挤出成型：单螺杆挤出机的基本结构、成型原理、工艺课件.ppt

《挤出成型：单螺杆挤出机的基本结构、成型原理、工艺课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《挤出成型：单螺杆挤出机的基本结构、成型原理、工艺课件.ppt（142页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第六章 挤出成型,1,专业参考,塑料的一次成型,一次成型是指通过加热使塑料处于粘流态的条件下, 经过流动、成型和冷却硬化，而将塑料制成各种形状的产品的方法；二次成型则是将一次成型所得的片、管、板材加热使其处于类橡胶态，通过外力作用使其形变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而得的产品；,2,专业参考,挤出成型,定义：在挤压作用下物料受热熔化，强行通过口模，截面恒定，连续型材 。适用：所有的热塑性塑料，部分热固性塑料， 可生产管、薄膜、线缆包复物及其型材占挤出制品：4050%挤出机可用于混合、造粒和着色、共混,3,专业参考,挤出成型,单螺杆挤出机的基本结构挤出成型原理挤出成型工艺与过程,4,专业

2、参考,6.1单螺杆挤出机基本结构及作用,挤出机类型单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成挤出系统主要包括传动、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分,5,专业参考,6,专业参考,一、传动部分包括电动机、减速箱、轴承要求：转速稳定，不随螺杆负荷变化，保证制品均一 在不同场合可变速，以适用各种塑料制品。二、加料装置锥形料斗 粉料、粒料容积可容纳1h的用量 有截断装置、侧面有视孔、计量装置 有些有真空装置 有加热装置（防止吸水） 有搅拌器，能自动加料,7,专业参考,三、料筒,金属圆筒， 耐热、耐压、强度高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成； 料

3、筒长度是直径的1530倍，使物料得到充分加热和塑化；足够厚、刚度、内壁光滑、有时也刻有沟槽、有加热装置、冷却装置、温度显示和控制装置，一般是、电磁震荡控制,8,专业参考,四、螺杆,最主要部件，直接关系到挤出机应用范围及生产率。通过螺杆的转动对塑料产生挤压作用，塑料在料筒中产生移动、增压、摩擦取得部分热量，使塑料在移动过程中得到混合和塑化，粘流态的熔体被压实而流经口模时，取得所需形状而成型。要求：高强度、耐热、耐腐蚀的合金钢制成。,9,专业参考,直径D、长径比（L/D）、压缩比、螺距t、螺槽深度h,10,专业参考,螺杆的基本参数,直径D 45150，也有30150mm，科研到15150mm，D越

4、大，加工能力越大，生产效率越高。长径比（L/D） 通常为1825，小的可达到1:30甚至1:35。L/D越大，有利于塑化和混合，减少漏流和逆流，生产能力大，且螺杆适应性强。 但L/D增大，加工时间长，降解，自重加大而使自由端下垂，易擦伤。,11,专业参考,螺旋角与螺距t 越大, 挤出能力越大，剪切作用越小，=10-30，当t=D， =17 41时，螺杆一般是等螺距的，但也有不等螺距的。压缩比 指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比， 表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。 压缩比愈大，塑料受到挤压的作用也就愈大。,12,专业参考,螺槽深度h h小，产生较高的剪切速率，有利于

5、传热和塑化，但挤出生产率低；热敏性塑料(如PVC)宜用深槽螺杆熔体粘度低和热稳定性较高的塑料(如PA等)宜用浅槽螺杆。,13,专业参考,螺杆与料筒的间隙大，生产效率低，且不利于热传导并降低剪切速率，不利于物料的熔融和混合。过小时，强烈的剪切作用易引起物料出现热力学降解。一般 0.10.6mm为宜,14,专业参考,螺杆的作用,输送物料 螺杆转动时，物料在旋转的同时受到轴向压力，向机头方向流动。传热塑化物料 螺杆与料筒配合使物料接触传热面不断更新，在料筒的外加热和螺杆摩擦作用下，物料逐渐软化，熔融为粘流态。混合均化物料 螺杆与料筒和机头相配合产生强大剪切作用，使物料进一步均匀混合，并定量定压由机头

6、挤出。,15,专业参考,16,专业参考,螺杆的分段,加料段 其作用是对塑料进行加热，同时输送到压缩段。在该段塑料始终保持固体状态。 压缩段 相迁移段，其作用是对物料起挤压和剪切作用，使物料熔融。均化段 计量段，其作用是将塑化均匀的物料在均化段螺槽相机头回压作用下进一步搅拌塑化均匀，并定量定压地通过机头口模挤出成型。,17,专业参考,机头,使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动，并稳定地导入口模而成型。产生回压，使物料进一步均化，提高制品质量。将熔体平稳均匀地送入口模产生必要的成型压力，以获得结构密实和形状准确的制品,18,专业参考,机头是口模与料筒的过渡连接部分，口模是制品的成型部件，通常机头

