塑料成型工艺挤出成型.ppt

第五章挤出成型,ExtrusionMolding,内容简介：挤出成型是借助螺杆的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过机头成为的连续制品，如管、板、丝、薄膜、电线电缆等。挤出成型是塑料成型加工中重要方法之一。本章重点是掌握挤出设备、工艺过程、挤出理论和特点。难点是对单螺杆挤出原理的理解。,挤出成型的制品(products),挤出成型的制品(products),几种典型制品的生产线(productionline),挤出片材生产线,挤出线缆包覆成型生产线,挤出吹塑薄膜生产线,EPE发泡膜(珍珠棉)机组-发泡膜机组,5.1概述,一、挤出成型也称挤压模塑或挤塑，即借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。挤出法几乎能成型所有热塑性塑料和某些热固性塑料。,生产的制品：管材、板材、薄膜、单丝、线缆包覆物及塑料与其它材料的复合材料等。,挤出制品占热塑性塑料制品的4050，此外还可以用于塑化造粒、着色和共混等。,二、挤出成型分类,1.按塑化方式分：干法和湿法,（1）干法：靠加热将塑料变成熔体，塑化和加压可在同一个设备内进行。其定型处理仅为简单的冷却。,（2）湿法：用溶剂将塑料充分软化。塑化和加压须分为两个独立的过程，而且定型处理必须采用较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。仅用于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素等。,2.按是否排气分：可分为排气式挤出机和非排气式挤出机,3.按加压方式分：连续式和间歇式,（1）连续式：,借助螺杆旋转产生压力和剪切力，使物料充分塑化和混合均匀，通过型腔（口模）而成型。,（2）间歇式：,柱塞式挤出机,借助柱塞压力，将事先塑化好的物料挤出口模而成型。,5.2挤出设备ExtrusionMachinery,是挤出成型过程中的关键设备，它的规格及工艺控制直接影响挤出过程的产量的质量。,一台挤出设备通常由主机（挤出机Extruder）、机头和口模、辅机及其控制系统组成。通常这些组成部分统称为挤出机组。,挤压系统：主要由料筒和螺杆组成。塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立的压力下，被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。加热冷却系统：其功用是通过对料筒（或螺杆）进行加热和冷却，保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。,5.2.1螺杆挤出机,螺杆挤出机由挤出装置（螺杆和料筒）、传动机构和加热冷却系统等主要部分组成。,挤出系统,加热、冷却系统,传动与控制系统,一、单螺杆挤出机单螺杆挤出机是由一根阿基米德螺杆在加热的料筒中旋转构成的。挤出机大小一般用螺杆直径来表示。,1.传动装置带动螺杆转动的部分。通常由电动机、减速箱和轴承等组成。在挤出过程中，要求螺杆转速稳定，不随螺杆负荷的变化而变化，以保证制品质量均匀一致。但在不同的场合下，又要求螺杆能变速，以达到一台设备能适应挤出不同塑料或不同制品的要求。传动部分采用无级变速。螺杆转速为：10100转/分钟。设有良好的润滑系统和迅速制动的装置。,2.加料装置,供料一般采用粒料、粉料和带状料等几种。装料设备通常使用圆锥形和方锥形加料斗，其容积至少能容纳1小时的用料。,料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流。侧面有视孔和标定计量的装置。有些料斗带有减压或加热装置、搅拌器、自动上料或加料装置。