挤出成型基础

1、2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型第三章第三章挤出成型挤出成型2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.1 3.1 概述概述3.1.1 挤出成型的基本过程挤出成型的基本过程P61w 利用螺杆旋转加压方式，连续地将塑化好的物料从挤出机料筒中输送到一定形状的口模（机头），使之在熔融状态下成型，然后通过牵引装置连续地从口模中拉出，并同时进行冷却定型处理。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型成成型型冷冷却却牵牵引引切切断断挤出机机头口模定径装置牵引装置切断装置定型定型水水冷冷或或风风冷冷工艺过程工艺过程堆堆放放2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型挤出成型类别挤出成型类别w 塑化

2、方式：塑化方式： 塑化挤出：塑化挤出：物料以固态喂入挤出机，通过螺 杆从进料口输送至口模时物料被熔融。 熔体喂料挤出熔体喂料挤出：物料以熔融态喂入挤出机。 固态挤出：固态挤出：物料低于熔点状态被挤出。w 连续挤出连续挤出，由平稳而连续的物料流成型。 非连续挤出，非连续挤出，以周期方式操作。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型用途用途&各种横截面一定，长度连续制品。如管、板、棒、片、丝、薄膜、电线电缆的涂覆、异型材等。&塑料的着色、混炼、塑化、造粒及共混改性等。&挤出+吹胀 挤出吹塑 中空吹塑制品&挤出+拉伸 挤出拉幅 拉伸薄膜2022-4-26塑料成型工艺

3、学 挤出成型3.1.2 挤出成型设备挤出成型设备一一.挤出成型设备的组成挤出成型设备的组成（挤出机组） 挤出生产线一般由挤出机、辅机挤出机、辅机组成。挤出机挤出机辅机辅机2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型主机主机w 挤压系统：螺杆挤压系统：螺杆+料筒料筒，关键部分w 传动装置：带动螺杆转动w 加热冷却系统：温度控制挤压系统挤压系统加热冷却加热冷却系统系统传动系统传动系统2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型辅机辅机P64T机头（口模）T定型装置T冷却装置T牵引装置T切割装置T堆放或卷取装置控制系统控制系统 2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型二二. . 主要技术参数主要技术参

4、数w 螺杆直径Dw 长径比L/Dw 螺杆转速范围w Ww Q2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.1.3 3.1.3 挤出成型的特点挤出成型的特点w 生产连续化w 高效率w 应用广w 投资少2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.2 3.2 单螺杆挤出原理单螺杆挤出原理w 优质优质w 高产高产w 低消耗低消耗2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.2.1 3.2.1 挤出理论的准备知识挤出理论的准备知识一、物料通过挤压系统的运动及物态变化一、物料通过挤压系统的运动及物态变化 挤出过程：挤出过程：P67 （普通单螺杆挤出机） 热和压力 固态物料固态物料 输送、塑化输送、塑化

5、粘流态粘流态 挤出挤出 挤压系统主挤压系统主要作用？要作用？2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型物料通过螺杆的挤出过程分析：物料通过螺杆的挤出过程分析：a沿螺杆长度方向上物料的压力上升。沿螺杆长度方向上物料的压力上升。 螺杆旋转，物料与螺杆、机筒表面相对运动，形成磨擦作用，物料被强行向前输送 ；从加料斗到机筒出口方向，螺杆容积变小，物料从大容积空间强行走向小容积空间 ；螺杆前端安装分流板等阻力元件。 压力上升，有利于压实物料，排出气体，改善热传导，加速熔融；物料进入口模成型时，仍有压力存在，使制品密实，提高光洁度等。a全部完成由固态向粘流态转变。全部完成由固态向粘流态转变。 机筒加热，物

6、料与螺杆、机筒表面的磨擦热，靠近机筒的一层物料首先熔融，到达口模前，物料全部熔融，达到成型前的物理状态要求。a横流流动促使熔料的搅拌和混合。横流流动促使熔料的搅拌和混合。包括输送、熔融和混合的复杂过程。包括输送、熔融和混合的复杂过程。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型c螺杆基本职能： 固体输送、熔融和熔体输送固体输送、熔融和熔体输送c普通螺杆三个区段： 加料段、压缩段和计量段加料段、压缩段和计量段c物料运动和状态变化 ： 固体输送区固体输送区 熔融区熔融区 熔体输送区熔体输送区2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型二、螺杆的几何参数二、螺杆

