情境5 01挤出成型工艺教案

1、塑料模设计与制造教 案院（系）： 教研室： 专业名称： 学年学期： 班 级： 20 - 20 学年第 学期5-1挤出成型工艺教学目标（以能力描述的目标）通过本单元的学习，使学生了解并掌握挤出成形工艺相关知识。重点与难点1. 挤出成形特点；2. 挤出机的结构特点；3. 挤出生产线的组成；4. 挤出成形工艺的相关参数；5. 挤出成形工艺的调节方法；教学方法设计：讲授法、引导文法、现场（示范）教学法、案例教学法等教学资源：多媒体、课件、投影仪、黑板、动画学习任务与学习成果：掌握挤出成形特点，能够调节基本挤出加工参数。课时分配：课堂教学环节课堂组织课前复习讲解新课巩固新课布置作业时间分配（分）授课班次

2、：课程执行情况：一级学习情境5 挤出模设计与制造二级学习情境51挤出成型工艺学习单元（行动任务）5-1-1挤出成型的特点项目任务：1掌握挤出制品种类；2了解挤出制品应用范围；3了解挤出制品结构特点；教学资源：知识点教育属性专业技术属性媒体属性名称格式名称格式名称格式挤出成型的特点1.学习情境标准简表2.教学课件、教案3.教学设计4.任务单、工作单5.考核评价单6.案例7.习题wordppt挤出成型过程动画挤出成型工艺1.教学课件、教案2.教学设计3.任务单、工作单4.考核评价单Wordpptswf图片挤出机的结构及作用1.教学课件、教案2.教学设计3.任务单、工作单4.考核评价单Wordppt

3、图片教学内容教学组织与教学方法5.1.1挤出成型的定义挤出成型亦称挤压模塑或挤塑，即借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的聚合物物料在压力推动下，强行通过口模并冷却定型而成为具有恒定截面的连续型材的成型方法。挤出成型适用的树脂材料 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  。挤出成型的过程。 第一阶段将物料加热塑化，使呈粘流状态并在加压下通过一定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体； 第二阶段将这种连续体用适当的方法冷却、定型为所需产品。 物料的塑化和加压过程一般都是在挤出机内进行

4、。挤出机按其加压方式可分为螺杆式和柱塞式两种。前者的特点是，借助螺杆旋转时螺纹所产生的推动力将物料推向口模。这种挤出机中通过螺杆强烈的剪切作用，促进物料的塑化和均匀分散，同时使挤出过程连续进行，因此可以提高挤出制品的质量和产量，它适用于绝大多数热塑性塑料的挤出。柱塞式挤出机中，通过粒筒加热塑化的物料，由柱塞推向口模。这种挤出机能够产生较大的压力，一般来说，其操作是间歇进行，物料的塑化程度和均匀性不如螺杆式挤出机，因此应用范围受限制。它适用于聚四氟乙烯，超高相对分子质量聚乙烯等塑料的挤出。挤出成型分类按挤出过程中成型物料塑化方式不同可以分为：干法挤出：依靠外加热将固体物料转变成熔体，塑化和挤出可

5、在同一设备上进行，挤出塑性连续体的定型处理仅为简单的冷却操作。 湿法挤出：需用有机溶剂将成型物料充分软化后再塑化，因此塑化和挤出必须在两个设备中各自独立完成，挤出物的定型处理则依靠脱除溶剂的操作来完成。挤出成型在塑料加工中的地位 近80%的塑料材料（包括造粒）需要用挤出成型，挤出设备广泛用于塑料材料的塑化、熔体输送和泵送加压，从而成为其它成型方法的基础。挤出成型的突出的优点：1、塑化能力强2、生产效率高3、材料适应范围宽4、产品应用范围大挤出成型主要的产品 各种常见产品主要应用范围1、 膜广泛地应用于农业生产、食品、医药、化工等领域2、 管材广泛地应用于建筑、化工、医药、农业生产等领域3、板材

