做和称重技术在塑料挤出行业中的应用

称重技术在塑料挤出行业中的应用

作为一项新兴的技术，称重计量控制技术能够精确有效地完成物料的称重计量，保证各物料组分充分混合，在生产中保持高度的灵活性，并显著降低生产成本，使塑料加工者能够生产出高质量的塑料制品，从容地应对市场竞争，这对塑料加工行业的发展具有广泛的现实意义。

概述

在塑料挤出成型过程中，挤出机的原料供给通常分为3个步骤：首先是对挤出机所需的每个组分进行称重，其次是将每台挤出机共需的组分进行混合，最后是将混合均匀的物料供给挤出机料斗，通过螺杆塑化熔融挤出。常规的做法是离线进行配重，即主料多少包（25kg装）配比辅料多少包，再通过人工搅拌装入挤出机料斗。这样会导致诸如称重不准确、混料不均匀，特别是多组分配料中添加剂分散不充分等问题，有时还会由于人工配料过多造成原料的浪费和人工成本的增加，从而导致无法提供挤出机实时挤出生产量，对品质缺乏监控。

另一方面，常规的挤出控制都需要操作人员设定挤出机的转速并进行手动调节，而这并不能保证挤出产量的恒定，并且随着时间的推移，由于温度和压力的波动、过滤的状况及其他相关工艺的变化，挤出生产量往往会发生周期性的变化，同时由于螺杆和牵引机的速度相对恒定，导致生产的制品在米重上即产品的纵向发生厚薄偏差，严重影响产品的质量。图1所示为制品米重随挤出生产量的波动而变化的情况。

图1 制品米重随挤出生产量的波动的变化示意图

随着塑料工业的迅猛发展，塑料挤出过程中的原料供给单纯靠人工称重、混合加料这种方式很难保证其工作质量和工作效率，尤其是多层共挤技术的快速发展，塑料挤出过程的原料供给已经逐步演变为集原料的干燥、储存、输送、称重、混料和挤出控制于一体的自动化系统工程。面对塑料加工行业日趋激烈的竞争和持续不断的市场变化，如何在生产中保持高度的灵活性并不断降低产品的成本对确保产品的品质和市场的竞争地位具有十分重要的意义。称重计量控制技术正是为满足人们在塑料挤出行业日益增长的需求而迅速发展起来的一项新技术，尤其是连续称重混料工艺，能有效确保各组分按预定的重量百分比计量称重，达到混合均一的目的，具有十分广泛的应用前景。

自动称重计量装置在塑料挤出过程中的应用

引起产量变化的因素非常多，如挤出电机的波动、塑料物料的特性、机筒螺杆的结构和挤出过程中的工艺变化等。就物料的特性方面而言，在生产过程中，除了其他工艺参数外，若物料的流量不能够保持稳定的话，其结果必然对产品的质量产生很大的影响。一般加入到挤出机中的物料按照其尺寸与形状分为：粉料、粒料、边角料和回收料等。根据尺寸的不同，粉料（＜0.1mm）分为粉料、细粉料（10～100μm）、精粉料（1～10μm）和超细粉料（0.1～1μm）；粒料（0.5～5mm）分为颗粒（0.1～1mm）和丸粒（1～5mm）；边角料和回收料（＞5mm）的形状有片状、丝状或形状不规则的颗粒等。这些物料由于密度和松散度各不相同，当加入到挤出机中其流动性和加工性也不一样，这样在共挤出时往往会造成挤出不稳定而导致产品质量下降。因此，如何有效控制物料流量（即生产量）的稳定性、精确记录和检测产品的物料流量并做好相应的措施以控制产品的米重，即采用自动称重计量控制来确保生产线的经济效益和产品质量在挤出过程中非常重要。

称重计量喂料系统按其用途主要分为两个方面，即计量混合与挤出控制（米重控制）。计量混合的目的是确保各组分按正确的重量百分比计量，以达到混合均一的目的。挤出控制则是维持挤出机的速率一致，从而确保产品的厚度或每层的比例稳定不变。

评估称重计量喂料系统的因素有计量的准确性、混合据巴斯夫称的均匀性以及挤出控制的精确性。计量的准确性是指每种原料成分的重量百分比的实际值与设定值的差异程度；混合均匀性是指各种成分是否完全分散到混合物中；控制的精确性是指米重和共挤层间比例的控制精度。

1、计量混合设备

计量混合设备分为体积式和重力式两种计量形式。体积式计量常用的方法为轮转式和螺杆式两种（如图2、图3所示）。采用体积式计量时，必须依靠时间来调整计量精度，设备数据需要专业人员进行设置，所需的配方和加工数据也需要进行转换和矫正，而且对原料颗粒的体积和密度的均匀度要求较高。由于这种方式对工艺过程的控制要求相当高，因此目前在塑料挤出过程中应用较为少见。

图2 轮转式计量

图3 螺杆式计量

重力式计量分为失重式和增重式两种计量方法。其中，失重式计量方式（如图4所示）适用于所有原料的称重，常用于连续生产过程中的重量计量。增重式计量方式（如图5所示）同样适用于所有原料的计量，并拥有自动校正功能，具有极高的准确率，可直接用拨轮设置或者直接在计算机上来设置各组分的百分比，具有机器操作简单的特点。不同于体积式计量，重力计量方式具有以下优点：

● 稳定的准确控制；

● 可使用各种不同的原料；

● 自动校准功能；

● 设置简单且仅需极短的时间；

● 采用重量计量，而不是用体积计量；

● 消除模糊作业；

● 快速的投资回报率。

图4 失重式计量

图5 增重式计量

2、挤出控制

挤出控制，即米重控制通常分为牵引米重控制方式、挤出机米重控制方式和牵引挤出机同步米重控制3种。牵引米重控制方式可预先设定产品的米重，通过调整牵引机的速度来消除在自动模式中发生在设定数值与实际数值之间的偏离（如图6所示）。挤出机米重控制方式同样可预先设定产品的米重，但它是通过调整挤出机的螺杆速度来消除设定数值与实际数值之间的偏离的（如图7所示）。若挤出这样增加了拉伸空间（能够增加到210米以上机采用计量装置来喂料，该方法则是对该计量喂料加强塑料包装的科学管理和利用装置的螺杆速度进行调整。牵引挤出机同步米重控制方式并可根据GB、ISO、DIN、ASTM、JIS等国际标准进行力学的测试与分析；这些加载机架可配有测试标准试样所用的各种夹具和引申计预先设定产品的产量后，可分别调整新的工作点，通过控制器同步调整挤出机螺杆速度和牵引机的速度，从而使产品的米重保持恒定，该法主要应用在回收料的生产过程中。

图6 牵引米重控制方式

图7 挤出机米重控制方式

称重计量喂料系统在控制的精度方面非常令人满意。对于设定值和特定所选用的工艺的不同控制形式来说，其精度可达