7、的几何参数主要参数：主要参数：螺杆直径D、长径比L/D、螺槽深度H1和H3、螺距S、螺槽轴向宽度B、螺纹头数I、螺棱轴向宽度e2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型三、挤出理论的研究方法三、挤出理论的研究方法w 共性问题 模型法固体输送区固体输送区熔融区熔融区熔体输送区熔体输送区2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.2.2 加料段的固体输送理论加料段的固体输送理论w 基本假设基本假设w w w 固体输送率固体输送率Q 形成固体塞，充满螺槽；固体间产生磨擦力，物料与螺杆和机筒表面的摩擦因素不同。固体塞整体在旋转螺杆和固定的机筒作用下，向螺杆挤出方向运动。公式（2-9）、（2-10）P

8、72Q与与n和和H1成正比，与成正比，与D平方成正比平方成正比2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型对固体输送方程的讨论对固体输送方程的讨论l 输送角输送角l 摩擦因数摩擦因数f 2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型输送角输送角 当螺杆参数一定时，输送角影响生产率。当螺杆参数一定时，输送角影响生产率。 =0时，Q=0，固体塞同螺杆一起转动， 而不沿螺杆轴向前进。 时，Q 。物料受旋转螺杆的推挤作用向前移动，分解为： 旋转运动旋转运动+ 轴向水平运动轴向水平运动2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型摩擦因数摩擦因数f f&固体塞与螺杆的摩擦因素减小，与机筒的摩擦因素增加，可

9、提高固体输送率。&物料与螺杆间摩擦力物料与料筒间摩擦力，物料才沿轴向前进。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型w 控制螺杆与机筒的表面加工。控制螺杆与机筒的表面加工。w 提高螺杆表 面光洁度，涂聚四氟乙烯树脂w 机筒表面开设纵向沟槽。w 控制螺杆与机筒的温度控制螺杆与机筒的温度w 高聚物与金属的摩擦因素是温度的函数，金属温度增加，摩擦因素增加，达到极大值后又逐渐下降。w 如加工PE，调整固体输送段的机筒温度近110 ，（PE与金属的摩擦因素最大）， 螺杆温度为50 （摩擦因素最小）。w 螺纹升角螺纹升角 最佳螺纹角在1720间，一般设计使螺杆外径与螺距相等， = 17 41?8w

10、 物料压力物料压力2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型固体输送段的功率计算固体输送段的功率计算w 固体输送段能量消耗：机筒表面、螺杆根径处表面及螺棱上因摩擦摩擦作用而消耗的能量，压力升高的耗能。 D n L1 fb W Pm ew w 增大螺杆直径、提高螺杆转速、加长固体输送段，提高机筒加料段的摩擦因素及加宽螺槽宽度，所消耗的功率增加。固体输送段消耗能量较大，占总耗能固体输送段消耗能量较大，占总耗能60%2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.2.3 压缩段的熔融理论压缩段的熔融理论 压缩段的作用：压缩段的作用：多长螺杆压缩多长螺杆压缩段才能完全熔段才能完全熔化塑料？化塑料？202

11、2-4-26塑料成型工艺学 挤出成型 螺槽中物料由固态转化为熔融态的物理过程：螺槽中物料由固态转化为熔融态的物理过程：* *熔化在固液分界面处发生熔化在固液分界面处发生* *熔融区固体与熔融体共存熔融区固体与熔融体共存* *熔融从相变点熔融从相变点A A开始，固相宽度减小，液相宽开始，固相宽度减小，液相宽度增大，至度增大，至B B点，固相消失，螺槽充满熔料。点，固相消失，螺槽充满熔料。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型熔膜熔膜厚度超过间隙厚度超过间隙被刮落被刮落螺棱推进面前侧形成熔螺棱推进面前侧形成熔池池冷热固体粒子组成固体床冷热固体粒子组成固体床P872022-4-26塑料成型工艺学

12、 挤出成型数学分析数学分析w 根据相迁移理论推导得固相分布函数，用以分析螺杆性能，设计螺杆。螺杆熔化区长度螺杆熔化区长度ZT式（2-42f）P892022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型应用例应用例p94w 设计生产PP扁丝的90挤出机的分离型螺杆。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型影响挤出生产能力和熔融区长度的因素影响挤出生产能力和熔融区长度的因素*物料性质影响物料性质影响(热性能、流变性能、密度) 比热容小、热导率和密度高，熔化潜热和熔化温度低，所需熔融长度ZT较小，在相同的ZT下，能获得较高生产能力。P95 例：加工PP螺杆比HDPE的需较长熔融段。生产率生产率流率流率G熔融区

