Page 125 - 《橡塑技术与装备》2022年4期

加工制造与过程控制 曹祥薇 等·新型烟草用聚乳酸降温段挤塑加工

降温效果。同时，圆管内 6 辐条结构的设计保证 PLA 9.5 cm，孔间隙 0.5 cm，
降温段异形管的圆度及强度，利于挤塑生产定型及降 通过 Soildworks 计算，口模成型段环隙截面积
2
温段产品尺寸稳定性需求。 S 1 =29.3 mm 。
（2）生产的典型 PLA 降温段外径 7.42 cm、其内
径为 7.02 cm，壁厚 0.2 mm，
通过 Soildworks 计 算，PLA 降温段产品横截面
2
积 S 2 =8.3 mm ，
图 1 PLA 降温段产品截面设计图 按照计算公式 ：
I=S 1 /S 2 =29.3/8.3=3.5
3 PLA 降温段挤出模具设计 由此可见，PLA 降温段的拉伸比确实比较高，而
3.1 口模 常规 的挤塑材料 如 PVC、PE、PP 的模头 拉伸比在
口模 [13] 是成型 PLA 降温段异形管外表面的零 1~2 之间，这主要是与 PLA 材料的熔体强度及拉伸性
件，与降温段产品的结构保持一致，但口模内径不等 质有关。
于 PLA 降温段异形管外径。从口模挤出的管坯由于压
力突然降低，材料因弹性恢复而发生管径膨胀，同时， 4 PLA 降温段挤出定型机理分析
管坯在冷却和牵引作用下，管径会发生缩小 [14] 。管坯
PLA 降温异型管从模头挤出后，进入真空套管中
膨胀和收缩的大小与 PLA 材料性质、挤出温度和压力
冷却定型定径，是决定 PLA 降温段圆管圆周、圆度的
等成型条件以及定径套结构有关。
关键工艺所在，分析其成型原理对降温段产品质量控
3.2 拉伸比 制具有重要意义，如图 2 所示。
拉伸比是指口模成型段环隙截面积与管材横截面
积之比 [15] ，其计算公式 [16] 为：
πr -πr 2 r -πr 2
2
2
I= 1 = 1
πR -πR 2 R -R 2
2
2
1 1
式中 ：
I— 拉伸比 ；
r— 口模内径 ；
r 1 — 芯棒外径 ；
R— 管材外径 ； 图 2 PLA 降温圆管定型原理图
R 1 — 管材内径。
PLA 异型圆管型坯从螺杆主机模头挤出后，圆管
由于 PLA 树脂熔体强度低的特性，在熔融挤出
型坯还保持一定的温度而呈高弹态，在牵引拉伸的作
加工的时候容易出现熔体破裂。PLA 挤出一般采用较
用下具有可塑变性能。进入真空套管的 PLA 异型圆管
大的口模和芯棒，生产较小尺寸规格的降温段圆管，
型坯在真空负压作用下膨胀，保持一定的圆度紧靠着
这样既可以避免熔体破裂，又可以提高挤出产量，故
定径套内壁，并在此状态下继续水冷却至玻璃态定型，
PLA 降温段模头拉伸比设计值比一般挤出材料大。
形成稳定的圆管形状，直至离开真空定型定径套管。
3.3 PLA 降温段挤出模头参数
在此过程中，若进入定径套的 PLA 管材冷却固化
PLA 降温段是圆管内设 6 根放射性辐条，结构相
过快，难以通过真空吸附膨胀到紧靠定径套管内壁，
对复杂，按照拉伸比（I）= 指口模成型段环隙截面积
容易导致管材圆度不够和圆周长偏小 ；若 PLA 异型圆
（S 1 ）/PLA 降温段横截面积（S 2 ），可以计算出来其拉
管离开定径套后，圆管的外壁温度还没降低到 PLA 树
伸比。
脂的玻璃化温度以下，可塑性仍很强，则容易导致管
目前，湖北中烟卷烟材料厂降温段挤出模具及典
材的二次拉伸，导致管材形状不稳定 ；若真空度过高，
型产品参数如下 ：
PLA 管材与定径套内壁的摩擦力较大，容易导致二次
（1）挤出模具口模的内径 ： 10.5 cm，芯棒直径 ：
拉伸 ；真空度过小，则不足以将 PLA 型坯真空吸附膨

年
2022 第 48 卷 ·67·