擠出機(jī)剪切性能高低由擠出機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)所決定。但擠出質(zhì)量?jī)?yōu)劣與擠出效率高低，還在于擠出工藝與擠出機(jī)剪切性能相適應(yīng)。否則低剪切擠出機(jī)采用過(guò)高擠出速度擠出，難以生產(chǎn)擠出高質(zhì)量型材制品，高剪切擠出機(jī)在過(guò)低擠出速度下運(yùn)行，難以有效發(fā)揮擠出效率。不同剪切性能擠出機(jī)都有一定的工藝控制范圍，是有限度的。業(yè)內(nèi)倡導(dǎo)的擠出工藝路線為“馬鞍型”即加熱區(qū)設(shè)定溫度要高一些，恒溫區(qū)設(shè)定溫度要低一些，保溫區(qū)設(shè)定溫度要高一些。但不同剪切性能擠出機(jī)在不同擠出速度下運(yùn)行，“馬鞍型”的“鞍”與“座”高低是完全不同的。
一、擠出機(jī)的加熱途徑與測(cè)溫原理
在塑料異型材擠出時(shí)，要最大限度發(fā)揮不同剪切性能擠出機(jī)的擠出效率，建立螺桿加熱區(qū)(供料段、壓縮段)與恒溫區(qū)(熔融段、計(jì)量段)所需熱量與所供熱量的平衡是關(guān)鍵所在。依據(jù)擠出機(jī)剪切性能特點(diǎn)，不同剪切性能擠出機(jī)，擠出不同規(guī)格塑料異型材，應(yīng)分別采取不同的擠出工藝，以適應(yīng)制品質(zhì)量性能的需求。
塑料異型材擠出，物料由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)共計(jì)有兩種熱源，一種是由電加熱器提供的外加熱，一種是由螺桿在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)物料壓延、摩擦、剪切產(chǎn)生的熱量。在開(kāi)機(jī)生產(chǎn)時(shí)，物料的熔融主要以外加熱為主，在正常生產(chǎn)階段，物料的熔融主要以螺桿對(duì)物料壓延、摩擦、剪切產(chǎn)生的內(nèi)熱為主。具有關(guān)資料表明：在型材擠出中，內(nèi)熱所占擠出機(jī)所供熱量的比例，大致在65％以上。
外加熱溫度控制系統(tǒng)主要是通過(guò)電器儀表元件實(shí)施溫度設(shè)定與顯示。當(dāng)顯示溫度超過(guò)設(shè)定溫度指標(biāo)參數(shù)時(shí)，加熱圈即刻斷電，停止加溫，并由螺桿油冷裝置與螺筒風(fēng)冷裝置進(jìn)行強(qiáng)制冷卻；當(dāng)顯示溫度達(dá)不到設(shè)定溫度指標(biāo)參數(shù)時(shí)，加熱圈就一直不間斷工作。由于內(nèi)熱主要受擠出機(jī)螺桿特性、加料與擠出速度的制約，不受外加熱溫度控制系統(tǒng)的影響。當(dāng)?shù)图羟袛D出機(jī)擠出速度過(guò)高時(shí)，即使供料段與壓縮段外加熱圈工作頻率提高，間歇時(shí)間很短，其顯示溫度亦可能達(dá)不到設(shè)定溫度；即使熔融段與計(jì)量段外加熱停止工作并啟動(dòng)螺桿與螺筒冷卻裝置運(yùn)行，顯示溫度仍可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)定溫度。
同時(shí)由于反映顯示溫度的測(cè)溫點(diǎn)(熱電偶)安裝在擠出機(jī)螺筒壁上，與螺筒內(nèi)物料有一定距離，儀表顯示溫度與物料實(shí)際溫度在不同工況下則有一定梯度，存在不同對(duì)應(yīng)關(guān)系。一般情況下加料段與壓縮段物料即存在外加熱，又存在剪切熱，為雙向加熱，顯示溫度基本等同于物料溫度；熔融段與計(jì)量段物料顯示溫度未達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，亦為雙向加熱。當(dāng)顯示溫度超越設(shè)定溫度時(shí)，熱量開(kāi)始由內(nèi)向外傳遞，可稱之為逆向傳熱，顯示溫度低于物料溫度。由此可知低剪切擠出機(jī)擠出速度較高時(shí)，螺桿熔融段、計(jì)量段物料實(shí)際溫度不僅高于設(shè)定溫度，也高于顯示溫度。