13、长度熔融区长度ZT2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型工艺条工艺条件影响件影响p转速和流率转速和流率G 增大n，导致G和增大， G高则要求 加长ZT， 高则要求减小ZT。 无背压设备：无背压设备：n ， ZT （一种设备上n不能过高） 增背压设备：增背压设备： n ， ZT （提高n，需设背压设备）p机筒温度机筒温度Tb和固体塑料初温和固体塑料初温Ts Tb ，利于物料供热和熔融；但过高，不良影响 Ts ， ZT ；但过高，固体输送能力。渐变螺杆，熔融区缩短渐变螺杆，熔融区缩短。（螺槽变浅，压实物料，利熔融）渐变度要适合固体床变化渐变度要适合固体床变化 (渐变度太大，固体床破裂，影响质量

14、)影响挤出生产能力和熔融区长度的因素影响挤出生产能力和熔融区长度的因素螺杆几螺杆几何参数何参数2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.2.4 3.2.4 均化段的熔体输送理论均化段的熔体输送理论一、螺槽中熔体流动的速度分布一、螺槽中熔体流动的速度分布 粘性流体，拖曳流动 基本假设基本假设 螺杆展开平面静止 机筒展开平面以速度vb=Dn平移。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型 直角坐标系：直角坐标系： x轴与螺纹线垂直； y轴为螺槽深度方向； z为沿螺槽前进方向。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型z z向速度向速度w 流体沿螺槽Z方向的流动速度包括：式（式（2-47）净流净

15、流（Z向的实际流动）：由正流和逆流合成。 正流正流逆流逆流 沿Z轴的负向流速，由压力梯度引 起，与螺槽深度成二次曲线关系。沿Z轴的正向流速，由机筒对流体的拖曳作用 而来，与螺槽深度成正比。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型 z z向体积流率向体积流率 截流比截流比a= Qp/ Qd a=-1, Q=0,机头关闭，完全截流，“死点”； -1 -1a a0 0，正常挤出，正常挤出 a=0， Qp=0，压力梯度为0，螺杆前端无 阻力， 机头完全打开； a0, Qp为正值，Q Qd。加料段处建 立很高的压力，使压力沿螺杆前方 逐渐下降，生产率。 Q= Qd+ Qpw正流流量Qdw逆流流量Qp。

16、2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型x x向速度分布向速度分布w 横流速度。w 造成流体的循环流动，影响物料的混合、塑化，而与流率无关。漏流漏流 由反压力引起，在螺杆与机筒间隙中 沿着 螺杆轴向轴向向加料斗方向流动。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型二、挤出机的工作点：二、挤出机的工作点：挤出压力挤出压力生生产产率率螺杆特性线：螺杆特性线：反映挤出机生产率Q与p的关系。 当当Q=0 ，pmax ，出口关闭。，出口关闭。P104口模特性线口模特性线：反映机头口模的流率与压力的关系。螺杆与机头一起工作，螺杆螺杆与机头一起工作，螺杆的流率、压力与口模的流率、的流率、压力与口模的流率、压

17、力应相等。两者的交点即压力应相等。两者的交点即为挤出机的工作点。为挤出机的工作点。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型均化段小结均化段小结 物料在均化段实际流动： 正流，正流，沿Z轴的正向流速，与螺槽深度成正比。 逆流，逆流，沿Z轴的负向流速，与螺槽深度成二次曲线关系 横流：横流：循环流动，影响混合、塑化，与流率无关。 漏流：漏流：在螺杆与机筒间隙中 ，沿着螺杆轴向向加料斗方向流动。总输送流率：Q=Qd-Qp-QL 正流正流+ +逆流逆流+ +横流横流+ +漏流漏流2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型三、均化段生产率影响因素三、均化段生产率影响因素w 机头压力机头压力w 螺杆转速螺

18、杆转速w 均化段螺槽深度均化段螺槽深度h h3 3w 计量段长度计量段长度L L3 3w 螺杆与机筒间隙螺杆与机筒间隙2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型w机头压力影响均化段生产率机头压力影响均化段生产率 （公式（公式2-61） 正流流率与压力无关，逆流和漏流流率与压力成正比。因此，压力增大（使用高阻力机头），生产率减小，但对物料的混合和塑化有利。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型螺杆转速与生产率的关系螺杆转速与生产率的关系P105w但靠增加转速提高生产率有限度。但靠增加转速提高生产率有限度。 n，剪切生热 ，T ， ，Qp ，QL ，生产率增长缓慢； n，剪切速率，熔体破裂，质

