滴灌帶生產中擠出成型技術探究

楊 冬，劉 班

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

滴灌技術擁有出色節水能力，廣受缺水嚴重國家的青睞。隨著滴灌技術被引入我國，以其特殊優勢已發展了幾十年，大范圍地應用，取得了很好的成效。滴灌技術擁有如此強的生命力，與滴灌帶擠出成型技術和生產設備密不可分。介紹了擠出成型設備結構，可以對滴灌帶生產起到一定的幫助。

1 滴灌帶擠出成型設備

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，通過擠出機螺桿和設備料筒共同作用，使塑料邊受熱塑化，邊被螺桿向前推送，之后連續通過機頭與口模，制作成各類截面塑料成品或半成品。

生產滴灌帶的主要設備擠出機是采用這一模式對滴灌帶擠出生產的。目前最常用的是單螺桿擠出機，主要結構包含五部分：傳動部分、加料部分、機筒、螺桿、機頭與口模。滴灌帶擠出機結構簡圖如圖1。

圖1 滴灌帶擠出機的結構圖Fig.1 Structure of drip irrigation belt extruder

傳動部分。傳動部分是指通過電機、減速裝置、齒輪、組合軸承組合成部件機構，轉動過程是通過轉動電動機帶動齒輪，齒輪再帶動螺桿，使螺桿轉動，進而形成傳遞力矩與速度。在傳動過程中，為了保證擠出滴灌帶的截面尺寸穩定，須使傳遞速度穩定，所以螺桿轉速必須恒定。面對客戶群體的不同要求，滴灌帶截面尺寸大小也有變化，所以電機常為變頻電機，可以通過觸控屏控制PLC輸出模擬量，實現變頻電機無極變速。另外，為了增加扭矩，降低轉速，須在電機軸頭側安裝減速器，合理運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。加料部分由優質板材(Q235A)制成。由圖1可以看出，加料裝置采用的是錐形漏斗，可讓加料時材料落入機筒緩慢均勻，同時也對材料落入機筒起到緩沖作用。在加料口周圍還要安裝冷卻水管，可以去除機筒內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。螺桿是擠出機最核心的組成部分，只有螺桿轉動才可以使機筒內材料實現位移，進而在增加壓力的同時也產生少許熱量。螺桿在擠出機設計之初，選擇幾何參數最關鍵。螺桿幾何參數主要有螺桿長徑比、螺桿直徑、壓縮比等。目前，市場最常用的螺桿直徑設計為40 cm或50 mm，螺桿長徑比為30∶1或40∶1。

機筒部分。機筒也是擠出機主要組成部分，其功能是伴隨其內部螺桿轉動，將塑料塑化及加壓。通常擠出機正常工作時，機筒內溫度在160℃～300℃，而機筒內壓力可以達到30～50 MPa。為了使塑料受熱塑化均勻且能夠控制溫度，須在其內安裝分段加熱裝置及外冷卻裝置。

機頭與口模部分。口模是擠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頭之外，機頭部分是連接口模與機筒的過渡部件。機頭和口模的外形是否合理，對擠出制品產能及質量影響是非常大的。

輔助設備。擠出機除了主體機構外還配有輔助設備。輔助設備由成型模具、牽引設備、控制系統、收卷機組成。其中，收卷機的作用是收卷管帶成品, 并記錄制品米數。

2 擠出成型原理

將原料倒入加料漏斗后，通過外圍冷卻進入機筒，原料隨螺桿轉動朝機頭方向推進。實際生產過程中，為了生產合格制品，避免機頭口模等處無法滴水而生成殘次品，須隨時監控壓力和成型輪子溫度，應通過合理調節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方法均勻混合形成固態聚合物。聚合物具有非常好的材料性能，主要表現為抗拉、耐壓、耐熱、裂變小等，極好地表現了滴灌帶抵抗惡劣環境的能力。第二，成型輪對成品的影響。成型輪就是成型模具。生產滴灌帶會產生成型阻力，這種阻力會產生很大壓力，從而將材料壓實，同時伴隨螺桿轉動及機筒內加熱產生剪切熱力，進而將材料溫度升高，之后在接近壓縮段的1/3處，材料溫度到達可黏流溫度，越向里面推動越逐漸溶解，而在壓縮段結束部位，材料全部黏流。進入均化段后，材料伴隨螺桿轉動，材料被逐漸定壓、定量、定溫，并逐漸進入機頭。機頭口模是已經設計好的成型部件，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

滴灌帶生產的一個重要環節就是擠出成型，所以在生產滴灌帶時要重點關注擠出成型環節。影響其擠出成型的因素有兩個方面：

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：一是機筒外部的加熱環加熱，二是物料被推動時與機筒摩擦產生熱能。而溫度控制是通過機筒內部冷卻與加熱裝置共同協作完成的，通過對控制系統的適當調節，可以保證材料均勻黏流，進而保證成品質量。

成型輪的因素。成型輪就是成型模具，其擁有真空系統和冷卻功能。需要說明的是，成型輪是一個很復雜的模具，其內部有很多已經加工好的水孔和流道，以便在使用真空泵抽氣時，可以使其某一特定部位的扇面產生壓力。在成型輪帶動管泡行進到此部位時，通過已經產生的壓力，將管泡吸附于成型輪之上，而此時已經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，如此就可以持續不斷生出滴灌帶。

4 結語

擠出成型技術是一種高效、成本低廉、適應范圍非常廣泛的塑料成型技術，非常適合滴灌帶生產使用。為了更好地掌握其生產原理，必須要切合實際生產過程，努力研發，領會其原理精髓，讓滴灌帶擠出成型技術發揮更大的作用。