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1、第四章 塑料挤出机41概述1.挤出成型的特点（1）应用范围广：大部分热塑性塑料和部分热固性塑料均可用挤出法进行加工。可加工管材、板材、棒材、薄膜、电缆、异型截面型材等。在塑料制件成型加工中，挤出成型占一半以上。（2）生产过程连续：可根据需要生产出任意长度的制件。（3）生产效率高：挤出机年平均生产能力为注塑机的三倍。,2.挤出机工作原理及组成 图51。工作过程：塑料从料斗进入挤出机，在螺杆的转动作用下将其向前输送。塑料在向前移动的过程中，受到料筒的加热、螺杆的剪切和压缩作用，发生熔化，并实现由玻璃态向粘流态的变化。粘流态塑料通过具有一定形状的口模，成为截面与口模形状相仿的连续体，然后冷却定型为玻
2、璃态，得到所需制件。,（1）主机a.挤出系统：主要由螺杆和料筒组成，是挤出机的关键部件。b.传动系统：螺杆的驱动机构，由各种大小齿轮、传动轴、电机组成。c.加热冷却系统：对料筒和螺杆进行加热和冷却，以保证成型过程在工艺要求的范围内进行。,（2）辅机a.机头（口模）：制件的成型部件，熔融塑料通过它获得形状和尺寸。b.定型装置：使从机头中挤出的塑料，既定的形状得以稳定。c.冷却装置：冷却定型后的塑料，获得最终的形状和尺寸。d.牵引装置：均匀地牵引制件，并对制件的截面尺寸进行控制。e.切割装置：将连续挤出的制件切成一定的长度和宽度。f.卷起装置：将软制件（薄膜、软管、单丝）卷绕成卷。,（3）控制系统
3、控制机组的电机、液压系统和其它执行机构，使其转速和功率满足工艺要求；检测、控制主辅机的温度、压力、流量和制件质量，实现整个机组的自动控制。,3.挤出机分类根据挤出机螺杆数目的多少，分为：单螺杆挤出机；双螺杆挤出机；多螺杆挤出机；无螺杆挤出机（柱塞式挤出机）；,双螺杆挤出机,柱塞式挤出机,4.单螺杆挤出机的技术参数（1）螺杆直径：指螺杆的外径，Db，mm；（2）螺杆长、径比：L/Db，L 为螺杆工作部分的长度，即有螺纹部分的长度；,（3）螺杆转速范围：nminnmax，r/min；（4）驱动电机功率：P，kW；（5）料筒加热段数：B；（6）料筒加热功率：PE；（7）挤出机生产率（产量）：Q，kg
4、/h；（8）挤出机型号：例：SJ30/20S为塑料；J为挤出机；30为螺杆直径；20为长径比。,42 挤出机结构1.螺杆 挤出机的生产率、塑化质量、填加物的分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定于螺杆的性能。（1）螺杆的分段 螺杆常分为三段，以适应塑料的三种物理状态（玻璃态、高弹态和粘流态）。,a.加热段：由加热区和固体输送区组成。,螺杆的转动，将充满螺槽的松散固体或粉末粒子向前输送，并压实。主要参数：螺旋升角：一般取1720，即对应于螺距S与螺杆直径Db相等，此时，17.7。螺槽深度h1：h1越大，输送能力越大，但螺杆强度降低。h1的大小，根据均化段螺槽深度和螺杆的几何压缩比来计算。加料段长
5、度L1：由经验公式确定 对非结晶型塑料：L1（0.10.25）L；对结晶型塑料：L1（0.60.65）L。,b.压缩段（熔融段）压实、熔融物料。并使固体料粒间的空气压回家加料口排出。主要参数：压缩比：一般指几何压缩比。螺杆加料段第一个螺槽容积和均化段最后一个螺槽容积之比。等距不等深螺杆：反过来，也可根据决定螺槽深度。,渐变度：螺槽深度的变化规律。压缩段长度：对非结晶型塑料：L2（0.50.6）L；对结晶型塑料：L2（35）Db。,c.均化段 将在压缩段已熔融的物料定量、定压、定温地挤到机头中去。h3=(0.0250.06)Db；L3=(0.20.25)L h3越大，输送能力越大，可能有未熔融的