19、量 w当机头和螺杆的几何尺寸一定时，当机头和螺杆的几何尺寸一定时， n n与生产率成正比。与生产率成正比。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型均化段螺槽深度均化段螺槽深度h h3 3与生产率与生产率w正流正流QdQd正比于正比于h h3 3一次方，逆流一次方，逆流QpQp正比于正比于h h3 3三次方。三次方。w 低阻力机头选用深螺槽螺杆，高阻力机头选用浅螺槽螺杆。w 浅螺槽螺杆的特性线较平坦，压力变化对生产率的影响较小，对不同阻力的机头适应较好。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型计量段长度计量段长度L L3 3影响生产率影响生产率 （L3 增加， QP、 QL成正比地减少， Q

20、d无影响）w L L3 3 ，Q Q L3 增加，螺杆特线趋于平坦。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型螺杆与机筒间隙对生产率影响螺杆与机筒间隙对生产率影响 QL与间隙三次方成正比。与间隙三次方成正比。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型四、均化段流动理论对功率消耗的分析四、均化段流动理论对功率消耗的分析均化段功率消耗包括：A、物料在螺槽中运动所消耗功率；B、物料在螺棱和机筒间隙运动所消耗的功率。*均化段功率消耗值，可估算螺杆全长所消耗功率。均化段功率消耗值，可估算螺杆全长所消耗功率。* *功率的变化规律功率的变化规律P110P1102022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.3

21、 3.3 螺杆式挤出机的结构及选用办法螺杆式挤出机的结构及选用办法基本职能：基本职能：使挤出物在质量、数量和能耗方面满足和达 到生产要求。选用挤出机考虑因素选用挤出机考虑因素l 挤出物质量。挤出物质量。外观、混合程度、挤出物温度的均匀外观、混合程度、挤出物温度的均匀度、挤出压力的稳定性等。度、挤出压力的稳定性等。如径向温差、轴向温度波动影响制品尺寸和性能，低温挤出。l 物料种类和性质物料种类和性质l 原料组成和产品种类原料组成和产品种类 树脂+助剂；半成品、成品；通用型、专用型2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.3.2 挤出机的挤压系统挤出机的挤压系统一、普通单螺杆的结构一、普通单螺

22、杆的结构全螺纹，三段2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（1）普通螺杆的主要形式）普通螺杆的主要形式w 等距变深螺杆等距变深螺杆P113 加料段至均化段逐渐变浅 等距渐变 加料段和均化段等深，熔融段逐渐变浅 等距突变：螺槽变化的轴向长度（3-5）Dw 等深变距：等深变距：橡胶加工w 变深变距：变深变距：最大压缩2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（2）普通螺杆形式的确定）普通螺杆形式的确定w 主要根据物料的物理性能和进入螺杆时物料的具体情况而定。P114w 非结晶物料非结晶物料，熔融温度范围大，采用等距渐变螺杆。如硬PVCw 结晶物料结晶物料，熔融温度范围窄，采用等距突变螺杆。如L

23、DPE2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型 （3）普通螺杆的主要参数及选择）普通螺杆的主要参数及选择 螺杆直径螺杆直径Dw 螺杆基本参数之一，常表示挤出机规格。w 根据制品的断面尺寸和所要求的生产率，确定D。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型长径比长径比L/D和螺杆分段和螺杆分段w 长径比（长径比（L/D） ： 决定螺杆体积容量的主要因素，影响热量从料筒壁传给物料的速率。 有效工作长度取决于物料经过多长历程，才达成型所需的粘流态。 增大长径比，改善塑料的温度分布，混合更均匀，漏流和逆流减小，生产能力提高，是发展方向。一般为25。 但太大不宜挤热敏性塑料，制造和安装困难。 选择依据

24、：选择依据：物料的物理性质和制品性能要求。 难加工的，如含氟塑料，需较大长径比。 粒料造粒，L/D较小；粉料造粒，L/D较大。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型螺杆分段：螺杆分段： 表2-6w 加料段：加料段：长48D；螺槽深，0.100.15D。w 主要功能：从加料斗截取物料传送给压缩 段，同时使物料受热。w 压缩段：压缩段：螺槽深度逐渐减小。w 主要功能：使塑料受热和前移，逐渐压实并软化为连续的熔体，将夹带的空气由加料段排出。w w 计量段：计量段：长度为610D，深度为0.0250.06D。w 主要功能：使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压由机头和口模的流道挤出。2022-4

