ポリオレフィン パイプライン押出成形のプロセス管理と一般的な問題の処理

第Ⅰ部 プラスチック押出の基本原理
プラスチック加工産業は高度に総合的で技術的な産業です。 高分子化学、高分子物理学、界面理論、プラスチック機械、プラスチック加工金型、処方設計原理、プロセス制御が含まれます。 押出理論は、主に押出機内のプラスチックの動きと変化を研究します。 特定の外力の作用下での押出機内のポリマーの 3 つの物理的状態と、スクリュー構造、塑性特性、および加工条件との関係。 合理的な工程管理を行うため。 プラスチック製品の生産量と品質を向上させるため。 プラスチックポリマー材料は、一定の圧力下で加熱されると、異なる温度範囲でガラス状態、高弾性状態、粘性流動状態の 3 つの物理状態を持ちます。 一般に、プラスチックの成形温度は粘性流動温度よりも高くなります。
パート II ポリオレフィン パイプライン押出プロセス制御
押出成形プロセスの制御パラメータには、成形温度、押出機の作動圧力、スクリュー速度、押出速度と牽引速度、供給速度、冷却成形などが含まれます。
ポリオレフィン パイプライン押出プロセスの制御と一般的な問題の処理 (押出マスターを構築するため)
1.原料の前処理
ポリオレフィンは、低含水量の非吸収性材料であり、押出のニーズを満たすことができます。 ただし、ポリオレフィンにカーボン ブラックなどの吸収性顔料が含まれていると、湿度に敏感になります。 また、再生材や充填材を使用すると水分量が増えます。 水はパイプの内外面を荒れさせるだけでなく、溶湯に気泡を発生させる原因にもなります。 通常、原材料は前処理する必要があります。 一般的には乾燥処理が採用され、対応する除湿機能を持った補助剤を添加することもできます。 消泡剤など。PEの乾燥温度は一般的に60-90度です。 この温度では、出力を 10 パーセント - 25 パーセント増加させることができます。
2.温度管理
押出成形温度は、成形材料の可塑化と溶融樹脂の流れを促進するための必要条件です。 これは、材料の可塑化と製品の品質と出力に非常に重要な影響を与えます。 プラスチック押出成形の理論上の温度範囲は、粘性流動温度と分解温度の間にあります。 ポリオレフィンの場合、温度範囲は広いです。 通常、融点以上280度以下で加工可能です。 押出温度を正しく制御するには、加工材料の限界温度とその物性との関係を理解する必要があります。 その特性と法則を知ることによってのみ、押出成形に適した温度範囲を選択できます。 したがって、各セクションの温度設定では、次の側面を考慮する必要があります。まず、融点、分子量のサイズと分布、メルトインデックスなど、ポリマー自体の性能。次に、装置の性能を考慮します。 一部の機器では、給電部の温度がホスト マシンの電流に大きな影響を与えます。 第三に、押し出されたチューブブランクの表面が滑らかかどうかを観察します。 気泡の有無。
押出温度には、ヒーターの設定温度と溶融温度が含まれます。 加熱温度とは、外部ヒーターによって提供される温度を指します。 溶融温度とは、スクリューの前部とヘッドの間の材料の温度を指します。
供給領域からダイヘッドまでのバレル温度分布は、フラット、上昇、下降、および混合である可能性があります。 それは主に質点と押出機の構造に依存します。
頭部温度を設定します。 より良い外観と機械的特性を得て、メルト出口膨張を減らすために、一般的に機体温度は低く、機首温度は高くなるように制御されます。 ヘッド温度が高いと、材料が金型にスムーズに入りますが、押出物の形状安定性が悪く、収縮率が高くなります。 ヘッド温度が低いと、材料のプラスチックが貧弱になり、溶融粘度が高くなり、ヘッド圧力が上昇します。 これにより、製品が密になりすぎますが、後収縮率が小さく、製品の形状安定性が良好で、加工が難しく、金型の膨張が大きく、製品の表面が粗くなります。 また、押出機の背圧が高くなり、設備負荷や消費電力が増加します。
金型設定温度とダイとコア金型の温度は、パイプの表面仕上げに影響を与えます。 一定の範囲内では、金型と中子の温度が高く、パイプの表面仕上げが高くなります。 一般的に言えば、ダイ出口の温度は 220 度を超えてはならず、ダイ入口での溶融温度は 200 度を超えてはならず、ダイ入口と出口の溶融温度の差は 20 度を超えてはなりません。 溶湯と金属の温度差が大きいと、シャークスキン現象が発生するためです。 溶融温度が高すぎると、ダイのビルドアップが発生します。 ただし、詳細は実際の状況に応じて決定する必要があります。