6、固态碎片挤入机头；反之，h3越小，输入能力低，会降低产量。L3越长，均化时间越长，压力、温度、产量的波动小，但压缩段和均化段在螺杆全长中占的比例过小，不利于物料熔融。,（2）螺杆长径比的确定 一般确定在2030范围内。太大，机器本身长度增加，螺杆易产生变形；太小，则塑料塑化不充分。,（3）普通螺杆结构 普通螺杆又称为常规全螺纹三段螺杆，从加料段到均化段为全螺纹。分为三种形式：a.等距变深螺杆：渐变型，突变型渐变型：从第一个至最后一个螺槽，其深度逐渐变浅；突变型：压缩段很短，加料段和均化段螺槽深度不变，在压缩段螺槽深度突然变浅。,b.等深变距螺杆 螺槽深度不变，从第一个至最后一个螺槽，其螺距逐渐
7、从宽变窄。螺杆强度高，有利于增加转速，提高产量，但螺杆加工较困难，采用较少。,c.变深变距螺杆 螺纹深度和升角从头至尾逐渐变化，升程从宽到窄，深度由深变浅。其机械加工较困难，较少采用。,（4）螺杆头部结构 在螺杆头部，物料的运动由螺旋流动变为直线运动。要求物料平稳地进入机头，避免滞料而产生过热分解现象。图511为螺杆头部结构示意图。,在图中：a、b：应用最广泛；c、d：多用于挤出流动性好的塑料；e：多用于挤出流动性差的塑料；f、g：头部不对称，有助于防止物料滞留；h：光滑鱼雷头与料筒之间的间隙较小，混合剪切作用好，用于挤出粘度大、导热性不良的塑料。i：螺杆头部带有螺纹，使物料借助螺纹而运动，多
8、用于挤电缆。,螺杆断面形状有两种：矩形：装填面积大，机械加工容易，适合于加热段；锯齿形：有利于塑料流动和塑化搅拌，能避免物料滞留，适合于压缩段和均化段。,(5)螺杆材料 要求：力学性能高，有足够的强度，以适应高温、高压的工作条件；机械加工性能好，有较好的切削加工和热处理性能；耐腐蚀，抗磨损；取材容易。常用的有：45钢；40Cr；合金结构钢；渗氮的38CrMoAl等。,（6）新型螺杆 常规全螺纹三段螺杆存在熔融效率低、挤出量不高、塑化混炼不均匀；压力、温度、产量波动大等缺点。新型螺杆就是针对这些缺点而出现。a.分离型螺杆 在压缩段增设了一条附加的副螺纹，将熔融物料和未熔物料分离，从而促进未熔物料
9、的熔化。,工作原理：主螺纹之间设有副螺纹，分离出液相槽。熔料流动，越过副螺纹顶端的间隙进入液相槽。塑料向前输送的过程中，液相槽加大，固相槽减小，熔料越来越多。由于液相与固相分开，使固相颗粒与料筒和螺杆的接触面积加大，熔融速度加快。,b.屏障型螺杆 在普通螺杆中设置屏障段，使未熔的固体不能通过。这样，熔融的与未熔的分开，物料越过间隙时，受到剪切作用，促进熔融。,c.销钉螺杆 在螺槽中设置一些销钉，将固体物料打碎，破坏熔池，打乱固、液相，并将料流反复切割，改变料流的方向和速度，使固体和熔体充分混合，增大固体碎片与熔体的接触传热面积，促进物料的塑化均匀和分散。,2.料筒 仅次于螺杆的重要零部件，与螺
10、杆配合共同完成物料输送、熔融和定量定压挤出任务。料筒的结构形式，关系到热量传递的稳定性和均匀性。（1）料筒的结构 料筒的结构存在三种形式：整体式；组合式；双金属式。,a.整体式料筒图520。料筒由一整块材料加工，容易保证较高的装配精度，简化装配工作，且料筒受热均匀。缺点是料筒长度大，加工要求高，且料筒内表面磨损后难以修复。,b.组合式料筒图521。料筒由几段连接而成，其长度可根据需要改变，以适应不同长径比的螺杆，加工容易。但加热系统和冷却系统的设置不方便。,c.双金属筒式图522。料筒由内外层构成，外层为碳素钢或铸钢，而内层为合金钢衬套，或浇铸一层合金，以提高料筒的耐磨性，延长使用寿命，同时节
11、省贵重金属材料。,（2）加料装置 加料口应能保证物料持续不断地进入料筒，不产生“架桥”现象。常用的加料口形式见图，其中，以d、f为最常见。,料筒与机头的联接形式：铰链联接：最常用的形式，机头拆卸快速方便；螺钉联接剖分联接冕形螺母联接,4-3挤出机其它部件,1.加热、冷却系统 为保证塑料始终能在其加工工艺所要求的范围内熔融，挤出机上必须设置加热和冷却系统。塑料在挤出的过程中获取热量有二个方式：一是料筒外部加热器提供的热量；二是摩擦剪切热。加热段大部分热量来自外部加热器；均化段大部分热量来自摩擦剪切热。因此，为控制各段温度，必须分段加热和冷却。,（1）加热系统 常用的方式有液体加热、蒸汽加热、电加
