挤出工艺中温度控制的优化方案

挤出温度控制主要有温度设定、控制和调整三个部分构成。设定温度是控制温度的依据和基准，调整温度是对设定温度的修正和完善，现分述如下。

3.1　温度设定

设定温度的目的是为了控制物料在挤出成型过程中，始终在熔融温度与分解温度区间（即160-165℃）进行。要正确设定温度，则需充分考虑制约和指导物料成型温度相关因素。

（1）配方组分、剂量和原料质量。据文献介绍和生产实践验证，不同配方或同一配方不同厂家生产的物料（PVC、CPE、热稳定剂等），挤出成型温度往往有很大差异，有的达10℃左右，这一点在没有实验条件或生产经验情况下，是不可预知的。只有通过生产实践，依据硬质塑木复合低发泡产品型坯的质量，适时调整设定温度。开始设定温度时不易过高，应从低向高逐步调整。

图11-1　 55型锥型双螺杆挤出机内部结构示意图

注：1.进料口2.1区热电偶3.2区加热圈4.2区热电偶5.真空排气口6.3区加热圈7.3区热电偶8.4区热电偶9.4区加热圈10.5区加热圈11.7区加热圈12.8区加热圈13.9区加热圈14.6区加热圈15.过滤盘16.导向套17.4区冷却出口18.4区冷却进口19.3区冷却出口20.3区冷却进口21.2区冷却出口22.2区冷却进口23.1区加热圈

（2）塑木复合产品挤出也是一个能量平衡过程。单位体积固体转化为熔体所需总能量相对是恒定的，物料输送速率基本上平衡于物料熔化速率。受口模物料流速和定型模冷却条件限制，不同规格异型材单位时间挤出量差异亦很大。因物料输送速率不同，物料熔融所需热量亦不同。对于单螺杆挤出机或双螺杆挤出机没有内热存在加热区域，即机头、合流芯、口模等部位，生产大规格产品时，设定温度宜高一些；生产小规格产品，设定温度宜低一些。对于双螺杆挤出机有内热存在的加热区域，由于内热作用，挤出速率反过来又直接影响物料熔融速率。设定温度应视该段物料形态、承温及对热量需求情况而定。

（3）塑料木复合材料挤出需经历一定时间历程。在这一历程的不同阶段，由物料的加工特性和挤出机职能所决定，不同形态的物料承温情况和对热量的需求有所不同。要正确设定温度亦有必要深入了解物木复合在挤出不同阶段形态、承温及对热量需求情况。

锥形双螺杆挤出机温控系统由10个温控点组成。依据物料在挤出过程各个阶段的形态、承温及对热量的需求情况，可将10个温控点归纳为加温、恒温、保温三个区域。其中加温与恒温区主要在挤出机内，以排气孔为界划分为两个相对独立又互为关联的部分；保温区主要由机头、大小过渡段、口模部分构成。

①加温区由送料段、压缩段两温控点组成。由于物料由室温状态经给料机螺杆输送给挤出机送料段螺杆，距物料熔融温度温差较大，同时物料经压缩段螺杆将通过排气孔，挤出要求物料在该区域就应完成由固体向熔体的转化过程，并紧紧包覆于螺槽表面，方不致从排气孔排出或阻塞排气孔。物料在加温区域需要热量较大，送料段、压缩段温度宜设定高一些。值得注意的是，如送料段温度设定过高，由于距离料斗与挤出机扭矩分配器较近，易导致物料在料斗内架桥，扭矩分配器齿轮受热变形及加速磨损，故送料段温度设定还应视料斗冷却情况和扭矩分配器油温而定（一般以油温≤60℃为宜）。

②恒温区由熔融段和计量段两温控点组成。物料经过加温区已基本呈熔体状态，但温度不甚均匀，还须进一步恒温并完全塑化，且随螺杆容积减少，在机头均布盘（亦称过滤盘、导流盘）阻力作用下，物料黏度、密实度进一步提高，因此该区域物料还需一定热量。但该区双螺杆对物料剪切和压延作用所转化的内热，往往又超过了物料的需求，故熔融段和计量段温度设定在挤出机开机前升温时略高一些，以利于螺筒恒温。开机正常后要适当降低，以防止物料降解。

③保温区由机头、合流芯、口模等温控点组成。物料经过恒温区已完全呈熔体状态，进入保温区将由螺旋运动改变为匀速直线运动，并通过均布盘、合流芯和口模建立熔体压力，使之温度、应力、黏度、密实度和流速更趋均匀，为顺利地从口模挤出做最后的准备。由于改变运动方向，建立熔体压力需牺牲一定的热量为代价。同时在该区域，内热已不复存在，故仍需要一定外热做补充。该区域温度设定一般应高于前两个区域设定温度，口模处温度还应依据型材截面结构进行设定。截面复杂或壁厚部位，温度设定应高一些；截面简单或壁薄部位，温度设定应低一些；截面对称或壁厚均匀部位，温度设定应基本一致。

表11-5　硬质塑木复合低发泡产品挤出生产设定工艺温度参考值表(www.xing528.com)

