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齿轮泵在高分子材料成型加工中的应用及特点
作者:管理员    发布于:2016-09-09 09:20:31    文字:【】【】【

  工艺设备齿轮泵在高分子材料成型加工中的应用及特点张惠敏(青岛化工学院橡胶新技术研究所,山东青岛266042)获得了很高的恒定物料压力,同时挤出均匀。稳定,抗出温度也很低。

  齿轮泵是容积泵中结构简单重量轻的一种泵。它制造容易、成本低、工作可靠、维修方便,多年来一直广泛地应用于机械制造、液压传动系统中。从齿轮泵的发明使用一直到今天已有几十年的历史。然而,随着科学技术的发展,齿轮泵不但没有被淘汰,反而有了更宽、更广的、新的应用领域一高分子材料成型加工领域。齿轮泵之所以有如此大的应用潜力,主要源于它的结构和良好的使用性能。本文就齿轮泵在橡胶、塑料的成型加工中的应用与特点,以及齿轮泵的类型与工艺条件予以介绍。

  1在塑料成型加工中的应用与特点在塑料成型加工中,齿轮泵与挤出机配合使用一将齿轮泵安装在挤出机与机头之间,如所示。这样的安装方式齿轮泵可起到混合、增压及定量挤出的作用。由于齿轮泵的增设,一般挤出机的使用特性得到很大的改善。

  1.1提高产品质量在没有齿轮泵的挤出机中,常常由于螺杆输送不稳定、物料塑化不充分、在熔融段物料软化点不稳定或固体床破碎、电动机负荷脉动及喂料不均等而出现波动,从而影响到产品的质量,如:厚薄不均、精度低等。尤其是生产薄制品时更明显,如挤出PET薄片材时会产生*10的厚度差。所以有时为保证片材的均匀性,整个片材都要加厚,这样做无疑是一种浪费。而齿轮泵的增设,把挤出螺杆产生的波动与机头及下游设备隔离开来,从而大幅度减弱了上游的波动,起到稳压作用。

  在理想状态下齿轮泵输送物料过程中没有物料滑动,即具有不变的输送容积,所以不论泵入口处的压力是如何变化,流量波动有多大,只要进入泵的物料能充满齿槽,齿轮泵就始终能以稳定的压力和流量向机头输送物料,从而减少了机头的输出波动,其输出波动仅为*0.1.如此一来,挤出产品的密实性和尺寸精度得到了保证,废品数得以减少。例如:使用齿轮泵后,生产的PET薄膜厚度误差从*3降到*0.5.另外,挤出PE电缆护套时,由于挤出产品厚度精度的提高,其质量误差从13.5降到2 7.由此可见,产品精度的提高除了可提高产品的质量外,还可以减少材料的浪费,降低生产成本,获得一定的经济效益。

  1.2增加挤出产量收稿曰期:001一12u―般挤出机当压力增大时,逆流量和漏流量程师。

  71994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPubli动物料前进所消耗的功率增加剪切力增大物料齿轮泵在抗出机上的安装位置1-料斗;2-挤出机3转换器;4-齿轮泵;5-机头……net张惠敏齿轮泵在高分子材料成型加工中的应用及特点温度升高,终导致物料降解,对热敏性物料的成型加工十分不利。当安装上齿轮泵后,挤出机内就不必再有太高的压力了,因为齿轮泵可起到增压作用。由于齿轮泵可以完成挤出机计量段的稳压、增压功能,因此挤出机螺杆只需完成连续输送、熔融、混合即可,不必再考虑计量挤出。挤出机内压力减小后,逆流量和漏流量也随之减少,螺杆可以在低压力下进行高速旋转,终结果是物料所受的剪切力减少,融熔温度降低,有效挤出量增加,功率消耗减小,生产的产品范围增大。例如:一台Yl15mm的挤出机安装齿轮泵后,产量从270kg/h增加到45Ckg/h.由于熔融温度的降低,热敏性材料LLDPE的吹塑薄膜产量也得到提高,如:在原产量小于或等于180kg/h的挤出机上安装上齿轮泵后,产量可达到310kg/h.配有齿轮泵的二段螺杆和标准型二段螺杆1一料斗;2-段螺杆;>排气孔;4-第二段螺杆;S精过滤网;fr口型;7-齿轮泵;8-粗过滤网。

