排氣是將聚合物與添加劑和填料混合以獲得所需物理性能所需的幾種操作之一。生成的顆粒狀化合物必須不含空隙和殘留揮發(fā)物，否則會導(dǎo)致擠出或注塑成型部件出現(xiàn)缺陷。
改性企業(yè)必須意識到客戶們的家伙事兒，即單螺桿擠出機(jī)，通常沒有任何排氣能力，顆粒中的任何揮發(fā)物只能在最終部件中釋放——導(dǎo)致表面缺陷、孔洞等。對于吸濕性聚合物而言，在改性過程中有效排氣對于保持物理性能至關(guān)重要。
根據(jù)工藝要求，擠出機(jī)機(jī)筒中的排氣孔可在大氣壓或真空下操作，最典型的混煉過程包括兩種類型的排氣。機(jī)器可以配備多個(gè)真空排氣口，用于去除大量溶劑或單體中的氣體，同時(shí)在成品中產(chǎn)生較低水平的殘留揮發(fā)物。
目前已經(jīng)為同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)開發(fā)了多種排氣口設(shè)計(jì)，以適應(yīng)廣泛的應(yīng)用和材料；這些包括排氣塞、加長排氣筒和側(cè)面排氣孔。這些設(shè)計(jì)中的每一個(gè)都已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，以克服與位于擠出機(jī)機(jī)筒頂部的標(biāo)準(zhǔn)排氣口設(shè)計(jì)相關(guān)的一些問題。
無論是大氣還是真空，排氣口穩(wěn)定運(yùn)行的要求是通風(fēng)口區(qū)域螺桿內(nèi)的低填充度和排氣口上游的“熔封”(填充螺桿)。
排氣問題
1. 操作問題，聚合物(和/或其他原料)從擠出機(jī)排氣口流出。這種過程干擾通常需要操作員干預(yù)以清理排氣口或需要關(guān)閉生產(chǎn)線。
2. 由于擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)排氣不充分，殘留揮發(fā)物/氣體留在復(fù)合顆粒中。在這種情況下，需要提高排氣效率以生產(chǎn)可接受的產(chǎn)品質(zhì)量。
這些問題中的每一個(gè)都有解決方案，如下所述。
為什么“東西”從擠出機(jī)排氣口出來？
這類問題在所有雙螺桿混煉擠出機(jī)中都很常見。大氣通風(fēng)口設(shè)計(jì)用于在聚合物初始熔化后釋放空氣、水分和其他揮發(fā)性氣體。從這些排氣口流出的空氣和/或蒸汽的速度是體積流量和排氣口面積的函數(shù)。
當(dāng)蒸汽速度太高時(shí)(由于體積太大或開口面積太小)，排出的氣體往往會夾帶固體，導(dǎo)致熔體從排氣口流出。此處的解決方案是提供更大的排氣面積，并且可能需要額外的排氣口來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
顆粒填料(礦物填料、CaCO3等)從下游側(cè)進(jìn)料到熔融聚合物中需要經(jīng)過排氣口。這些排氣口設(shè)計(jì)用于釋放通過帶有粉末的側(cè)面進(jìn)料器進(jìn)入機(jī)器的空氣。填料的堆積密度越低，進(jìn)入擠出機(jī)機(jī)筒的空氣就越多，必須排出。如果通風(fēng)孔開口面積太小(相對于必須排出的空氣體積)，由此產(chǎn)生的高出口速度往往會將細(xì)粉和粉末帶出通風(fēng)孔。解決這個(gè)問題需要擴(kuò)大排氣面積，如前所述，并且可能還需要額外的排氣口。
在第一側(cè)進(jìn)料器處存在未熔化的聚合物還導(dǎo)致填料從與該側(cè)進(jìn)料器相關(guān)聯(lián)的大氣排放口出來。要診斷這是否與排氣口有關(guān)，必須對側(cè)進(jìn)料口處的熔體質(zhì)量進(jìn)行物理檢查，以驗(yàn)證是否存在任何未熔化的樹脂。如果是這種情況，解決方案需要修改螺桿上游部分(聚合物熔化處)的螺桿設(shè)計(jì)。
備選的排氣口設(shè)計(jì)可滿足特定的脫氣要求。加熱側(cè)排氣口設(shè)計(jì)用于防止當(dāng)聚合物在排氣口內(nèi)積聚和降解時(shí)可能發(fā)生的污染(例如，黑點(diǎn))。
真空排氣口通常位于造粒模頭附近，旨在釋放真空條件下的任何殘留蒸汽。熔體會從真空排氣口流出并堵塞排氣口，這似乎是一個(gè)非常普遍的問題。發(fā)生這種情況時(shí)，氣體不會從熔體中去除，所得顆粒會變得多孔并帶有空隙等。排氣孔堵塞需要操作員手動清理排氣孔，在某些情況下可能需要關(guān)閉生產(chǎn)線。