7、和口模是一个整体，习惯上统称为机头。机头的作用为：口模为具有一定截面形状的通道.塑料熔体在口模中流动时取得所需形状并被模外的定型装置和冷却装置冷却硬化而成型.机头和口模包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模、机颈,19,专业参考,机头中的多孔板能使机头和料筒对中定位，并能支撑过滤网和对熔体产生反压等。机头中还设有校正和调整装置，能调整和校正模芯与口模的同心度、尺寸和外形。在生产管材或吹塑薄膜时，通过机颈和模芯可引入压缩空气。,20,专业参考,按照料流方向与螺杆中心线有无夹角，可将机头分为直角机头、角式机头。 直角机头：挤管、片和其他型材； 角式机头：薄膜、线缆包复物和吹塑制品。,21,专业参考

8、,六、辅助设备,1）原料输送和预处理设备2）定型和冷却设备3）牵引装置4）切断装置5）辊卷装置6）控制设备,22,专业参考,二、挤出成型原理,固体-弹性体-粘流(熔融)体的形变过程温度、压力、粘度，甚至化学结构发生变化根据塑料在挤出机三段中的物理状态变化和流动行为建立了固体输送理论、熔融理论和熔体输送理论。,23,专业参考,固体输送理论,塑料不是一个质点的运动。而是所有的粒子连接在一起，塞满了螺槽，形成所谓“弹性固体”，固体塞。,24,专业参考,固体塞运动分析,设P为螺槽中体系压力，固体塞-料筒的摩擦系数为fb，固体塞与料筒的接触面积为Ab则固体塞-料筒摩擦力为Fb=P fbAb，固体塞-螺杆

9、的摩擦力为Fs=P fsAs 当螺杆转动时，螺杆斜棱对固体塞产生推力P，使固体塞沿垂直于斜棱的方向运动，其速度为Vx ，轴向的分力使固体塞沿轴向以速度Va移动。螺杆旋转时表面速度为Vb ，如果螺杆看成长静止不动的，而将料筒看成是以速度Vb对螺杆作相向的切向运动，其结果也是一样的。 Vz是Vb+Vx的矢量和，它使固体塞沿z轴方向移动,25,专业参考,Fs=P fsAsFbz=Fbcos = P fbAb cos 当Fs = Fbz =0，物料不发生任何运动当Fs Fbz , 物料随螺杆移动, 也不发生轴向运动只有当Fbz Fs 才发生运动这就说明固体塞的运动受到摩擦力的控制因此正确控制摩擦力可提

10、高固体输送段的送料能力,26,专业参考,输送能力的计算,挤出机加料段的送料能力用送料量Q表示，其值应为螺杆一个螺槽的容积V与送料速度Va的乘积, 即：Q = VVa = /4D2-(D-2h)2 VaVal NQ = 2Dh(D-h)N tgtg/ (tg+tg) 090为增大送料量，则 D, h, fs, fb, 使tgtg/(tg+tg)最大,27,专业参考,熔化(相迁移)过程,熔化区内既存在固体料又存在熔融料流动与输送中物料有相变化发生塑料在挤出机中的熔化主要是在压缩段完成的，因而可以研究塑料在该段由固体转变为熔体的过程和机理。,28,专业参考,温度和转矩与塑炼时间的关系,29,专业参考

11、,(1)在料温和摩擦热作用下，粒子表面最早溶化并发生粘结，表面破坏; 聚合物分子热运动加速，粒子开始膨胀，这时所对应时间为tA，转矩最小为MA。(2)随塑炼时间增大，热量增加使温度上升，物料粘度增大，以至到时间tB时机械功增至最大值MB。(3)温度进一步升高，塑料熔融加速，粘度减小，并逐渐转化为螺秆挤压作用下的粘性流动，螺杆转矩下降，达到时间tC，物料与粘度都达均一平衡状态；(4)当塑炼时间到达tD时，塑料出现热机械阵解与交联，机械功和温度又有所上升。,30,专业参考,熔化过程的实验研究,31,专业参考,(2)一个螺槽中固体物科的熔化过程,注意: 熔化作用是熔体膜和固体床的分界面上发生的,而不

12、是在书上所说的主要在迁移面发生的,尽管在迁移面上也有熔化.,32,专业参考,从图中可看出:(1)与料简表面接触的固体粒子由于料筒的传导热和摩擦热的作用，首先熔化，并形成一层薄膜，称为熔膜.(2)这些不断熔融的物料，在螺杆与料筒的相对运动的作用下，不断向螺纹推进面汇集，形成旋涡状的流动区，称为熔池.(3)在熔池的前边充满着受热软化和半熔融后粘结在一起的固体粒子和尚未完全熔结和温度较低的固体粒子, 这两种粒子统称为固体床.(4)熔融区内固相与液相的界面称为迁移面,33,专业参考,随着塑料往祝头方向的输送，熔融过程逐渐进行.自熔融区始点(相交点)A开始，固相宽度逐渐减少，液相宽度则逐渐增加，直到熔化

