第二章6 挤出成型工艺.ppt

1 2 3 4挤出机传动系统 功率P CnTP功率 C常数 n螺杆转速 T扭距转速调节直流电机可以无级调速传动系统的组成及传动形式电机 调速装置 减速装置 2 2 3 5挤出机的加热冷却系统 加热系统电加热电阻加热 加热元件浇注在导热性良好的金属中 铸铝加热器 感应加热载体加热导热油 循环系统 3 冷却系统机筒冷却空气冷却水冷却料斗下方的冷却 防止物料架桥 4 测温与控温温度测量电阻温度传感器和热电偶温度传感器温度控制通断控制 未达到温度加热电路通 达到温度后 加热电路断 5 2 4挤出成型过程 2 4 1模内成型 挤出成型的机头 或称口模 模头 是成型部件 来自挤出机的熔体从模内流过时 应形成稳定的直线流动 建立必要的压力而使制品密实 模头中赋予制品初步形状的主要结构是流道 最终的成型段称为模口 熔体从模头进入到模口流出 其实质是压力的消耗 机头压力是迫使聚合物熔体通过模口所需的压力 6 影响机头压力的因素为 流道的几何形状 熔体的流动特性 熔体的温度分布和通过机头的流率 2 4 1 1模内速度分布和温度分布 7 2 4 1 2挤出物膨胀 聚合物熔体固有的弹性是挤出物离开模口时膨胀的原因 这表现聚合物熔体在模内所受形变的弹性回复 模口定型区长度短的 出口后的膨胀量大 延长定型区长度将降低膨胀量 2 4 1 3模内流动的不稳定性 a 鲨鱼皮b 熔体破裂 8 消除鲨鱼皮的方法有 降低挤出速度 提高口模定型段温度 从原料和组分方面 选择分子量分布宽的聚合物 加入外润滑剂或加入能降低粘度的添加剂 9 解决熔体破裂问题的方法通过模头流道流线化 提高定型区的温度 螺杆在低速率下运转 降低分子量或聚合物熔体粘度 增大出口流通的横截面积 或采用外润滑剂等加以缓解 10 根据挤出物的形态 其熔体破裂可以分为鲨鱼皮破裂 表面熔体破裂 粘滑破裂 或喷射流动 波动破裂 整体破裂 11 熔体破裂条件 12 13 缺陷2晶点 气泡 不光滑塑化温度 原材料 水分及低挥发温度物质含量 缺陷3挤出物混合不均匀设备 组分 工艺 14 2 4 2冷却定型 挤出成型工艺中 定型和冷却是熔体通过口模成型之后的两道必不可少的工艺过程 2 4 2 1聚合物的热性能对冷却定形工艺的影晌 热扩散系数 热导率 定压比热容 密度 15 2 4 2 2挤出物均匀冷却与制品性能的关系2 4 3挤出成型过程中的聚合物结晶2 4 4挤出成型过程中的聚合物分子取向2 4 4 1聚合物分子取向在挤出成型的物料中 聚合物分子或组分中形状细长 扁平的填料 如玻璃纤维 碳纤维 云母粉等 在很大程度上会顺着流动方向作平行的排列 如前所述 聚合物熔体在圆管中流动时 中心处流动速率最大 壁处为零 圆管截面上各点的速度分布为抛物线 这样的速度分布使聚合物分子和其中的填料不得不定向排列 否则 细而长的单元势必在不同运动速度下被拉断 因此 只能顺流动方向平行排列 2 4 4 2取向工艺对挤出产品性能的影晌取向方向的强度高于未取向方向2 4 4 3结晶型聚合物的拉伸定向 16 2 5几种制品的挤出工艺2 5 1管材的挤出成型管材是塑料 橡胶制品中的大宗产品 其用途是输送液体 固体 气体 并可以作为电线 电缆护套和结构材料 挤出管材的主要聚合物有 聚氯乙烯 硬质与软质 聚乙烯 聚丙烯 ABS 聚酰胺 聚碳酸酯 聚四氟乙烯 天然胶 丁腈胶和橡胶 塑料的混合物 17 塑料 橡胶管材的突出优点是 相对密度小 相当于金属的1 4一1 7 