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聚四氟乙烯推压生产线设计与生产
时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 武汉市工程塑料有限公司 汤传浩 点击:
聚四氟乙烯制品（PTFE）具有优良的物理、化学性能，广泛应用于国防、化工、医药、机械、电子等行业。聚四氟乙烯树脂加入助挤剂预压成坯体后，使其强行通过具有锥度的，获得排列均匀的纤维状物体，再经烧结成型的工艺过程称为推压成型或糊膏挤出成型。
推压生产线是完成以上工艺过程的专用设备，生产线通常包括塑料混合机、预压机、推压机、烧结炉、收卷装置等。推压机是生产线中的关键设备，目前使用的推压机有机械传动和液压传动两种形式。机械传动式推压机推压速度基本恒定，可一机多用，但超负荷时，设备易出机械故障；液压式推压机，调节阀调定后，压力基本恒定，推压速度先快后慢，超负荷时，不易产生机械故障。
推压生产线设计与生产工艺
塑料混合机的设计参数及混料工艺
混料机由2kw电机为动力，通过皮带和蜗轮、蜗杆减速，减速比约为700，带动盛有待混料的广口瓶，在垂直平面上旋转，垂直平面上对称均匀固定2～6个容积为2L的广口瓶，旋转速度约为15～20rpm。
聚四氟乙烯树脂的颗粒极其细小，约为0.2～0.4mm，但是，由于很多细小的粒子凝聚在一起，所以实际上所形成的粒径大小约为500mm，粉末料最好放置在10～20℃干燥处，如果粉末料在拌入助挤剂前已结块，则必须先用10目的筛子过筛。将粉料装入干净、干燥的广口瓶中，不超过瓶子容积的三分之二，按规定的比例加入助挤剂，盖紧盖子，放在混料机上，滚动混料约二十分钟，在室温下静止存放约24小时。
常用助挤剂有isoperM爱克森化学，液体石蜡P-55，200#溶剂油等。沸点100～250℃，添加量15～20Wt%。
预压机设计参数及毛坯预压
预压的目的是除去混合料中的空气，并将粉末压制成带孔径的园柱体，以便装入挤压缸。
预压机选用液压传动形式，齿轮泵型号为CB-10；油缸直径63mm，压力70MPa，行程1000mm；控制采用调速阀控制，无级高速。
预压毛坯料腔直径应比挤压料腔直径略小1～2mm，预压芯杆直径比挤压芯杆直径大0.25～0.5mm，预压料腔长度应不小于挤压料腔长度的2倍。
预压成型压力一般为10～30kgf/cm2，预压速度约50mm/min，保压时间约2min左右，然后逐渐去压，毛坯压好后用绸布拿取，置于干燥器皿中，存放时间最好不超过5小时，预压时不应有附加剪切力，并注意材料内不要有残留空气，加料时尽量保证加料均匀，否则有可能造成制品壁厚厚薄不均。
推压机设计及推压工艺
推压机的外形如图1所示，推压机是该生产线的主要设备之一，推压机传动采取变频电机调速和机械传动相结合，并辅助于人工手动换档，使得推压机获得较大的速度调节范围，以满足产品不同的推压速度要求。设计时考虑加大推压力、加长料腔长度，使得一次性最大加料重量约为4公斤，提高生产效率和制品的长度，但料腔过长，必有较长的芯杆，使得加工困难，不易同心，同时也易使树脂压缩时间过长而造成疲劳，影响产品质量。
推头推力的确定
推压机设计要求能够生产外径Φ4～Φ30 mm，壁厚1～2mm的制品，料腔直径分别为Φ40、Φ60、Φ80、Φ100和Φ120mm，料腔长度400mm,芯杆直径为Φ16、Φ20mm，根据压缩比计算公式：
可以计算出用Φ120料腔和Φ20的芯杆加工Φ30/28（外径/内径）管子时的压缩比约为120,当选用中昊晨光化工研究院生产的原料CGF238加工制品时,通过图2所示压缩比与挤压力的关系图表可得此时挤压力约为100 kgf/cm2，对应的推力为F=100×3.14(122-22)/4=10990 kgf，当用Φ60料腔和Φ16的芯杆加工Φ4/3管子时的压缩比约为470,同样可查得挤压力约为300 kgf/cm2，对应的推力为F=300×3.14(62-1.62)/4=7875 kgf。考虑一定的富余量，推压机的总推力设计为20吨。
推压速度的确定
推压速度由干燥速度和烧结速度而定，速度太慢，制品易分解，甚至不能成型，生产效率低。速度太快，干燥不完全，制品发黄，并且烧不透。综合考虑，推头上、下快速直线速度为150mm/min，推头下行压制速度为5～20mm/min(通过电机变频调速)，电机转速为1440rpm，机械传动比为i=196。
