滴灌帶生產(chǎn)中擠出成型技術(shù)探究

楊 冬，劉 班

(1.沈陽遠(yuǎn)大美滋滴灌設(shè)施有限公司，沈陽 110027； 2.特變電工沈陽變壓器集團(tuán)有限公司，沈陽 110144)

滴灌技術(shù)擁有出色節(jié)水能力，廣受缺水嚴(yán)重國家的青睞。隨著滴灌技術(shù)被引入我國，以其特殊優(yōu)勢已發(fā)展了幾十年，大范圍地應(yīng)用，取得了很好的成效。滴灌技術(shù)擁有如此強(qiáng)的生命力，與滴灌帶擠出成型技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備密不可分。介紹了擠出成型設(shè)備結(jié)構(gòu)，可以對滴灌帶生產(chǎn)起到一定的幫助。

1 滴灌帶擠出成型設(shè)備

在塑料制品加工過程中，擠出成型被稱為“擠塑”，是將塑料送入加料裝置，通過擠出機(jī)螺桿和設(shè)備料筒共同作用，使塑料邊受熱塑化，邊被螺桿向前推送，之后連續(xù)通過機(jī)頭與口模，制作成各類截面塑料成品或半成品。

生產(chǎn)滴灌帶的主要設(shè)備擠出機(jī)是采用這一模式對滴灌帶擠出生產(chǎn)的。目前最常用的是單螺桿擠出機(jī)，主要結(jié)構(gòu)包含五部分：傳動(dòng)部分、加料部分、機(jī)筒、螺桿、機(jī)頭與口模。滴灌帶擠出機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1。

圖1 滴灌帶擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of drip irrigation belt extruder

傳動(dòng)部分。傳動(dòng)部分是指通過電機(jī)、減速裝置、齒輪、組合軸承組合成部件機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)過程是通過轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪，齒輪再帶動(dòng)螺桿，使螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而形成傳遞力矩與速度。在傳動(dòng)過程中，為了保證擠出滴灌帶的截面尺寸穩(wěn)定，須使傳遞速度穩(wěn)定，所以螺桿轉(zhuǎn)速必須恒定。面對客戶群體的不同要求，滴灌帶截面尺寸大小也有變化，所以電機(jī)常為變頻電機(jī)，可以通過觸控屏控制PLC輸出模擬量，實(shí)現(xiàn)變頻電機(jī)無極變速。另外，為了增加扭矩，降低轉(zhuǎn)速，須在電機(jī)軸頭側(cè)安裝減速器，合理運(yùn)用減速器可讓螺桿傳送扭矩更大，成型制品韌性更高，更為耐用。

加料部分。加料部分由優(yōu)質(zhì)板材(Q235A)制成。由圖1可以看出，加料裝置采用的是錐形漏斗，可讓加料時(shí)材料落入機(jī)筒緩慢均勻，同時(shí)也對材料落入機(jī)筒起到緩沖作用。在加料口周圍還要安裝冷卻水管，可以去除機(jī)筒內(nèi)傳遞出來的過高熱量，防止熱量融化材料，使材料粘接擁堵于入料口。

螺桿部分。螺桿是擠出機(jī)最核心的組成部分，只有螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)才可以使機(jī)筒內(nèi)材料實(shí)現(xiàn)位移，進(jìn)而在增加壓力的同時(shí)也產(chǎn)生少許熱量。螺桿在擠出機(jī)設(shè)計(jì)之初，選擇幾何參數(shù)最關(guān)鍵。螺桿幾何參數(shù)主要有螺桿長徑比、螺桿直徑、壓縮比等。目前，市場最常用的螺桿直徑設(shè)計(jì)為40 cm或50 mm，螺桿長徑比為30∶1或40∶1。

機(jī)筒部分。機(jī)筒也是擠出機(jī)主要組成部分，其功能是伴隨其內(nèi)部螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，將塑料塑化及加壓。通常擠出機(jī)正常工作時(shí)，機(jī)筒內(nèi)溫度在160℃～300℃，而機(jī)筒內(nèi)壓力可以達(dá)到30～50 MPa。為了使塑料受熱塑化均勻且能夠控制溫度，須在其內(nèi)安裝分段加熱裝置及外冷卻裝置。

機(jī)頭與口模部分?？谀Ｊ菙D出制品截面的成型部分。安裝方法是：用法蘭螺栓將其安裝固定在機(jī)頭之外，機(jī)頭部分是連接口模與機(jī)筒的過渡部件。機(jī)頭和口模的外形是否合理，對擠出制品產(chǎn)能及質(zhì)量影響是非常大的。