12、热和远红外加热。a.液态加热 先将液态（水、油、有机溶剂）加热，再由液体加热料筒。温度控制用调节流量或改变液体温度的方法来实现。其特点是加热稳定。但加热系统复杂，应用不广泛。,b.电加热电阻加热：利用电流通过电阻丝产生大量的热量来加热料筒和机头。图示为铸铝加热器，电阻丝采用氧化镁粉绝缘，外壳为铸铝。,由于电阻加热是通过料筒传递至塑料上的，料筒厚度方向上会形成一个温度梯度，传热时间长。,感应加热：通过电磁感应，在料筒内形成电涡流，而使料筒发热，以加热料筒中的塑料。电流通过线圈时，会产生磁力线。改变电流方向，磁力线方向变化，相当于料筒切割磁力线，就会在料筒中产生感应电动势，从而引起二次电压和感应电
13、流，这种电流也叫涡流。涡流将料筒当作电阻，通过时产生热量。由于是在整个料筒厚度上产生热量，故，梯度小，加热速度快。原理示意见图。,（2）冷却系统目的是为了冷却过多的热量，使塑料在正常的温度下成型。常对料筒和螺杆进行冷却。a.料筒冷却螺杆直径45mm以下，不设冷却装置；螺杆直径45mm以上，设冷却装置。料筒冷却常用风冷和水冷两种形式。,风冷：在每一冷却段配置一个单独风机，空气在冷却通道中有规则地流动，以使冷却均匀。,水冷：在料筒表面车出螺旋沟槽，然后缠上冷却水管；或将加热棒和冷却水管同时铸入同一铸铝加热器中。水冷却一般采用自来水，设备简单。但冷却速度过快，易造成急冷，且水管易结垢造成堵塞。,b.
14、螺杆冷却螺杆多采用水冷，直接通到均化段。主要目的：一是为了提高输送效率。物料与螺杆的摩擦系数越小，越有利于固体物料的输送。而温度低，固体物料与螺杆间的摩擦系数就小，获得较大的输送率。,二是为了控制制件质量。对均化段冷却，可防止塑料过热分解，得到较好的塑化效果。但是，对于粘度大的物料，要注意冷却水的出水温度，防止过分冷却造成物料温度过低，胶粘度过大，造成螺杆扭断。c.料斗座冷却 一般采用水冷，防止加料段塑料温度过高，引起固体输送效率降低；防止出现塑料熔融而形成“架桥”。,2.加料装置 作用是给挤出机上料。由料斗和上料部分组成。料斗：装于挤出机的加料座上，将物料不断地供给挤出机。常见的形状有圆锥形
15、、矩形和正方形。侧面开有视镜孔，底部设开合门。大、中型挤出机多用自动上料。鼓风上料：用风力将物料吹入输料管，再经过旋风分离器进入料斗。适用于颗粒物料。,弹簧上料器：电机带动弹簧高速旋转，物料被弹簧螺旋推动沿软管上移，在出料口甩至料斗。,加料方式：可分为重力加料和强制加料。重力加料：物料依靠自身重量落入料筒。料斗里物料的高度变化，会引起重力的变化。为防止施加的重力不均衡，须控制料位，使重力在一个分为内波动。料位控制装置设有上限料位计和下限料位计，使料位处于上限和下限之间,强制加料：料斗中设置搅拌器和螺旋桨叶片，将物料强制压填至料筒中去。加料螺旋由挤出机螺杆通过链轮、锥齿轮驱动，转速与挤出机螺杆转
16、速相适应，使加料量与挤出量相适应，保证加料均匀。这种装置还设有过载保护装置。当料口堵塞时，螺旋会上升，避免将物料强制压向加料口。,4-4挤出成型辅机,辅机的作用：对从机头挤出的、已初具形状和尺寸的高温熔体进行冷却，在定型装置中定型，再进一步冷却，使其由高弹态转变为室温下的玻璃态，成为合乎要求的制品。物料发生物态变化，从熔融的粘流态，经过高弹态，变化为玻璃态；形状和尺寸发生变化，成为所需形状和尺寸的制品。,一、吹塑薄膜辅机薄膜吹塑成型过程：熔融物料从机头环形缝隙中挤出，呈圆筒状膜管。从机头下面进气口吹入压缩空气，使其横向吹胀。牵引辊4连续进行纵向牵伸，冷却风环3吹出空气冷却定型，人字板6将膜管双