所需电机功率的计算
电机通过皮带、齿轮、蜗轮蜗杆最终带动丝杆作上下运动，根据丝杆螺母运动力的计算公式可算出所需电机的功率。
Mo -丝杆力矩 (N.m)
do -丝杆螺纹中径（m）
a -丝杆螺纹升角
j -螺纹处摩擦角
所用的丝杆为T80×8，中径do=76mm=7.6×10-3m，螺距t=8mm
则螺纹升角 a =1.92°
丝杆螺母在有润滑剂时，摩擦系数取0.1，即 =5.7°
根据公式 （2）
= 20×10 3×7.6×10 -3tg (1.92°+5.7°)/2
=101kgf?m=996 N?m
折算到电机轴上的转矩为：
MD=MO/i=996/196=5.08 N?m
根据公式
则电机功率 P=MD?n/9550=5.08×1440/9550=0.76 (kw)。
整个机械传动的效率约为0.6，则所需电机功率为0.76/0.6=1.27 kw，考虑留一定的功率余量，实际电机功率取2 kw。
烧结炉设计
该生产线设计用于生产大管径推压制品，由于制品重量较大，垂直烧结容易变形，难以保证制品的最后成型，同时由于炉身较长，垂直烧结生产车间的高度也难以达到，故设计时采用斜线下行烧结方式，烧结炉与地面夹角16度左右，见图1。用钢网托住制品下行连续烧结，钢网运行速度采用无级变速，驱动钢网运行的电机功率为1kw，钢网设计安装时，要充分考虑热胀冷缩的影响。烧结炉内腔尺寸为300×300×12000mm(宽×高×长)，炉内腔采用不锈钢材料，保证制品的清洁，外壁使用普通薄钢板，炉壁四周填充隔热性能优良的硅酸铝纤维，加热温度分段控制，分为挥发段、升温段、烧结段、降温段，各段温度由智能型温度仪表、可控硅分别显示和控制，各段温度曲线如图3所示，总加热功率为20kw。
烧结温度与制品的直径、壁厚、挤压速度等因素有关。
结论和测试数据生产线加工安装好后，按照设计要求进行调试，并进行试生产，国产原料选用应用较广的晨光化工研究院生产的分散树脂CGF238，进口原料选用大金公司的F-104和F-201，对使用较普遍的中、小管径制品进行试生产，并对生产出的制品的参数进行了测试（见表），产品外观光滑，无拉毛、裂纹、气泡等缺陷，颜色呈乳白色，制品尺寸、拉伸强度、伸长率等指标满足QB/T3624-99国家专业标准的要求，生产线达到预期的设计效果。(end)
推压生产线是完成以上工艺过程的专用设备，生产线通常包括塑料混合机、预压机、推压机、烧结炉、收卷装置等。推压机是生产线中的关键设备，目前使用的推压机有机械传动和液压传动两种形式。机械传动式推压机推压速度基本恒定，可一机多用，但超负荷时，设备易出机械故障；液压式推压机，调节阀调定后，压力基本恒定，推压速度先快后慢，超负荷时，不易产生机械故障。
图1. 推压机外形示意图（烧结炉与地面夹角约16度）
推压生产线设计与生产工艺
塑料混合机的设计参数及混料工艺
混料机由2kw电机为动力，通过皮带和蜗轮、蜗杆减速，减速比约为700，带动盛有待混料的广口瓶，在垂直平面上旋转，垂直平面上对称均匀固定2～6个容积为2L的广口瓶，旋转速度约为15～20rpm。
聚四氟乙烯树脂的颗粒极其细小，约为0.2～0.4mm，但是，由于很多细小的粒子凝聚在一起，所以实际上所形成的粒径大小约为500mm，粉末料最好放置在10～20℃干燥处，如果粉末料在拌入助挤剂前已结块，则必须先用10目的筛子过筛。将粉料装入干净、干燥的广口瓶中，不超过瓶子容积的三分之二，按规定的比例加入助挤剂，盖紧盖子，放在混料机上，滚动混料约二十分钟，在室温下静止存放约24小时。
常用助挤剂有isoperM爱克森化学，液体石蜡P-55，200#溶剂油等。沸点100～250℃，添加量15～20Wt%。
预压机设计参数及毛坯预压
预压的目的是除去混合料中的空气，并将粉末压制成带孔径的园柱体，以便装入挤压缸。
预压机选用液压传动形式，齿轮泵型号为CB-10；油缸直径63mm，压力70MPa，行程1000mm；控制采用调速阀控制，无级高速。
预压毛坯料腔直径应比挤压料腔直径略小1～2mm，预压芯杆直径比挤压芯杆直径大0.25～0.5mm，预压料腔长度应不小于挤压料腔长度的2倍。
预压成型压力一般为10～30kgf/cm2，预压速度约50mm/min，保压时间约2min左右，然后逐渐去压，毛坯压好后用绸布拿取，置于干燥器皿中，存放时间最好不超过5小时，预压时不应有附加剪切力，并注意材料内不要有残留空气，加料时尽量保证加料均匀，否则有可能造成制品壁厚厚薄不均。