此問題有多種可能的原因和解決方案：熔體可能直接由于多余的備用螺桿長度(產(chǎn)生所需壓力所需的填充螺桿的長度)而到達(dá)真空排氣口。
當(dāng)篩網(wǎng)或模頭壓力增加時(shí)(例如，當(dāng)篩網(wǎng)被污染物堵塞時(shí))，備用長度相應(yīng)增加，直到到達(dá)擠出機(jī)機(jī)筒中的排氣口。即使沒有真空，熔體也會從排氣口連續(xù)流出。這個(gè)問題的解決方案是降低壓力(例如增加篩網(wǎng)面積或模孔的數(shù)量/尺寸)，通過將真空排氣口向上游移動一個(gè)機(jī)筒(或在真空排氣口后增加一個(gè)機(jī)筒)來增加擠出機(jī)的泵送長度，或者安裝熔體泵為下游設(shè)備加壓。請注意，大多數(shù)這些解決方案都是資本密集型(花費(fèi)更大)的。
當(dāng)機(jī)器末端的泵送螺桿元件磨損時(shí)，也會出現(xiàn)同樣的情況(達(dá)到真空排氣口的備用長度)。在螺桿磨損的情況下，隨著時(shí)間的推移，熔體會更頻繁地從排氣孔中流出，最終成為一種慢性病。磨損螺紋元件的解決方案很簡單——更換磨損的元件。
如果熔體密封元件的可支撐壓力小于真空壓力，熔體也會從真空排氣口流出。這種情況導(dǎo)致熔體被“拉”出機(jī)器，因?yàn)檎婵毡猛ㄟ^擠出機(jī)機(jī)筒吸入空氣。由于擠出機(jī)機(jī)筒上沒有安裝壓力傳感器，能證明這是問題原因的線索是觀察真空計(jì)。如果壓力表隨時(shí)間穩(wěn)定，則表示真空系統(tǒng)“密封嚴(yán)密”。如果您能看到儀表下降，則表明空氣正在通過系統(tǒng)吸入(此時(shí)排氣口將充滿熔化的塑料)。如果只有在施加真空時(shí)熔體才從真空口流出，這表明真空密封元件沒有產(chǎn)生足夠的壓力。
有些特種材料在暴露于高溫真空時(shí)會呈現(xiàn)出特性。這些材料在到達(dá)機(jī)筒開口時(shí)往往會膨脹和起泡，并且不會輕易流回螺桿中。當(dāng)使用傳統(tǒng)的開放式通風(fēng)口時(shí)，這些材料會在所有條件下從機(jī)器中排出。這些化合物只能使用排氣填料在真空下加工：機(jī)械雙螺桿系統(tǒng)可防止熔體膨脹到擠出機(jī)螺桿通道之外，但允許氣體軸向移動通過安裝在排氣口內(nèi)的排氣填料的螺桿。
在高填充(高達(dá)80%)和高生產(chǎn)率的情況下側(cè)向進(jìn)料低堆積密度填料需要多個(gè)大氣通風(fēng)口，以促進(jìn)從擠出機(jī)機(jī)筒中去除大量空氣。
為什么該排出的東西不出來？
如果當(dāng)前的機(jī)器配置、通風(fēng)口設(shè)計(jì)和操作條件無法去除足夠數(shù)量的揮發(fā)物，這些解決方案通常需要修改螺桿設(shè)計(jì)和/或機(jī)筒配置。
從熔體中去除揮發(fā)性氣體是通過真空來完成的，從而為傳質(zhì)提供額外的驅(qū)動力。大多數(shù)復(fù)合生產(chǎn)線在20至27英寸汞柱(約100-300毫帕)范圍內(nèi)的真空壓力下運(yùn)行。有許多可用的解決方案可以進(jìn)一步提高脫揮發(fā)分：
• 如果熔體在真空下的停留時(shí)間是限制因素(擴(kuò)散受限)，一種選擇是降低產(chǎn)量以增加平均停留時(shí)間。這不是一個(gè)流行的選項(xiàng)，但最容易實(shí)現(xiàn)。
• 另一種增加停留時(shí)間的解決方案需要將熔體密封元件重新定位在擠出機(jī)機(jī)筒中更上游的位置。真空部分因此向上游延伸得更遠(yuǎn)。
• 將真空度提高到最大——這通常需要更換現(xiàn)有的真空泵系統(tǒng)。
• 通過增加輸送元件間距來降低真空部分的填充度。螺桿通道中較低的填充物會產(chǎn)生較薄的熔體層，氣體必須通過該熔體層擴(kuò)散。
• 用額外的真空通風(fēng)口重新配置機(jī)器。這可能需要延長當(dāng)前螺桿長度以添加額外的真空排氣口(如果現(xiàn)有螺桿的L/D不足以包含第二個(gè)真空排氣筒)。
• 使用汽提劑(通常是水)注入真空排氣口上游的機(jī)筒，以降低揮發(fā)性物質(zhì)的分壓。
