聚酯土工格栅的焊接制造技术

（一）聚酯焊接土工格栅的制造方法

聚酯焊接土工格栅是以聚酯（PET）为主要原料，经干燥处理挤出、拉伸，再通过超声波焊接而形成的网格结构。

聚酯焊接土工格栅所使用的材料是聚对苯二甲酸乙二酯（PET），为满足产品的工程使用特性，还须添加助剂对聚合物改性。由于聚对苯二甲酸乙二酯具有一定吸水性，高温加工时物料对水比较敏感，含水量过高，聚对苯二甲酸乙二酯发生水解，导致分子量大幅度降低，产品变色、发脆，严重影响产品的质量。因此，挤出加工前材料必须进行干燥处理（140～170℃，真空干燥3～4h），使其含水量控制在50～100mg/kg。随着科学技术不断的发展和进步，对于PET材料的挤出加工又有了新的生产工艺方式。即PET免干燥挤出加工。其生产工艺原理是PET材料不需要进行干燥处理，直接加入挤出机熔融塑化，通过特殊挤出机机筒螺杆和大功率抽真空系统除去PET材料在加工过程中的水分。从而实现PET材料免干燥的生产，降低了生产能耗，提高了产品品质和生产效率。

在聚酯焊接土工格栅生产制造时，先将聚酯材料投入干燥设备进行干燥处理，使其材料的含水量满足生产要求。再将干燥好的聚酯材料与加工助剂按比例混合挤出，在螺杆的挤压下到达成型口模，再经过牵引水箱冷却定型，使处于熔融状态的胚带迅速冷却到固态。冷却定型的胚带经过辊筒和烘箱加热后拉伸、热定型及冷却等工序，收卷成焊接所需的整盘条带。将收卷好的整盘条带按顺序和方向上到焊接生产线的纵横向放卷架，把纵向条带依次穿过焊接设备，横向条带在机械手的拖动下穿过焊接设备后进行焊接，焊接完成在步进机构的拖动下完成牵引，完成一个焊接流程。重复上述焊接流程完成聚酯焊接土工格栅的生产。

（二）聚酯焊接土工格栅制造设备及工艺

1.聚酯焊接土工格栅制造设备

聚酯焊接土工格栅制造设备主要由两大生产设备组成：聚酯条带生产设备和聚酯焊接土工格栅生产设备。

聚酯条带生产设备：通常由材料干燥设备、主机、辅机及其控制系统组成，通常称聚酯条带机组。

（1）材料干燥设备

材料干燥设备由上料机组、干燥料斗、除湿热风干燥机及控制系统构成。

上料机组包括真空上料机和螺旋上料机。真空上料机将聚酯材料抽到螺旋上料机料斗，再由螺旋上料机将聚酯材料输送到干燥料斗。

（2）主机

一台双螺杆带排气功能挤出机，按结构由以下五部分组成：

①挤压系统。主要由机筒和螺杆组成，螺杆的长径比为36∶1，机筒和螺杆材质为38CrMoAl，深层氮化处理带两段排汽结构。它是挤出机的重要组成部分，完成对聚合物固体的输送、熔融和挤出作用。

②传动系统。由变频电机或直流电机和传动箱组成。其作用是驱动螺杆在工作过程中所需的转速和扭矩。螺杆采用变频或直流调速，速度可无级调速。

③加热冷却系统。设计九段电加热器，加热器为PID自动控制，温度偏差可控制在±1℃。由各段加热器控制机筒和螺杆中的物料塑化，同时机筒内配置有循环水冷却系统进行挤出机冷却控制。以保证物料在成型加工中的温度控制要求。

④喂料系统。喂料系统由喂料机、机架组成。喂料机为卧式水平方向输送物料，驱动电机通过喂料传动减速箱与喂料螺杆相连接，喂料螺杆为双螺杆。喂料速度由电机变频调速器控制。喂料机与挤出机主机为连锁保护，只有主机启动后，才能启动喂料机。

⑤抽真空排气系统。抽气室安装在机筒上端，气体通过管道进入真空罐过滤，水环式真空泵抽气口连接真空罐，产生真空抽回真空泵将气体排除。

（3）辅机

聚酯条带生产辅机包括计量泵、成型口模、冷却定型水槽及牵引装置、预热装置、拉伸机构、热定性冷却装置及收卷装置组成。

①计量泵。本机配有两台高精度挤出计量泵，用于控制挤出聚酯带的质量偏差。

②成型口模。成型口模用于控制聚酯条带的宽度和厚度尺寸，不同规格的聚酯条带所使用的成型口模也不同。一般一种成型口模对应一种规格的聚酯条带。

③冷却定型水槽及牵引装置。冷却定型水槽内的水温一般控制在≤15℃，由一台工业冷水机组提供冷冻水。确保处在熔融状态的聚酯条带经冷却水迅速冷却，达到固相状态。再由牵引机匀速的牵引出冷却水槽，在牵引过程中由吸水机构吸走聚酯条带表面的水。