加料孔周围应设有冷却夹套、以排除高温料筒向料斗传热，避免料斗中的塑料因升温而发粘，以致引起加料不均或料流受阻。,3.料筒,挤出机的主要部件之一，为一金属圆筒。,挤压时料筒内的压力可达55MPa，工作温度一般为80一300，因此料筒可看作是受压和受热的容器。制造料筒的材料须具有较高的强度、坚韧耐磨和耐腐蚀。塑料的塑化和加压过程都在其中进行。外部设有分区加热和冷却装置。加热：电阻、电感或其它方式。冷却：风冷或水冷。,4.螺杆,挤出机的关键部件，直接关系到挤出机的应用范围和生产率。,通过螺杆的转动，对塑料产生挤压作用，塑料在料筒中才能产生移动、增压和从摩擦取得部分热量，塑料在移动过程中得到混合和塑化，粘流态的熔体在被压实而流经口模时，取得所需形状而成型。,由于塑料品种很多、性质各异，因此为适应加工不同塑料的需要，螺杆的种类很多，结构上也有差异，以便能对塑料产生较大的输送、挤压、混合和塑化作用。,表示螺杆结构特征的基本参数有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等。,（1）螺杆的直径（D）和长径比（L/D）螺杆直径（D）我国挤出机的螺杆直径标准:30、45、65、90、120、150、200。一般情况下，螺杆的直径应符合此系列，螺杆直径的大小一般根据所加工制品的断面尺寸，加工塑料的种类和所要求的生产率确定。一般45150mm，螺杆直径增大，加工能力提高，挤出机的生产率与螺杆直径D的平方成正比。,长径比（L/D）螺杆工作部分有效长度与直径之比。通常为1825。,1增加螺杆长径比，塑料在螺杆中的停留时间增加，塑化的更加均匀，故可以提高螺杆转速来提高产量。2长径比加大后螺杆、料筒和装配等比较困难和复杂。3塑料挤出机一般选择L/D=18，20，25，30，40，45,L/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机的生产能力。L/D大，螺杆适应能力强，能用于多种塑料的挤出。但L/D过大，使塑料受热时间增长而降解；螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，引起料筒与螺杆间擦伤，使制造加工困难，增大功率消耗。过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。,（2）螺旋角（）和螺棱宽度（e）,螺旋角是螺纹与螺杆横断面的夹角。,随增大，挤出机的生产能力提高，但剪切作用和挤压力减小,螺旋角的大小与物料的形状有关:细粉状塑料：30左右；方块料：15左右；球、柱状料：17左右。通常以螺距等于直径的最易加工这时螺旋角为17.6，1741，而且对产率的影响不大，螺杆的螺旋方向，一般为右旋。,螺棱的宽度一般为0.080.12D，但在螺槽的底部则较宽，其根部应用圆弧过渡。,（3）压缩比,螺杆加料段最初一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。压缩比为25。表示塑料通过螺杆全长范围时被压缩的倍数。压缩比愈大，塑料受到的挤压作用愈大,螺槽浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有利于料筒壁和物料间的传热，物料混合和塑化的效率高，但生产率降低。螺槽深时，情况相反。,作用：将物料压缩，排除气体，建立必要的压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度。几何压缩比要大于物理压缩比获得压缩比的方法：等距变深、锥形螺杆、等深不等距，不等深不等距等。其中等距变深螺槽是最常用的方法。,热敏性塑料，宜用深螺槽螺杆（如PVC）；熔体粘度高，热稳定性较高的塑料，宜用浅螺槽螺杆（如PA）。