25、-26塑料成型工艺学 挤出成型均化段螺槽深度均化段螺槽深度h3和压缩比和压缩比w 螺槽深度螺槽深度h3 ：影响塑料塑化和挤出效率等 h3小，在相同n下，剪切速率、传热大，塑化好，效率减小；热敏性塑料（如PVC）宜用深槽，熔体粘度低热稳定性高（如PA）宜用小h3。 浅槽的对不同压力的机头口模适应强， 深槽多用于机头压力较低，高产，软质料。*压缩比：压缩比： 作用： 几何压缩比：大于物理压缩比。 塑料加工，一般取25 实现方法：2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型螺纹导程、螺旋升角和螺纹头数螺纹导程、螺旋升角和螺纹头数w 螺旋升角影响物料输送能力。如螺旋角大，生产能力增加，但剪切作用减小。为

26、制造方便，等距螺杆通常取t=D，螺旋角为1741。w 塑料用的螺杆多采用单头螺杆。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型螺纹断面形状和螺杆头部结构螺纹断面形状和螺杆头部结构w 螺纹断面形状螺纹断面形状多为矩形和锯齿形。w 螺棱顶面宽度一般为0.080.12D。太大，动力损耗升，局部过热；太小，消弱螺棱强度，漏流多，产量降。w 螺杆头部：螺杆头部： 螺槽中螺旋运动口模中直线运动 一般呈钝尖的锥形，避免物料在螺杆头部停滞过久而引起分解。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型二、新型螺杆二、新型螺杆w 普通螺杆普通螺杆存在问题： 加料段：加料段：加大固体输送量 熔融段：熔融段：保证塑化质量

27、均化段：均化段：定压、定量输送熔体，均化w 普通螺杆普通螺杆解决办法： （1）提高n，减小h （2）提高机筒温度 （3）增大L/D2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（1）分离型螺杆）分离型螺杆w 熔融段上附加副螺纹，其外径略小于主螺纹外径，副熔融段上附加副螺纹，其外径略小于主螺纹外径，副螺纹与机筒的间隙螺纹与机筒的间隙只许熔料通过，固相粒不能通过。只许熔料通过，固相粒不能通过。w 液相螺槽由窄变宽，与均化段螺槽相通；固相螺槽由液相螺槽由窄变宽，与均化段螺槽相通；固相螺槽由宽变窄，与加料段末端相通。宽变窄，与加料段末端相通。w 促进固相和液相尽快

28、分离。促进固相和液相尽快分离。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（2） 分散混炼元件分散混炼元件w 设置在普通螺杆的某一部位，将凝聚或团聚的物料有效分散。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型三、排气式挤出机的结构及工作过程三、排气式挤出机的结构及工作过程w 机筒上开设一个或多个排气口，逸出挥发物。w 二阶螺杆。w 工作原理：工作原理：P132排气段螺槽较排气段螺槽较深，相对于机深，相对于机筒排气口。筒排气口。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型四、双螺杆挤出机结构及工作原理四、双螺杆挤出机结构及工作原理 2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型双螺杆挤出机类型双螺杆挤出机

29、类型 w 啮合程度啮合程度 啮合：啮合：部分啮合，全啮合 非啮合非啮合w 旋转方向旋转方向 同向 反向（异向）*轴线关系轴线关系 平行 锥形2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型五、螺杆及料筒的磨蚀问题及材质的选择五、螺杆及料筒的磨蚀问题及材质的选择w (1)旋转螺杆与料筒相接触引起的磨损w （2）物料特性影响，如填料，硬度越 大，粒子尺寸越大，磨蚀越严重。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型六、挤压系统其它部分及操作六、挤压系统其它部分及操作1、进料口、进料口 在料筒上，起进料作用。 进料口处可水冷却，防止聚合物过早升温，加强输送效果。2、分流板和过滤网、分流板和过滤网分流板作用：

30、分流板作用：P148过滤网作用：过滤网作用：过滤杂质； 增加或减少滤网层数可起调节机头压力的作用，以获得不同的混合程度和成型效果。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.3.3 挤出机的加料系统挤出机的加料系统 加料口和上料部分w 上料部分作用：上料部分作用：将物料输送到加料斗， w 保证加料斗中的物料充足。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.2.4 挤出机的传动系统w 使螺杆按所要求的转速转动，并保持稳定的螺杆转速。w 为螺杆的根部提高所需的扭距，满足一定负载下转动情况。w 螺杆转速可调，适应不同物料和制品、工艺条件变化等。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.3.5

31、 挤出机的加热冷却系统挤出机的加热冷却系统加热：加热：使挤出机达到正常启动的温度，并保证正常操作所需的温度。 挤出中，物料熔融由料筒外部加热和螺杆旋转导致聚合物磨擦生热和粘性生热的热量造成。机械能提供热量占总能量70%80%，加热器提供的能量占20%30%。冷却：冷却：防止料温过高，发生过热分解或粘度下降明显等。但冷却造成能量损失，应尽可能减少。 挤出成型温度用机筒温度近似表示，根据所用塑料品种和制品形状尺寸确定；2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型 一、挤出机加热和冷却（料筒） 电加热、载体加热 空气冷却（鼓风机强制）、水冷却二、料斗座冷却 水冷三、螺杆的加热与冷却 单独控温 2022