17、折成薄膜，卷取装置将其卷取。吹塑分为上吹法、下吹法和平吹法。,吹塑辅机主要有吹胀和牵伸装置、冷却定型装置、人字板卷取和切割装置。1、吹胀装置 吹胀比：吹胀后的管膜直径与环形口模直径之比。一般控制在2.53，主要通过控制压缩空气的压力来实现。2、牵伸装置 牵伸比：牵引辊的牵引速度与挤出速度之比。一般取46。牵引装置将薄膜压紧并送至卷取设备，防止膜管漏气。由一个橡胶从动辊和一个钢质主动辊组成，主动辊与无级变速的驱动装置相连。,3、冷却定型装置最好内、外双面冷却，但多外表面风冷。风环外冷：空气通过鼓风机进入风环装置，在塑料膜管的外表面形成具有一定速度和角度的冷却风环，并将薄膜的大量热量带走，使薄膜温
18、度下降，得以冷却。风环安装在机头上，并与机头同心，使冷却空气等距离吹向膜管。风环设有几层挡风板，使气流缓冲，以均匀的风压、风量和风速吹向膜管，保证薄膜厚度均匀。风环的吹出角一般取4560。,4、人字板 作用有三：将膜管稳定导入牵引辊；逐渐将圆筒形薄膜折叠成平面状；进一步冷却薄膜。由两块呈人字形板状结构物组成。夹角可调，上吹法约为50。导辊式：由铜管或钢辊组成，摩擦阻力小，散热快，但折叠效果差。水冷夹板式：折叠效果好，冷却快。两夹板用循环水冷却。,5、卷取和切割装置将薄膜平整无皱纹地卷取。卷取装置的卷取速度必须与牵引速度相匹配，保证卷取张力恒定。表面卷取：主动辊由电机驱动，卷取辊靠在主动辊上，依
19、靠两者之间的摩擦力带动卷取辊，将薄膜卷取在卷取辊上。其卷取速度取决于主动辊的圆周速度，不受膜卷直径变化的影响，卷取力取决于主动辊与膜卷之间的摩擦力。薄膜一般由人工用剪刀手动切割。,二、挤管辅机 塑化后的物料，挤成管状，紧接着进入定型装置冷却定型，再进入冷却水槽中进一步冷却。充分冷却后的管材，由牵引装置匀速拉出，切割成一定长度的管材。1、定型装置 为保证熔融状态的管材不随自重作用而变形，必须立即定径和冷却。,内压定径法：压缩空气通过机头芯棒进入塑料管内，气压使管壁与水冷的定径套内壁接触，塑料管冷却、硬化、定型，进入水槽进一步冷却。管内压缩空气的压力由塞子保持。管材外表面光滑，定径套结构简单，管材
20、无拉伸。但操作较复杂，塞子易磨损。,真空定径法：真空定径套2内抽真空，利用真空孔将管材吸住，使管材外壁和定径套内壁紧密接触，管材冷却、定型。真空孔直径为0.50.7mm，真空度300500mmHg柱。定径效果好，管材外表面光滑，易于操作，生产稳定。,2、冷却装置 对管材进一步冷却至室温，以防止管材变形。水槽冷却：一般分为24段，长约23m，自来水从最后一段通入，水流方向与管材运动方向相反，使冷却缓和，减少内应力。喷淋冷却：管材周围均布36根喷淋水管，靠近定径套一侧，喷水孔较密。冷却效果好。,3、牵引装置 对管材提供一定的牵引力和牵引速度，均匀地引出管材，并通过牵引速度来调节管材的壁厚。牵引速度
21、必须能无级调节，牵引力也应能够调节。4、切割装置 自动切割时，锯座要随管材的输送而移动。,三、挤板辅机 塑料板材可用挤出法、压制法、压延法生产。熔料由窄缝机头成型为一定形状的板坯，进入水冷的压光辊压光，冷却、定型，在导辊上进一步冷却，切边装置切边，切割成所需长度，卸料，收集。,1、压光机对板坯压光、冷却和牵引。第一辊和第二辊配合，对板坯施加压力，得到所需厚度。第二辊对板材压光，冷却、定型；第三辊对板材压光和冷却。压光辊的线速度应在较大分为内可调，三辊的排列有多种方法，以I字型较多。,2、牵引装置 由主动辊和被动辊组成。主动辊位于下方，钢质结构；从动辊外包橡胶。两辊之间的压紧力靠弹簧产生，大小可调。牵引速度与压光辊同步，并可无级调速。,3、切割装置包括切边和切断。切边：切去板材两边的一部分。常用圆锯片，或圆盘剪。切断：切割成一定的定尺长度。4、卸料机构 将切断后的制品收集、堆放。,自学内容：第五节 挤出机控制思考题：54 何谓常规全螺纹三段螺杆？它有哪些主要参数？如何确定这些参数？57 在料筒设计中，可以从哪些方面考虑提高固体输送率？为什么？59 为什么在挤出机中既设加热装置又设冷却装置？各设在什么部位？为什么？510比较电阻加热和感应加热的原理、方法和优缺点。5-14 简述吹塑薄膜辅机的主要装置的作用和工作原理。,