6、 主要应用于建筑、包装及热成型的初级材料4、 电线、电缆5、异型材 主要应用于建筑、包装及装饰等行业5.1.2挤出机的结构及作用挤出成型设备的组成挤出机结构图挤出机的分类单螺杆挤出机基本结构：主要由传动系统、加料系统、挤压系统、加热系统、冷却系统以及机头和口模等部分组成1、传动系统 传动系统是挤出机的重要组成部分之一。它的作用是在给定的工艺条件(如机头压力、螺杆转数、挤出量、温度等)下使螺杆具有必要的扭矩和转数均匀地回转而完成挤出过程。 传动系统由电动机、减速装置、变速器及轴承系统组成。 常用的挤出机电动机有交流整流子电动机和直流电动机。减速器一般为定轴轮系减速器、齿轮减速器和涡轮减速器。国产

7、挤出机有采用摆线针轮减速器的。 三相整流子电动机和普通齿轮减速器和涡轮减速箱组成的传动系统，运转可靠、性能稳定，控制、维修方便。电动机得到合理的利用，启动性能也很好，其调速范围有1:3, 1:6； 1:160但由于调速范围大于1:3后电动机体积显著增大，成本也相应提高，故国内大都采用1:3的整流子电动机。 直流电动机和一般齿轮减速箱组成的传动系统的调速范围较宽。改变电枢电压时得到的是恒扭矩调速；改变激磁电压得到的是恒功率调速，此时随着转数的增加功率保持不变，而扭矩相应减少。为充分利用直流电动机这一特性，可用其恒扭矩调速段来加上硬Pvc等硬料，用恒功率调速段来加工较软的物料，这样可以合理利用电动

8、机。但当直流电动机的转速低于100 - 200r /min时，其工作性能是不稳定的，而且在低速时电动机冷却能力也相应下降。为此，可以另加鼓风机进行强力冷却。 用直流电动机和摆线针轮减速器或行星齿轮减速器组成的传动系统具有紧凑、轻便、效率高、声响小的特点。挤出机常见的传动方式2、加料系统 加料系统是由加料斗和上料装置所组成的。加料斗的形式有圆锥形、圆柱形-圆锥形、矩形等。料斗侧面开有视镜孔以观察料位，料斗的底部有开合门以停止和调节加料量。料斗的上方可以加盖以防止灰尘、湿气及其他杂物进入。料斗的材料一般采用铝板和不锈钢板。料斗的容量至少应容纳1-1. 5h的挤出量。加料口的形状有矩形与圆形两种，一

9、般多采用矩形。上料有人工上料和自动上料两种。自动上料装置主要有鼓风上料、弹簧上料、真空吸料等。（1）鼓风上料器 鼓风上料器是利用风力将料吹人输料管，再经过旋风分离器进人料斗。这种上料方法适于输送粒料而不适于粉料。（2）弹簧上料器 弹簧上料器由电动机、弹簧夹头、进料口及软管组成。电动机带动弹簧高速旋转，这时在弹簧的任何一点都产生轴向力和离心力，在这些力的作用下，物料被提升，到达进料口时，由于离心力的作用而进入料斗。它适于输送粉料、粒料以及块状料。这种送料器结构简单、轻巧、效率高，可靠，故应用范围广。但其输送距离小，在送料时可能出现"打管"现象而产生较大的噪音，软管易磨损，弹簧

10、选用不当易损坏等。（3）真空吸料装置 真空吸料装置有利于排除物料中的水分和气体。由于它是靠物料自重进料，不能避免进料不均匀现象，除非设置强制加料螺旋。 3、挤压系统挤压系统主要有螺杆和料筒两部分组成。（1）螺杆螺杆是挤压系统的关键性部件，通过它的转动，料筒内的物料才能发生移动，得到增压和部分的摩擦热量，混匀后定量定压地输送到机头而成型。螺杆的结构 常见螺杆的三段常规普通单螺杆挤出机全螺纹螺杆（等距变深）一般分三段：第一段为加料段（固体输送段），该段槽深最深且不变；第二段压缩段（熔融段），槽深由深变浅；第三段均化（计量段），槽深最浅且不变。螺杆各段的作用 加料段 :自物料入口向前延伸的一段称为加

