口模當(dāng)中被擠出，從而發(fā)生不均勻膨脹。

（三）利用擠出機(jī)溫控系統(tǒng)對(duì)工藝溫度進(jìn)行優(yōu)化

1.系統(tǒng)硬件。①溫度控制器。在擠出機(jī)溫控系統(tǒng)中，溫度控制器的選擇是最為重要的環(huán)節(jié)之一，其直接關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)的控制效果。目前，較為常用的溫度控制器主要有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、專用溫控儀以及PLC等。本系統(tǒng)選用PLC控制器，其優(yōu)點(diǎn)如下：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能完善、組合靈活、編程簡(jiǎn)單易行、安裝維護(hù)方便。按照塑料擠出工藝的要求，溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為八回路溫度控制，其中四路用于對(duì)料筒加熱的控制，另外四路則用于機(jī)頭加熱的控制。②加熱執(zhí)行器。較為常用的加熱驅(qū)動(dòng)器有固態(tài)繼電器、接觸器和可控硅等等。由于本系統(tǒng)選用的溫度控制器的輸出為數(shù)字量，所以驅(qū)動(dòng)控制器需要選擇與之相匹配的，本著經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)原則，決定選用接觸器作為驅(qū)動(dòng)控制器件。

2.溫控方案。采用斷序PID調(diào)溫原理，即在一個(gè)采樣周期內(nèi)，熱電偶輸出的信號(hào)經(jīng)模擬量輸入到數(shù)字量輸出模塊，然后由CPU進(jìn)行讀取，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，按照偏差的大小及PID參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，再將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為占空比，以此來(lái)獲得繼電器在該周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，通過(guò)對(duì)導(dǎo)通時(shí)間的控制便可以控制加熱器的加熱功率，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化調(diào)節(jié)溫度的目的。

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