13、区终点(相变点)B，固相宽度就减小到零。螺槽的整个宽度内均将为熔融物充满。从熔化开始到固体床的宽度降到零为止的总长，称为熔化长度。一般讲熔化速率越高则熔化长度越短；反之就越长。在熔化区域中，固体床沿挤出方向逐渐减小。 从上述的熔化实验研究可知：(1)塑料的整个熔化过程是在螺杆熔融区进行的(2)沿挤出方向固体床宽度逐渐减小直到为零,其减小部分被熔融所占有(3)沿挤出方向固体床厚度逐渐减小直到为零,其减小部分形成熔膜(4)熔化作用发生在熔膜和固体床的界面上,有一部分发生在固相与熔池的迁移面.,34,专业参考,3. 熔化理论的物理模型假设：(1)挤出过程是稳定的，即在挤出过程中螺杆上某一螺槽内的分界

14、面位置固定不变.(2)整个因相为均匀连续体；(3)塑料的熔融温度范围较窄，因此固液相之间的分界面比较明显；(4)螺槽与固相的横断面都是矩形的。,35,专业参考,36,专业参考,熔体输送理论,以Q1代表送料段的送料速率，Q2代表压缩段的熔化速率，Q3代表均化段的挤出速率, 如果Q1Q2Q3这时挤出机就处于供料不足的操作状态，生产不正常;假如QlQ2Q3，操作稳定;但三者之间不能相差太大，否则均化段压力太大，出现超负荷，操作也会不正常。,37,专业参考,熔体在均化段的流动包括四种主要形式： (1)正流 是物料沿螺槽方向(z方向)向机头的流动，这是均化段熔体的主流，是拖电流动，它起挤出物料的作用；(

15、2)逆流 沿螺槽与正流方内相反(z方向)的流动，它是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍所引起的反压流动，它将引起挤出生产能力的损失正流和逆流的综合称为净流，是汇流和逆流的种速度的代数和,38,专业参考,(3)横流 物料沿X轴和Y轴两方向在螺槽内往复流动，也是螺杆旋转时螺杨的推挤作用和阻挡作用所造成的，仅限于在每个螺槽内的环流，对总的挤出生产率影响不大但对于物料的热交换、混合和进一步均匀塑比影响很大 (4)漏流 物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动、它头和门模等对物料的阻力所产生的反压流动，由于螺杆和料筒间的间隙很小，故在般情况下漏流流率要比正流和逆流小很多。,39,专业参考,40

16、,专业参考,挤出机的生产率 Q=QD-QP-QL均化段熔体输送理论作如下假定：(1)进入均化段的物料是全部熔融塑化的等温牛顿流体(2)在流动过程中无粘度和密度的变化，流动是稳定状态下的层流, 流体是不可压缩的，(3)螺槽为矩形的，该段螺槽宽度与深度之比大于10，如果螺槽很浅, 对物料流动影响不大。,41,专业参考,一般漏流值不大，计算时可以略去,42,专业参考,四、螺杆和机头的特征曲线与挤出机生产率的关系,1.螺杆特性曲线 均化段熔融塑料流动方程式QAN-BP/ 当N一定时， Q与P成直线关系。不同的转速N，就可得到Q-P的系列的平行直线。这些平行直统称为“螺杆特性曲线” 。2. 塑料熔体(假

17、定为牛顿液体)通过机头和口模时的体积流率可用以下流动方程简单表示：Q = K P/K为阻力常数，对圆形口模：K = D2/128(L+4D) 对环形口模: K = C平均t3/12L 对狭缝形口模：K = Wt3/L,43,专业参考,螺杆和机头(口模)的特性曲线,虽然改变口模尺寸,K就不相同, 不同的直线表示塑料熔体通过不同的机头和口模时，挤出量和压力降之间的关系，这种直线称为口模(机头)的特性曲线。两组直线的交点就是操作点. 这说明了挤出机配合不同机头和口模时,其挤出量的相互关使用极为方便，只需二点就可决定。,44,专业参考,对假塑性液体: QAN-BK (P)mQ = K K (P)m螺杆

18、和口模的特性曲线不是直线而是抛物线,45,专业参考,(1) 挤出量与螺杆转数、压力(口模阻力)关系n, Qn不变时，Q=An-PB/模具阻力增大(即口模尺寸减小), Q减小Q不变，口模尺寸减小,压力降增加(设备载荷问题),3.螺杆特性曲线与挤出量和压力降的关系可知,46,专业参考,(2) 螺槽深浅对物料的压力、挤出量和温度的影响,深螺槽:斜率大 Q对P变化敏感浅螺槽:斜率小 Q对P变化不敏感即低压时深螺槽Q大于浅螺槽; 高压时浅螺槽Q大于深螺槽,h1,h2,h3,h1h2h3,47,专业参考,深h, P增大则T变化大浅h, P增大则T变化不大,h1h2h3,h1,h2,h3,故深螺槽易造成物料

19、温度波动,48,专业参考,(3)均化段的长度对挤出量的影响,均化段长, Q对压力的敏感性小均化段短, Q对压力的敏感性大,L1L2L3,L1,L2,L3,49,专业参考,(4)机头的阻力大小对Q的影响,阻力小, Q对P敏感，波动大好处: 提高Q坏处: 小的P波动就会影响挤出量,50,专业参考,三、挤出成型工艺与过程,原料的准备和预处理 挤出成型 定型与冷却 牵引和卷取(切割） 热处理 后处理,51,专业参考,原料干燥,(1)原料中的水分 (2)从外界吸收的水分影响挤出过程的正常进行和制品的质量(1) 制品出现气泡 (2)表面晦暗等缺陷(3)物理机械性能降低 (4)挤出无法进行通常控制水分含量在