附表1-6挤出温度设置应依据塑木复合物料采用的树脂型号及产品塑化出模均衡情况，以及显示温度差值进行适当调试，切莫盲目照搬。

3.2　温度控制

硬质塑木复合低发泡产品挤出温度控制主要是围绕着设定温度进行的。由于锥形双螺杆挤出机具有温度自控和手动冷却控制职能，一般生产状态对所设定温度实施自动控制即可。

在挤出温度控制时必须明确两个基本概念。其一挤出机设定温度所控制的各个温控点显示温度仅仅是螺筒、合流芯口模温度，并非物料实际温度。物料温度与显示温度在不同加热工况下存在不同对应关系。螺筒、合流芯、口模等温控点外加热器加热时，物料温度实际上低于显示温度；螺筒、合流芯、口模等温控点外加热器停止加热时，物料温度则可能等于或高于显示温度。显示温度测温点及加热圈和物料之间存在一定距离，故三者之间亦存在一定温度梯度（即温差）。从挤出加温、恒温、保温三个区域供热情况分析（图1）可知，加热区即存在外加热，又存在内加热，为双向导热，显示温度基本上等同于物料温度；恒温区在显示温度未达到设定温度值时，亦是双向导热；显示温度超越设定温度值时，热量开始由内向外传递，可称之为逆向导热，显示温度则可能低于物料温度；保温区由于内热不复存在，热量又开始由外向内传递，亦称之为正向导热，显示温度则高于物料温度；其二，双螺杆对物料剪切与压延作用所转化内热并不受自动温控系统约束与支配。通过挤出实践可以发现，型材挤出时，不存在内热的合流芯和口模部位温控点显示温度一般比较稳定，基本上可控制在设定温度范围内；有内热存在挤出机内各段温控点显示温度，因螺杆结构不同，随挤出量增减波动很大，有时远远偏离设定温度控制界线。例如采用低剪切挤出机，要提高挤出量，给料段物料对热量需求增大，因挤出速度提高所增加内热不足于平衡物料在该段停留时间缩短所减少的热量，虽然外加热器一直工作，但显示温度仍低于设定温度；熔融段和计量段物料由于已完全转化为粘流态，所需热量有限，并由挤出速度提高所增加内热超过物料在该段停留时间缩短所减少的热量，虽然外加热器停止加热，但显示温度仍高于设定温度。

图11-4　锥形双螺杆挤出机挤出温度曲线示意图

鉴于挤出温度控制的主体是物料温度，明确了物料温度、显示温度与设定温度在不同挤出工况下对应关系，也就明确了设定和控制挤出温度的依据和基准。诸如提高加温区设定温度可充分发挥外加热器作用，有助于提高物料温度；降低恒温区设定温度可适时切断外加热源，避免内热和外热叠加作用，尽可能阻止物料温度持续升高；提高保温区设定温度，可借助外热源，维持物料在最佳塑化状态挤出，以得到高强度产品型坯。应该指出：设定温度时虽然已考虑到内热作用与影响，降低恒温区设定温度，但也仅可使该部位物料达到设定温度适时切断外热，而不能制止因挤出速度提高所增加的内热。挤出实践证明，有内热存在挤出机内各段物料温度与挤出量直接相关，降低与提高给料与挤出速度不仅决定着挤出产量，而且是控制挤出温度不可缺少必要手段。采用加料与挤出速度控制挤出温度还应明确，即使熔融段，计量段显示温度偏离设定温度，但仍小于165℃时，说明该段物料温度仍在熔融温度与分解温度区间，亦属正常。只有当显示温度接近165℃，冷却控制无效才有必要降低给料与挤出速度。双螺杆挤出机有强制给料特点，挤出量是由加料速度所决定的，加料速度和挤出速度亦存在相应匹配关系，提高或降低加料和挤出速度应同步进行。其相互调整幅度应视加料孔内物料在螺槽内的充斥量而定；调整加料与挤出速度时还应密切观察主机电流变化，物料塑化好时，电流适当。主机电流变化是判断挤出温度控制是否适当的一个重要依据。

3.3　温度调整

挤出温度控制适当，设定温度正确与否直接决定了挤出硬质塑木复合低发泡产品质量。挤出硬质塑木复合低发泡产品型坯质量反过来又是对设定温度正确与否的检验。挤出控制温度是挤出生产前设定的，其设定温度正确与否又受配方组分、剂量和原料质量以及挤出机工艺条件的制约和影响。新建企业或生产经验、技术水平不佳的操作人员，在开机设定温度时，难免出现这样或那样的偏差，因此有必要在生产过程中通过对挤出硬质塑木复合产品型坯存在的质量缺陷进行系统对应分析检验，适时调整所设定的温度。

表11-6　产品型坯挤出质量缺陷特征、原因与温度调整对策表

挤出硬质塑木复合产品型坯质量大致可分为外观质量和内在质量。质量良好的硬质塑木复合低发泡产品型坯主要特征是：外观光滑，颜色纯正呈乳白色，切片结晶细腻，切口平齐规整，宽度均匀。由挤出机挤出后，脱离口模3-5cm自然下垂。设定或控制温度过高时，挤出型坯颜色泛黄、内筋弯曲、内壁发泡或横截面上呈气孔状，由挤出机挤出后脱离口模即软弱下垂；温度过低或加温不均匀时，型坯颜色发暗无光泽，切口结晶粗糙，切口宽度与壁厚不均，脱离口模3-5cm后，仍坚挺不下垂，或即向一侧弯曲。经笔者多年挤出实践与统计资料表明：型坯外观质量一般是由机头、合流芯、口模等部位温度设定控制不当所致；型坯内在质量一般是由挤出机内各段温度设定控制不当或物料实际温度跑高失控造成的，实际操作时应有的放矢地适时对设定温度进行调整。具体调整方法见表，直至挤出型坯达到标准为止。切忌盲目或大幅度调整，致使挤出生产工况恶化。如调整无效或因温度超高导致型坯出现黄线，经反复切片挤压处理仍不好转时，说明口模或机头流道内已发生“糊料”，应即时停止加料，减速，改用清洗料进行清洗，直至口模清洗料内无糊料杂质为止。如清洗仍无效，应停车，拆除，分解口模，对机头和口模进行认真检查和清理。如确诊糊料是由挤出机熔融段或计量段物料温度失控所致，还须拆除挤出机螺杆，检查、清理机筒和螺杆。