,(4)螺杆头部的形状螺杆头部一般呈钝尖的锥形,渐变型：等距不等深,（5）螺杆的结构形式,渐变型：等深不等距,突变型,（5）螺杆各段的功能,物料沿螺杆前移时，经历着温度、压力、粘度等的变化，这种变化在螺杆全长范围内是不同的，根据物料的变化特征，将螺杆分为以下三段：,加（送）料段（固体输送理论）,作用：对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段.,塑料在移动过程中，一般保持固体状态。,加料段的长度随塑料品种而异：挤出结晶聚合物最长，硬性无定形聚合物次之，软性无定形聚合物最短。,加料段螺杆对塑料一般没有压缩作用，故螺距和螺槽的深度都可以保持不变，螺槽深度也较深，因此加料段通常是等深等距的深槽螺纹螺杆。,压缩段（迁移段、过渡段）,作用:对加料段送来的料起挤压和剪切作用.进一步压实物料，使物料由固体转为熔融体，并排除物料中的空气。,为适应将物料压实，将气体推回加料段和物料熔化时体积减小等特点，本段应对塑料产生较大的剪切作用和压缩，通常使螺槽容积逐渐缩减(减小螺距及螺槽深度)，缩减的程度由塑料的压缩率决定。,压缩段的长度与塑料的性质、塑料的压缩率有关。无定形塑料压缩段较长，为螺杆全长的55一65，熔融温度范围宽的塑料其压缩段最长，宜用渐变螺杆；结晶型塑料，熔融温度范围较窄，压缩段较短，为35D，宜用突变螺杆。,均化段（计量段）：（熔体输送理论）,作用：将塑化均匀的物料在均化段螺槽和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。,由于从压缩段来的物料已达到所需的压缩比，故均化段一般无压缩作用，螺距和槽深可以不变，这一段常常是等距等深的浅槽螺纹。对于渐变形螺杆，本段螺杆螺距最小或槽深最浅，这种螺杆实际上无均化段。,为避免物料因滞留在螺杆头端面死角处引起分解，螺杆头部常设计成锥形或半圆形。有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体，称为“鱼雷头”，但也有刻上凹槽或铣刻成花纹的。,鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动脉冲现象的作用，并能增大物料的压力，降低料层厚度，改善加热状况，且能进一步提高螺杆塑化效率。,5.机头和口模,机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并将熔体均匀而平稳地导入口模，赋予必要的成型压力，使塑料易于成型和取得制品密实。,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，并被口模外的定型装置和冷却系统冷却硬化而成型。,口模一般由口模分配腔、引流道和口模成型段(“模唇”)这三个功能各异的几何区组成(图57)。,机头与口模的组成部件包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等部件。,使料流由螺旋运动变为直线运动，阻止为熔融的物料粒子进入口模，滤去金属杂质等，此外它还能提高融体压力，使制品比较密实，当物料通过孔眼时得到进一步塑化，以控制塑化质量。,1机头的作用：熔体由螺旋运动变成直线运动，均匀导入口模，还产生必要的压力，使塑料易于成型，所得制品密实。2口模作用：熔体在口模中流动时取得所需形状。3机头口模的组成：过滤器，多孔板，分流器（分流器支架），口模，模芯，机颈。4多孔板作用：1机头和料筒对中。2支承过滤网。3对熔体产生反压。,（1）圆孔口模,挤出塑料圆棒、单丝和造粒。具有圆形出口的横截面。,典型的一维流动，同心圆上的轴向流速是相同。,出口具有狭缝形的横截面。,具有分配腔,直管式口模(T型口模)：熔体在这种口模内的停留时间在中部和两侧相差很大。聚烯烃、聚酯,鱼尾形口模(扇形口模)：口模的流道没有死角，流道内的容积小而减小了熔体的停留时间。熔体粘度高，热稳定性差,PVC,衣架式口模：停留时间分布较一致。硬PVC,（2）扁平口模,挤出法生产平膜和片材。