因此當(dāng)顯示溫度在設(shè)定溫度區(qū)域運(yùn)行時(shí)，設(shè)定溫度參數(shù)基本等同于物料溫度，是物料塑化熔融的控制目標(biāo)與依據(jù)。當(dāng)顯示溫度偏離設(shè)定溫度區(qū)域運(yùn)行時(shí)，顯示溫度可假定為物料溫度，即取代設(shè)定溫度成為物料塑化熔融的控制目標(biāo)與依據(jù)。設(shè)定溫度只是增加或減少外供熱的調(diào)控手段。
二、低剪切擠出機(jī)
對(duì)于低剪切擠出機(jī)，由于給料段、壓縮段壓縮比較小，所提供的內(nèi)熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了玻璃態(tài)物料塑化要求，故給料段、壓縮段溫度設(shè)定應(yīng)高一些，因配方不同，大致在190～200℃左右，盡管在提高擠出速度情況下，顯示溫度依然偏低，但提高設(shè)定溫度的目的，是為了供料段、壓縮段電加熱圈，一直不間斷工作，只要顯示溫度在180～185℃區(qū)間，物料緊包裹于螺桿，處于微熔狀態(tài)，不出現(xiàn)排氣孔冒料現(xiàn)象，可視為正常；熔融段、計(jì)量段設(shè)定溫度應(yīng)低一些，因配方不同，大致在165～175℃左右，盡管在提高擠出速度情況下，顯示溫度依然偏高，但降低設(shè)定溫度的目的，是為了熔融段、計(jì)量段電加熱圈適時(shí)停止加熱，并啟動(dòng)螺桿油冷與螺筒風(fēng)冷對(duì)物料進(jìn)行冷卻，只要顯示溫度在180～185℃區(qū)間，擠出型坯截面未出現(xiàn)氣孔、麻點(diǎn)等癥狀，可視為擠出速度正常。
反之即使給料段、壓縮段溫度設(shè)定的再高，加熱圈不間斷工作，排氣孔物料疏松，呈豆腐渣狀，未包裹住螺桿，從螺筒排氣孔出現(xiàn)冒料現(xiàn)象；熔融段、計(jì)量段設(shè)定溫度再低，電加熱圈已停止工作，螺桿油冷與螺筒風(fēng)冷一直對(duì)物料進(jìn)行冷卻，擠出型坯已出現(xiàn)氣孔、麻點(diǎn)等癥狀，可視為擠出速度已到極限，應(yīng)及時(shí)降低擠出速度或加料與擠出速度。
排氣孔冒料是低剪切擠出機(jī)塑化不良的表征。但并非排氣孔冒料都是低剪切擠出機(jī)所造成的。
導(dǎo)致排氣孔冒料主要有以下原因：
①加料速度過(guò)快，所增加的剪切熱不足于平衡所增加的給料量需要的熱量，導(dǎo)致的塑料塑化不良；
②擠出速度過(guò)快，所增加的剪切熱不足于平衡物料在給料段與壓縮段停留時(shí)間減少而損失的熱量，導(dǎo)致的塑料塑化不良；
③配方采用CPE抗沖改性劑時(shí)，加工助劑添加量偏少，物料摩擦性能差，到排氣孔時(shí)塑化不良；
④配方中潤(rùn)滑劑過(guò)量，物料在擠出機(jī)內(nèi)移動(dòng)擠出速度過(guò)快，到排氣孔時(shí)塑化不良；
⑤擠出機(jī)螺桿與螺筒軸向間隙過(guò)大，漏流嚴(yán)重或螺桿給料段、壓縮段溫度過(guò)高，導(dǎo)致物料“過(guò)塑化”，已轉(zhuǎn)化為熔體的物料經(jīng)歷了壓縮段第一次壓力高峰后，到排氣孔時(shí)應(yīng)力釋放，體積膨脹，粘附在螺棱端面，隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)被排氣段螺筒刮落在排氣孔管壁上，積累到一定程度從排氣孔溢出。