11、料段，在加料段中，物料依然是固体，主要作用是使物料受压，受热前移，螺槽一般等距等深。融化段: 压缩段是指螺杆中部的一段，物料在这一段中受热前移并压实熔化，同时也能排气，压缩段的螺槽体积逐渐减小。均化段: 螺杆最后一段，均化段的作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量，定压由机头流道均匀挤出，这段螺槽截面是恒等的，但螺槽深度较浅。与螺杆相关的各种参数螺杆直径(D) : 螺杆直径是指螺纹的公称直径，表示挤出机的大小规格，目前国内广泛使用为30、45、65、90、120、1 50、180mm的挤出机，螺杆直径的选择视制品截面而定。长径比(L/D) :长径比是螺杆的有效长度与螺杆直径之比，常见的长径比

12、有15、20、25、30等，长径比加大后，螺杆长度增加，物料相对停留时间增加，塑化更充分均匀，但加工难度增大，故应力求在较低长径比的条件下获得优质高产。 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称为压缩比。螺杆的转速范围：指螺杆工作时的最高转数和最低转数值。用maxmin表示。 （2）料筒 料筒作为挤压系统的组成部分，和螺杆共同完成对塑料的固体输送、熔融和定量定压输送作用。料筒的结构形式关系到热量传递的稳定性和均匀性，并影响固体输送率。单螺杆挤出机机筒 料筒结构分为整体式和组合式（又称分段式)。整体式料筒结构，易保证较高的制造和装配精度，简化装配工作，便于加热冷却系

13、统的设置和拆装，而且热量沿轴向分布比较均匀，但是这种料筒的加工设备要求较高，当内表面磨损后难以复修。组合式料筒是由几段料筒组合而成，便于改变料筒长度，适应不同长径的螺杆。排气式挤出机多用这种料筒，便于设置排气段。组合式料筒的加工要求很高，料筒各段多采用法兰螺栓联接，难以保持加热均匀性，增加热损失，对加热冷却系统的设置和维修不便。双螺杆挤出机机筒 由于塑料在塑化和挤压过程中温度可达250度，压力达到55MPa，料筒的材质必须具有较高的强度、坚韧和耐腐蚀。料筒通常是由钢制外壳和合金钢内衬共同组成。衬套磨损后可以拆除和更换。衬套和料筒要配合好，以保证整个料筒壁上热传导不受影响，料筒和衬套间不能相对运

14、动，又要保证能方便地拆出。根据挤出过程的理论和实践证明，增加料筒内表面的摩擦系数可提高塑料的输送能力，因此，挤出机料筒的加料段内开设有纵向沟槽和靠近加料口的一段料筒内壁做成锥形。轴向沟槽的数量与料筒直径的大小有关。槽数太多，会导致物料回流使输送量下减。槽的形状有长方形的、三角形的或其他形状的。 这种开槽料筒与未开槽的料筒相比，具有输送率高、挤出量对机头压力变化的敏感性小等特点。但由于需要采用强力冷却而消耗很大能量，在料筒加料段末端可能产生极高的压力，有损坏带有沟槽的薄壁料筒的危险；螺杆磨损较大；挤出性能对原料的依赖性较大。因此在小型挤出机上采用此结构受到限制。 料筒加料口的形状及开设位置对加料

15、性能有很大影响。加料口应保持物料自由、高效地加人料筒不易产生架桥，便于设置冷却系统和利于清理。有些螺杆内部有孔，可通冷却水冷却螺杆。冷却螺杆的目的有两个：一是使螺杆表面温度略低于料筒温度，防止物料粘附其上，有利于物料的输送；二是防止螺杆因长期运转与塑料摩擦生热而损坏。 挤出机温度的测量与控制加热装置 1、 热载体加热2、 电阻加热3、 电感加热4、 红外加热冷却装置1、 机筒的冷却2、 螺杆的冷却3、 料斗的冷却料斗的冷却挤出设备其他常见参数电机功率：指驱动螺杆转动的电动机的功率，用P表示，单位为kW。 机筒加热功率：指机筒用电阻加热时的电功率，单位为kW。 机筒加热段数：机筒加热分几段控制，

