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1、第三单元 塑料的成型与加工,知识点六 挤出成型,高分子材料专业 高分子成型加工技术(塑料),知识点六 挤出成型,1 概述2 挤出设备3 单螺杆挤出原理4 单螺杆结构设计的改进5 双螺杆挤出的特点6 几种典型的挤出工艺,定义：挤出成型又称挤塑、口模成型。是指物料在熔融设备中通过加热、混合、加压，使物料以流动状态连续通过口模进行成型的方法。挤出成型是塑料成型加工的重要方法之一。根据对塑料的加压方式不同，可分为连续式和间歇式；按塑料的塑化方式不同可分为干法和湿法两种。,知识点六 挤出成型,1 概述,常见的挤出成型产品如管材、板材、丝、薄膜、电线电缆等。,知识点六 挤出成型,挤出管材生产,管材挤出的辅
2、助设备,挤出片材生产,挤出线缆包覆成型,挤出吹塑薄膜,挤出中空吹塑成型,塑料挤出成型工艺流程,挤出过程：加料在螺杆中熔融塑化机头口模挤出定型冷却牵引切割,挤出成型的特点:连续化,效率高,质量稳定 应用范围广 设备简单,投资少,见效快 生产环境卫生,劳动强度低 适于大批量生产适用的树脂材料：绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等 应用：料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。,由挤出机、机头和口模、辅机等组成。,2
3、 挤出设备,主要设备,2.1 单螺杆挤出机的组成,单螺杆挤出机主要由传动系统、加料系统、塑化系统、加热与冷却系统、控制系统等组成。挤出系统是最主要的系统，它由料筒、螺杆、多孔板和过滤网组成。,传动系统：是带动螺杆转动的部分，通常由电机、减速机构以及轴承等组成；加料装置：主要是料斗，但工厂都采用自动加料装置，甚至带有烘干、计量装置等；料筒：包裹在螺杆外部的装置，起到受热受压的作用，物料的塑化和加热、加压都在其中进行，大部分都有冷却装置（风、水冷）；螺杆：利用它才能使料筒内的塑料向前移动，得到加压和热量（摩擦热）；螺杆的直径（D）和长径比（L/D），长径比决定了体积容量以及塑化的均匀性。,螺杆的主
4、要参数：D：螺杆外径；d：螺杆根径；L：螺杆长度；：螺距；：螺槽宽度；：压缩比：螺纹宽度；：螺槽深度；：螺旋角；/D：长径比。,1-渐变型(等距不等深)2-渐变型(等深不等距)3-突变型4-鱼雷头螺杆-加料段（固体输送段）-压缩段（熔融段）-计量段（均化段）,最常用的是等距不等深螺杆,螺杆形式和分段,螺杆头部形状：一般呈锥形，以避免在螺杆头部停留过久而导致分解出现。,2.2 双螺杆挤出机的结构,典型的双螺杆挤出机的螺杆：锥型双螺杆；组合型双螺杆；,2.3 机头和口模,圆孔口模 主要用来生产棒材、单丝造粒，口模平直部分长度和直径比小于10扁平口模 一般用来生产厚度小于0.25mm的膜或板材环形口
5、模 一般用来生产管材、管状薄膜、吹塑用型胚以及电线电缆异形口模 主要用来挤出不同横截面的制品,过滤板（网）的作用：.使物料由螺旋运动转变为平直运动。.过滤杂质和未熔化好的塑料颗粒。.使物料受到较大的剪切作用，以利于塑料塑化均匀。.使料筒和机头定位。对机头结构的要求：.口模定型部分应有适当长度。A.使物料处于稳定流动;B.减小熔体弹性和出口膨胀；C.L长，产量提高;D.太长，笨重，阻力大，Q降低。.机头中过渡部分应光滑，呈流线型。原因：防止物料的停滞和分解。.应设置调节装置，改善周边的流率分布。（厚度均匀）,物料处理设备 主要指预热干燥等设备挤出物处理设备 主要指冷却、牵引、切割、卷取、检测设备
6、控制生产工艺的设备 主要指各种测控设备,2.4 挤出机的辅助设备,3 单螺杆挤出工作原理,3.1 固体输送,加料段具有输送固体物料，兼有预压、预热作用。要使制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件：1.熔体的输送速率等于固态物料的熔化速率2.沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率等于挤出机生产率 目前对此理论的推导最为简单的是以固体对固体的摩擦力静平衡为基础的。,高分子材料专业 高分子成型加工技术(塑料),物料在该段类似于“弹性固体塞”，固体塞在螺槽内的运动就如螺帽在螺丝上的运动一样。如旋转螺丝，而螺帽上无压力，则螺帽跟着螺丝转动而不前移。若在螺帽上加一定压力，再旋转螺丝，则螺帽就会随螺丝旋转而前移。