前兩種排氣孔冒料均和擠出機(jī)剪切性能差有關(guān)，第三種與第四種排氣孔冒料主要與配方有關(guān)，第五種排氣孔冒料主要與擠出機(jī)磨損及剪切性能高有關(guān)。在判斷排氣孔冒料原因時(shí)，應(yīng)綜合考慮，不可盲目而定。如屬于試驗(yàn)配方發(fā)生的排氣孔冒料應(yīng)調(diào)整配方；如屬于擠出機(jī)磨損，應(yīng)調(diào)整擠出機(jī)螺桿與螺筒間隙；如發(fā)現(xiàn)物料在排氣孔“過(guò)塑化”應(yīng)調(diào)整加料擠出速度比；前三種排氣孔冒一般表現(xiàn)為扭距升高，后兩種排氣孔冒一般表現(xiàn)為扭矩降低。
三、高剪切擠出機(jī)
對(duì)于高剪切擠出機(jī)，由于給料段、壓縮段壓縮比較高，所提供的內(nèi)熱已能滿足玻璃態(tài)物料熔融的需要，故一般情況下，給料段、壓縮段設(shè)定溫度比低剪切擠出機(jī)設(shè)定溫度要低一些。依據(jù)物料在螺筒排氣孔的具體形態(tài)而定。不但要注意排氣孔是否冒料，而且要注意排氣孔物料是否“過(guò)塑化”；同樣道理，由于熔融段、計(jì)量段壓縮比較低，剪切熱少，故一般情況下熔融段、計(jì)量段設(shè)定溫度比低剪切擠出機(jī)設(shè)定溫度要高一些。
亦按型料，而且要注意排氣孔物料是否“過(guò)塑化”；同樣道理，由于熔融段、計(jì)量段壓縮比較低，剪切熱少，故一般情況下熔融段、計(jì)量段設(shè)定溫度比低剪切擠出機(jī)設(shè)定溫度要高一些。亦按型坯在口模出口的形態(tài)而定。不但要注意型坯截面是否出現(xiàn)氣孔，還要注意型坯是否“欠塑塑化”。高剪切擠出機(jī)比低剪切擠出機(jī)設(shè)定溫度曲線相對(duì)比較平緩。
高剪切擠出機(jī)擠出最常見(jiàn)的問(wèn)題不是排氣孔冒料，而是由給料段與壓縮段剪切熱過(guò)高，導(dǎo)致物料在排氣孔出現(xiàn)掛料“粘壁”癥狀。開(kāi)機(jī)一段時(shí)間，型坯出現(xiàn)黃線，難以正常生產(chǎn)。因此應(yīng)盡降低該兩段設(shè)定溫度，減少外供熱量或調(diào)整配方，適量增加潤(rùn)滑劑或減少加工助劑。如果效果不顯著或配方潤(rùn)滑劑與加工助劑的變化導(dǎo)致型材質(zhì)量變化，以及同時(shí)采用不同剪切性能擠出機(jī)生產(chǎn)，同一的混料、儲(chǔ)料、輸料系統(tǒng)，不可能為高剪切擠出機(jī)單另配料，只有降低擠出速度，在較低擠出效率區(qū)間運(yùn)行。由此也可以提醒企業(yè)在增加或更新擠出機(jī)時(shí)，最好購(gòu)置擠出機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)與性能一致或相近的機(jī)型。
在擠出過(guò)程中，物料由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)的過(guò)程，除搞好物料塑化所需熱量與所供熱量的平衡，使物料完成理想的塑化外，熔壓也是一個(gè)十分重要的控制指標(biāo)。由于物料在擠出過(guò)程中受口模阻力、螺桿各段壓縮比的影響，本身不是以常壓存在的。不同口模，螺桿各段壓縮比基本是恒定的，不可變的。螺桿各段壓縮比也只是對(duì)各段螺桿物料壓力進(jìn)行分配與調(diào)整，不可能增加或減少熔體在擠出過(guò)程中的總壓力?？倝毫φ{(diào)整主要依靠擠出速度、給料與擠出速度比等工藝方法進(jìn)行。調(diào)整擠出速度、給料與擠出速度比不僅是調(diào)整擠出溫度的重要措施，也是調(diào)整熔體壓力與擠出效率的主要措施。