樹脂温度は、スクリューの端で測定された樹脂の実際の温度を参照するため、従属変数です。 主にスクリュー速度とバレル設定温度に依存します。 ポリエチレンパイプ押出の溶融温度の上限は、一般的に230℃に設定されています。 一般的には200度前後をコントロールするのが良いでしょう。 ポリプロピレン パイプ押出の溶融温度の上限は、一般的に 240 度です。 溶融温度は高すぎてはなりません。 一般的には材料の劣化が考えられます。 同時に、温度が高すぎると、パイプの成形も困難になります。
3.圧力制御
押出プロセスで最も重要な圧力パラメータは、溶融圧力、つまりヘッド圧力です。 一般的に言えば、溶融圧力を上げると、押出機の出力が低下し、製品のコンパクトさが増し、製品の品質が向上します。 ただし、圧力がかかりすぎると、安全上の問題が発生します。 溶融圧力は、原材料の性能、スクリュー構造、スクリュー速度、プロセス温度、フィルター スクリーンのメッシュ数、多孔板などの要因に関連しています。 通常、溶融圧力は 10-30MPa の間で制御されます。
4. 真空成形
真空成形は、主に真空度と冷却速度を制御します。 一般に、パイプの外観品質を満たすことを前提として、真空度はできるだけ低くする必要があります。これにより、パイプの内部応力が小さくなり、保管中の製品の変形が小さくなります。
5.冷却
ポリエチレンパイプの押出成形における冷却水温度は一般的に低く、通常は 20 度以下です。 PPRパイプを製造する場合、最初のセクションの温度がわずかに高く、2番目のセクションの温度が低いため、温度勾配が形成されます。 冷却水の流れを調整することも非常に重要です。 流れが大きすぎて、パイプの表面が粗く、スポットやピットが発生します。 流量が少なすぎると、偏在、偏肉、楕円など、パイプ表面の輝点が割れやすくなります。
6.スクリュー速度と押出速度
スクリュー速度は、押出速度、生産量、および製品の品質を制御するための重工業パラメーターです。 単軸押出機の回転数が上がり、出力が上がります。 溶融物の見かけの粘度は、せん断速度の増加とともに減少します。 材料の均質化に役立ちます。 同時に、良好な可塑化により、分子間力が増加し、機械的強度が増加します。 ただし、スクリュー速度が高すぎる、モーター負荷が大きすぎる、溶融圧力が高すぎる、せん断速度が高すぎる、ダイスウェルが増加し、表面が劣化し、押出量が不安定になります。
7.牽引速度
牽引速度は、製品の肉厚、寸法公差、性能、外観に直接影響します。 牽引速度比は安定している必要があり、牽引速度はパイプの押出速度と一致する必要があります。 牽引速度と押出線速度の比率は、製品の方向性を反映しています。 この比率を延伸倍率と呼び、その値は 1 以上でなければなりません。牽引速度が速くなり、冷却および成形の温度条件が変わらない場合、牽引速度は速くなり、製品はサイジング スリーブ内にとどまります。比較的短時間の冷却水タンク。 冷却および成形後、製品内部により多くの熱が残ります。これらの熱により、牽引プロセス中に製品に形成された配向構造が配向解除され、製品の配向度が低下します。 牽引速度が速いほど、パイプの肉厚は薄くなり、冷却された製品の長さ方向の収縮率は大きくなります。 牽引速度が遅いほど、パイプの肉厚が厚くなり、ダイとサイジングスリーブの間に材料の蓄積が発生しやすくなります。 通常の押し出し生産を破壊します。 したがって、押出成形では、押出速度と牽引速度を適切に制御する必要があります。
8. パイプのオンライン品質管理と後処理
ポリオレフィンは結晶性ポリマーであり、パイプ製品が納入されて使用されるときの寸法および性能と、ラインから出たばかりのパイプの性能は異なります。 主な理由は次のとおりです。まず、結晶化はポリオレフィン溶融物の冷却プロセス中に発生し、結晶化度と結晶形は温度、熱履歴、および保管時間に関連しています。 第 2 に、配管のすぐ外側のパイプの温度は、通常、通常の温度よりも高くなります。 第三に、ラインから少し離れたパイプの内部応力が大きい。 性能とサイズの安定性を達成するために、一般的なポリエチレンパイプはオフラインで24時間配置し、ポリプロピレンパイプは48時間配置してから、対応する基準に従って性能テストを実行できます。
セクション III ポリオレフィン パイプ製造における一般的な問題と解決策
ポリオレフィン溶融物は粘弾性です。 加工では、ダイスウェルとメルトフラクチャという 2 種類の現象がしばしば発生します。 ここでは、詳しく説明しません。 パイプ製造における一般的な異常とその原因、および処理方法を以下に示します。
①表面がくすんでいる
原因：
1.原料の水分
2. 不適切な溶融温度