,（3）环形口模,挤出管子、管状薄膜、吹塑用型坯、涂布电线。,出口具有环形截面。由口模套和芯模组成,有,支架式：熔体经分流梭再绕过支架后汇合成管状物从环形流道挤出，汇合处的熔接痕就会影响到制品质量,直角式：熔体的流程是不等的，在模唇部分的压力降和流率也不同，进而影响厚度分布。,螺旋芯模式:克服支架式和直角式口模在挤管和吹制管膜中所出现的熔接痕而研制的。,储料缸式：,（4）异形口模,异型制品（型材）：从任一口模（异形口模）挤出而得到具有不规则截面的半成品。有中空和开放式两大类。,三、挤出机的辅助设备,1.原料输送、干燥等预处理设备；,2.定型和冷却设备，如定型装置、水冷却装置、空气冷却装置；,3.用于连续地、平稳地将制品接出的可调速牵引装置；,4.成品切断和辊卷装置；,5.控制设备等。,四、挤出机的一般操作方法,1.开车前准备的工作；,2.机器运行开始的工作；,3.停车时的工作；,4.清理设备。,注意：电、热、机械转动、笨重部件装卸等。,5.3单螺杆挤出原理,挤出机中固体输送、熔化和熔体输送与操作条件、塑料性能和螺杆的几何结构之间的关系是重要的。,5.3.1固体输送（Darnel-Mol理论）,以固体对固体的摩擦力静平衡为基础。假设：（1）物料与螺槽和料筒内壁所有边紧密接触，形成固体塞或固体床，并以恒定的速率移动；（2）略去螺棱与料筒的间隙，物料重力和密度变化等的影响；,（3）螺槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度的函数，摩擦系数与压力无关；,（4）螺槽中固体物料像弹性固体塞一样移动，受周围的螺杆和料筒表面之间的摩擦力控制，只有物料与螺杆之间的摩擦力小于物料与料筒之间的摩擦力时物料才能沿轴向前进，否则物料将与螺杆一起转动。,固体输送率Qs：,Rs、Rb：螺槽底部和顶部半径；e:螺棱宽度；a：平均螺旋角；i:螺纹头数。,N：螺杆转数；b：料筒表面处的螺旋角；Db：螺杆外径；Hf：螺槽深度。：移动角（在螺杆的几何参数确定后，只与摩擦因数有关）,可见：固体输送率与螺杆的几何尺寸和移动角有关。,通常在090范围，0时，Qs为零，90时，Qs为最大。,因此，为了增大输送量，可以采取以下措施：,（1）螺杆直径不变时，增大螺槽宽度,（2）减小聚合物与螺杆的摩擦系数fs,（3）增大聚合物与料筒的摩擦系数fb，如：料筒内开设纵向沟槽；锥形开槽料筒,（4）减小螺旋角b，使为最大,（5）从工艺角度上考虑送料段料筒和螺杆的温度,5.3.2固体熔化,塑料在挤出机中的塑化过程是很复杂的。,1.冷却实验和熔化机理,本色塑料,着色塑料（35）,加热,挤出,稳态,停车,迅速冷却,塑料凝固,剥下塑料进行分析,由实验观察到在一个螺槽中固体物料的熔化过程：,与料筒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。,这些不断熔融的物料，在螺杆与料筒的相对运动下，不断向螺纹推进面汇集，从而形成漩涡状的流动区，称为熔池。,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，统称为固体床。,从熔化开始到固体床的宽度下降到零的总长度，称为熔化区的长度。一般的，熔化速率越高，熔化长度越短。,沿螺槽前移的过程中，固体床宽度逐渐减小，直至全部消失。,综上可知：,塑料的整个熔化过程是在螺杆熔融区进行的，塑料的整个熔化过程直接反映了固相宽度沿螺槽方向变化的规律，这种变化规律，决定于螺杆参数、操作条件和塑料的物性等。,5.3.3熔体输送,一、简化的流动方程,熔体在均化段输送中的流动形式:,正流（拖曳流动）、逆流（压力流动）、横流、漏流（泄流）,正流（拖曳流动）：是由物料受机筒的摩擦拖曳引起的。流量用Qd表示。逆流（压力流动）：由机头，口型等阻力元件产生的压力引起的回流。方向与正流方向相反，流量为QP.表示。横流（环流）：由垂直于螺棱方向的分速度引起使物料在螺槽内产生翻转运动。