32、-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.4 挤出成型过程挤出成型过程w 物理变化2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.4.1 模内模内 成型成型 机头（口模、模头）是成型部件。w 作用：作用：熔体从模内流过时，从螺旋运动变为稳定的直线流动；建立压力，使制品密实；产生回压，使物料进一步均化，提高制品质量。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型一、模内速度分布和温度分布一、模内速度分布和温度分布w 熔体粘度高，且粘度随 温度而变化。w 存在不均匀的速度梯度，在模头产生不均匀的温度分布。w 降低模头流率或扩大模头的流道，以降低剪切速率，从而降低温度

33、增高和不均匀性。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型二、挤出物膨胀w 表现为熔体在模内所受形变的弹性回复。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型三、模内流动的不稳定性三、模内流动的不稳定性w 鲨鱼皮和熔体破裂是模内流动不稳定性的典型现象。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.4.2 冷却定型冷却定型w 定型工艺：定型工艺：对已形成制品初步形状的挤出物起尺寸精整和固定的作用。w 冷却工艺：冷却工艺：使制品充分冷却，达到外观和各种性能要求。w 低温挤出是发展方向。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.4.3 挤出成型中的聚合物结晶挤出成型中的聚合物结晶w 应用例P162

34、3.4.3 挤出成型中的聚合物分子取向挤出成型中的聚合物分子取向2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.5 几种制品的挤出工艺几种制品的挤出工艺w 预热和干燥开动螺杆加料调整定型冷却牵引（后处理）挤出制品挤出制品粒状或粉状料粒状或粉状料挤出机加热挤出机加热挤出成型挤出成型卷取卷取(切割切割)挤出工艺流程挤出工艺流程2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型*原料的准备和预处理原料的准备和预处理w 水份,含水量0.5%w 影响制品质量因素：气泡、表面晦暗无光、出现流纹、力学性能下降w 除机械杂质*挤出成型挤出成型 调整工艺参数料筒各加热段和机头口模的温度、 转速（控制料筒内物料的T和P分布

35、） 口模尺寸、同心度、牵引装置 控制挤出机离模膨胀和保持形状的稳定性 *定型与冷却定型与冷却 热塑性塑料挤出物离开口模后仍处于高温熔融 状态，具有很大的塑性变形能力，应立即定型和冷却。 否则自重-变形-凹陷、扭曲2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型*制品的牵引和卷取制品的牵引和卷取w 离模后, 热收缩和离模膨胀双重效应w 截面和口模形状不一致。w 要连续均匀地将挤出物引出w 帮助挤出物及时离开口模，连续性w 调整挤出物截面尺寸和性能w后处理后处理 热处理和调湿处理2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型 w 一般来说，加料段的温度不宜过高，而压缩段和计量段的温度可取高一些，机头温度必须

36、控制在塑料的热分解温度以下，且能保证熔体具有良好的流动性。w 径向温差：对成型质量产生不良影响，如残余应力，表面无光。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型压力压力w 塑料在成型过程中所需要的挤出压力，主要用于克服在机筒、螺槽、多孔板、过滤网、机头和口模等一系列零部件的运动阻力以及自身内部的粘性磨擦。 w 挤出压力的大小，对于成型物料的塑化及它们在成型过程中的流动均有重要影响。生产中必须根据塑料品种和制品类型确定合理数值外，还应尽量避免出现波动或随时间发生周期性变化。w 防止挤出压力波动或周期性变化的主要措施：防止挤出压力波动或周期性变化的主要措施：w 合理地控制螺杆转速w 保证加热和冷却

37、装置的温控精度。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型挤出速度挤出速度w 指单位时间内由挤出机从机头口模中挤出的塑料量或制品长度，公斤/小时或米/分钟表示，代表挤出成型生产的实际生产效率实际生产效率。w 在挤出机、螺杆结构和机筒条件一定的情况下，使用不同的塑料品种或不同的机头口模成型不同制品时，挤出速度之间会有很大差异，所以设计机头口模时，一定要注意机头口模需要的生产效率必须与挤出机允许使用的生产效率相适应。w 当塑料品种和挤出制品一定的情况下，挤出速度仅与螺杆转速有关。调整螺杆转速是控制挤出调整螺杆转速是控制挤出速度的主要措施之一。速度的主要措施之一。2022-4-26塑料成型工艺学 挤