20、0.5以下,52,专业参考,挤出成型,1). 挤出机各部分工艺条件是不同的2). 挤出机工艺条件与聚合物有关 如同是管材, 聚合物不同,挤出条件就不同.同是生产3mm厚,内径25mm的管材, 软PVC的生产工艺和ABS就不相同.,53,专业参考,软PVC ABS加料段温度 90-100 160-165压缩段 120-130 170-175均化段 130-140 175-180机头温度 150-160 175-180 口模温度 170-180 190-195螺杆:长径比 16-21 15-20压缩比 1.5:1 23:1转速(转/分) 20 10,54,专业参考,3). 挤出工艺还与产品的形状有

21、关 如同是ABS、管材和棒材就不是相同 管材 棒材加料段温度 160165 160170 压缩段温度 170175 170175 均化段温度 175180 175180机头温度 175180 150160口模温度 190195 170180,55,专业参考,4). 挤出工艺条件对产品质量的影响主要是温度和剪切作用料温高，小，利于塑化，出料速度大但机头口模温度高，则形状稳定性下降，制品收缩率上升，制品发黄、气泡，挤出不正常料温下降，则高，机头压力大，挤出物密实，形状稳定性好, 但离模膨胀变大;料温过低，则粘度过大，功率消耗变大。口模和模芯温度不能相差太大，挤出物就会出现内翻或外翻,56,专业参考

22、,4). 挤出工艺条件对产品质量的影响转速N上升，剪切力上升，有利于塑化、混合，且粘度下降，混合效果好。但由于压力也相应增大，后期流量反而减小。,57,专业参考,定型和冷却不及时，制品在自身重力作用下，就会发生形变。大多数情况下定型与冷却往往是同时进行的； 管材和异形型材有定型过程 薄膜、单丝、线缆包复物等则不需定型 板材和片材，通过一对压辊压平来定型和冷却,3.制品的成型与冷却,58,专业参考,管子的定型方法可用定径套、定径环和定径板等也有采用水冷却定径的。冷却速度低及定型慢，由于自重下垂，质量下降冷却速度高及定型快，聚集态结构不同，质量可能也不能满足要求如PS、LDPE和UPVC等， 冷却

23、过快时，制品有内应力等，并降低外观质量；对软质或结晶的塑料，则应较快冷却，否则制品极易变形。,59,专业参考,牵引的目的：A 消除离模膨胀效应 B 避免堵塞口模，破坏挤出的连续性C 解决挤出物发生的形变型式：滚轮式和履带式牵引速度：一般应稍大于挤出速度，对制品进行适度拉伸，牵引速度均匀,4.牵引和热处理,60,专业参考,2. 热处理在TgTf(或Tm)间进行热处理(热定型)目的：提高薄膜 的尺寸稳定性 减少使用中的热收缩率,61,专业参考,见P1341351）管材挤出2）片材和板材的挤出3）纸张涂复4）线缆包复5）挤出吹塑,5. 生产工艺流程,62,专业参考,6. 挤出工艺发展趋势1）两极化发

24、展 小：5-10mm 大：1000mm2）高速 8001000转/分3）多功能 主机、辅机，多种制品4）自动化 计算机控制5）连续化6）螺杆高效化 双螺杆方向发展,63,专业参考,反应性挤出,反应性挤出(Reactive extrusion)是聚合物反应性加工的一种技术，是指聚合物单体或低聚物熔体在螺杆挤出机内发生物理变化的同时发生化学反应，从而挤出直接获得高聚物或制品的一种新的工艺方法。,64,专业参考,反应性挤出,与传统的釜式反应需经聚合、分离、纯化、再挤出造粒和成型加工相比，此技术将单体原料的连续合成反应和聚合物的熔融加工合并为一体，在短暂的螺杆挤出停留时间内一步形成所需的材料或制品，其

25、优势显而易见：设备投资低，生产周期短，能耗低，无溶剂后处理过程，环境污染小，可小批量也可大批量进行连续反应和加工生产。,65,专业参考,反应性挤出加工的反应类型,适用于反应性挤出并已试验可行的反应类型有六类： (1)本体聚合 从一种单体、多种混合物、低相对分子质量的预聚物或单体与预聚物的混合物出发，通过加聚或缩聚，制备得到高相对分子质量的聚合物。 加聚实例有：聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯和相关共聚物、聚苯乙烯和相关共聚物、聚烯烃、聚硅氧烷、聚环氧化合物、聚甲醛等；缩聚实例有：聚醚酰亚胺、聚酯等。 (2)接枝反应 由聚合物与单体得到接枝型或共聚型聚合物的反应。例子有：PS-马来酸酐，EVA丙烯酸，