电绝缘性 化学稳定性优良 安装 施工方便 维修便宜 单价能耗低 成本低廉 但与金属相比 它的力学性能较低 使用温度范围较窄 膨胀收缩变形较大 18 19 2 5 1 1聚氯乙烯硬管a 挤管设备 a 挤出机单螺杆挤出机直径30 200mm 螺杆结构 等距渐变型 长径比15 25 压缩比2 0 2 6 双螺杆挤出机 异向向外的锥型双螺杆 优点 可以免去粉料造粒环节 20 b 管机头管机头的作用是对塑化的物料保持塑性状态 并产生一定的压力使塑化的物料经过一定的流道后成型为具有环形截面形状的管坯 机头结构类型 直通 平式 机头 物料在机头和挤出机流动方向一致 是一种使用普遍的机头 21 扩张角 芯模收缩角 22 从图2 112可知 熔融物料在口模与芯模平直部分受压缩成管状 机头的压缩比是指分流器支架出口处截面积与口模 芯模间环形截面积之比 硬聚氯乙烯管压缩比为3 10 它随管径的增加而取小值 大口径压缩比为3 5 压缩比太大 机头尺寸大 料流阻力大 易过热分解 压缩比太小 接缝线不易消失 管壁不密实 强度低 23 口模平直部分长度Ll 应能保证将分束的料流完合汇合 方法计算 Ll K2 DLl口模平直部分长度 K2以管材直径计算的经验系数Ll K3 tt管材壁厚 K3以管材壁厚计算的经验系数K2 1 5 3 5 K3 20 40 K2 K3随管径增大而取小值 24 2 直角 十字 机头 机头料流与挤出机料流方向呈直角 90 这种结构芯棒的一端为支承端 由于不存在分流器支架 熔料从机头一端进入到芯棒对面汇集 产生一条接缝线 这种结构为内径定型法挤管提供方便 但芯棒设计难度较大 25 26 3 偏心 支管式 机头 来自挤出机的料流先流过一个弯形流道再进入机头一侧 料流包芯棒后沿机头轴线方向流出 这种设计可使管材的挤出方向与挤出机呈任意角度 亦可与挤出机螺杆相线相平行 它非常适合大口径管的高速挤出 但机头结构比较复杂 造价较高 27 28 真空定径 29 内压定径 二课时 30 冷却从冷却定型套出来的管材 未得到充分冷却 为防止变形 必须排出管壁中的余热 使之达到或接近室温 浸没式水槽 喷淋式水槽 喷雾式水槽 真空定径用真空水槽 31 牵引装置硬管牵引设备一般有滚轮式和履带式 其作用是均匀将管材引出 并调节管壁厚度 牵引速度为无级调速 线速度为2 6m min 最高可达10m min 32 切割装置切割装置是将连续挤出的管材 根据需要长度自动或半内动切断的设备 圆盘锯 自动行星锯 33 b挤管工艺 配方体系 PVC树脂 聚合度900 1100 稳定剂 铅盐 稀土 有机锡 润滑剂 填充剂 颜料等 工艺过程 树脂过筛后称量加助剂 高速搅拌机混合 冷混 双螺杆挤出机 造粒 单螺杆挤出机 定型 冷却 牵引 切割 成品 34 成型工艺条件 温度单螺杆 机身140 180 机头分流器支架处170 180 口模处温度180 190 双螺杆机身 130 170 机头分流器支架处 口模处温度170 185 成型工艺条件 挤出速度单螺杆 8 25r min双螺杆 15 30r min 35 生产中异常现象及解决方法 壁厚不均匀管材不直度大管坯拉断表面无光泽管材内壁有裂纹管壁有气泡或凹坑管材中夹带分解料扁平试验不合格 36 2 5 1 2聚氯乙烯软管挤管设备机头 冷却装置 牵引装置 卷取装置 生产工艺温度 挤出速度 37 软质聚氯乙烯配方体系PVC聚合度的影响聚合度高材料的拉伸强度高稳定剂主稳定剂铅盐 有机锡 稀土类 