加热与冷却是塑料挤出的必要条件。通常情况下,由于挤出机工作时螺杆的转动,对聚合物颗粒或粉料产生挤压推力,使之移动、压实后摩擦生热,在移动的过程中,物料得到混合、塑化,玻璃态的物料变为粘流态的熔体,最后从排料口排出,但是,任何物料挤出时,其自身产生的热量都不足以使物料产生熔融,因此必须有相应地加热装置。加热装置由外部加热筒内的树脂,使之升温,以达到工艺操作所需要的温度。
在螺杆挤出机的加热区,为了适应不同的物料特性,并且对温度采取精确控制,加热区又可细分为快速加热区和恒温区、保温区,设置快速加热区的主要目的是通过快速升温,保证PP在很短时间内,迅速由玻璃态向熔融态转化,并通过一定渠道,及时有效排出物料含有的水分与升温过程中产生的气体;设置恒温区则是为了保证物料温度均衡,热量能有效控制,防止物料在高温下发生降解,一般条件下,物料的降解受加热温度和加热时间的双重影响,温度越低,发生降解的时间越长;温度越高,发生降解的时间越短。
对于PP的挤出,挤出机性能的高低由挤出机的螺杆结构所决定,但挤出质量的优劣,以及挤出效率的高低,还在于加热区的设置要与挤出机的螺杆结构相适应。通常情况下,比较适宜的加热区设置方案为“马鞍型”,即加热区设定温度要高一些,恒温区设定温度要低一些,保温区设定温度要高一些,但是这种情况也不能一概而论,即使同一台挤出机,在不同挤出速度下运行,“马鞍型”的“鞍”与“座”高低也是完全不同的。
PP树脂在挤出时,物料由玻璃态转化为熔融态,共计有两种热源,一种是由螺杆在旋转过程中对物料压延、摩擦、剪切产生的热量,另外一种是外加热系统传入的热量,在开机生产时,物料的熔融主要以外加热为主;在正常生产阶段,物料的熔融主要以螺杆对物料压延、摩擦、剪切产生的内热为主,因此,不同的工作阶段,挤出机的加热方案也应该有所区别。
在挤出机挤出的不同工作段,物料所需的温度是不同的,并且需要精确控制,因此,在加热系统之外,还需要有相应的冷却装置与之配套,具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量,以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。
螺筒的冷却分为水冷与风冷两种,一般中小型的挤出机以采用风冷为主,大型挤出机则多采用水冷形式,或者采用两种形式结合冷却;有些大型挤出机,除了螺筒要采用冷却外,螺杆轴还要采用中心水冷,目的是增加物料固体输送率,同时提高产品质量。