对生产能力没有影响，但能促进物料的混合、搅拌和热交换，流量Qc=0。漏流：由机筒与螺棱间隙处形成的倒流。方向沿螺杆轴线方向，并由机头向后。流量用QL表示。,螺槽中熔体的总的流动是这几种流动的总和，挤出机的生产能力即等于正流、压力流、漏流的总和,Q=Qd-Qp-Ql,挤出物质量与T、N、P之间的关系1）转速的影响：Q随着N的增加而增大，N不变时，Q随P增大而降低。2）螺槽深度的影响：P较低时，Q随螺槽深度的增加而增大，宜选用深螺槽螺杆；P较大时，Q随螺槽深度的增大而降低，宜选用浅螺槽螺杆。3）均化段长度的影响：均化段长度较大时，Q受口膜阻力的影响较小，挤出量Q的变化较小。4）口模的影响（阻力）：口模的截面尺寸大，口模的平直部分短，口模阻力P小，机头微小压力波动，使Q产生较大变化，影响制品质量。5）粘度：Q与物料的粘度无关。因为粘度减小使P也减小。,5.4单螺杆结构设计的改进,一、排气式螺杆,可连续从聚合物中抽出挥发物、单体、低聚物、缩聚反应物、配料时的挥发组分、水分。在料筒上设置一个或多个排气孔。,二、屏障型螺杆,在压缩段的螺纹旁再加一道辅助螺纹，将主螺纹的前缘分为熔体槽，后缘分为固体槽，实现熔体与固体的分离。,Mailefer螺杆,Barr螺杆,Kim螺杆,三、销钉型螺杆,在靠近熔化段末端到计量段这一区间设置一组或几组起混合作用的销钉。,使料流发生搅动，产生局部的高剪切以增进固体粒子的熔化；有利于内压力提高，保证螺槽被充满和压实。,缺点：产率减少，熔体温度提高。,四、波型螺杆,螺槽根部是偏心的，偏心部位沿轴向按螺旋形移动。,轴向波型螺杆，带有辅助螺纹。,五、混合螺杆,1.分配混合元件：密集的销钉、沟槽、凹穴等。,2.分散混合元件：剪切元件。,5.5双螺杆挤出原理,5.5.1分类,R.Erdmerger从理论上将双螺杆分为12类：,1.横向开口：指垂直螺棱方向，物料能越过螺棱，在一根螺杆的各个螺棱之间进行物料交换。,2.纵向开口：指自加料口到口模有一通道，物料从一根螺杆流往另一根螺杆。,指在一根两相连孔道组成截面的料筒内由两根相互啮合或相切的螺杆组成的挤出装置。,双螺杆结构设计的差别：,（1）啮合还是非啮合；,（2）对啮合螺杆：同向转动还是反向转动；,（3）螺杆是圆柱形还是锥形；,（4）压缩比的实现是靠：螺纹高度或导程；根径由小变大或外径由大变小；螺纹头数变化。,（5）螺杆是整体的还是组合的。,螺杆类型：,（1）Colombo螺杆(整体式双螺杆)：,螺杆分为三段，每一段有一混合室。加料段的外径和螺距最大；压缩段次之；均化段为最小。同一段中，螺杆是等径等距的。,（2）锥形双螺杆,向外反向转动。从加料段到计量段，螺杆的外径和根径均匀地由大到小变化。螺杆各部分的长度、螺纹头数、螺槽数、螺棱宽度、螺棱形状等均有变化。,（3）组合型双螺杆,由不同数目的具有不同功能的螺杆元件(输送元件、剪切元件、混合元件、压缩元件、捏合元件）按一定要求和顺序装到带导键或三角形芯轴上组合而成的。可以连续输送、塑化、均化、加压、排气。,（4）非啮合型双螺杆,类似两根平行单螺杆在料筒中转动，但两根螺杆反向转动并相切。分为单阶和双阶两种形式。,4.全啮合、反向转动的双螺杆在纵、横向都是闭合的，不考虑机械间隙，能形成封闭室。,3.非啮合双螺杆在纵、横向都是开口的。,5.全啮合、同向转动的双螺杆是纵向开口、横向封闭的。,6.捏合盘在纵向、横向都是开口的。,7.部分啮合的双螺杆，要区分纵向开口和横向封闭系统与纵、横向开口系统。,5.5.2反向啮合型双螺杆挤出机,封闭式反向转动啮合（CICT）型双螺杆挤出机的螺杆几何形状：,特点：,两根螺杆螺槽间的开口是很小的；,具有滚压式啮合，啮合区的螺杆速度都在同一个方向；,进入啮合区的物料有强制通过该啮合区的倾向。,适用范围：,CICT挤出机一般适合在低速下运行。,CICT挤出机的最大允许螺杆速度是机器正位移输送特性的良好指标。