7、成型时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑料与料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应大于料筒的光洁度。否则，塑料只能抱着螺杆空转打滑不能前移。,固体塞摩擦模型,受力分析 由上图知：Fb=PAbfb，Fs=PAsfs，Fbz=AbfbPcos。稳定流动时，Fs=Fbz，则Asfs=Abfbcos Fs=Fbz=0，物料在料筒中不能发生任何流动。Fs Fbz，物料被夹带于螺杆中随螺杆转动不产生移动。Fs Fbz，物料能在料筒与螺杆间产生相对运动。,螺槽中固体输送的理想模型(a)和固体塞移动速度的矢量图(b),假设条件：物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），以恒速移动；略去物料重力、密度变化的影响；磨擦系数
8、恒定，压力是螺槽长度的函数；螺槽为矩形经过分析可看出物料的运动类似螺母运动。提高固体输送的措施 适当提高螺杆转数N和螺槽深度H;采用锥形结构料筒；在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）；冷却进料段防止物料提前软化；冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小fs）,3.2 固体熔融,研究目的：预测螺槽中未熔化物料量熔化全部物料所需螺杆长度 熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系冷却试验和熔融机理：冷却试验：本色料+35%着色料挤出稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒取出螺杆、剥下物料切断螺旋带状料并观察截面形状现象：熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态 固液两相有一明显分界线 固相逐渐消
9、失，固体塑化完全集中在熔膜处熔融机理：加料段压实逐渐熔融成一层熔膜超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池固体床减小直至物料完全熔融,（3）熔化过程:图3-6-11为固体物料在螺槽中的熔化过程示意图。,固体物料在螺槽中的熔融过程 1-熔膜 2-熔池 3-迁移面 4-熔融的固体粒子 5-未熔融的固体粒子,熔膜：与料筒（螺杆）表面接触的固体物料，由于料筒热传导和摩擦热作用，首先熔化，形成一层熔膜。熔池：逐渐熔化的物料，在料筒与螺杆的相对运动作用下，不断向槽螺的推进面汇集，而形成漩涡状的流动区，称为熔池即液相。固体床：熔池前面充满着受热软化和半熔化后粘接在一起的固体粒子，和完全未熔化的固体粒子，总称为固体床
10、。迁移面：熔膜和固体床间的界面称为迁移面。熔化过程主要在迁移面进行。,螺槽全长范围固体床熔融过程示意图:固体床在螺槽中的分布变化(a)和固体床在螺杆熔融区的体积变化(b),随着塑料向机头方向的移动，熔化过程逐渐进行。从始熔点A起，固体床宽度逐渐减小，熔池宽度逐渐增大，直至B点时，固体床消失，即完成了熔化过程。（固体床深度的变化见下图）,螺杆中聚丙烯熔融时固体床在螺槽中的深度变化曲线,D=90mmN=60转/分Q=71Kg/h,螺杆压缩段中物料的速度分布(a)和温度分布(b),压缩段速度和温度的分布料筒内表面处，Vz最大。熔膜中，Vz在深度方向（Y）自上而下减小。固体床中，各处Vz相等。这是因为
11、有熔结固体块，粘度大，移动困难，差别不明显。靠近螺杆的熔膜中，Vz在Y方向自上而下减小，直至螺杆处，Vz=0。,粒料加人挤出机后,固体粒子以松散状态向前运动,同时粒子之间存在相互滑移。随着内部压 力的建立,松散的粒子渐渐被压实,粒子间隙缩小,粒子相互运动的自由度减小。,进入熔融段后,粒子受热发生粘连,但粒子间界面仍然很清楚。由于热、力的作用使粒子发生变形,粒子间的空隙逐渐被填充,如图所示。从图可以看出,粒子中心的颜色接近固体颜色,粒子周边的颜色半透明,接近熔体颜色,这表明粒子中心部分的温度低于周边温度,同一粒子内部存在温度差。因此对每一个粒子而言,其熔融过程是从外向内进行的。,可视化研究熔融实
12、验结果,熔体有四种形式的流动：正流：正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，沿螺槽向机头方向的流动。由于螺杆转动，塑料在螺杆根部与机筒间形成相对运动造成的，它决定挤出量的大小；逆流：逆流（反流）Qp，与Qd相反的流动。由机头、多孔板等阻力元件对熔体的反压力造成，也叫压力流，随机头压力的升高而增加；环流：横流（环流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽内与正流垂直的流动。对总挤出量影响不大，可忽略不计，但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用；漏流：漏流Ql，由机头阻力元件引起的物料反向流动，沿螺杆与料筒间隙向加料口方向流动，可降低挤出量。正常情况很小0.10.6mm，Ql小，但磨损严重时，Ql的增加与平方成正比。,3.3 熔体输送理论,3.4 单螺杆挤出机生产能力分析,3.5 螺杆和口模的特征曲线,3.6 挤出率的影响因素,
