Page 126 - 《橡塑技术与装备》2022年4期

橡塑技术与装备
胀至紧靠定径套管内壁，导致管材圆周长偏小。理想
的真空度状态是，PLA 管材型坯与定径套管的内壁形
成一层薄薄的水膜，保证了 PLA 管材圆度、圆周长
尺寸，同时也降低了 PLA 管材型坯与定径套管的内壁
之间的摩擦力，防止对牵引造成的不利影响。因此，
PLA 异型圆管挤出型坯进入真空定径套的温度、离开
定径套的温度、真空度大小等对 PLA 降温管材尺寸的
稳定产生重要的影响。
5 PLA 降温段冷却定型工艺分析
5.1 PLA 降温段的冷却成型工艺过程
PLA 降温段异型圆管的冷却成型工艺流程如下 ：
模头挤出 → 预冷却 → 真空定型 → 水冷却 → 风
干 → 牵引 → 切断。
模头挤出的高温 PLA 树脂呈现黏流态，经过预冷
却达到理想的可拉伸的高弹性状态，然后进入真空定
径套管进行定型定径 ；经过在真空套管内的继续降温
定型，PLA 型坯逐步从高弹态转为玻璃态，基本完成
了 PLA 降温段产品的定型 ；水冷却阶段将真空成型的
型坯快速降温固化，得到圆度、圆周尺寸稳定的 PLA
异型圆管，经牵引到切断装置进行分切，得到 PLA 降
温段滤棒产品。
5.2 PLA 降温段定型过程温度变化分析
PLA 异型圆管从主机模头挤出到牵引分切，是
PLA 降温段异形圆管温度不断降低，定型固化直至完
全冷却的过程。从高分子理论上来讲，是 PLA 材料从
黏流态 → 高弹态 → 玻璃态逐步转变的过程，所以分
析 PLA 降温段圆管生产过程中温度变化，对降温段的
定型工艺参数研究具有十分重要的意义。
模头挤出阶段 ：经高温螺杆主机熔融，再经模头
压力挤出，PLA 物料呈现黏流态，温度较高，流量大，
保持挤出的形状十分困难。
预冷却阶段 ： PLA 异型圆管型坯经模头挤出，紧
接着进入流动的恒温水介质中，PLA 快速由黏流态向
高弹态转变。水交换介质的浮力作用对于保持 PLA 圆
管挤出型坯的稳定性、冷却效率及一致性也起到积极
的作用。
真空定型阶段 ： PLA 圆管型坯经过预冷以后，进
入真空定径冷却套管装置，圆管的温度进一步降低，
PLA 逐步由于高弹态向玻璃态转变，待 PLA 圆管离
开定径套管的时，达到 PLA 的玻璃化温度以下，圆管
的形状基本稳定。
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CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
水冷却阶段 ：离开定型定径装置的 PLA 圆管，进
入水冷却装置阶段，利用水冷却至常温状态，PLA 降
温段圆管的形状稳定。
6 PLA 降温段的生产效率分析
6.1 挤出模头对生产效率的影响
固定挤出模头下，随着挤出速度的提高，熔体剪
切速率将提高，体积流量将增大，模头压力降将增大。
剪切速率的提高也将改变熔体的黏弹性状况，熔体入
口效应，离模膨胀等弹性现象也都会增强。在较低的
挤出速度下已获得平衡的挤出模头，提高挤出速度后，
将可能失去平衡，出现出料不均现象和型坯形状的畸
变 [17] 。所以固定挤出模头对应一定的生产效率，若要
提高 PLA 异型圆管挤出生产效率，必须改变挤出模头
参数。
湖北中烟卷烟材料厂采用大口径挤出模头工艺，
稳定控制挤出模头压力，挤出产量得到提升。目前，
湖北中烟卷烟材料厂生产的 PLA 降温段产品规格为单
支长度 84 mm，升级挤塑装备的生产能力达到 10 000
支 / 小时，生产线速度已经达到 14 m/min，较常规的
异形管挤塑生产速度提高了 3 倍左右，生产效率得到
了极大地提升。
6.2 定型套、真空度对生产效率的影响
挤出压力稳定的情况下，PLA 异型圆管挤出生产
效率取决于定型定径的时间，根据 PLA 圆管在定径套
中定型降温过程，可以推算出 PLA 圆管的定型定径时间。
L
T= V
式中：
T— 定径时间 ；
L— 定径套长度 ；
V— 牵引速度。
根据 PLA 降温段定型过程温度变化分析，一定范
围的真空冷却水温条件下，PLA 的定型定径时间基本
不会发生变化。根据上述计算公式，若要提高 PLA 异
型圆管的生产效率，必须延长定径套的长度，以满足
PLA 管材的定型定径时间需求。
此外，牵引机在生产方向有对 PLA 圆管牵引力的
存在，而定径套管与 PLA 异型圆管之间存在反方向的
摩擦力。真空度偏大，PLA 圆管与定径套的间隙越小，
摩擦力越大，生产效率下降，所以真空定型阶段的真
空度控制也很重要。
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第 48 卷 第 期