在擠出速度不變前提下，提高或降低給料速度，給料段螺桿物料容積發(fā)生變化，排氣段物料容積保持不變，故給料段、壓縮段隨壓縮比變化，其熔壓隨之提高或降低；在給料速度不變前提下，提高或降低擠出速度，給料段螺桿物料容積亦發(fā)生變化。排氣段物料容積依然不變，故給料段、壓縮段隨壓縮比變化，其熔壓隨之提高或降低；給料速度隨擠出速度同步提高或降低，由于給料段螺桿物料容積不變，僅是因速度增加或減少，導(dǎo)致的熔壓變化。
由此可知：前兩種情況，隨熔體容積變化，熔體壓力同步變化，變化較大；后一種情況因熔體容積不變，熔體壓力變化較小。因此低剪切擠出機(jī)或高剪切擠出機(jī)在溫度調(diào)整時(shí)，都要注意物料熔壓變化情況，擠出型坯應(yīng)在保證既不“欠塑化”又不“過(guò)塑化”前提下，盡量提高熔壓，從而確保型材具有較好光潔度、密實(shí)度、尺寸變化率與沖擊性能。
不論高剪切擠出機(jī)還是低剪切擠出機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間，螺桿與螺筒軸向間隙磨損增加后，出現(xiàn)漏流現(xiàn)象，當(dāng)仍在允許范圍內(nèi)，都存在一個(gè)工藝與配方調(diào)整問(wèn)題。一般在不影響制品物化性能與外觀質(zhì)量的前提下，可以通過(guò)適當(dāng)降低擠出速度、設(shè)定溫度或適當(dāng)減少潤(rùn)滑劑，增加填料，以減少熔體流動(dòng)性的方法進(jìn)行處理。當(dāng)然停機(jī)調(diào)整螺桿與螺筒軸向間隙，進(jìn)行拋光處理，保持物料原有流變狀態(tài)，無(wú)疑是最有效的解決措施。
關(guān)于機(jī)頭與過(guò)渡段、口模溫度控制情況，由于低剪切擠出機(jī)與高剪切擠出機(jī)剪切性能的差別主要在螺桿結(jié)構(gòu)，與機(jī)頭、過(guò)渡段、口模等關(guān)系不大。同時(shí)機(jī)頭、過(guò)渡段、口模設(shè)定溫度僅僅是為熔體物料改變流動(dòng)方向、調(diào)整物料截面物料流速和提高制品外觀光潔度服務(wù)的。故兩種不同剪切性能擠出機(jī)在溫度控制上，沒(méi)有大的區(qū)別。主要依據(jù)出口型坯的形態(tài)與外觀色澤進(jìn)行調(diào)整。
采用高剪切或低剪切擠出機(jī)時(shí)應(yīng)與擠出型材規(guī)格相配套。高剪切擠出機(jī)剪切產(chǎn)生熱量多、擠出量大，如果擠出型材規(guī)格過(guò)小，受口模與定型模線速度的制約，牽引速度又不能過(guò)高，使擠出效率得不到有效發(fā)揮，也不能有效利用擠出機(jī)自身機(jī)械能所轉(zhuǎn)化的熱能，達(dá)到節(jié)能的目的；低剪切擠出機(jī)剪切產(chǎn)生熱量少，擠出量小，如果擠出型材規(guī)格過(guò)大，擠出速度提高時(shí)，制品質(zhì)量難以保證。
因此在擠出機(jī)配置模具時(shí)，高剪切擠出機(jī)應(yīng)配置大規(guī)格型材模具，低剪切擠出機(jī)應(yīng)配置小規(guī)格型材模具。以確保在相近的工藝條件下，擠出所供熱量與所需熱量的平衡。
不論采用高剪切或低剪切擠出機(jī)擠出生產(chǎn)型材，經(jīng)檢驗(yàn)制品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求，工藝參數(shù)確定下來(lái)，一定要嚴(yán)格執(zhí)行，一般不要輕易改變。在試驗(yàn)新配方時(shí)，盡量以原工藝參數(shù)為參考體系，根據(jù)物料流變情況，特別是熔壓與制品成型尺寸變化、光潔度等外觀質(zhì)量，適當(dāng)調(diào)整工藝溫度或配方中加工助劑、潤(rùn)滑劑添加量。
四、總結(jié)