有机锑 硬脂酸皂类辅助稳定剂亚磷酸酯环氧化合物多元醇 二酮评价 热稳定性 卫生性能 力学性能 加工性能增塑剂主增塑剂邻苯二甲酸酯类柠檬酸酯类直链烷烃酯类聚酯类辅助增塑剂 氯化石蜡环氧化合物润滑剂填充剂其它助剂 颜料 38 2 5 1 3聚乙烯管材材质 高密度聚乙烯 低密度聚乙烯 线性低密度聚乙烯用途 上水管 燃气管 电缆套管等挤管设备机头 扩张角较大 60 压缩比2 4 拉伸比芯模与口模间的环形面积与管材面积比 冷却定径装置 定径套内壁比管材大2 4 真空定径 内压定径冷却 浸没式冷却 39 生产工艺 挤出温度 外观质量 力学性能 挤出速度定径压力 保证圆度的最低压力 40 表1HDPE管材出厂检验项目 41 表1的检测项目主要影响因素包括原材料 设备和加工工艺条件 其中 最主要的性能指标 80 静液压试验 断裂伸长率 氧化诱导时间和熔体流动速率需要生产厂家对生产工艺进行严格控制 应该说 无论是高密度聚乙烯燃气管还是供水管 只要生产厂家保证生产设备和检测设备的投入 保证产品质量并不难 42 其它材质管材 PPR管材 ABS PB PA PEX其他类型 波纹管 增强管 缠绕管 复合管材 铝塑复合管 铜塑复合管 43 2 5 2异型材的挤出成型横截面非圆 非环的各种形状称为异型材 1异型材的合理设计截面形状 简单 厚薄均匀 壁厚 加强筋 转角部分 平滑过渡 2机头多级式机头 流道逐渐变化 多块板串联而成 流线型机头3冷却定型和牵引滑动式定型装置 真空定型装置 辊式牵引和履带式牵引 44 45 46 2 5 2异型材的挤出成型4成型工艺 PVC 配方设计生产工艺混料 造粒 单螺杆成型 成型工序 加工温度 真空定型真空度5异常现象与排除措施p186 二课时 47 2 5 3挤出板材与片材概述薄膜 片材 板材的厚度 人们习惯称1mm以上厚度的片为板材 0 25 1mm的为片材 0 25mm以下的为薄膜 将聚合物加工成板材 片材的方法有许多种 板材生产方法 常用的工艺有压延法 层压法 浇注法 流涎法和挤出法 它们所适用的树脂种类和产品规格不同 48 挤出片材种类 主要为热塑性塑料 硬质与软质的聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯 ABS 聚苯乙烯 聚碳酸酯 丙烯酸类树脂等 产品可根据形状和结构分为 单层与多层 平面与波纹 发泡与不发泡 成品宽度一般为1 1 5m 最大宽度可达3 4m 49 主要用途 挤出成型的板材与片材可以作为结构材料和包装材料 一些塑料板材用于化工容器的制造 电绝缘材料 建筑或交通工具中的壁板 隔板 地板 片材是热成型包装材料的原料 无毒透明片材在食品和医药包装方面使用非常广泛 50 2 5 3 1挤板生产线的组成挤板生产线主要由挤出机 挤板机头 三辊压光机 切边装置 冷却输送辊牵引机 切割或卷取装置组成 图2 137是挤出硬板的工艺流程示意图 51 挤板的主机 般直径在90mm以上 L D 20 辅机中起成型作用的是各种形式的板机头 起定型作用的是三辊压光机 在外形上 它与三辊压延机相象 但它只对板 片起冷却定型作用 不起延展成型作用 52 三辊压光机的牵引速度为挤出速度的1 1 1 25倍 在这样的速度下可以防止物料发生皱褶减少内应力 三辊机与机头距离5 10mm 视物料的熔体强度而定 三辊和牵引机的方向有水平和斜向 斜向用于厚板 53 2 5 3 2板 片机头种类及用途管模机头 将挤出的管材剖开 