发泡挤出控制方法

manjia_tju

一种综合的控制方法将现代发泡挤出系统的各个组件关联到了一起。在贯穿整个系统的开始以及结束端的改变主要以自动化、重复性和用户友好的方式来进行的。
( w- E) t6 m6 c1 ^% _* ]$ @& W用于发泡挤出的典型原材料配方由多达八种组分构成，必须在限定的条件下进行加工。设备制造商们面临着技术开发，以及确保半成品发泡产品的可重复性生产控制方法的挑战。
本文集中讨论以同轴方式排列的两台串联挤出机的发泡挤出生产线装置(型号：ZE/KE；图1所示)。
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图1、用于发泡挤出的串联系统示意图示（ZE/KE）本文集中讨论以同轴方式排列的两台串联挤出机的发泡挤出生产线装置(型号：ZE/KE；图1所示)。
7 n" w# S" U0 Z) j, P◆ 一台同向双螺杆挤出机(ZE)用于熔化聚合物并引入发泡剂；
◆ 一台单螺杆挤出机 — 冷却挤出机（cooling extruder）(KE)用于冷却含有发泡剂的熔体。
熔体挤出机
+ A, j: q: j: S双螺杆挤出机通过重量计量单元(重量损失进料器)来进行聚合物原料的进料，而这决定了系统的生产量。在高压泵的辅助下，液态形式的物理发泡剂被引入到料斗中。
8 }3 R6 r. l! r( t$ I  W双螺杆挤出机进行“饥饿进料”（starve-fed）。双螺杆的速度能在某一范围内被改变。聚合物输出量 [kg/h]和螺杆转速[rpm]之间的关系被定义为特征输出量：
在固定输出量的生产中，螺杆转速的降低可使特征输出量增加。这里也存在一个最小速度值，在此值之下挤出机的进料容量就不再是充足的了。如果最大特征输出量mspec,ZE最大被超过的话，则进料段被充满。增加螺杆转速可降低特征输出量。通常，这会导致熔体温度的升高并缩短缓冲段长度。由于缓冲段对于提供密封并防止加工中发泡剂的反向流动很关键，特征输出量也有一个较低的限制。螺杆转速不能被增加到任意值。
冷却挤出机
* ^  G4 _& n$ a8 o3 b* `7 s# y单螺杆挤出机(KE)的特征输出量也能以一种用于熔体挤出机(ZE)的的相似方式来被测试：
这里，特征输出量也能在现在范围内被改变，并从而对熔体温度以及整个系统的压力强度有一定影响。
' r9 k8 s$ }; J0 c借助于特征输出量，挤出机速度的控制能与聚合物的输出量相关联。输出量的额定改变自动导致螺杆转速改变。
9 N- ?  K* N/ Y5 i4 c# o7 H用于发泡挤出的典型原材料配方由多达八种组分构成：纯聚合物、用于孔径尺寸控制的回收和添加剂、色母料和阻燃剂。所含材料的量通过它们的百分比来表示，例如，对于组分1：
2 V% k/ a! L5 A$ T; C 所有聚合物原材料的综合通常是100%。
% ~. r  k$ D* b; O! Y: V- B 以[kg/h]来计的每一个组分的绝对输出量通过与聚合物的总输出量相关联而被计算得到。为了保证物料之间的精确比例，所有的组分被以重量计量的方式来进料。
" T4 D0 ]5 A# k  n$ u2 g7 _% u同样地，发泡剂的特征量也用与聚合物总输出量相关的百分比来规定。
" o0 w) `# E1 v( r 发泡剂加入量的绝对值也通过关联聚合物的总输出量来被计算得到，并作为选点被设定到计量泵的控制部分中。流动速度的测量基于科氏力（Coriolis force）原则。
" U& g/ I" S+ V" F  d6 i# a# s0 M& \一套串联发泡生产线的总输出量以聚合物和发泡剂加入量的总和而被计算得到，也就是说，发泡剂被计入到总加入量中。
# {) x3 j+ I1 R) j) \. R 对于某些发泡产品(XPS泡沫板)，多达三种发泡剂被加入到聚合物中。发泡剂直接注射进聚合物熔体中，也就是说注射进双螺杆挤出机的料斗中。
对于成品的稳定质量而言，保持稳定的加工参数很关键。除了温度控制以外，这特别也意味着聚合物组分的比例、发泡剂和挤出机的特征输出量。
基于其百分含量，发泡剂的控制也能够被关联到聚合物的输出量上来。这也意味着发泡剂的绝对流动速度随着总输出量的改变而发生变化。
  [$ W1 U, S6 ^$ j2 Z: ]掌握聚合物材料和发泡剂的每个比例，配方就可被清楚确定下来。知道了聚合物输出量、所有材料的比例和这两台挤出机的特征输出量就意味着一个操作步骤的必要参数被界定下来。
& z4 J6 A2 o! D9 v$ _操作点的典型改变，如在输出量或者整个生产线的开始和结束端的改变，现在就能在一定范围内实现自动化。在想要的生产线输出量的开始端通过在一个中心控制平台的监视器上点击鼠标来进行初始化(图2所示)。
在斜坡函数（ramp function）的辅助下，在某个想要进行改变的位置上的速度能够被预选择。其被定义为每一时间单位内[min]聚合物输出量的改变[kg/h] ：
. T3 n& M% y  l  J9 x基于上述的连接，参数的改变就可实现(1, 2, 5)。
所有的顺序因而是可重复的。操作者能专注于观察产品质量和调节生产线的速度。对于每个区段的任何必要温度改变，或者通过手动输入或者通过之前存储的程序传送到机器中。
% G' }! d% |% T所有的机器参数被连续的记录、存储并能以趋势图的形式来被图像化显示出来。利用这些图像，随时间进行的加工行为能被观察和分析。这样，在想要操作点上的参数改变也能被操作者很好地监测。
8 }8 z* i  R' _7 x0 c- O利用合适的控制方法，发泡挤出生产线的操作点能被重复地并以一种简单的方式设定。过去通常会采用的各个组分手动调节的方式可被省去。当生产发生改变时，操作者的错误能够得到显著的降低。
9 y6 h9 x. R6 ~4 c. W文章关键词： 材料、挤出机