第四章 挤出成型2

1、第四章第四章 塑料挤出成型塑料挤出成型 设备及工艺设备及工艺塑料成型工艺和设备塑料成型工艺和设备4.1 概述 一、塑料挤出原理 二、挤出工艺的应用 三、挤出机组 四、挤出机的主要技术参数4.2 挤出设备单螺杆挤出机示意图 1. 挤出成型过程 2.挤出设备机组4.2.1 挤出成型概述挤出成型概述挤出机组挤出机（主机）挤压系统（料筒，螺杆）传动系统加热冷却系统辅机机头定型装置冷却装置牵引装置切割装置卷曲装置控制系统电器仪表执行机构挤出机的重要参数螺杆的三段（P94-95）：加料段，压缩段，均化段/计量段（螺杆的几何参数，是工程师在图纸上的设计值）固体输送段，熔融段，熔体输送段（实际操作状态，取决于

2、成型参数和物料性能，是不定值）压缩比较小时易于夹入空气。对于使用大量回收料、粉料或其它松散材料，压缩比应足够大使得松散的未熔化的树脂压缩为固体床，且不会夹带空气。成型热固性塑料时，压缩比通常为1，这样有助于避免过热而引起物料在料筒内固化。挤出机的生产能力Q与挤出机类型、物料种类、制品类型有关。单螺杆挤出机产率每小时几公斤到5t；双螺杆挤出机产率每小时几公斤到30t。4.3 挤压系统职能 加料加料 输送输送 压缩压缩 熔融熔融 混合混合 排气排气 总结总结 加料塑料加入料斗后，依靠自重或在强制加料器的作用下(分别称作重力加料和强制加料)，进入螺杆螺槽的空间，在螺棱的推动下往前挤出。料斗包括料斗盖

3、、视镜、活门等。发生“架桥”或“空心管”的原因是物料与金属料斗之间摩擦系数太大，或物料之间摩擦系数太大，或料斗锥角太小。在料斗中设置搅拌器或螺旋桨，可克服“架桥”，保证加料均匀。自动上料装置：弹簧自动上料，鼓风自动上料。见课本P102-103。返回 输送 理论上，当塑料进入螺槽后，螺杆每转动一周，所有的塑料将向前输送一个导程。这时输送效率为1。 事实上，输送量主要取决于塑料对料筒（barrel）的摩擦系数fb和塑料对螺杆（screw）的摩擦系数fs。 fb越大或fs越小，往前输送的固体量越多。 一般光滑料筒的输送效率为0.30.4。 在加料段料筒内壁开大小不等的沟槽（IKV系统）时，输送效率可

4、达0.50.8。 课本P100，图6-25。返回 压缩压缩的作用：减少颗粒之间间隙，提高传热效率，提高熔融速率。物料压缩，使压力沿螺杆长度方向逐渐增大，从而排出颗粒之间的气体，防止制品内部产生气泡。较高的系统压力保证了制品比较密实。压力产生的原因从结构上看，螺杆的螺槽深度逐渐变浅，物料逐渐被压缩。在螺杆头部前方安装有分流板、过滤网及机头等阻力元件。物料对金属的摩擦产生一定的压力。返回 熔融料筒内固体塑料与加热的料筒内壁不断接触和摩擦，温度不断升高，到达熔点后在料筒内壁形成一层薄薄的熔膜。固体塑料熔融的热源为：料筒外部加热器的传导热；熔膜各层熔体运动速度不同引起的剪切热（内摩擦热）。熔膜厚度大于

5、螺杆和料筒间隙时，运动着的螺棱将熔膜刮下来，在螺棱的推进面前形成熔池。在熔融过程中，熔池越来越宽，剩下的固体（固体床）宽度越来越窄，直至最后完全消失。返回 混合固体塞中颗粒之间无相对运动，不存在混合。混合作用存在于有相对运动的各层熔体之间。见上图，红色颜料在固相中没有任何扩散，而一旦形成熔池，颜料在流动着的熔体的混合作用下很快扩散，分布在整个熔池中。在熔体中，混合现象包括： 物料体系各组分（树脂及添加剂）均匀地分散混合。 热量的混合。固体和熔体之间的分界面温度为塑料的熔点。返回 排气 挤出过程中，需要排出的气体来源有： 粉粒料颗粒之间夹杂着的空气。如螺杆转速不是太高，这部分气体可在逐渐增高的压

6、力下从料斗中排出； 吸附的水分，在加热时变成水蒸气。PE、PP、PVC、PS等塑料吸湿量小，少量水蒸气可从料斗中排出；对于PA、PET等工程塑料吸湿量大，水蒸气太多，来不及从料斗中排出，使得制品中形成气泡，所以成型前需干燥处理; 塑料颗粒内部存在的一些低分子挥发物、低熔点增塑剂等物质发生气化。这些气体在塑料熔融后克服熔体的表面张力而溢出，因远离料斗，无法从料斗中排出，必需采用排气挤出机。返回挤压系统职能总结 任何挤出机必须完成加料、输送、压缩、熔融、混合和排气六大基本功能。 加料和输送影响挤出机的产量，压缩、熔融、混合、排气决定塑化质量，直接影响挤出制品的质量（熔融完全，压缩密实，混合均匀，制品中无气泡）。 事实证明，塑化质量和产量往往是矛盾的。提高产量往往会降低质量，而改善质量又不得不影响产量。挤出理论研究的目的之一就是如何在确保塑化质量的前提下尽可能提高产量。4.4 挤出理论 固体输送理论 熔融理论 熔体输送理论研究方法：模拟实验机（固体输送模拟实验机，固体摩擦和熔融模拟实验机，排气模拟实验机）静态可视化技术（骤冷顶出法，剖分机筒法）宏观动态可视化技术（挤出机全程视窗，1993年北京化工大学研制首台计算机控制双螺杆可视化挤出机，左、右、上三向，全程可视）微观可视化技术（在线取样，在线流变仪，光学显微，红外测温，