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氟聚合物FEP/PFA/ETFE/PVDF導(dǎo)管高速精密擠出
????????氟聚合物包括FEP，PFA，ETFE，PVDF由于其優(yōu)異的耐腐蝕性，耐高溫，阻燃性，耐化學(xué)性，耐摩擦性，以及電絕緣性能，目前廣泛應(yīng)用于汽車，電子，醫(yī)療等領(lǐng)域， 屬于高端應(yīng)用領(lǐng)域， 氟聚合物導(dǎo)管(包括管材，棒材)由于工藝過(guò)程復(fù)雜難以控制，材料腐蝕性強(qiáng)，造成制品質(zhì)量和產(chǎn)量難以保障，因而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的氟聚合物導(dǎo)管制品主要是進(jìn)口的，50%以上來(lái)自于美國(guó)。
????????實(shí)際上，選擇好的原材料， 選擇正確的工裝設(shè)備，仔細(xì)調(diào)整好擠出工藝，高速度擠出高精度的氟聚合物導(dǎo)管完全是可以做到的。
????????首先是要選擇好的原材料，根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)和客戶的反饋， 比較好的原材料供應(yīng)商有DUPONT杜邦， SOLVAY蘇威，日本大金等。
????????更重要的是，選擇正確的工裝材料，選擇定制的擠出設(shè)備包括螺桿和模頭設(shè)計(jì)，加上最佳的工藝控制，是高速擠出氟聚合物導(dǎo)管的要點(diǎn)。
????????本文主要介紹氟聚合物導(dǎo)管高速精密擠出對(duì)擠出設(shè)備及工裝和工藝的要求：
????????1、 工裝設(shè)備的材料選擇
????????和其他工程塑料相比，特別是高溫尼龍，高玻纖工程塑料相比，氟聚合物的摩擦磨損不算高，然而其腐蝕性磨損極強(qiáng)，這是氟聚合物擠出工藝的難點(diǎn)，普通氮化鋼或工具鋼只要2 個(gè)星期就會(huì)腐蝕掉，如下圖， 主要是點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕磨損，摩擦磨損很少。特別是工裝接觸面，螺桿，料管，法蘭，模頭，模唇等部位，結(jié)果塑化效果差，機(jī)頭壓力波動(dòng)大，造成一系列質(zhì)量問(wèn)題，形成制品表面氣泡，黑點(diǎn)，晶點(diǎn)，凹陷，針眼，擠出壓力下降，線速度下降，尺寸公差超出，制品變色泛黃，質(zhì)量穩(wěn)定性大幅下降。
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????????選擇正確的工裝材料以提高工裝耐腐蝕性能是氟聚合物擠出的要點(diǎn)，通常宜選鎳基合金鋼，國(guó)外通常選INCONEL,MONEL 和 HASTELLOY , 國(guó)內(nèi)有選新三號(hào)鋼。對(duì)于鎳基合金鋼來(lái)說(shuō)，由于添加了不同組分的CR鉻，MO鉬，SI硅等元素，耐腐蝕性和鋼材的強(qiáng)度是一對(duì)矛盾，耐腐蝕性的提高會(huì)帶來(lái)鋼材強(qiáng)度的下降，特別是屈服強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度會(huì)大幅下降。
????????所以根據(jù)不同氟聚合物的不同的腐蝕強(qiáng)度，選擇不同的鎳基合金鋼是擠出生產(chǎn)線工裝材料設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，例如某品牌的FEP料就只能選INCONEL 718.。國(guó)外很多客戶愿意選用價(jià)格較高的INCONEL合金的原因是，在國(guó)際的耐腐蝕標(biāo)準(zhǔn)MR-01-75標(biāo)準(zhǔn)中，INCONEL 合金是最高標(biāo)準(zhǔn)7級(jí)。
????????2、 螺桿和模頭的設(shè)計(jì)
????????2.1 螺桿設(shè)計(jì)
????????氟聚合物的螺桿通常選單螺棱的等距螺桿的分流型螺桿設(shè)計(jì)，增大螺桿的壓縮比可以提高熔體的的強(qiáng)度，減少制品裂紋。
?MILACRON SCREW DESIGN
????????2.2 混煉頭
????????氟聚合物的混煉頭一般選用SAXTON設(shè)計(jì)，如下圖，可以通過(guò)改變?nèi)垠w的流動(dòng)方向，有效地熔融混合，增進(jìn)混煉和均化效果。
????????螺桿和料管是擠出機(jī)乃至擠出生產(chǎn)線的核心，螺桿料管的質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)品的精度，產(chǎn)量，生產(chǎn)的穩(wěn)定性，選用最合適的螺桿料管是氟聚合物導(dǎo)管高速精密擠出生產(chǎn)的關(guān)鍵。米拉克龍公司在美國(guó)自己擁有3 家螺桿料管廠，有多年設(shè)計(jì)加工螺桿料管的經(jīng)驗(yàn)。
????????2.3 模頭
????????除了接觸面材料(多孔板，分流器，模芯，模唇)要選用INCONEL以外，為提高制品的密實(shí)度，根據(jù)氟聚合物的流變特點(diǎn)，依據(jù)材料的彈性模量來(lái)進(jìn)行模頭的流道設(shè)計(jì)和壓縮比選擇很重要。米拉克龍公司在美國(guó)擁有自己的模頭公司，專門(mén)為客戶定制擠出模頭。
