热塑性塑料挤出造粒实验.doc

热塑性塑料挤出造粒实验1.实验目的了解热塑性塑料的挤出工艺过程以及造粒加工过程；掌握热塑性塑料挤出及造粒加工设备及操作规程；掌握PVC挤出工艺条件及挤出过程中需注意的问题。2.实验原理2.1 挤出成型工艺原理挤出成型是热塑性塑料成型加工的重要成型方法之一，热塑性塑料的挤出加工是在挤出机的作用下完成的重要加工过程。在挤出过程中，物料通过料斗进入挤出机的料筒内，挤出机螺杆以固定的转速拖曳料筒内物料向前输送。通常，根据物料在料筒内的变化情况，将整个挤出过程分成三个阶段。在料筒加料段，在旋转着的螺杆作用下，物料通过料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实。物料在加料段内呈固态向前输送。物料进入压缩段后由于螺杆螺槽逐渐变浅，以及靠近机头端滤网、分流板和机头的阻力而使所受的压力逐渐升高，进一步被压实；同时，在料筒外加热和螺杆、料筒对物料的混合、剪切作用所产生的内摩擦热的作用下，塑料逐渐升温至粘流温度，开始熔融，大约在压缩段处全部物料熔融为粘流态并形成很高的压力。物料进入均化段后将进一步塑化和均化，最后螺杆将物料定量、定压地挤入机关。机头中口模是成型部件，物料通过它便获得一定截面的几何形状和尺寸，再通过冷却定型、切断等工序就得到成型制品。2.2 热塑性高分子材料造粒概述合成树脂一般为粉末状，粒径较小，松散、易飞扬。为便于成型加工，需将树脂与各种助剂混合塑炼制成颗粒状，这个工序称为造粒。造粒的目的在于进一步使配方均匀，排除树脂颗粒间及颗粒内的空气，使物料被压实到接近制成品的密度，以减少成型过程中的塑化要求，并使成型操作容易完成。一般造粒后的颗粒料较整齐，且具有固定的形状。颗粒料是塑料成型加工的原料，用颗粒料成型有如下优点：加料方便，不需强制加料器；颗粒料密度比粉末料大，制品质量较好；空气及挥发物含量较少，制品不易产生气泡。造粒工序对于大多数单螺杆挤出机生产塑料挤出制品一般是必须的，而双螺杆挤出机可直接使用捏合好的粉料生产。热塑性物料的造粒可分冷切法和热切法两大类。冷切法又可分拉片冷切、挤片冷切、挤条冷切等几种；热切法则可分干热切、水下热切、空中热切等几种。造粒的主要设备是混炼式挤出机或塑炼机（开炼机或密炼机）和切粒机。除拉片冷切法用平板切粒机造粒外，其余都是用挤出机造粒。挤出造粒有操作连续，密闭，机械杂质混入少，产量高，劳动强度小，噪音小等优点。常见树脂适用的造粒方法见表1。无论何方法，均要求粒料颗粒大小均匀，色泽一致，外形尺才不大于34mm，因为如果颗粒尺才过大，成型时加料困难，熔融也慢。造粒后物料形状以球形或药片形较好。表1 常用树脂适用的造粒方法 造粒方法树脂冷切法热切法拉片冷切挤片冷切挤条冷切干热切水下热切空中热切软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯ABS聚酰胺聚碳酸酯聚甲醛颗粒形状长方形，正方形长方形，正方形圆柱形球形，药片形球形，药片形圆柱形注：最适宜；尚可；不适宜2.3 本实验主要开展的工作挤条冷切是热塑性塑料最普遍采用的造粒方法，设备和工艺都较简单，即混合料经挤出机塑化后成圆条状挤出，圆条经风冷或水冷后，通过切粒机切成圆柱形颗粒。本实验采用硬质PVC制品配方料，利用双螺杆挤出机，采用挤出成型工艺挤出圆条状制品，再利用切粒机冷切成圆柱形颗粒。Brabender转矩流变仪配合测量挤出机及各种机头，可模拟挤出成型加工过程。本实验采用Brabender双螺杆挤出机，配置挤圆条机头进行硬质PVC挤条。该机带有熔体压力传感器，可同时测定机头熔体压力；通过改变工艺条件，在得到挤出圆条的同时，也可得到加工的有关参数。利用圆条切粒机对挤出冷却的圆条进行切粒。通过此过程对挤出设备、挤出工艺以及切粒设备和切粒工艺等有所认识和掌握。3.实验仪器及药品3.1 实验仪器双螺杆挤出机，Brabender，德国Brabender；切粒机；高速混合器；冷却水槽；烘箱等。其中挤出机的组成与结构如简图1所示。图1. 双螺杆挤出机结构简图3.2 实验药品本实验试样采用硬质PVC配方，其参考配方如下：成分用量（份）成分用量（份）PVC100.0HSt0.30.5三盐4.06.0CaCO36.0DOP01.0PbSt0.51.0ACR或CPE4.06.0PE蜡0.51.0挤出造粒前需先对原材料进行混合和干燥。4.实验步骤4.1 实验前准备（1）按参考配方设计配方称取物料，利用高速混合器对物料进行混合，将混合好的物料利用烘箱进行烘干处理。（2）将挤出机、机头、料斗以及切粒机等等清理干净，并安装完毕。将冷却水槽和挤出机冷却水连接好，先通冷却水冷却挤出机进料口。4.2 挤出工艺参数的确定（1）挤出机加热温度。挤出机操作温度按五段控制，机身部分三段，机头部分两端。机身：加料段160170，压缩段170180，计量段180190；机头：机颈：190200，口模：190200。（2）螺杆转速。040rpm，一般先在较低的转速下运行至稳定，待有熔融的物料从机头挤出后，在继续提高转速。（3）切粒机转速。020rpm，视挤出圆条的速度，逐渐调节。4.3 测试操作（1）启动挤出机控制系统的计算机及动力系统，按照输入程序把标题、加热温度、螺杆转速等实验条件输入计算机控制程序。（2）开始各段预热，待各段加热达到规定温度时、应对机头部分的衔接锁环再次检查，并将其拧紧、准备向挤出机中加入物料。（3）开动主机，在慢速（10rpm）运转下先少量加PVC清洗料，并随时注意转矩、压力显示仪表，待清洗料熔料挤出后，观察其颜色变化，待挤出物无杂质及其他颜色变化时，可加入实验料。（4）加入实验料后，逐渐提高螺杆转速，同时注意转矩、压力显示仪表。待熔料挤出平稳后，开启切粒机，将挤出圆条通过冷却水槽后慢慢引入切粒机进料口，慢慢调节切粒机转速以与挤出速度匹配。待挤出及切粒过程正常后，正式开启记录对应的转矩值、压力值等工艺参数。（5）依次改变螺杆转数：10、15、20、25、30rpm。在每个转速下，在稳定挤出情况下，截取3min之挤出物造粒颗粒，分别称量，同时记录其对应的转矩值、压力值。（6）实验完毕，关闭各测量记录系统及切粒机。逐渐减速停车，趁热立即清理机头、挤出料筒内残留的硬质PVC料，降低挤出机加热温度，用LDPE树脂清理料筒。5 实验记录5.1 实验药品及配方名称型号生产厂家用量（份）5.2 实验条件仪器设备型号、生产厂家螺杆长径比：挤出机加热温度：螺