  产量与熔融温度的关系1-标准型螺杆;2-齿轮泵与1螺杆组合:>齿轮泵与2螺杆组合混合段,加大螺槽深度。所示为一台Yl15mm的二段挤出机改造前后的结构形式,-(b)为普通的标准型二段挤出机,-(a)为增设了齿轮泵并减短螺杆计量段长度的二段挤出机。在该机上做的试验数据表明;经改进后的挤出机产量从140kg/h增加到190kg/h,即在同一熔融温度下产量提高了40,如所示,同时由于螺槽的加深,能耗也减少了30(虽然螺杆转数提高了,但仍然影响不了能耗的降低)。

  1.3熔融温度降低如前如述:齿轮泵的增压作用使得螺杆工作压力下降,剪切应力减低,终导致熔融温度降低。在6. 89MPa压力下,大约可降低6 *C.这对于高粘度、热敏性物料的成型加工是非常重要的。在LLDPE吹塑薄膜生产中,熔融温度可以减少17°C.由于熔融温度的降低,LLDPE吹膜生产的能量效率也得以提高。如:在实际生产中,LLDPE吹膜生产所达到的能量效率在3kg/kW1i~6kg/kW*h范围内。而对于一台安装上齿轮泵的Y115mm挤出机,其能量效率就可达1.广泛的适用性挤出机与齿轮泵组合所获得的优良性能使得该设备具有广泛的应用领域实际上这种设备可以对各种不同的塑料进行加工,并生产出各类产品,特别是在加工难度大的材料和生产高精度产品时,更能发挥出自身的“特长”如:(1)由于齿轮泵的稳压作用减少了挤出波动,因此这种组合设备特别适宜于生产高精度、薄型和超薄产品,如PETPS,PP和PA等高定向薄膜因为这些材料对压力和流量的波动特别敏感。

  (2)适用于共挤多层薄膜产品。这种产品每层薄膜都非常薄,为降低产品成本,层与层之间夹有复合回收料。所以它的加工难度较大,而齿轮泵的增设为共挤机头提供了稳定的流动,保证了各层组分比率的精度,特别是保证了夹层之间存在充足的防渗剂或粘合剂。

  2在橡胶成型加工中的应用与特点由于齿轮泵具有生产效率高、产品精度高及适应性广等特点,而同样受到橡胶加工领域的重视。在近的几年时间里,橡胶工业借鉴齿轮泵另外由于齿轮泵具有计量、增压功能,因而安装上齿轮泵的挤出机可减短螺杆的计量段,增长在塑料成型加工特点台将齿轮泵应特种橡胶制品用于橡胶的加工生产中。

  2.1精密产品的挤出如前所述:由于齿轮泵输送效率高,压力波动小,所以当挤出机增设了齿轮泵后,其工作性能完全得以改变,挤出稳定,不受螺杆任何不稳定因素影响,如加料形式的影响。在一般挤出机中,胶料是以条状形式喂入机器中的,胶条的喂入速度、胶条尺寸及胶条的硬度直接影响到挤出的稳定性。而对于安装上齿轮泵的挤出机来说,加料形式灵活多了,它不受任何形式的限制,喂入的胶料可以是胶条或胶粒,也可以是胶卷。由于齿轮泵输出稳定,并且输出压力比一般挤出机高3倍,所以可用这种设备生产挤出尺寸精度高、密实性好、在大气压条件下连续硫化的产品,如各种型材、电缆和胶管等,因为这些产品的终质量和尺寸误差主要取决于挤出条件。另外,为避免产品中含有气泡而影响产品质量,大多数情况下用排气挤出机加齿轮泵进行挤出。有了齿轮泵的低压、高容积吸入的特点,从排气孔溢料现象也得以消除。