16、也是温度控制段数。 挤出机生产率：指挤出机每小时生产的塑料制品的质量。用q表示，单位为kg/h。 名义比功率：指每小时生产1kg塑料制品所需电机功率的综合指标。用P表示，即P=P/qmax，单位为kW/(kg×h） 比流量：指螺杆每转动一周时所生产的塑料制品的质量。 它可体现出挤出机的生产效率，用q = q实测/n实测表示。单位为(kg/h)/(r/min)。 中心高。指挤出机的机筒内螺杆的中心线距地面的高度。 用h表示，单位为mm . 辅助设备 挤出机辅助设备大致可分为以下三类：1、 挤压前物料处理的设备(如预热、干燥等)一般用于吸

17、湿性塑料。干燥设备有烘箱或沸腾干燥器等。有的干燥设备直接设置在加料斗上。2、挤出物的处理设备如用作冷却、牵引、卷取、切断和检验设备。常见挤出牵引设备挤出管材喷淋冷却装置3、控制生产条件的设备指各种控制仪表，如温度控制器、电动机启动装置、电流表、螺杆转数表和测定机头压力的装置等。挤出专用温控机 以上三类设备不仅随制品的种类。对制品质量的要求及自动化程度不同而异，而且每一类设备又有许多的形式。影响挤出机生产率的因素 1、机头压力与生产率的关系 2、螺杆转速与生产率的关系 3、螺杆几何尺寸与生产率的关系 4、机头口模的阻力与生产率的关系 挤出机综合工作点 正常工作时挤出机的产量应与机头（口模）的产量

18、相等，螺杆特性线与口模特性线的交点称为挤出机的综合工作点，高阻力机头配特性曲线硬的螺杆可获得较高的产量，而低阻力机头配特性线软的螺杆能得到较高的产量。挤出机综合工作图5.1.3挤出成型工艺 一般挤出生产机组由挤出机、机头口模、定型装置、冷却水槽、牵引装置、切割（卷取）装置和堆放装置等组成，根据实际生产的制品挤出生产机组的组成可能有所变化。通常我们将挤出机称为主机，其余部分为辅机部分。 制品的牵引：热塑性塑料挤出离开口模后，由于热收缩和离模膨胀双重效应，使挤出物的截面与口模的断面形状尺寸并不一致；此外，制品连续不断挤出，其质量越来越大，如不引出，会造成堵塞，生产停滞。因此要连续而均匀地将挤出物牵

19、引出，以保证挤出过程的连续性，且可以调整挤出型材的截面尺寸和性能。 棒材挤出 塑料棒材一般是指实心的圆棒，不包括截面为正方形、矩形、三角形、菱形、T形等异型棒材塑料棒材主要用于制造机器零件，如齿轮、螺栓、螺帽、轴承等。这些产品虽可以用注射等成型方法得来，但需要量很少时，从经济上着眼还是用棒材加工为好。此外，棒材也可用作建筑材料、家具材料。棒材挤出生产工艺流程图 生产棒材的原料主要是工程塑料，如PA、POM、PC、ABS、聚砜、聚苯醚等。用玻璃纤维增强的塑料棒材的强度较高。RPVC、PE、PP、PS也可用来成型捧材。RPVC、ABS等非结晶性塑料挤出成型棒材较容易;但PA、POM等结晶性塑料挤出

20、成型棒材则较为困难。其原因是这类聚合物在冷却和固化时体积突然缩小，棒材中心容易出现空隙。 挤出棒材生产是将粒料加入料斗，经加热和螺杆的剪切作用将塑料熔融塑化，通过机头呈棒状，进入冷却定型模，由表及里固化冷却而成型由于塑料是热的不良导体，棒材又属于厚制品，因此，棒材中心的冷却问题必须重视。为使棒材中心无空隙，一般有两种方法：一是让棒材非常缓慢地冷却；二是让棒材在冷却定型模内较快地冷却在棒材固化体积缩小时连续不断地补充熔融塑料到定径模内。 第一种方法的缺点是冷却定径模必须很长，使得设备笨重，操作不方便，并要有一套调节冷却介质温度的设备。第二种方法目前用得较多，冷却定型模可以缩短。生产棒材挤出机的螺