④预热装置。预热装置由预热辊和预热烘箱组成。冷却定型的聚酯条带通过预热辊和预热烘箱加热达到所需的拉伸温度。预热辊和烘箱的温度由加热仪表实现P ID自动控制。

⑤拉伸机构。拉伸机构由两组拉伸辊组成。加热好的聚酯条带在此完成拉伸取向，达到所需的聚酯条带尺寸，以满足后续焊接需要。

⑥热定型冷却装置。热定型冷却装置由热定型烘箱和冷却水箱组成。拉伸好的聚酯条带通过热定型烘箱消除内应力、防止解取向。然后进入冷却水箱快速冷却定型。(https://www.xing528.com)

⑦收卷装置。收卷装置是聚酯条带生产的最后一部分。采用三台收卷机进行聚酯条带成品的收卷。收卷机采用轴式排线器和收卷周转辊筒收卷。收卷机的传动是一台力矩电机，通过调整力矩电机的电压实现收卷速度的控制及聚酯条带收卷的松紧。

2.聚酯焊接土工格栅生产设备

通常由纵横向条带放卷架、横向条带缓冲装置、横向条带送料装置、超声波焊接装置、步进牵引装置及收卷装置组成。

（1）纵横向条带放卷架

纵横向条带放卷架分别用于纵向聚酯条带和横向聚酯条带放卷。纵向放卷架的数量由产品幅宽决定。产品需要多少根纵向条带，就需要多少个纵向放卷架。纵向放卷架带有张力控制，通过张力控制每根条带的张力，确保每根条带的张力一致。横向放卷架为四工位放卷，以满足连续生产不停机换卷的需求。纵横向条带放卷都设有接带机构。

（2）横向条带缓冲装置

横向条带缓冲装置用于横向条带输送过程中的缓冲和储带作用。横向条带的输送速度快，通过横向条带缓冲装置减小条带输送的阻力，确保横向条带正常输送。

（3）超声波焊接装置

超声波焊接装置由焊接成型机架、横向条带输送控制系统及超声波焊接控制系统组成。超声波焊接装置是聚酯焊接土工格栅生产的关键设备。焊接成型机架是聚酯焊接土工格栅生产的工作面，横向条带输送和超声波焊接控制系统均布置在此。横向条带输送控制系统有伺服电机驱动和机械手控制组成，完成横向条带的输送定位及切断。超声波焊接控制系统由超声波焊接机和超声波焊接控制器组成，完成聚酯焊接土工格栅生产成型，整个生产运行过程由P LC自动控制。

（4）步进牵引装置

步进牵引装置由一台步进离合器和一对牵引胶辊组成。通过P LC自动控制完成聚酯焊接土工格栅焊接后的步进牵引工序。

（5）收卷装置

收卷装置由一台轴式缠绕收卷机、计长器及横切机构组成。完成聚酯焊接土工格栅成品的收卷、计长、切断及产品包装。

3.聚酯焊接土工格栅制造工艺

（1）聚酯焊接土工格栅制造工艺流程

聚酯焊接土工格栅制造工艺流程如图5-4-1所示。

图5-4-1 聚酯焊接土工格栅制造工艺流程

（2）工艺参数确定

①挤出成型温度。由于聚酯材料挤出加工的温度范围很窄，在挤出机和口模区域内，合理正确地设置加热温度，并根据加工过程中实际情况做出调整。温度过高聚酯材料易发生水解，影响制品的成型加工；温度过低材料塑化不均匀增加机筒和口模阻力，损坏设备造成生产中断。

②挤出速度。正常情况下，其他参数不变，喂料速度和挤出速度增加挤出条带的单位质量随之增加。条带的单位质量随喂料速度和挤出速度的变化大致呈直线增加。

③牵引速度。正常情况下，其他参数不变，牵引速度加快条带的厚度和宽度尺寸会变薄变窄，条带的单位质量变轻。

④挤出抽真空。在正常生产过程中，挤出机抽真空系统的真空度必须达到-0.09MPa以上，并按规定的时间检查清理抽真空管路以防堵塞（一般4h检查清理一次）。若抽真空管路堵塞将严重影响产品质量。

⑤超声波焊接时间。正常情况下，其他参数不变，超声波焊接时间增加聚酯焊接土工格栅产品焊接点焊接的强度也增加，而产品的纵横向拉伸强度将降低。因此在调整超声波焊接时间时必须综合考虑焊接点剥离强度和产品纵横向拉伸强度。

⑥纵横向条带放卷张力。纵横向条带放卷张力控制将影响焊接产品的平整度和焊接点的焊接质量。纵向条带放卷张力必须与步进牵引张力匹配，以控制产品的平整度。横向条带的放卷张力与送料机械手的速度匹配，确保横向条带在焊接时处于张紧状态，焊接质量得以保障。