,低的最大螺杆转速：2040r/min，型材挤出；高的最大螺杆转速：100200r/min，配料、连续化学反应和特定聚合物加工。,假设螺槽被物料完全充满而且无漏流，则CICT挤出机的理论最大产量为：,i:平行螺纹数；：C形室的体积；N：螺杆转数。,实际上存在着漏流：,（1）螺棱漏流，Qf,（2）压沿漏流，Qc,（3）侧面漏流，Qs,（4）四面体漏流，Qt,则实际产量为：,5.5.3同向、啮合型双螺杆挤出机,有低速和高速两种，低速同向转动双螺杆挤出机适于型材挤出；高速挤出机适于特定聚合物的加工作业。,一、封闭式啮合型挤出机,封闭式啮合螺杆（CICO）的几何形状：其中一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽而且紧密配合，即共扼螺杆轮廓。,特点：,两根螺杆的螺槽之间存在着相当大的开口；,具有滑动式啮合，啮合区螺杆的速度是相反的；,物料呈8字形运动，同时沿轴向运动；,CICO型挤出机物料在进入啮合区处产生高的压力，因此必须在低速下运转。,二、自洁式挤出机,高速同向挤出机（CSCO），具有封闭式匹配的螺纹轮廓，从一个螺槽到相邻螺槽有颇大的开口。,具有封闭式自洁作用。,特点：,啮合区不产生的压力降，可以高速运转：600r/min，不适于直接挤出型材，物料大部分按8字形运动。,有正向捏合块、反向捏合块和中性捏合块。正向捏合块的输送方向与正向螺纹元件相同；反向捏合块的输送方向与反向螺纹元件相同；中性捏合块无轴向输送作用。,5.5.3非啮合型双螺杆挤出机,NOCT，反向转动的非啮合型双螺杆。其输送与单螺杆相似，差别在于物料从一根螺杆到另一根螺杆。,主要用于共混、排气和化学反应。,5.6挤出成型工艺与过程,通常的程序：,物料干燥,成型,制品的定型与冷却,制品的牵引与卷取（切割）,后处理,包装,一、原料干燥,水分：影响挤出过程的正常进行和制品的质量。制品出现气泡、表面晦暗、物理机械性能下降、甚至无法挤出。,控制含水量0.5以下。同时不含有任何可见杂质。,二、挤出成型,挤出过程的工艺条件对制品质量影响很大，特别是塑化情况，决定因素主要是温度和剪切作用。,挤出过程的参量有温度、压力、流率（或挤出量、产量）和能量（或功率）。有时也用物料的粘度，因其不易直接测得，而且它与温度有关，故一般不用它来讨论挤出过程。,温度是挤出过程得以进行的重要条件之一。如前所述，物料从加入料斗到最后成型为制品是经历了一个复杂的温度过程的。（如果我们以物料沿料筒方向的位移为横坐标。而以温度为纵坐标，将沿料筒方向测得的各点的物料温度值连成曲线，就会得到所谓温度轮廓曲线，如图）,1.温度,由图可见，该曲线有一定的变化规律。实验告诉我们，加工不同物料和不同制品，这条轮廓曲线是不相同的。,热量来源,根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热量的来源主要有两个：a.物料与物料之间；物料与螺杆、料筒之间的剪切、摩擦产生的热量，b.料筒外部加热器提供的热量。,温度的调节,温度的调节是靠挤出机的加热冷却系统和控制系统进行的。一般说来，a.加料段-低温输送。为加大输送能力，不希望加料段温度升得过高，相反有时要冷却；b.压缩段和计量段高温熔融。为了促使物料熔融，均化，物料要升到较高的温度。为了便于物料的容易加入、输送、熔融、均化以及在低温下挤出，获得高质量、高产量的制品，每一种物料的挤出过程应有一条合适的温度轮廓曲线。,应当指出，物料的温度轮廓曲线、料筒的温度轮廓曲线和螺杆的温度轮廓曲线是不相同的。一般情况下我们测得的温度轮廓线是料筒的，而不是物料的。物料的温度测量较难，由上图可见，其温度轮廓线有一个变化的幅度。螺杆的温度轮廓线较料筒的温度轮廓线为低，而较物料温度轮廓线为高。应当指出，料筒和螺杆的设计对挤出过程的热量的产生有很大影响。,料温升高：粘度降低，利于塑化；熔体流量大，出料加快，机头和口模温度过高，挤出物形状稳定性差，制品收缩率增加，甚至制品发黄、出现气泡。