26、聚烯烃马来酸酐等。,66,专业参考,(3)链间形成共聚物反应 由两种或两种以上聚合物通过离子键或共价键形成接技或嵌段共聚物的反应。如PS-聚烯烃。(4)偶联歧联反应 由带有多官能偶联或支化剂的聚合物通过链增长或支化提高相对分子质量的反应；由带有缩合剂的聚合物通过链增长提高相对分子质量的反应；由带有交联剂的聚合物通过交联提高熔体粘度的反应。如PBI-二异氰酸酯-环氧树脂即属这一类。,67,专业参考,(5)可控降解反应 控制高相对分子质量的聚合物降解到一定的相对分子质量或控制降解到单体。例如：PET-乙二醇通过降解反应使之适于纺丝。 (6)官能化官能基团的改性反应 在聚合物分子骨架、末端、侧链上引

27、入官能化基团或对现有基因的改性，以满足某种特殊反应的要求,68,专业参考,反应性挤出加工制备聚合物类型,REX是指在挤出机内发生化学反应最终形成聚合物材料的过程。制备聚合物的类型如下：直接由单体的聚合反应制备高聚物以其他途径制得预聚体或低聚物，再进入螺杆挤出机内进一步提高相对分子质量得到高聚物。将预先得到的聚合物进入挤出机中经某种反应改性而得具有功能性的高聚物。共混物在挤出机内通过与增容剂反应得到具有优异性能的高分子合金聚合在挤出机内进行可控降解反应从而获得具有某种特定性能的聚合物。,69,专业参考,反应挤出过程反应特性和物理变化特性,粘度变化 这是体系流变形态问题，主要控制参数包括：螺杆组合

28、形成和接配，不同阶段体系的温度，进料量等停留时间 这关系到聚合物的相对分子质量和相对分子质量分布，一般通过螺杆转速、进料速度、挤出牵伸速度来实现聚合热 关系到体系热量的供给或转移，要控制供热和排热脱挥 即体系中小分子的排除，包括单体、末反应物、低聚物的排除控制,70,专业参考,挤出机反应器应具备以下的特性,挤出机反应器适用于反应加工应具备的特性：螺杆和筒体配合使物料有极好的分散和分布性能；温度可以得到控制，供、排热方便；对停留时间分布可控制；反应可在压力下进行；能连续进料、连续加工；未反应单体和小分子副产物可脱除；粘性熔体易于排出,71,专业参考,挤出机反应器应具备以下的特性,目前用于反应的挤

29、出机一般为双螺杆或多螺杆，采用同向啮合式更合适。螺杆作为挤出机的重要部件由多节各式各样的螺纹块或捏合块套穿在芯轴上而构成的，为模块组合结构，可按不同工艺的要求排列组合。,72,专业参考,第二节,注射成型,73,专业参考,注射成型,注射成型的特点：1，注射成型是发展最快的塑料成型技术2，适用于热塑性塑料，热固性塑料，以及橡胶3，制备的塑料品种、制品种类多4，生产的制品的尺寸较精确，精致5，市场需求较多注射成型的主要设备是注射成型机（注射机，注塑机）,74,专业参考,一、注塑机的基本结构,75,专业参考,卧式螺杆注塑机结构示意图,.,76,专业参考,注射机的基本结构,注射成型的基本条件：1.塑料必

30、须以熔融状态进入模具。2.熔体必须有足够的压力和流速，及时充满模具。注射机完成的三个基本功能： 1，塑化；2，注射；3，成型。注射机的三个基本组成：1，注射装置：塑化，注射2，锁模装置：成型（部分）3，模具：定型（成型）,77,专业参考,4、市面上的注塑机,（1）柱塞式注射机：适用于小制品、间歇式，有利于研究，不利于生产（2）柱塞式-柱塞式 ：一个柱塞完成塑化，另一个完成注射和成型（3）螺杆式-柱塞式：熔体停留时间长（4）往复式螺杆注射机：螺杆既完成塑化混合，又完成注射5、注射机的大小、规格一次所注射最大重量：如125注塑机 一次性注射125g,78,专业参考,（一）注射系统,功能：注射和塑化

31、包括：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞及分流梭）及喷嘴等1、加料装置料斗，其容量可供注塑机12小时之用有计量、干燥功能2、料筒 要求与挤出机一样（光滑、无死角、强度高、耐腐蚀、精密）尺寸：取决于注射机的最大注射量料筒外部可加热,79,专业参考,3、分流梭和柱塞分流梭形状似鱼雷，表面有若干凹槽及若干条凸筋,作用：（1）分流，产生收敛流动 （2）传热 （3）减少料筒壁处的热分解 (4)剪切力增大，磨擦热增大，有利于混合和塑化柱塞：硬度高，做往复运动作用：将熔体注入模具,80,专业参考,4、螺杆作用：（1）送料；（2）塑化；（3）传压；（4）排气；（5）压实；（6）注射与挤出机螺杆相比：（1）加料段较长