3.押出機によって押し出された溶融材料は均一ではありません
4. 校正スリーブが短すぎる
5.口形成部が短すぎる
推奨される解決策:
1.原料の前処理
2.温度を調整する
3.背圧を上げ、細かいフィルタースクリーンを使用し、適切なスクリュー構造を設計します
4. 拡張校正スリーブ
5. 金型の成形部を伸ばします。
②表面のシミ
原因：
1.原料に水分が含まれている
2. シンクのパイプに泡がついている
推奨される解決策:
1.原料の乾燥
2.気泡を取り除きます。 プロセス温度を調整します。
③外面は明るく透明なブロック形状（通称延慶）
原因：
1. ヘッド温度が高すぎる
2.冷却水が少なすぎる、不足している、または不均一である
推奨される解決策:
1.ヘッド温度を下げる
2. 冷却水を開け​​るか、サイジング スリーブを清掃します。
滑らかで規則的な斑点のある表面を持つパイプは、サイジングスリーブに付着する傾向があり、冷却水の流れを増やし、水路をきれいにし、速度を落とします
パイプの外面にある深い波形のサイジングスリーブダイは中心になく、サイジングボックスとダイは同軸に保たれています
④内面の凹凸
原因：
1.ウェット原料
2. コア金型温度が低い
3. ダイとコアダイの間のギャップが大きすぎる。
4.口成形部が短すぎる
推奨される解決策:
1.原料の乾燥または前処理
2. 温度を上げるか保持時間を長くする
3. コア金型の交換
4.金型を長い成形部に交換する
⑤パイプ内壁の波打ち
原因：
1.押出機の出力が変化し、ブランキングが不安定になる
2.トラクションスリップ
3. パイプの冷却ムラ
推奨される解決策:
1. ねじ供給部の温度を下げる。
2. 牽引空気圧を調整します。
3.水路を調整する
⑥パイプ内壁にへこみがある
原因：
1.原料の水分含有量が高い
2.フィラーの分散性が悪く、不純物で可塑化されない
推奨される解決策:
1.原料の予熱・乾燥
2.給油、温度調整、原材料の洗浄
⑦パイプ内壁に焦げ粒子が付着している
原因：
1. 押出ヘッドとダイの内壁が汚れている
2. 局所温度が高すぎる
3. 金型内に重大な材料の蓄積があります (内部の材料の蓄積により、ケーブル業界ではバルジが発生します)。
推奨される解決策:
1. 型枠の洗浄
2. 熱電対が正常かどうかを確認します。
3. 金型を洗浄し、金型温度を適切に下げる
⑧ 外径や肉厚は随時変更
原因：
1.押出速度変更
2. 走行速度の変化やスリップ
3. 供給不安定（粒度ムラ）
4. メルトの不安定性
5. 冷却ムラ
推奨される解決策:
1. トラクターの点検
2.圧力を適切に上げます
3.原料のスクリーニングまたは造粒
4. 材料温度を上げ、直線速度を下げ、ダイ ギャップを大きくする
5. 水路をきれいにする
⑨パイプ肉厚の不均一
原因：
1.ダイスが整列していない
2. 金型温度の不均一
3. トラクター、サイジング スリーブ、ダイの位置が合っていない
4. 校正スリーブとダイの間の距離が遠すぎる
推奨される解決策:
1. 金型の同心度調整
2.温度を調整する
3. 同軸​​を保つ
4.距離を縮める
⑩融着不良
原因：
1.口成形部が短すぎる
2. 融点が低い
3. ダイヘッド内のプラスチックの分散
4. 理不尽な頭の機械構造
推奨される解決策:
1. 型成形部を長くする
2.材料温度を上げる
3. ダイヘッドの清掃
4. 交換または改造
⑪ パイプの早期損傷と穴あき
原因：
1.ブリスター
2.泡
3. 不純物
4.顔料やフィラーの分散不良
推奨される解決策:
1.原料の乾燥
2.除湿または温度を下げる
3. 原材料を洗浄するか、フィルター スクリーンを使用する
4. 温度調整または原材料の交換
⑫ 早期破壊によるパイプの脆性破壊
原因：
1.材料温度が低い
2. 温度が高すぎて原料が分解する
推奨される解決策:
1.材料温度を上げる
2. 金型を洗浄し、温度を下げる
⑬ パイプ割れ
原因：
1. ヘッド温度が低く、押出速度が速い
2.冷却水が多すぎる
推奨される解決策:
1. 温度上昇と速度低下
2. 冷却水の流れを減らす
⑭ パイプの真円度不良、曲がり
原因：
1.金型と中子金型の中心位置がずれている
2.頭周りの温度ムラ
3. 冷却水が金型に近すぎる
4. 冷却水の噴射が強すぎる
5. 冷却水スプレーが小さすぎる
6. 水位が高すぎる
7. トラクターの過度の圧力
推奨される解決策:
1.同心度を調整する
2.温度を調整する
3. 冷却水の位置を調整する
4. ノズルの角度を調整する
5. 水路をきれいにする
6.排水
7. 空気圧を調整する