定型得到片材 主要用于 发泡聚苯乙烯片材 发泡聚乙烯软片 结构简单 支管式 T型 机头主要用于 热稳定性好的材料 54 2 5 3 2板 片机头种类及用途鱼尾形机头 流道形状像鱼尾状衣架式机头 结合支管式和鱼尾形机头优点 流道扩张角在160 170 减小了机头尺寸 板材幅宽增加 主要用于加工热塑性塑料 分配螺杆式机头 由螺杆供给机头物料 55 56 57 58 2 5 3 3板 片成型工艺挤出温度机头温度高于挤出机前端5 10 模头中部低于两边15 20 三辊机温度板材厚度调节牵引速度调节 59 2 5 4吹塑薄膜 物料 挤出机 模头吹胀 冷却 牵引 处理 收卷 吹塑薄膜工艺过程 60 2 5 4吹塑薄膜1吹塑薄膜方式平挤平吹平挤上吹法平挤下吹法其它吹膜工艺先冷却再二次吹胀 61 62 63 64 2 5 4吹塑薄膜2吹塑设备挤出机单螺杆机头 芯棒式机头 十字形机头 螺旋机头 旋转式机头 共挤复合薄膜机头冷却装置 65 66 67 68 69 70 人字板牵引装置导向辊和展平辊卷取装置 71 72 73 2 5 4 3吹塑工艺条件成型温度吹胀比1 5 3之间 74 2 5 4 3吹塑工艺条件拉伸比 75 2 5 4 3吹塑工艺条件冷却速度薄膜泡型的影响材料性能的影响 76 冷却缓慢 薄膜离开模头一定距离后快速冷却 快速冷却 77 2 5 5挤出流延平膜和双向拉伸薄膜2 5 5 1挤出流延平膜成型工艺挤出流延平膜法可以成型低密度聚乙烯 线性低密度聚乙烯和聚丙烯薄膜 与吹塑薄膜相比 挤出流延薄膜的生产速度 薄膜厚度均匀性 光学性能方面占有优势 78 79 80 2 5 5 2双向拉伸薄膜成型工艺在纵横两个方向使聚合物取向的方法 成为双向拉伸 双向拉伸与普通薄膜相比具有如下特点 力学性能高 物理性能明显改善 光泽度明显提高 尺寸 薄膜厚度公差小 应用 双向拉伸平膜可用做胶片基膜 电器绝缘膜 包装印刷膜和层合复合膜 81 主要材料 双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯 BOPET 薄膜 双向拉伸聚苯乙烯 BOPS 薄膜 双向拉伸聚酰胺 BOPA 薄膜 双向拉伸聚酰亚胺 BOPI 薄膜 双向拉伸聚萘二甲酸乙二醇酯 BOPEN 薄膜 双向拉伸聚丙烯 BOPP 薄膜等 82 83 挤出一铸片系统 铸片 是指熔融塑料在压力的推动下 强行通过口模 在静电或气流作用下 使熔体物料迅速贴附在冷却辊表面 制成固态片材的过程 这一过程与前面叙述的挤出片材和流延平膜的成型方式极为相似 挤出机 熔体粗过滤器 计量泵 熔体精过滤器 静态混合器 机头 风刀 冷却辊筒 测厚仪 厚片收卷机 84 薄膜平面双向拉伸 a 逐次拉伸法逐次拉伸法是将挤出的片材分别经过纵向 横向两次拉伸完成取向过程的方法 一般先纵向拉伸 再横向拉伸 生产速度最高可达350m min 但在横拉伸 热处理时会损失分子的纵向取向 所以难以制作纵向强化的薄膜 b 同时双向拉伸法同时双向拉伸法 一次拉伸法 同步双向拉伸法 是将挤出塑料片材在一台拉伸机内 同时完成纵向 横向拉伸 冷热处理制成薄膜的方法 85 2 5 6化学纤维的熔体纺丝化学纤维的成型通常又称为纺丝 根据成纤聚合物的性质和所纺制的纤维性能的要求 化学纤维的纺丝方法有多种 采用最多的是熔体纺丝 湿法纺丝和干法纺丝 熔体纺丝中 根据熔体制备情况 又分为熔体直接纺丝和切片 固态聚合物 两种 聚合物熔体 聚合物切片 熔体制