擠出塗布作業將熱塑性塑料從固態轉化成熔融狀態,並在口模中用壓力擠出到原紙。整個生產過程由塑料性能、生產量和能耗所決定。擠出過程也和其他許多工藝過程一樣,可用物料平衡、動量平衡和能源平衡等進行計算。
在下麵的等式中,描述了在擠出塗布中簡要的熱量和物料平衡:
P±q=V·ρ·Cv(Tm-Tg)+V·p
式中P——傳動功率
q——加熱(+)、冷卻(-)的能量
V——容積產量
Cv——比定容熱容
Tm——熔融物溫度
Tg——塑粒溫度
p——壓力
ρ——密度
擠出機的產量取決於擠出機的螺旋形狀、背壓和塑料的塑化性能。擠出塗布中熔融物的溫度要高於塑料的熔融溫度。在使用低密度聚乙烯時,此溫度要比低密度聚乙烯的熔融溫度高出200℃。因為這個因素,螺旋的熔融物輸送過程非常重要。
擠出機的螺旋可分為三段:進料段、壓縮段和計量段(計量段又稱勻化段)。進料段基本是個固體輸送過程,塑料在進料段由鬆散的顆粒逐漸變成壓實的顆粒,並經摩擦產生熱量;壓縮段起到塑料熔融的作用,塑料在壓縮段逐漸由固態向熔融狀流態轉變;計量段的作用則是將壓縮段送來的熔融塑料增大壓力,進一步均勻塑化,並使其定壓定量地從機頭擠出。
為盡可能獲得最高產量,要很好設計螺杆各段的相應長度和L/D比。據國外資料介紹,某中試設備低密度聚乙烯擠出塗布螺杆的結構如下(作業長度L=980mm端部直徑D=40mm):
螺杆各段情況螺槽深度和壓縮比
進料段L/D=5h1=6.75mm
壓縮段L/D=3
計量段L/D=12h2=2.65mm
壓縮比h1/h2=6.75/2.65=2.5
一個壓縮比為2.5~3.0的三段式螺杆,其混合能力對常用的擠出塗布塑料來說已經足夠了。減小計量段的螺槽深度,使混合效果增加,但也減少了產量。由於在擠出塗布中溫度很高(對低密度聚乙烯而言,此溫度超過300℃),減小螺槽深度對擠出溫度增加的影響幾乎可忽略不計。
熱能通過筒壁輸入到充滿聚合物(塑料)的通道中。聚合物的表麵開始熔融,熔融了的聚合物回流進入熔池。此時,從固態轉化成熔融態的過程就完成了。在擠出塗布中,要求聚合物在計量段之前能完全熔融。