  行星式齿轮泵1-行星齿轮;2-螺杆;内齿轮;4-压力室;5-填料区除了普通外啮合齿轮泵的应用外,国外还研制了一种行星式齿轮泵(如所示)螺杆作为中心轮同时带动多个行星轮作公转和自转,机筒则作为行星轮系统中的内齿轮。这种齿轮泵散热面积大,对于导热性差的胶料来说,可在短距离传热范围内保证达到一定的低温加工条件。这种齿轮泵模数小,齿数多,因而压力波动更小。重要的一点是多个行星齿轮可以将胶料分成若干个分支进行反复辗压和重复循环,从而使胶料达到优良的均匀性。

  安装上行星齿轮泵的挤出机所需长度更小,因此,在泵的下流区段还可安装其它装置,如所示,在齿轮泵与挤出口型之间另安上一个销钉机筒。通过改变销钉插入的深度来调节能量输入,以便适应于不同的挤出质量要求。

  安装上齿轮泵和销钉机筒的挤出机1-口型;2-销钉机筒;3-行星式齿轮泵;4-料斗2.2压延机供料挤出齿轮泵早在橡胶领域中用于滤胶和进行压延机供料操作。安装上齿轮泵的挤出机供料连续、工艺方法安全可靠,可保持恒定的胶温,它不仅减少了材料的应变,而且消除了过热或焦烧的危险。加工温度容易调节。可在整个供料过程中保持稳定的输送。所有这些特点对压延机加工的产品质量具有重要意义。

  以前压延机的供料是由开炼机进行操作的。

  由于开炼机的预热供料是间歇式的,用开炼机供料往往需要多达3台的开炼机才能满足1台压延机的供料需要。这样的供料形式需要的操作人数多,供料设备占地面积大,而且机器消耗的能量多,提供的胶料的均匀性也较差,加工时间和加工质量难以保证。

  加齿轮泵的挤出机可以解决所有这些问题。

  组合挤出机占地面积小,操作人数少,所消耗的能量比开炼机低得多。包括水温调节,一般每千克产品不超过0.07kW-h.另外小巧的结构形式使得这种设备可以安装在离压延机较近的供料区内,形成了紧凑的供料系统,从而避免了胶料的热损失。齿轮泵挤出机的挤出口模的几何形状可以自由配置,因此供料可以有多种形式。如:(1)挤出单条或多条胶条,喂入压延机中。

  (2)改变胶条直径,使胶条挤出速度低于辊筒速度,以使胶条被拉入辊隙中。

  (3)胶条挤出后被裁切成与辊筒宽度一样长的几条胶条,然后送入辊筒形成堆积胶。

  张惠敏齿轮泵在高分子材料成型加工中的应用及特点3齿轮泵的类型与工艺条件3.1齿轮泵类型齿轮泵类型也就是齿轮类型。用于高分子材料加工的齿轮泵齿轮有3种类型:直齿、斜齿和人字齿,其中直齿齿轮制造简单,成本低,而且强度较大,在高输出压力的条件下具有较大的有效容积输出。斜齿齿轮自洁能力强,物料在齿轮泵内停留时间少,热历程短。重要的是斜齿齿轮输出时的脉冲压力比直齿齿轮低,直齿的脉冲压力是输出压力的1~1.5,斜齿的脉冲压力是输出压力的0.5~1.因此对于压力脉冲明显的大规格齿轮泵来说,用斜齿齿轮泵更好。对于200~400齿/分钟排料速度的小型齿轮泵来说,用直齿齿轮是完全可以的。当熔料进入转换器和口型时,小的脉冲压力基本上已被抵消。斜齿齿轮的缺点是产生轴向载荷,有时为了减小轴向载荷可将斜齿的螺旋角减小。人字齿即有斜齿的优点又可以低消轴向载荷,但人字齿的剪切力较大,易使物料生热降肖解所以不适合用于加工热敏性材料。