挤出不能正常进行。,温度降低：熔体粘度大，机头压力增加，制品密实、形状稳定性好，但离模膨胀严重，应适当增大牵引速度。,料温过低：塑化较差，功率消耗增加。,口模与模芯温差过大：挤出制品出现向内或向外翻或扭歪情况。,2.压力,1）压力的建立挤出成型时，沿料筒轴线方向，在物料内部就要建立起不同的压力a.压缩比的存在（螺槽深度的改变、料筒上的沟槽深度变化、螺距的改变）b.分流板、滤网和口模产生的阻力，压力的建立是挤出成型制品的重要条件压力的建立也是物料得以经历物理状态变化、得到均匀密实的熔体、并最后得到成型制品的重要条件之一。,2）影响压力的因素如果将沿料筒轴线方向（包括口模）测得的各点的物料压力值作为纵座标，以料筒轴线为横座标做一曲线，即可得到所谓压力轮廓线，如右图所示。,影响各点压力的因素很多：a.机头、分流板、滤网的阻力，b.加热冷却系统，c.螺杆转数，d.螺杆和料筒的结构。,3）压力波动对制品的影响螺杆、料筒的设计、螺杆转数的变化、加热冷却系统的不稳定性都是产生压力波动的原因。努力的方向应当是减少、消除这种波动。,三、制品的定型与冷却,热塑性塑料挤出制品，在离开机头口模后，应进行冷却定型。,定型不及时，自身重力作用下，会发生形变。,大多数情况下定型与冷却往往同时进行。,挤出管材和各种异型材时才有定型过程，挤出薄膜、单丝、线缆包覆物等不需定型。挤出板材和片材时，有时还通过一对压辊压平，也有定型和冷却作用。,四、牵引（拉伸）和热处理,制品从口模挤出后，产生离模膨胀，挤出物尺寸和形状发生改变。重量增大、不引出、造成堵塞、生产停滞、破坏挤出连续性，后面挤出物变形。,常用管材牵引设备：滚轮式、履带式。牵引速度应与挤出速度很快地配合，且速度均匀。一般牵引速度大于挤出速度，以消除离模膨胀。,有些制品需热处理：如由狭缝扁平口模直接挤出片材经拉伸而得的薄膜，以减小热收缩率，提高尺寸稳定性。,五、合格制品按要求进行切割或卷取,5.7挤出成型的发展趋势,1.大型化：单螺杆挤出机的L/D可达42；螺杆直径可达300420mm，甚至达750mm；多螺杆挤出机直径可达600mm（卧式），300mm（立式），长度可达875mm。,2.高挤出速度：直径65的挤出机螺杆转速高达8001000r/min。,3.多效能：以挤出机为主机，加上辅机，可生产多种制品。,4.自动化：挤出温度及压力等工艺条件采用PID（比例、积分、微分）测控等。,5.连续化：从粉料开始直到制品实现全自动化连续流水线。,5.8几种制品的挤出工艺,各种挤塑制品的生产流程则大体相同，一般包括成型物料准备、挤出成型、挤出物的定型与冷却、制品的牵引与切断。,成型物料准备,挤出成型,挤出物的定型与冷却,制品的牵引与切断,管材,可供生产管材的塑料原料有：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚酰胺；聚碳酸酯等。目前国内生产的管材以聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等材料为主。塑料管材有以下优点：相对密度小，仅为金属的15、18，耐化学腐蚀性好，电器绝缘性优良。耐磨性好。塑料管广泛用作各种液体、气体输送管，尤其是某些腐蚀性掖体和气体，如自来水管、排行管、农业排灌用管、化工管道、石油管、煤气管等。,5.8.1管材的挤出,挤出管材所用设备有挤出机、机头、定型装置、冷却槽、牵引设备、切断设备以及扩口设备等。,1.机头和口模,大体上分为：,偏移式：内径尺寸要求准确的生产,直通式：常用。,挤出机挤出的熔融塑料进入机头由芯模及口模外套所构成的环隙通道流出后即成为管状物。,管材是塑料挤出成型的主要产品之一。挤管就是将粒状或粒状塑料从料斗加入挤出机，经加热成熔融的料流，螺杆旋转的推力使熔融料通过机头的环形通道形成管状物，经冷却定型成为管材的生产过程。,2.定型,挤出的管状物首先应通过定型装置，使之冷却变硬而定型。