32、；（2）均化段较短；（3）螺槽较深； （4）只有预塑化作用,81,专业参考,5、喷嘴注射系统的重要部件：位于料筒和模具之间主要作用：（1）引导塑料进入模具 （2）提高射程 （3）强化混合和塑化,（a）通用式喷嘴 （b）延伸式喷嘴 （c）弹簧针阀式喷嘴 1-喇叭口 2-电热圈 3-顶针 4-导杆 5-弹簧,82,专业参考,喷嘴型式主要有三种（1）通用式 无机械阀关闭通路也无加热装置 优点：a 结构简单，易加工 b 注射压力降小 c 补料作用强缺点：a 无加热装置，未塑化均匀物料可能进入制件 b 低粘度塑料易产生流涎适用于 PS、PE、纤维素类,83,专业参考,（2）延伸式 有加热装置优点：a 结

33、构简单 b 杜绝冷料产生 c易补料 缺点：温度不当，更易流涎适用于：PMMA ABS POM 聚砜 PC PPS 聚酰亚胺（3）弹簧针阀式喷嘴 有止回阀优点：有止回阀，杜绝物料的流涎缺点：a 结构复杂 b补料作用小，射程短适用于：尼龙,84,专业参考,（二）锁模系统,作用：（1）保证准确的容积（无溢边） （2）可靠的开启、闭合模具 （3）取出制品组成：（1）固定模板（2）移动模板（3）曲柄 （4）油缸（5）顶出装置压力：模腔压力 锁模力注射压力要求:(1)启闭灵活、迅速、准确、安全 （2）不产生强烈震动 （3）开启：慢 快慢 闭合：快慢 （4）启闭模板移动距离和移动速度可调,85,专业参考,常

34、见锁模机构示意图,（a)曲臂锁模机构闭模 (b)开模,86,专业参考,（三）模具,概念：赋于制品以形状与尺寸的工具叫模具作用： （1）赋于制品以形状 （2）赋于制品强度 （3）定型模具的分类：注射模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三大部分所组成，下面分述之。,87,专业参考,典型注射模具结构图,1-定位环；2-主流道衬套；3-定模底板；4-定模板；5-动模板；6-动模垫板；7-模座；8-顶出板；9顶出底板；10-回程杆；11-顶出杆；12-导向柱；13-凸模；14-凹模；15-冷却水通道,88,专业参考,（1）浇注系统 主流道：圆锥形 分流道：各个注射点尽量对称 浇口：快速流动，凝封快 冷

35、料井：收集多余的物料,结 构,89,专业参考,（2）成型零件 型腔：根据制品的形状设计 型芯 排气孔：排除气体（3）结构零件 导向零件：使阴阳模对准 脱模装置：气动、液动或机械（顶杆） 抽芯装置：斜块等 模具的加热或冷却部分,90,专业参考,二、注射成型工艺过程,（一）成型前的准备造粒 、预热、干燥、放置嵌件等（二）注射过程1、五个步骤（1）加料（2）塑化（3）注射（4）冷却（5）脱模保证定量加料加料少：传压介质少，缺料，产生缺陷，不密实加料多：使物料在螺杆中停留时间延长，易分解,91,专业参考,2、五个工序（1）塑化：塑料在料筒中熔融、混合、塑化，被螺杆或柱塞挤到料筒前端（2）（注射）充模：

36、被推挤到料筒前端的熔体，经喷嘴、浇注系统充满型腔（3）保压：在模具中熔体冷却收缩，继续施压，使浇口和喷嘴附近的熔体不断补充（补塑）到模具中，使制品形状更完整、密实。（4）冷却：塑料在模具中的硬化（凝封）（5）脱模：冷却到某一温度后，脱模取出制品,92,专业参考,塑化成型工艺过程示意图,93,专业参考,3、塑化原理,塑化过程,加热剪切,塑化目的： （1）物料混合均匀，增加可塑性 （2）温度分布均匀，提高制品性能塑化热效率,T：喷嘴温度T0: 初始物料温度TW:料筒内壁温度,E值高，有利于塑料的塑化,熔融混合混合摩擦热,94,专业参考,影响因素,（1）注射机料筒长度提高，则E （2）料筒传热面积提

37、高 则E （3）受热时间 则E （4）热扩散速度 则E （5）剪切应力剪切速率则E ,95,专业参考,三、注射成型工艺的影响因素,a-柱塞空载期；b-充模期；c-保压期；d-返料期e-凝封期；f-继冷期,96,专业参考,由上图可知注射过程分为六个阶段1、柱塞空载期时间：t0- t1 物料在料筒受热塑化，还未进入模具前都称为柱塞空载期2、充模期时间：t1- t2 熔体进入模具，模具内压急剧增加，当达t2 时达到最大料温升高是由喷嘴处产生剪切热也达到最大,97,专业参考,3、保压期时间：t2- t3 塑料保持为熔体，起压实和补塑作用模具内压逐渐下降，主要是由于在模具内收缩引起的，喷嘴、柱塞的压力保