38、出成型 w 当挤出速度在生产过程中波动时，会损害制品形状和尺寸精度，为保证挤出速度均挤出速度均匀匀，需要：w 设计与制品相适应的螺杆结构和尺寸w 严格控制螺杆转速.w 严格控制挤出温度、防止因温度波动而引起的挤出压力和熔体粘度的变化，从而导致挤出速度变化w 注意料斗的加料情况，保证加料速度不出现非正常的变化。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型 牵引速度牵引速度w 牵引速度要与挤出速度相配合。w 牵引比=牵引速度/挤出速度1（略大于）w （1）消除由离模膨胀引起的制品尺寸变化w （2）拉伸制品，适度大分子取向w 冷却定型时间相适应2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.5.1 管材

39、的挤出管材的挤出1-机头；2-定型；3-冷却；4-牵引；5-切割；6-卷取（或堆放）；2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型1-机头；2-定型；3-冷却；4-牵引；5-切割；6-卷取（或堆放）；2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型一一.聚氯乙烯硬管聚氯乙烯硬管w 1、挤管设备 （1）挤出机 单螺杆：单螺杆：D=30200mm，等距渐变型， L/D=1525，压缩比=2.02.6 双螺杆双螺杆:平行异向,锥形, 可免去粉料造料环节。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（2）管机头）管机头w 类型：按物料在挤出机和机头流动方向关系w直通（平式）机头w直角机头w偏心机头2022-4-

40、26塑料成型工艺学 挤出成型硬管机头结构硬管机头结构w 分流器及其机架分流器及其机架 使塑料流体逐渐形成环形，并使料层变薄，利于塑料进一步均匀塑化。 分流器支架作用：支撑分流器及芯模。 支架与机头连接，支架上有支撑筋，塑料流过时，被支撑筋分开再汇合，可能形成熔接痕熔接痕，影响管材强度。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型口模口模w 口模与芯模的平直部分为管材成型部分。w 口模负责管材外表面；w 芯模负责管材内表面，芯模与分流器同心，保证料流均匀分布。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型机头的调节机头的调节w 装机头时需调节芯模与口模同心。w 调节螺栓调节机头壁厚均匀度。2022-4

41、-26塑料成型工艺学 挤出成型 定型装置定型装置w 定外径定外径 真空法P171w 定内径P172内压法P1702022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型冷却水槽冷却水槽w 使管材充分冷却，防止变形，达到或接近室温。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型牵引装置牵引装置w 均匀将管材引出，并调节管壁厚度。w滚轮式w履带式切割装置切割装置2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型(2)挤管工艺挤管工艺w 例：硬PVC管w思考：思考：双螺杆挤出机生产PP制品的工艺流程和加工条件。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型1-机头；2-定型；3-冷却；4-牵引；5-切割；6-卷取（或堆放）；20

42、22-4-26塑料成型工艺学 挤出成型挤出管材的挤出管材的熔接缝（熔接痕）熔接缝（熔接痕）2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型熔体强度熔体强度2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型二二.聚氯乙烯软管聚氯乙烯软管w 加增塑剂。w 流动性好，成型容易。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型三三.PE管管w PE结晶 ，熔体粘度较低，熔体弹性较大，加工稳定性好，挤出膨胀率大，收缩率较大。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.5.2 塑料异型材的挤出塑料异型材的挤出P179w 截面不规则，长度连续截面不规则，长度连续w 异型材分类异型材分类 封闭中空异型材封闭中空异型材 半封闭中

43、空异型材半封闭中空异型材 开式异型材开式异型材 实心异型材实心异型材 复合异型材复合异型材w 封闭中空异型材在长度方向带有连续空腔，可以采用压缩空气的方法保证冷却定型。形状闭合部分都理解为管的变形，不闭合部分都理解为板材的变形，所以可以把型材看作管材和板材的组合型材。w 工艺流程和设备与管材成型相似，制品的截面形状设计和口模设计至关重要。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.5.3 挤出板材与片材挤出板材与片材w 厚度厚度 板材1mm； 片材 0.25-1mmw 宽度：宽度：一般1-1.5m，最宽可达4mw 生产方法：生产方法：挤出、压延、层压、浇注、流涎w 挤出法优点：挤出法优点：使