推压机设计及推压工艺
推压机的外形如图1所示，推压机是该生产线的主要设备之一，推压机传动采取变频电机调速和机械传动相结合，并辅助于人工手动换档，使得推压机获得较大的速度调节范围，以满足产品不同的推压速度要求。设计时考虑加大推压力、加长料腔长度，使得一次性最大加料重量约为4公斤，提高生产效率和制品的长度，但料腔过长，必有较长的芯杆，使得加工困难，不易同心，同时也易使树脂压缩时间过长而造成疲劳，影响产品质量。
推头推力的确定
推压机设计要求能够生产外径Φ4～Φ30 mm，壁厚1～2mm的制品，料腔直径分别为Φ40、Φ60、Φ80、Φ100和Φ120mm，料腔长度400mm,芯杆直径为Φ16、Φ20mm，根据压缩比计算公式：
（1）
D-料腔直径 ；dm-芯杆直径 ；d-口模直径；dW-芯模直径。可以计算出用Φ120料腔和Φ20的芯杆加工Φ30/28（外径/内径）管子时的压缩比约为120,当选用中昊晨光化工研究院生产的原料CGF238加工制品时,通过图2所示压缩比与挤压力的关系图表可得此时挤压力约为100 kgf/cm2，对应的推力为F=100×3.14(122-22)/4=10990 kgf，当用Φ60料腔和Φ16的芯杆加工Φ4/3管子时的压缩比约为470,同样可查得挤压力约为300 kgf/cm2，对应的推力为F=300×3.14(62-1.62)/4=7875 kgf。考虑一定的富余量，推压机的总推力设计为20吨。
图2. 压缩比与挤压力关系图
推压速度的确定
推压速度由干燥速度和烧结速度而定，速度太慢，制品易分解，甚至不能成型，生产效率低。速度太快，干燥不完全，制品发黄，并且烧不透。综合考虑，推头上、下快速直线速度为150mm/min，推头下行压制速度为5～20mm/min(通过电机变频调速)，电机转速为1440rpm，机械传动比为i=196。
所需电机功率的计算
电机通过皮带、齿轮、蜗轮蜗杆最终带动丝杆作上下运动，根据丝杆螺母运动力的计算公式可算出所需电机的功率。
(2)
F -推力（kgf）Mo -丝杆力矩 (N.m)
do -丝杆螺纹中径（m）
a -丝杆螺纹升角
j -螺纹处摩擦角
所用的丝杆为T80×8，中径do=76mm=7.6×10-3m，螺距t=8mm
则螺纹升角 a =1.92°
丝杆螺母在有润滑剂时，摩擦系数取0.1，即 =5.7°
根据公式 （2）
= 20×10 3×7.6×10 -3tg (1.92°+5.7°)/2
=101kgf?m=996 N?m
折算到电机轴上的转矩为：
MD=MO/i=996/196=5.08 N?m
根据公式
(3)
MD-电机力矩（N?m）; P-电机功率（kw）; n-电机转速（rpm）。则电机功率 P=MD?n/9550=5.08×1440/9550=0.76 (kw)。
整个机械传动的效率约为0.6，则所需电机功率为0.76/0.6=1.27 kw，考虑留一定的功率余量，实际电机功率取2 kw。
烧结炉设计
该生产线设计用于生产大管径推压制品，由于制品重量较大，垂直烧结容易变形，难以保证制品的最后成型，同时由于炉身较长，垂直烧结生产车间的高度也难以达到，故设计时采用斜线下行烧结方式，烧结炉与地面夹角16度左右，见图1。用钢网托住制品下行连续烧结，钢网运行速度采用无级变速，驱动钢网运行的电机功率为1kw，钢网设计安装时，要充分考虑热胀冷缩的影响。烧结炉内腔尺寸为300×300×12000mm(宽×高×长)，炉内腔采用不锈钢材料，保证制品的清洁，外壁使用普通薄钢板，炉壁四周填充隔热性能优良的硅酸铝纤维，加热温度分段控制，分为挥发段、升温段、烧结段、降温段，各段温度由智能型温度仪表、可控硅分别显示和控制，各段温度曲线如图3所示，总加热功率为20kw。
图3. 炉温曲线图
烧结温度与制品的直径、壁厚、挤压速度等因素有关。
结论和测试数据生产线加工安装好后，按照设计要求进行调试，并进行试生产，国产原料选用应用较广的晨光化工研究院生产的分散树脂CGF238，进口原料选用大金公司的F-104和F-201，对使用较普遍的中、小管径制品进行试生产，并对生产出的制品的参数进行了测试（见表），产品外观光滑，无拉毛、裂纹、气泡等缺陷，颜色呈乳白色，制品尺寸、拉伸强度、伸长率等指标满足QB/T3624-99国家专业标准的要求，生产线达到预期的设计效果。(end)