38、持恒定，温度由于模具要冷却所以下降4、返料期时间：t3- t4 螺杆后退，模具内压大，喷嘴处压力下降，导致返料，返料易于脱模,98,专业参考,5、凝封期时间：t4- t5 物料温度下降，物料在浇口处被冻结，停止返流6继冷期 时间：t5- t6 进一步冷却制品，使制品形状固定,99,专业参考,影响因素,（一）料温1、注射机类型螺杆式料温低，柱塞式料温高 螺杆式温度若高，是为了满足工艺条件进行短时间注射，提高效率 柱塞式温度若低，则是在低温下长时间注射，进行小批量生产，对精细产品精加工2、与模具和制品尺寸有关厚制品：流动阻力小，不易冷却，料温低薄制品：流动阻力大，易冷却，料温高长制品：易冷却，料温

39、高,100,专业参考,影响因素,（一）料温3、喷嘴温度小于料筒温度为了保证物料的均匀性，喷嘴处剪切太大4、料温高，加工性能好，但物理机械性能差,料温对某些成型性能及制品物性的影响,101,专业参考,（二）模具温度,冷却速度的选择tc Tg时为骤冷 tc Tg 时为中冷 tc Tg 很多时为缓冷（1）为了保证制品不易变形，则T模Tg或Tm（2）对于粘度较高的物料，则选择T模高（PC、 PPO 、PPS） 对于粘度较低的物料，则选择T模低（PE、 PP、 PA）（3）模具温度对制品性能的影响T模低，凝封速度快，缩短生产周期，生产效率提高，但T模太低，会导致模具缺料；取向被冻结，产生内应力，产生翘曲

40、开裂，不适于厚制品,102,专业参考,（三）注射压力,注射成型时在注塑机、浇注系统和模具型腔中压力损失,103,专业参考,压力的作用：（1）推动塑料前移，混合，塑化，克服阻力（2）提高充模进度，使物料充满型腔（3）补料、保持形状，减小熔接缝压力分析：1、注射系统的压力降P1 料筒的压力降P1 =Pd+PL注塑系统的总压力Pc =P1+P2其中P2为喷嘴所引起的压力降 2、模具中压力降PM =P3+P4 + P5P3P4 P5分别为模具流道、浇口和模腔的压力降,104,专业参考,注射成型时模具型腔中的压力-温度关系,105,专业参考,注射压力对塑料某些成型性能的影响,106,专业参考,（四）注射

41、周期和注射速度,完成一次注射成型所需的时间称注射周期或称总周期。它由注射（充模）、保压时间、冷却和加料时间以及开模（取出制品）、辅助作业（如涂擦脱模剂、安放嵌件等）和闭模时间组成。,107,专业参考,注射成型过程的注射周期,充模时间： t1- t0保压时间：t2- t1加料和预塑时间：t3- t2制件实际冷却时间 ：t4- t1 开模闭模和辅助时间：t5- t4 注射总时间：t5- t0,108,专业参考,注射速度,注射速度常用单位时间内柱塞移动的距离表示，有时也用重量或容积流率表示； 注射速度主要影响塑料熔体在模腔内的流动行为，并影响模腔内压力，温度以及制品的性能。,注射速度对某些成型性能的

42、影响,109,专业参考,注射速度太快，常使熔体由层流变为湍流，严重的湍流引起喷射而带入空气，制品产生气泡，也会产生局部剪切热使 局部烧伤，增大内应力，损坏制品,(a)慢速注射和(b)高速注射时熔体充模时的两种极端情况示意,110,专业参考,粘度大、Tg高的物料、薄壁制品、长流程制品，采用高速，防止充模不满。同时配合高料温、高模温。一般说来，在保证不出现湍流情况下，要尽量提高注射速度。,111,专业参考,（五）热处理,热处理作用：消除内应力，可通过升温时解取向，再结晶来消除，温度应满足条件：Tg T Tf热处理原因：（1）制品结构复杂，易出现内应力（2）取向结晶不均（3）冷却进度不均（4）嵌件（

43、5）塑化不均,112,专业参考,第三节 压制成型,压制成型，是塑料成型加工技术中历史最久，也是最重要的方法之一，主要用于热固性塑料的成型要。根据材料的性状和成型加工工艺的特征，又可分为模压成型和层压成型 模压成型：又称压缩模塑，这种方法是将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入加热的阴模模槽中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力作用下使物料充满模腔，形成与模腔形状一样的模制品，再经加热或冷却，脱模后即得制品,113,专业参考,一、模压成型工艺,模压成型工艺过程示意图,114,专业参考,模压的缺点：周期长，效率低，难自动化，劳动强度大，不安全，不能成型复杂样品，不能成型厚制品。 优点：设备简单，模具

44、简单，还可用于大型制件。模压工艺主要用于热固性塑料。不用于热塑性塑料的原因：周期长，损坏模具常用的材料：酚醛，环氧，不饱和聚酯，氨基树脂，有机硅，硬PVC，聚酰亚胺,115,专业参考,成型过程,1、预热：减少物料体积，提高传热速度，去除易挥发气体2、加料：量多，制品毛边厚，尺寸稳定性差，难脱模；量少，制品不光滑，不紧密，缺料3、闭模：速度先快后慢（维护设备和模具）也避免空气将物料带走，闭合后加热加压4、排气：排气过早，达不到目标；排气过迟，排不出气体5、固化：加热交联6、脱模：利用顶杆，拧脱7、模具吹洗：脱模后用压缩空气吹洗模腔和模具。铜刷等8、后处理：后处理温度比成型温度高1050,116,

