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氟聚合物FEP/PFA/ETFE/PVDF導管高速精密擠出
????????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，耐化學性，耐摩擦性，以及電絕緣性能，目前廣泛應用于汽車，電子，醫(yī)療等領域， 屬于高端應用領域， 氟聚合物導管(包括管材，棒材)由于工藝過程復雜難以控制，材料腐蝕性強，造成制品質量和產(chǎn)量難以保障，因而國內市場上的氟聚合物導管制品主要是進口的，50%以上來自于美國。
????????實際上，選擇好的原材料， 選擇正確的工裝設備，仔細調整好擠出工藝，高速度擠出高精度的氟聚合物導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)驗和客戶的反饋， 比較好的原材料供應商有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，選擇定制的擠出設備包括螺桿和模頭設計，加上最佳的工藝控制，是高速擠出氟聚合物導管的要點。
????????本文主要介紹氟聚合物導管高速精密擠出對擠出設備及工裝和工藝的要求：
????????1、 工裝設備的材料選擇
????????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，這是氟聚合物擠出工藝的難點，普通氮化鋼或工具鋼只要2 個星期就會腐蝕掉，如下圖， 主要是點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，結果塑化效果差，機頭壓力波動大，造成一系列質量問題，形成制品表面氣泡，黑點，晶點，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，通常宜選鎳基合金鋼，國外通常選INCONEL,MONEL 和 HASTELLOY , 國內有選新三號鋼。對于鎳基合金鋼來說，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度是一對矛盾，耐腐蝕性的提高會帶來鋼材強度的下降，特別是屈服強度和抗扭強度會大幅下降。
????????所以根據(jù)不同氟聚合物的不同的腐蝕強度，選擇不同的鎳基合金鋼是擠出生產(chǎn)線工裝材料設計的關鍵，例如某品牌的FEP料就只能選INCONEL 718.。國外很多客戶愿意選用價格較高的INCONEL合金的原因是，在國際的耐腐蝕標準MR-01-75標準中，INCONEL 合金是最高標準7級。
????????2、 螺桿和模頭的設計
????????2.1 螺桿設計
????????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計，增大螺桿的壓縮比可以提高熔體的的強度，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設計，如下圖，可以通過改變熔體的流動方向，有效地熔融混合，增進混煉和均化效果。
????????螺桿和料管是擠出機乃至擠出生產(chǎn)線的核心，螺桿料管的質量直接關系到產(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管高速精密擠出生產(chǎn)的關鍵。米拉克龍公司在美國自己擁有3 家螺桿料管廠，有多年設計加工螺桿料管的經(jīng)驗。
????????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，為提高制品的密實度，根據(jù)氟聚合物的流變特點，依據(jù)材料的彈性模量來進行模頭的流道設計和壓縮比選擇很重要。米拉克龍公司在美國擁有自己的模頭公司，專門為客戶定制擠出模頭。
????????氟聚合物導管精密擠出模頭要求有流道阻力自動調節(jié)功能，采用針閥結構能夠減少軸向壓力波動對制品尺寸造成影響;另外，口模間隙的自動調節(jié)可以保證穩(wěn)定的壁厚公差;自動浮動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，對材料的選擇，加工精度，以及結構的補償設計。
????????3、 工藝控制
????????一個強大的控制系統(tǒng)在氟聚合物導管的高速精密擠出中必不可少，無論是扭矩控制，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，都是保證制品質量和產(chǎn)量的核心。
????????3.1 扭矩保護
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????????和其他工具鋼不銹鋼螺桿相比，INCONEL螺桿的抗扭強度較低，在冷啟動和過載時螺桿很容易扭斷，氟聚合物導管擠出機的螺桿占整機價格比例很高，控制系統(tǒng)必須具備扭矩過載保護功能。如上圖。
????????3.2 螺桿轉速
????????氟聚合物導管高速擠出時，最佳的螺桿轉速應該開到負荷的90%, 以最大程度提高生產(chǎn)率，如螺桿設計的最大轉速為100RPM, 實際生產(chǎn)應該開到90RPM以上，這樣才能保證生產(chǎn)的線數(shù)度每分鐘達到60米以上。當然這首先要由螺桿設計來保證。
MILACRON MOSAIC CONTROL
????????3.3 多層共擠的同步控制
????????氟聚合物由于其優(yōu)異的耐化學性，阻燃性，耐高溫，耐腐蝕性能，經(jīng)常應邀和其他塑料配合，進行共擠，擔當重任，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，對擠出機和模頭提出很高要求，尤其是控制系統(tǒng)，自動化同步控制多臺擠出機包括上下游設備實現(xiàn)高速高精度擠出。
MILACRON 5 layer Tubing Co-extrusion
????????3.4伺服電機驅動和電源優(yōu)化器
????????和其他擠出應用不同的是，氟聚合物擠出通常采用伺服電機驅動，而不是變頻電機或直流電機，這樣可以提高驅動精度和控制響應時間，最終提高產(chǎn)品的精度。另外，考慮國內的電力供應實際情況，在實際生產(chǎn)線配置時，配備電源優(yōu)化器(Line Reactor)是一個必要的選擇。
MILACRON Extruder
????????最后需要強調的是，氟聚合物導管的高速精密擠出是一個綜合系統(tǒng)工程，除擠出機和模頭外，真空定型冷卻，在線測量，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量形成了一個從擠出機，模頭，真空冷卻的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，關系到最終制品的質量和產(chǎn)量，可以說沒有在線測量，高精度公差0.02mm是不可能實現(xiàn)的。原料，設備，工藝等都會對最終制品的質量和產(chǎn)量造成影響，生產(chǎn)流程中每一個環(huán)節(jié)都需要精益求精，才能確保最終產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量。米拉克龍公司在氟聚合物導管的高速精密擠出有多年豐富的經(jīng)驗，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
