氟聚合物导管高速精密挤出手段

　　氟聚合物包括FEP，PFA，ETFE，PVDF由于其优异的耐腐蚀性，耐高温，阻燃性，耐化学性，耐摩擦性，以及电绝缘性能，目前广泛应用于汽车，电子，医疗等领域，属于高端应用领域，氟聚合物导管(包括管材，棒材)由于工艺过程复杂难以控制，材料腐蚀性强，造成制品质量和产量难以保障，因而国内市场上的氟聚合物导管制品主要是进口的，50%以上来自于美国。

　　实际上，选择好的原材料，选择正确的工装设备，仔细调整好挤出工艺，高速度挤出高精度的氟聚合物导管完全是可以做到的。

　　首先是要选择好的原材料，根据笔者的经验和客户的反馈，比较好的原材料供应商有DUPONT杜邦，SOLVAY苏威，日本大金等。

　　更重要的是，选择正确的工装材料，选择定制的挤出设备包括螺杆和模头设计，加上最佳的工艺控制，是高速挤出氟聚合物导管的要点。

　　工装设备的材料选择

　　和其他工程塑料相比，特别是高温尼龙，高玻纤工程塑料相比，氟聚合物的摩擦磨损不算高，然而其腐蚀性磨损极强，这是氟聚合物挤出工艺的难点，普通氮化钢或工具钢只要2个星期就会腐蚀掉，如图2，主要是点腐蚀和缝隙腐蚀磨损，摩擦磨损很少。特别是工装接触面，螺杆，料管，法兰，模头，模唇等部位，结果塑化效果差，机头压力波动大，造成一系列质量问题，形成制品表面气泡，黑点，晶点，凹陷，针眼，挤出压力下降，线速度下降，尺寸公差超出，制品变色泛黄，质量稳定性大幅下降。

　　选择正确的工装材料以提高工装耐腐蚀性能是氟聚合物挤出的要点，通常宜选镍基合金钢，国外通常选INCONEL,MONEL和HASTELLOY,国内有选新三号钢。对于镍基合金钢来说，由于添加了不同组分的CR鉻，MO钼，SI硅等元素，耐腐蚀性和钢材的强度是一对矛盾，耐腐蚀性的提高会带来钢材强度的下降，特别是屈服强度和抗扭强度会大幅下降。

　　所以根据不同氟聚合物的不同的腐蚀强度，选择不同的镍基合金钢是挤出生产线工装材料设计的关键，例如某品牌的FEP料就只能选INCONEL718.。国外很多客户愿意选用价格较高的INCONEL合金的原因是，在国际的耐腐蚀标准MR-标准中，INCONEL合金是最高标准7级。

　　螺杆和模头的设计

　　螺杆设计

　　氟聚合物的螺杆通常选单螺棱的等距螺杆的分流型螺杆设计，增大螺杆的压缩比可以提高熔体的的强度，减少制品裂纹。

　　氟聚合物的混炼头一般选用SAXTON设计，如下图，可以通过改变熔体的流动方向，有效地熔融混合，增进混炼和均化效果。

　　螺杆和料管是挤出机乃至挤出生产线的核心，螺杆料管的质量直接关系到产品的精度，产量，生产的稳定性，选用最合适的螺杆料管是氟聚合物导管高速精密挤出生产的关键。

　　除了接触面材料(多孔板，分流器，模芯，模唇)要选用INCONEL以外，为提高制品的密实度，根据氟聚合物的流变特点，依据材料的弹性模量来进行模头的流道设计和压缩比选择很重要。

　　氟聚合物导管精密挤出模头要求有流道阻力自动调节功能，采用针阀结构能够减少轴向压力波动对制品尺寸造成影响；另外，口模间隙的自动调节可以保证稳定的壁厚公差；自动浮动的芯棒是同心度公差的保证。

　　如同螺杆料桶一样，耐高温，耐磨损，抗腐蚀对模头的材料有很高的要求，另外，精密挤出模具热变形要求较高，对材料的选择，加工精度，以及结构的补偿设计。

　　工艺控制

　　一个强大的控制系统在氟聚合物导管的高速精密挤出中必不可少，无论是扭矩控制，温度压力快速采样反馈，多层共挤的同步控制，生产系统数据通讯集成，都是保证制品质量和产量的核心。

　　扭矩保护

　　和其他工具钢不锈钢螺杆相比，INCONEL螺杆的抗扭强度较低，在冷启动和过载时螺杆很容易扭断，氟聚合物导管挤出机的螺杆占整机价格比例很高，控制系统必须具备扭矩过载保护功能。

　　螺杆转速

　　氟聚合物导管高速挤出时，最佳的螺杆转速应该开到负荷的90%,以最大程度提高生产率，如螺杆设计的最大转速为100RPM,实际生产应该开到90RPM以上，这样才能保证生产的线数度每分钟达到60米以上。当然这首先要由螺杆设计来保证。

　　多层共挤的同步控制

　　氟聚合物由于其优异的耐化学性，阻燃性，耐高温，耐腐蚀性能，经常应邀和其他塑料配合，进行共挤，担当重任，如汽车上的刹车管，包括2层ETFE的5层共挤,外层还有PA12等，由于不同材料流变特性不同，共挤难度很高，对挤出机和模头提出很高要求，尤其是控制系统，自动化同步控制多台挤出机包括上下游设备实现高速高精度挤出。

　　伺服电机驱动和电源优化器

　　和其他挤出应用不同的是，氟聚合物挤出通常采用伺服电机驱动，而不是变频电机或直流电机，这样可以提高驱动精度和控制响应时间，最终提高产品的精度。另外，考虑国内的电力供应实际情况，在实际生产线配置时，配备电源优化器(LineReactor)是一个必要的选择。

　　最后需要强调的是，氟聚合物导管的高速精密挤出是一个综合系统工程，除挤出机和模头外，真空定型冷却，测量，牵引切割都是精密挤出的重要环节，外径和壁厚的测量形成了一个从挤出机，模头，真空冷却的闭环反馈控制系统，关系到最终制品的质量和产量，可以说没有测量，高精度公差0.02mm是不可能实现的。原料，设备，工艺等都会对最终制品的质量和产量造成影响，生产流程中每一个环节都需要精益求精，才能确保最终产品的质量和产量。