????????氟聚合物導(dǎo)管精密擠出模頭要求有流道阻力自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，采用針閥結(jié)構(gòu)能夠減少軸向壓力波動(dòng)對(duì)制品尺寸造成影響;另外，口模間隙的自動(dòng)調(diào)節(jié)可以保證穩(wěn)定的壁厚公差;自動(dòng)浮動(dòng)的芯棒是同心度公差的保證。
????????如同螺桿料桶一樣，耐高溫，耐磨損，抗腐蝕對(duì)模頭的材料有很高的要求，另外，精密擠出模具熱變形要求較高，對(duì)材料的選擇，加工精度，以及結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償設(shè)計(jì)。
????????3、 工藝控制
????????一個(gè)強(qiáng)大的控制系統(tǒng)在氟聚合物導(dǎo)管的高速精密擠出中必不可少，無(wú)論是扭矩控制，溫度壓力快速采樣反饋，多層共擠的同步控制，生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊集成，都是保證制品質(zhì)量和產(chǎn)量的核心。
????????3.1 扭矩保護(hù)
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????????和其他工具鋼不銹鋼螺桿相比，INCONEL螺桿的抗扭強(qiáng)度較低，在冷啟動(dòng)和過(guò)載時(shí)螺桿很容易扭斷，氟聚合物導(dǎo)管擠出機(jī)的螺桿占整機(jī)價(jià)格比例很高，控制系統(tǒng)必須具備扭矩過(guò)載保護(hù)功能。如上圖。
????????3.2 螺桿轉(zhuǎn)速
????????氟聚合物導(dǎo)管高速擠出時(shí)，最佳的螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)該開(kāi)到負(fù)荷的90%, 以最大程度提高生產(chǎn)率，如螺桿設(shè)計(jì)的最大轉(zhuǎn)速為100RPM, 實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)該開(kāi)到90RPM以上，這樣才能保證生產(chǎn)的線數(shù)度每分鐘達(dá)到60米以上。當(dāng)然這首先要由螺桿設(shè)計(jì)來(lái)保證。
MILACRON MOSAIC CONTROL
????????3.3 多層共擠的同步控制
????????氟聚合物由于其優(yōu)異的耐化學(xué)性，阻燃性，耐高溫，耐腐蝕性能，經(jīng)常應(yīng)邀和其他塑料配合，進(jìn)行共擠，擔(dān)當(dāng)重任，如汽車上的剎車管，包括2層ETFE的5層共擠,外層還有PA12等，由于不同材料流變特性不同，共擠難度很高，對(duì)擠出機(jī)和模頭提出很高要求，尤其是控制系統(tǒng)，自動(dòng)化同步控制多臺(tái)擠出機(jī)包括上下游設(shè)備實(shí)現(xiàn)高速高精度擠出。
MILACRON 5 layer Tubing Co-extrusion
????????3.4伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電源優(yōu)化器
????????和其他擠出應(yīng)用不同的是，氟聚合物擠出通常采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而不是變頻電機(jī)或直流電機(jī)，這樣可以提高驅(qū)動(dòng)精度和控制響應(yīng)時(shí)間，最終提高產(chǎn)品的精度。另外，考慮國(guó)內(nèi)的電力供應(yīng)實(shí)際情況，在實(shí)際生產(chǎn)線配置時(shí)，配備電源優(yōu)化器(Line Reactor)是一個(gè)必要的選擇。
MILACRON Extruder
????????最后需要強(qiáng)調(diào)的是，氟聚合物導(dǎo)管的高速精密擠出是一個(gè)綜合系統(tǒng)工程，除擠出機(jī)和模頭外，真空定型冷卻，在線測(cè)量，牽引切割都是精密擠出的重要環(huán)節(jié)，外徑和壁厚的在線測(cè)量形成了一個(gè)從擠出機(jī)，模頭，真空冷卻的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，關(guān)系到最終制品的質(zhì)量和產(chǎn)量，可以說(shuō)沒(méi)有在線測(cè)量，高精度公差0.02mm是不可能實(shí)現(xiàn)的。原料，設(shè)備，工藝等都會(huì)對(duì)最終制品的質(zhì)量和產(chǎn)量造成影響，生產(chǎn)流程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要精益求精，才能確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。米拉克龍公司在氟聚合物導(dǎo)管的高速精密擠出有多年豐富的經(jīng)驗(yàn)，歡迎垂詢。
本文由米拉克龍擠出亞洲銷售總監(jiān)劉亞衛(wèi)供稿