,定型方法：,（1）外径定型：在管状物外壁和定径套内壁紧密接触的情况下进行冷却而实现的。结构简单、操作方便，为我国普遍采用。,（2）内径定型：是将定径套的冷却水管从芯棒处伸进，必须使用偏移式机头。用这种方法制得的管材内壁比较光滑。,3.冷却,可用的装置有冷却水槽和喷淋水箱两种。,为防止管材冷却过程中发生弯曲变形，采用沿管材圆周上均匀布置喷水头对管材进行喷淋冷却。,4.牵引,常用牵引管材的装置有滚轮式和履带式两种。,5.8.2.吹塑薄膜的挤出,塑料熔体由环隙形口模挤成管状物后，即牵引装置牵引上升（少数采用水平、向下）并同时进行吹胀，至一定距离后，通过导向夹板而被牵引辊夹拢。,优点：1.设备紧凑，单位产率所需的投资少；2.在一定范围内可以方便调整薄膜的宽度和（或厚度）；3.无边缘影响，免除整边装置，减少废料损失；4.双轴定向，强度较高。缺点：1.冷却速度偏小，薄膜透明度差；2.厚薄偏差较大。,吹塑法广应用于生产PE、PP、PVC、PS、PA等塑料薄膜。,平挤上吹、平挤平吹和平挤下吹法。,薄膜吹塑机组：挤出机、环形狭缝机头、吹胀系统、冷却风环、人字板、牵引辊、卷取辊和切断装置等工艺过程：挤出膜管-吹膜-冷却-牵引-卷取,一、挤出机,单螺杆挤出机，大小随所制薄膜的宽度和厚度而定。,产率受冷却和牵引两种速率控制。一种挤出机只适于生产少数几种规格的产品。,二、机头和口模,机头类型,转向式的直角型：应用较多（当模口尺寸大于20cm时）,水平向的直通型：适于熔体粘度较大，热敏性塑料。,由于直角型机头易于保证口模唇部各点的均匀流动而使薄膜厚度波动减小，所以工业上用这类机头居多。直通型又分为水乎式和直角式两种，该类型机头特别适用于熔体粘度较大和热敏性塑料。,为使薄膜的厚度波动在卷取薄膜辊上得到均匀分布，常有采用所谓旋转机头的。此种机头事实上仍然是直角型机头，不过它的芯棒或模套是可以旋转的，旋转速度人致为每5minl-2r，也有的模套以至整个机架只是作一定角度(如120)的来回旋转。出于芯棒或模套的旋转，薄膜厚薄不均处就不会集中在一点。这就会改善薄膜卷取和印花等工序。使用带螺旋芯棒的机头(如图553所示)具有出料均匀，膜厚易于控制，消除熔接痕的持点。但出于流道结构复杂，仅适用于加工聚乙烯、聚丙烯这类熔融粘度较小又不易分解的塑料。口模缝隙的宽度和平直部分的长度与薄膜厚度有一定的关系。通常吹塑0.03-0.05mm厚的薄膜所用模缝宽度为0.4-0.8mm，平直部分长度为7-14mm。,在机头处有通入压缩空气的气道，通入气体使管坯吹胀成膜管，调节压缩空气的通入量可以控制膜管的膨胀程度，衡量管坯被吹胀的程度通常以吹胀比来表示，吹胀比是管坯吹胀后的膜管的直径D2与挤出机环形口模直径D1的比值。,三、吹胀和牵引,吹胀比的大小表示挤出管坯直径的变化的大小，也表明了粘流态下大分子受到横向拉伸作用力，常用吹胀比在26之间。,牵引：吹胀的泡状物，在机头的顶部，进入导向板并由牵引辊将其夹封，牵引而导至卷装置。,吹塑是一个连续成型过程，吹胀并冷却过程的膜管在上升卷绕途中，受到拉伸作用的程度通常以牵伸比来表示，牵伸比是膜管通过夹辊时的速度2与口模挤出管坯的速度1之比，即：,这样，由于吹塑和牵伸的同时作用使挤出的管坯在纵横两个方向都发生取向，使吹塑薄膜具有一定的机械强度，因此，为了得到纵横向强度均等的薄膜，其吹胀比和牵伸比最好是相等的。不过在实际生产中往往都是用用一环形间隙口模，靠调节不同的牵引速度来控制薄膜的厚度，故吹塑薄膜纵横向机械强度并不相同，一般都是纵向强度大于横向强度。吹塑薄膜的厚度与吹胀比和牵伸比的关系可用下式表示：,应控制较低的料温。,冷却方法：利用压缩空气通过风向环向泡状物各点直接吹送。还可以用冷冻空气、二次风环、芯棒内冷等技术。,四、冷却,五、操作,注意吹胀比与牵引比相等，通用的吹胀比为23。,工艺要点：,（一）温度控制PE、PP从机身到机头温度先升到口模处下降，这样有利于膜定