45、专业参考,二、模压成型的工艺特性和影响因素,热固性树脂在成型加工过程中，不仅有物理变化，而且还进行着复杂的化学交联反应。影响模压成型的主要因素有温度、压力以及时间1、温度模压时所规定的模具温度，它影响塑料的流动、充模、固化、交联反应速度（1）对流动性的影响对热固性塑料来说：T 分子运动能力 粘度 流动性T 交联反应进度T粘度T 流动性,117,专业参考,热固性塑料流量与温度关系示意图,由图可知存在峰值，峰值过后，曲线斜率出现最大区域，即交联速度最快的区域，闭模时，压力增大，此时T不变，流动性好，能充满模具,118,专业参考,温度对固化时间影响示意图,温度T1 T2 T3 T4 T5 固化时间t

46、1 t2 t3 t4 t5,119,专业参考,由上图知，温度越高，固化时间越短T 交联反应速度越快T 固化时间生产周期但固化速度流动性不能充模特别是对形状复杂、薄壁、深度大制品不宜高温，易引起充模不满。厚制品，外层固化快，气体不易排除，易出现变形，龟裂翘曲，所以宜采用低温、延长模压时间来提高制品质量温度太低，固化慢，制品无光泽，表面肿胀等,120,专业参考,2、模压压力,影响：（1）加快塑料在模具中的流动（2）提高产品的密实性（3）避免挥发分产生的肿胀、脱层现象（4）固定形状，减小毛边,121,专业参考,成型所需模压压力可用下式计算：,由压机的公称吨位G也可计算模压压力,模具压力的大小与塑料、

47、模温、制品形状、物料是否预热有关。对一种物料来说，流动性愈小、固化速度愈快以及物料的压缩率愈大时，所需模压压力应愈大；模温高、制品形状复杂、深度大、壁薄和面积大时，所需成型压力也愈大；反之所需压力低,122,专业参考,热固性塑料成型压力对流动固化曲线的影响,123,专业参考,热固性塑料成型周期中的压力变化,A-加料；B-闭模；C-加压；D-放气；E-卸料；F脱模,124,专业参考,3、模压时间,模压时间指从模压开始到脱模所经历的时间它也与塑料种类、制品形状、厚壁、模具结构等因素有关模压时间太短，树脂固化不完全，制品物理机械性能差，外观无光泽，制品脱模后易出现翘曲、变形等现象过分延长模压时间会使

48、塑料过“过熟”，不仅延长成型周期、降低生产率、多消耗热能和机械功，而且树脂交联过度会使制品收缩增加，引起树脂与填料间产生内应力，制品表面发暗和起泡，从而使制品性能降低，严重时会使制品破裂，因此模压时间过长或过短都是不适当的。,125,专业参考,不同温度时，热固性塑料固化时间对变形的影响,126,专业参考,三、层压成型,层压材料，其填料为片状，如纸、布、玻璃布、木材等用高分子把这些填料粘结在一起，高分子又叫粘结剂层压成型主要包括填料的浸胶、浸胶材料的干燥和压制等几个过程：1、预处理木材去糖分，否则易使酚醛树脂脱层且易腐烂，无机填料加偶联剂处理，提高与聚合物的粘结性,127,专业参考,2、浸胶溶液

49、配制 将树脂配成固体含量为5060%的树脂液浸胶分类直浸法：将玻璃布在不饱和树脂中走一运，挤压并加热刮胶法：手糊成型，用刮板刮铺展法3、干燥 自然干燥和烘干4、压制 温度压力和时间控制主要生产板材、也有生产管状、棒状和其它一些形状简单的制品，也可用以生产增强塑料和热塑性的聚氯乙烯,128,专业参考,第四节 压延成型,压延成型是生产薄膜和片材的主要方法，它是将已经塑化的接近粘流温度的热塑性塑料通过一系列相向旋转着的水平辊筒间隙，使物料承受挤压和延展作用，成为具有一定厚度宽度与割面光洁的薄片状制品。压延成型优缺点优点：压延成型具有较大的生产能力，较好的产品质量，还可制取复合材料，印刻花纹等缺点：所

50、需设备庞大，精度要求高、辅助设备多，同时制品的宽度受压延机辊筒最大工作长度的限制,129,专业参考,压延产品主要有以下三类：1，薄膜：习惯上薄膜和薄片的厚度分界线以0.3mm为界，小于0.3mm为薄膜，大于0.3mm为薄片。通常薄膜产品的厚度小于0.1mm，宽度可达3000mm。精度达到0.0025mm。产品的花色品种繁多，可以生产刻花产品。2，薄片产品厚度唱为0.30.7mm，有软、硬之分。软薄片又称为无底人造革。花色品种繁多，可以刻花。3，有底复层品通常以棉织物或合成纤维织物做底，称为人造革。以纸做底的称为贴纸制品。品种也很多。,130,专业参考,一、压延原理,塑料熔体在两辊间受到挤压时的