44、用设备简单，生产成本低， 成品冲击强度高，但厚度均匀性较差w 塑料品种塑料品种：PVC、PE、PP、ABSw 分类：分类：单(多)层板、平板、波纹板、发光板2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型(1)生产线组成生产线组成1-机头；2-定型定型:三辊压光机，（冷却定型、一定牵引作用。）3-冷却；4-牵引；5-切割；6-卷取（或堆放）2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型(2)板、片机头的形成板、片机头的形成w 狭缝机头：多孔板、连接器w （流道由圆锥过渡到狭缝矩型）w 三辊压光机：将挤出的板材压光和降温,w 并准确调整板材的厚度.w 冷却导辊：由10多个直径50毫米的圆辊组成 2022-

45、4-26塑料成型工艺学 挤出成型（3）板材、片材的挤出成型工艺）板材、片材的挤出成型工艺w 机头口模温度机头口模温度w 根据塑料品种和制品特征确定w 比前端机筒温度稍高（5-10）w 过低：表面欠光泽，容易开裂w 过高：分解，气泡w 扁平口模：熔体沿口模宽度方向有均匀的速 度分布。w 设置阻流器使熔体流动速度均匀w 分配螺杆机头：在扁平的机头口模中间加入一条 螺杆，借螺杆的输送作用把熔体均匀分散到口模。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型 压光辊的温度和转速压光辊的温度和转速w 适当加热，保证板坯以适当的冷却速度成型w 稍低：不粘辊 w 过高：粘辊w 口模出料一定时，板材最终厚度由压光辊

46、转速来控制。w 拉伸取向w 压光辊的线速度与挤出速度相适应，稍快10-25%。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型压光辊温度硬PVCLDPEPPABS上70-8040-5070-7570-85中80-9060-7570-7580-90下60-7050-6055-6090-1002022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.5.4 吹塑薄膜吹塑薄膜w 板材1mmw 片材 0.25-1mmw 薄膜薄膜0.25mmw 薄膜生产方法：压延、挤出+吹塑、流诞、双向拉伸w 吹塑优缺点：w 塑料品种：PP、PE、PVC、PS、PA、EVA、PVA等2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型1-机头；2

47、-定型；3-冷却；4-牵引；5-切割；6-卷取（堆放）2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型一、工艺流程一、工艺流程w 平挤上吹：应用最广w 平挤平吹w 平挤下吹2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型二、吹膜设备二、吹膜设备w （1）挤出机 单螺杆挤出机 生产率受冷却和牵引速率控制2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（2）机头w 与挤管相似，只是间隙比管材的小一些w 0.03-0.05mm薄膜 模隙宽度0.4-0.8mm, w 平直部分7-17mmw 直通式平吹（水平直通式）w 直角式上吹和下吹（直角直通式）w 旋转机头2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（3）冷却装置）冷

48、却装置w 冷却速度的快慢直接关系生产效率w 多采用风冷和水冷P1962022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（4）人字板）人字板w 稳定膜泡，将其逐渐夹扁而引入牵引辊。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（5）牵引装置）牵引装置 一对牵引辊牵引（6）导向辊和展平辊 完全冷却薄膜，展平。（7）卷取装置2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型三、工艺控制三、工艺控制（1）成型温度 控制物料在粘流态的最佳熔融粘度。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型w （2）厚度调节）厚度调节w 口模与芯棒间隙 调整螺栓w 螺杆转速w 2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型 由风量调节调整厚度由

49、风量调节调整厚度w w 吹塑薄膜的厚度w 机头口模环形缝隙宽度bw 吹胀比 =吹胀后膜泡直径/口模直径w 拉伸比 =牵引速度/挤出速度b2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型（3）吹胀比和拉伸比吹胀比 =吹胀后膜泡直径/口模直径 ，横向强度， 光学性能，冲击强度拉伸比=薄膜牵引速度/管坯挤出速度 拉伸比，纵向强度 吹胀比和拉伸比是决定最终薄膜尺吹胀比和拉伸比是决定最终薄膜尺寸和性能的重要参数。寸和性能的重要参数。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型3.5. 5 挤出流延平膜和双向拉伸薄膜挤出流延平膜和双向拉伸薄膜w w 挤出吹塑：简单、便宜w 挤出流延平膜挤出流延平膜：厚度均匀性好，生产速度快，效率高，光学性能好。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型一、挤出流延平膜成型工艺一、挤出流延平膜成型工艺w 生产流程：P203挤出机 充分熔融：充分熔融：L/D=2530，分离型螺杆并 带混炼头。 稳定挤出：稳定挤出：严格控制温度和螺杆转速， 控制粘度，使挤出量稳定。2022-4-26塑料成型工艺学 挤出成型二、双向拉伸薄膜二、双向拉伸薄膜w 将挤出成型