  3.2压力和扭矩齿轮泵的主要作用是增压,因此压力是齿轮泵的主要工艺条件,它包括:大输入压力,大输出压力和大压力差。

  其中大输出压力是齿轮泵的基本参数,齿轮泵必须具备足够的输出压力,才可压实熔料,生产出合格产品。大部分机头压力为7行LLDPE和HMW―HDPE薄膜生产时机头压力高达34~55MPa加工PVC管材和型材的机头压69MPa的齿轮泵,AP限制在35MPa以下。为了大程度地分担螺杆压力,齿轮泵的大压差少应尽可能接近大输出压力。

  输入压力的作用是向齿轮泵连续不断地提供均匀的物料。实际所需的输入压力的3 ~6MPa即可,但由于齿轮泵的输出压力一般都很大,而齿轮驱动轴的强度却有限,所以为了减小压差保证驱动轴正常使用,输入压力一般取7齿轮泵的输入扭矩也是一个基本参数。它不仅决定了齿轮泵所能产生的压力差的大小,也决的容积输送能力可以通过齿轮泵每转输送量、齿轮泵转速和物料密度计算得出。

  内。对于稳定性非常好的材料,如PS,转速可控制在250~3OTi/min之间。对于热敏性材料,如PVC,齿轮泵转速应在30~50r/min之间,或者更低。另外用大容积、低转速齿轮泵(10 ~60r/min)加工一般材料时可以减少磨损和生热,并且可以用来增大齿轮泵的输送能力,拓宽机器的加工范围。

  3.3加热、冷却与润骨为了使熔体保持在较低的粘度范围内,且又不致于过热,齿轮泵需设置加热和温控装置。齿轮泵的加热方式有2种:电加热和热油循环加热。

  电加热升温迅速,比较经济。液体加热受热温度均匀,可避免热量集中损坏元件,且温度控制精度高。冷却方法一般采用空气冷却。

  齿轮泵轴承是用输送熔体本身来进行润滑的,因此齿轮泵决不能空转,几分钟的空转时间就足以将齿轮泵损坏。有些泵设计了专门的“强迫润滑”系统,即通过螺旋槽将熔体薄膜输入到轴承处进行润滑。这种泵可以在高速下运转。

  3.4控制与安全为了保持机头输出稳定,无压力脉冲,一般在齿轮泵的入口处安装一个与控制器相联的压力传感器。当入口压力大于设定值时,传感器输出信号,控制器调低螺杆转速,压力降下。当入口压力小于设定值时,控制器将螺杆转速增高,压力上升,结果是入口压力总是保持在设定范围内。这种控制方法齿轮泵转速不变,因而保证了挤出机的稳定产量和产品尺寸精度。然而,在有些生产线上,挤出机下流设备的稳定性较差,对于这种情况,控制器将对齿轮泵转速进行控制,即通过改变齿轮泵输出量使得挤出机的挤出速度与下流设备产生的速度变化相一致,从而保证产品尽寸不变。

  齿轮泵出口处也可安装压力控制装置,用于机器超压报警和自动停机操作。挤出机驱动电机应与齿轮泵电机进行联锁控制,当其中的一个驱动电机停止时,另一个驱动电机也立刻停止。

  齿轮泵一般没有过载保护装置,如剪切销钉联轴器,可调离合器和安培传感器。

  由于齿轮泵配合间隙很小易被大而硬的颗粒定了泵所能输送的不同粘度物料的能力。齿轮泵物损坏为防止这些污物混入齿轮泵中!般在齿特种橡胶制品轮泵前设有安全保护装置过滤网装置。

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