輔助設(shè)備。擠出機(jī)除了主體機(jī)構(gòu)外還配有輔助設(shè)備。輔助設(shè)備由成型模具、牽引設(shè)備、控制系統(tǒng)、收卷機(jī)組成。其中，收卷機(jī)的作用是收卷管帶成品, 并記錄制品米數(shù)。

2 擠出成型原理

將原料倒入加料漏斗后，通過外圍冷卻進(jìn)入機(jī)筒，原料隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)朝機(jī)頭方向推進(jìn)。實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了生產(chǎn)合格制品，避免機(jī)頭口模等處無法滴水而生成殘次品，須隨時(shí)監(jiān)控壓力和成型輪子溫度，應(yīng)通過合理調(diào)節(jié)冷卻水流量控制成型輪溫度。另外，還有兩方面對成品合格影響巨大。第一，原材料對成品的影響。通常生產(chǎn)滴灌帶成品原材料為共混改性，就是將多種聚乙烯材料用化學(xué)方法均勻混合形成固態(tài)聚合物。聚合物具有非常好的材料性能，主要表現(xiàn)為抗拉、耐壓、耐熱、裂變小等，極好地表現(xiàn)了滴灌帶抵抗惡劣環(huán)境的能力。第二，成型輪對成品的影響。成型輪就是成型模具。生產(chǎn)滴灌帶會產(chǎn)生成型阻力，這種阻力會產(chǎn)生很大壓力，從而將材料壓實(shí)，同時(shí)伴隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)及機(jī)筒內(nèi)加熱產(chǎn)生剪切熱力，進(jìn)而將材料溫度升高，之后在接近壓縮段的1/3處，材料溫度到達(dá)可黏流溫度，越向里面推動(dòng)越逐漸溶解，而在壓縮段結(jié)束部位，材料全部黏流。進(jìn)入均化段后，材料伴隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，材料被逐漸定壓、定量、定溫，并逐漸進(jìn)入機(jī)頭。機(jī)頭口模是已經(jīng)設(shè)計(jì)好的成型部件，材料通過成型口模被制成特定形狀，之后再通過成型輪的真空成型，再冷卻，再切割等，才形成所需的完整成品。所以，成型輪對于成品的影響也是十分巨大的。

3 滴灌帶的擠出成型

滴灌帶生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是擠出成型，所以在生產(chǎn)滴灌帶時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注擠出成型環(huán)節(jié)。影響其擠出成型的因素有兩個(gè)方面：

塑化溫度和模具溫度。材料被擠出過程中需要大量熱量，這一熱量的來源有兩個(gè)：一是機(jī)筒外部的加熱環(huán)加熱，二是物料被推動(dòng)時(shí)與機(jī)筒摩擦產(chǎn)生熱能。而溫度控制是通過機(jī)筒內(nèi)部冷卻與加熱裝置共同協(xié)作完成的，通過對控制系統(tǒng)的適當(dāng)調(diào)節(jié)，可以保證材料均勻黏流，進(jìn)而保證成品質(zhì)量。

成型輪的因素。成型輪就是成型模具，其擁有真空系統(tǒng)和冷卻功能。需要說明的是，成型輪是一個(gè)很復(fù)雜的模具，其內(nèi)部有很多已經(jīng)加工好的水孔和流道，以便在使用真空泵抽氣時(shí)，可以使其某一特定部位的扇面產(chǎn)生壓力。在成型輪帶動(dòng)管泡行進(jìn)到此部位時(shí)，通過已經(jīng)產(chǎn)生的壓力，將管泡吸附于成型輪之上，而此時(shí)已經(jīng)被吸附于成型輪之上的管泡又被從水孔和流道吸出，伴隨成型輪擁有的冷卻功能，將其即刻冷卻成型，并被切割為兩根管帶，如此就可以持續(xù)不斷生出滴灌帶。

4 結(jié)語

擠出成型技術(shù)是一種高效、成本低廉、適應(yīng)范圍非常廣泛的塑料成型技術(shù)，非常適合滴灌帶生產(chǎn)使用。為了更好地掌握其生產(chǎn)原理，必須要切合實(shí)際生產(chǎn)過程，努力研發(fā)，領(lǐng)會其原理精髓，讓滴灌帶擠出成型技術(shù)發(fā)揮更大的作用。