①、擠出機(jī)的剪切性能是由螺桿錐度、螺紋頭數(shù)、螺距、螺棱寬度、螺槽深度、螺旋角等因素所決定的。其中螺桿錐度、螺距、螺棱寬度、螺槽深度主要通過(guò)螺槽物料容積改變，來(lái)增加或減少螺紋剪切面積與剪切熱的；螺旋角改變是通過(guò)增加或減少物料行程的方法來(lái)增大或減少剪切熱的。
螺紋頭數(shù)增加，例如供料段、壓縮段由單頭變?yōu)殡p頭主要是將加熱區(qū)螺桿物料流動(dòng)由串連流動(dòng)改為并聯(lián)流動(dòng)，流動(dòng)速度加快，然后通過(guò)排氣段單頭螺紋堵截，提高其壓縮比和剪切熱的。實(shí)踐證明，增加螺桿前兩段螺紋頭數(shù)雖然導(dǎo)致物料行程減少，但增加的剪切熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物料行程減少所損失的熱量，是提高擠出機(jī)剪切性能最有效的措施；
②、擠出機(jī)剪切熱是根據(jù)擠出物料特性、形態(tài)及塑化所需熱量進(jìn)行配置的。由于給料段、壓縮段物料基本呈玻璃態(tài)，并要求至排氣段處于“微熔狀”并緊緊包裹螺桿，不被螺筒剝離，所需熱量較多；故該加熱區(qū)壓縮比較大；由于熔融段、計(jì)量段物料基本處于粘流態(tài)，只是局部不甚均勻，需要進(jìn)一步恒溫，所需熱量較少，故恒溫區(qū)壓縮比較小。
③、擠出工藝要依據(jù)不同規(guī)格型材擠出對(duì)熱量的需求進(jìn)行控制，以確保擠出機(jī)所供熱量與不同規(guī)格型材物料體積所需熱量的平衡。
對(duì)于低剪切擠出機(jī)，供料段與壓縮段設(shè)定溫度要保證外加熱不間斷工作，對(duì)擠出機(jī)剪切熱依然不足進(jìn)行補(bǔ)充。熔融段與計(jì)量段設(shè)定溫度要保證外加熱適時(shí)停止工作，顯示溫度仍處于設(shè)定溫度的控制區(qū)間。否則應(yīng)降低擠出速度。
對(duì)于高剪切擠出機(jī)除后兩段工藝控制基本相同外，最大不同點(diǎn)是前兩段剪切熱量即有可能不足，也可能過(guò)剩，應(yīng)依據(jù)顯示溫度偏離設(shè)定溫度的方向與幅度進(jìn)行調(diào)整，如顯示溫度低于設(shè)定溫度，應(yīng)提高設(shè)定溫度，保持外加熱圈處于不間斷加熱狀態(tài)，如顯示溫度高于設(shè)定溫度，應(yīng)降低設(shè)定溫度，使外加熱熱圈適時(shí)停止工作并啟動(dòng)螺桿與螺筒冷卻裝置實(shí)施強(qiáng)制冷卻。
④、熔體壓力是保證型材密實(shí)度、尺寸變化率、沖擊強(qiáng)度等性能的主要指標(biāo)，調(diào)整擠出溫度與速度時(shí)，應(yīng)在保證型材外觀成型質(zhì)量前提下，盡量保持比較高的熔壓。
⑤、擠出機(jī)剪切性能強(qiáng)弱應(yīng)依據(jù)型材規(guī)格大小進(jìn)行配置，以充分發(fā)揮擠出機(jī)擠出效率
⑥、不同剪切性能擠出機(jī)有不同工藝參數(shù)。經(jīng)檢驗(yàn)證明能保證型材質(zhì)量的工藝參數(shù)不要輕易改變，以免造成型材質(zhì)量波動(dòng)。
⑦、實(shí)驗(yàn)配方應(yīng)以原工藝參數(shù)，特別是扭距為參照體系，以擠出機(jī)排氣孔是否冒料與口模擠出型坯形態(tài)為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。
⑧、擠出機(jī)螺桿與螺筒徑向間隙發(fā)生變化，在不影響型材質(zhì)量的前提下，可通過(guò)調(diào)整擠出溫度、速度與配方，減少熔體流動(dòng)性，適當(dāng)控制物料漏流。
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