21、杆直径一般为45mm、65mm很少用90mm以上的挤出机。45mm的挤出机可以挤直径为30120mm的棒材。螺杆的长径比为(2025)；压缩比为2. 53.5。螺杆头部呈半圆形。为了提高塑化效果，可在机头与螺杆之间放置过滤板并放置80150目的过滤网；但生产玻璃纤维增强塑料棒材时不要设置过滤扳与过滤网。挤出机的加热系统应能加热到350400'C；料筒的冷却系统应能迅速冷却，防止物料过热。塑料棒材挤出工艺特点 挤出塑料棒材时，除合理控制料筒温度外，应适当控制机头和冷热模部分的温度,同时应该注意到补料速度的快慢是挤出优质棒材的关键。原料的干燥 原料中含有微量的水分，就会导致棒材内部产生大量

22、的蜂巢状空隙，对易吸水的PA、PC等工程塑料必须进行干燥，使水分含量在0.3%0.1%或更小。塑料干燥的方法较多，如红外线干燥法、真空干燥法、循环空气干燥法等等具体选用哪种方法要根据原料的性能来决定。经干燥的塑料应立即使用或放于8090的保温烘箱中备用，否则塑料会重新吸收水分而失去干燥作用。挤出温度 挤出温度一般控制在比树脂熔融温度高2030。挤出温度过高，会使棒材含有气泡：过低则塑化不良棒材的强度较差。对于流动性较差的塑料，温度过低会使棒材发生断裂现象，甚至可能损坏挤出设备。机头温度比料筒温度低1020左右。温度太低会影响棒材的表面质量如表面毛糙或表面有裂纹；适当地提高机头温度可使律材表面光

23、滑。冷却定型模的温度冷却定型模的温度低一些较好。冷却定型模处的冷却强烈些，可提高棒材的表观质量和提高牵引速度。制动装置的调节 制动装置给予棒材一定的阻力，便熔融塑料紧贴于冷却定型模的内表面使冷却更有效。迅速固化成型的棒材，并使棒材在冷却收缩过程中能从中心熔融区获得熔融塑料的补充，这是冷却成型的基本原理。因此，制动装置阻力的大小是生产操作中重要的工艺参数之一。若制动装置将棒材夹得太紧，阻力太大，就会使棒材堵塞在定径模内，棒材挤不出来（此现象称为“胀死”）。若制动装置将棒材夹得太松，阻力太小，会使棒材内部产生空隙。所以制动装置夹住棒材的松紧程度需要很好地调节。热处理棒材在冷却过程中，内、外收缩冷却

24、不一致，因此，棒材的内应力一般较大。这种内应力随着棒材直径的增大而增大。当棒材直径超过60mm时，一定要进行热处理，以消除内应力；否则，棒材放置数天或进行机械加工时会产生开裂现象。热处理的方法有；水浴、油浴或空气加热。对于PA棒材可采用水浴进行热处理，即将棒材放人100的水中煮24小时；也可在140160的油浴中退火1小时，这样可以消除几乎所有的内应力；还可以在80120的烘箱中进行热处理。热处理的时间由棒材直径的大小而定。直径大的棒材，热处理时间较长。有些直径大的棒材是采用逐渐升温至预定温度后，再保温一段时间，然后逐渐降温到室温。管材挤出塑料管材_指由塑料制成一定长度的空心圆形制品，这类制品

25、的厚度与长度之比一般都很小。所用原料挤出管材所用原来主要有PVC（RPVC与SPVC）、PE、PP、ABS、PA、PC、PTFE等。管材常用纵向供料机头挤塑成型，侧向供料机头也有使用。管材直径从几毫米到约1.6米。 其用途主要包括输送管道、医用管、电缆和电导线管等。挤出软管生产线 单螺杆挤出机规格选择选用PVC粒料时，管材横截面积与挤出机螺杆截面积之比约为0.250.40即可；选用PE、PP等流动性好的塑料，管材横截面积与挤出机螺杆截面积之比可大些，可在0.350.4之间。螺杆直径456590120150200管材直径10452065301205018080300120400牵引速度与壁厚的关

