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押出片材的厚度變化的原因及控制方法
日期: 2008-12-18
     押出片材的厚度不一致是一個嚴重的問題。在押出用於熱成形的薄片材時,均勻的厚度對於被成形件獲得合適壁厚和防止光學變形都是重要的,這兩個對於包裝來說都是嚴重的品質問題。厚片材的厚度變化會帶來另外的變形問題,所以要在輥筒上對片材進行再次加熱以使其平整。
 
     卷材的厚度問題可能是在機向(MD)或橫向(TD)的,並有著與設備、材料和工藝有關的多種多樣的起因。傳統減少厚度變化的方法是添加一套掃描厚度控制系統。更好的方法是解決引起變化的問題。如果能完成這個,那麼測厚系統將不必工作得太辛苦,可以被用來調整剩下的小波動。
 
設備上的成因
 
     片材厚度變化可能來自於不正確的螺杆與模頭設計、不合適的溫度分佈和磨損的押出機套筒和螺杆。如果操作者有用舊的螺杆或套筒,就能區別保養記錄,但他們可能不會把它看成是厚度變化之源。螺杆引起的機向和橫向的厚度變化是由衝擊所引發的,因為它們重複出現,所以易於被發現。熔體泵能有助於消除由不佳螺杆設計或由磨損引起的厚度變化。
 
     不正確的套筒溫度分佈也有可能導致衝擊,但熔體泵不會解決這個問題,這將在粘度變化和由此引起的機向和橫向上的不均勻厚度中得到反映。套筒溫度分佈必須將樹脂的熔融特性與螺杆式樣進行匹配。
 
      針對特定的操作條件,設計出了片材押出模頭中的長流道。如果處理該種聚合物的條件並不符合模頭式樣,那麼就會做出不均勻的產品。
 
材料上的成因
 
      厚度問題可能由進入到加料塊和模頭中的熔體溫度不穩定和加料與混料不穩定所引起。保持熔體流的溫度穩定是維持片材尺寸的最重要因素。熔體溫度直接影響著熔體粘度。甚至粘度的小小變化也將改變在模頭中的流動分佈,從而改變片材性能。在這堙A設定不正確的套筒溫度會再次易於引發故障。
 
      材料組成的變化可能引起熔體溫度和粘度變化。當處理混合料時,不穩定的混合比率可以誘發問題。檢查混料器是否設定正確和運轉正確是件有意義的事情。
 
工藝上的成因
 
    不適當的速度調節、操作者引起的變化和工廠環境的變化也能影響片材厚度的變化。螺杆速度變化直接影響著機向厚度一致性。押出機能放大驅動系統中的任何速度差錯。所以即使是小小的速度變化也能導致嚴重的機向尺寸變化。速度變化也影響著流體分佈,從而也改變著橫向的性能。利用現代具有解碼器回饋的數位驅動將消除速度引起的厚度變化。
 
     操作者對工藝參數的調節會干擾厚度的控制。而且,操作者傾向於以他們自己的方式來運行生產線。他們不應對此袖手旁觀。通過增加匯流排控制,可以減少因操作者引起的變化,這限制了操作者經許可做出的調整的範圍。匯流排控制也縮短了達到規範所需的起動時間。由於控制系統瞭解整個工藝過程,所以它能比單獨的離散控制器或傳統多段控制器更好地完成作業。
 
     工廠環境的變化,例如來自敞開門或風扇的氣流,也會破壞片材的尺寸。溫度與濕度的季節性變化常對卷材厚度起著不利影響。戶外溫度可以影響冷卻輥中冷卻水的溫度。戶內溫度和氣流可以改變片材的冷卻速度。厚度薄的片材對周圍氣流的變化特別的敏感。甚至當周圍因素不穩定時,閉環的特點控制能爭求保持片材厚度。
 
     大部分的片材加工商擁有厚度控制系統。也許有三分之二的依賴於以測量系統為基礎的手動調節,有三分之一的擁有自動調節。
 
      輪廓掃描測量能與控制系統結合成一體,通過調節押出機(或熔體泵)速度或冷卻輥牽引速度,來控制平均機向厚度。通過調整模頭螺栓,控制橫向厚度。然而,輪廓測量與控制系統生來對糾正橫向輪廓是遲鈍的。
 
      傳統控制系統常常是獨立控制環的集合,只是糾正每個環的各個控制參數中偏差。先進的控制系統調整整個過程,集合“前饋”或預想的功能,使這些環之間的負作用減到最小。
 
    “前饋”控制的一個好例子是在速度變化之後,立即對一個或更多套筒溫度回路進行調節。“前饋”以對速度變化之後的歷史過程的瞭解為基礎。這種技術能大大減少對敏感溫控區的不適,勝過等待溫度的偏離和回路對溫度誤差做出反應。
 
      在很多應用中,先進的控制回路能控制主要的控制回路,以維持次要的參數。一個例子是在有限範圍內自動調節機筒溫度,保持穩定的最終熔體溫度。
 
      依靠內部軟體“map”,識別出哪一部分的片材是受哪個模栓控制,自動輪廓控制系統對模栓進行調節。考慮到片材條紋由每個模栓位置出來,但條紋可能不是筆直和平行的。因為片材根據冷卻輥和周圍氣流引起的冷卻速度進行伸展和皺縮,模栓繪圖可能是相當複雜的。自動繪圖功能追蹤模栓修正的結果,然後自動調節模栓條紋的內部圖。它不能迅速追蹤變化的環境條件,但它能提供分析起因和隨後效果的線索。
 
      操作者應當擁有必要的可視軟體,以便適當地管理工藝。因為在鑒別厚度變化原因方面操作者處在“第一線”,所以操作者應當擁有所有工藝參數趨勢圖表的顯示,以及橫向輪廓圖。最後,大多數熟練操作人員可以在一條片材生產線上生產出平整而合乎規範的片材,而不管有沒有自動控制器。但自動化裝置越多,操作者在追蹤變數上所花的時間就越少。
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