26、系牵引速度不稳定会使管径发生忽大忽小的变化，因此在牵引过程中牵引速度必须稳定.牵引速度与管子挤出速度应密切配合。正常生产时，牵引速度应比管材的挤出线速度稍快110。生产中调节牵引速度可用以下简单方法:将挤出的管材放在牵引履带内，但履带不夹紧管材，分别同时在管子和履带上做记号，观察履带与管材线速度，若牵引速度比挤出速度慢，应调节加快牵引速度，直至管子壁厚符合要求为止。对于小型和中型管子，牵引力不应小于20250公斤，对于大直径的管子要达550公斤。 薄膜生产线 塑料薄膜可以用压延法、流涎法、挤出法生产。用挤出机生产薄膜，又分为吹塑法和用狭缝机头直接挤出法两种。用挤出吹塑法生产的薄膜(片)其厚度在

27、0.010.3毫米之间(厚度小于0·25毫米的通称为膜，大于0.25毫米的通称为片材)，展开宽度最大可达20米。可以用吹塑法生产薄膜的塑料有:PVC、PE、PP、PA、PS等。还发展了乙烯一醋酸乙烯(EVA)薄膜。我国以PVC和聚烯烃薄膜居多。 吹塑薄膜生产工艺流程把物料加入到挤出机的机筒后，经螺杆的转动、挤压和搅拌，物料在一定温度作用下熔融塑化，并在螺杆推动下，经过滤网、分流板后通过机头环形口模间隙挤出成薄壁管，然后在流动状态下趁热用压缩空气将其吹胀，再经风环冷却定型，进入人字板后夹平，由导辊压紧牵引入卷取辊，最后制得薄膜制品。吹塑薄膜生产工艺流程示意图吹塑薄膜生产的特点 设备简单

28、，投资少；经吹胀牵伸力学强度较高；无边料，成本低；膜成圆筒状制袋工艺简单；成型加工操作容易。挤出吹塑薄膜工艺流程吹塑薄膜工艺流程区别挤出机选用单螺杆挤出机,螺杆直径一般为45150mm，挤出机型号由薄膜的折径和厚度尺寸而定。 牵引装置成型、定型好的膜管，被牵引辊以恒定的速度向上牵引，经人字板展平，最后进入牵引辊辊隙而被压紧，成为连续的双层薄膜被送入卷取装置。线缆包覆 塑料电线电缆（以下简称“线缆”）是指用塑料作为线缆的绝缘层、护套层的线缆。塑料线缆的品种很多。 塑料线缆的基本结构是在铜、铝等电线芯外面包上塑料作为绝缘层。导电线芯有的是由单根导线构成的，也有的是把多根导线按一定要求绞制在一起的。

29、导电线芯的截面大小是根据要求通过电流的多少来决定的。在导电线芯外面还要包覆绝缘层。塑料材料具有良好的电气绝缘性和一定的力学强度、耐热性、耐老化性，加工也容易，所以，塑料材料作为绝缘材料是理想的。 塑料的绝缘层越厚，线缆的绝缘性就越好，力学强度也高，但绝缘层太厚，由芯层发生的热量就难以通过绝缘层而散失；这是问题的一方面，另一方面线缆需要一定的柔软度，绝缘层越厚，线缆的柔软度越差。因此，线缆的绝缘层厚度需要综合各方面的因素决定。 有些电缆要用塑料作保护层。其作用是保护电缆免受外界的机械损伤和防止潮气浸入。防止酸、碱等媒介对电缆的侵蚀作用。 塑料线缆的生产过程可划分为两个主要步骤：首先是制备缆料，其次是生产塑料线缆。线缆包覆生产工艺流程 典型的线缆包覆生产线示意图l线料 2预热 3真空 4挤出机 5冷却糟 6火花测试仪 7统盘 8卷绕金属导线由送料装置经矫正机和预热器进入直角式口模的导线器，从挤出机送出来的熔体绕导线而形成管状物，并在口模的成型段紧密地贴合，这种已被包覆的导线离开口模而进入水槽冷却，再经过绝缘检验机，经牵引轮引到卷绕机上卷绕成圈。挤出机挤出线用挤