第五章挤出成形

1、第五章第五章 挤出成形挤出成形2|挤出成形制品挤出成形制品：横截面恒定|（塑化方式）挤出工艺挤出工艺：干法和湿法两种干法：熔体物料，塑化和定形主要传热湿法：溶液物料，塑化和定形主要传质3|应用应用：最重要成形方法最重要成形方法。几乎所有热塑和部分热固，50%以上制品|特点特点：效率高、质量稳定、易连续化和自动化、设备及操作简单、劳动强度小等，宜批量生产4 5.1 挤出成形设备挤出成形设备 5.2 挤出成形原理挤出成形原理 5.3 挤出成形工艺挤出成形工艺 5.4 挤出成形的发展挤出成形的发展5 5.1 挤出成形设备挤出成形设备|设备设备：核心是挤出机，辅助有前辅助和后辅助前辅助前辅助：输送、粉

2、碎、混合和干燥等设备后辅助后辅助：定形装置、冷却装置、牵引装置、切断装置和控制装置等|挤出机类型挤出机类型：螺杆式和柱塞式螺杆式是连续式，柱塞式是间歇式，普遍使用螺杆式6柱塞式柱塞式：没有搅拌混合作用，很少采用；但挤出压力可很高，适于熔融黏度很大、流动性极差的塑化物料（PTFE和硬PVC管材）|其他类型挤出机：其他类型挤出机：无螺杆（如磨盘、鼓式、弹性熔体和端面混炼等），但很少采用7按螺杆数目按螺杆数目：单螺杆、双螺杆和多螺杆（如三螺杆、四螺杆甚至八螺杆等）单螺杆用得最多，双螺杆现已很广泛（有的国家50%以上）|按可否排气按可否排气：非排气型（普遍）和排气型8|按空间布置按空间布置：卧式和立式

3、，多为卧式|按用途按用途：成形用、混炼造粒用和供料用其它用途：喂料、混料、塑化造粒及树脂共混和复合等9 5.1.1 挤出过程及功能挤出过程及功能 5.1.2 单螺杆挤出机单螺杆挤出机 5.1.3 双螺杆挤出机双螺杆挤出机 5.1.4 特殊辅助设备特殊辅助设备105.1.1 挤出过程及功能挤出过程及功能|挤出过程挤出过程：固体输送区、熔融区和熔体输送区|主要功能主要功能：连续、稳定地输送物料；固料塑化成熔料并排气；均化熔体11机筒加热区机筒加热区固体床固体床熔池熔池冷却料斗区冷却料斗区固体输送区固体输送区迟滞区迟滞区熔融区熔融区熔体输送区熔体输送区125.1.2 单螺杆挤出机单螺杆挤出机|构成构

4、成：加料、挤出、加热冷却、传动和控制等|挤出系统挤出系统：主体，包括机筒、螺杆、机头和口模等，最核心是螺杆一、挤出系统一、挤出系统1机筒机筒|机筒（料筒）机筒（料筒）：内压可达100MPa或更高，温度一般1503001314 图5.2 单螺杆挤出机的结构示意图1机座 2电动机 3传动装置 4料斗 5料斗冷却区 6料筒 7料筒加热器 8热电偶控制点 9螺杆 10过滤网和多孔板11机头加热器 12机头 13挤出物 14风机14|普通机筒：内壁光滑内壁光滑，加料段可设轴向沟槽|机筒结构形式机筒结构形式：整体式和组装式整体式机筒整体式机筒：装配精度高，加热冷却系统易设置与拆装，加热轴向分布均匀，但整体

5、加工精度高组装式机筒组装式机筒：几段组装，优点是可改变长度，实现多用途，但分段破坏机筒加热均匀性并增加热损失，加热冷却系统不便设置与维护152. 螺杆螺杆|表面高硬度和光洁度，减小表面摩擦力|与机筒间隙很小，通过止推轴承悬支，与机筒中心线吻合（1）螺杆几何结构参数）螺杆几何结构参数|几何结构参数几何结构参数：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒间间隙、螺头形状等16图5.3 普通螺杆结构示意图加料段螺槽深度 计量段螺槽深度 D螺杆直径 螺旋角 L螺杆长度 e螺棱宽度17直径（直径（D）|通常30200mm，最常见65150mm|挤出机规格挤出机规格：采用螺杆直径表示长径比（

6、长径比（LD）|定义定义：工作部分有效长度与直径之比|国标LD系列系列：15、20、25、30等，最大达43，通常153018LD大大：改善料温分布，利于混合塑化，减少漏流逆流，提高产能FLD过大过大：物料受热时间增长易降解，自由端易与机筒擦伤FLD过短过短：易出现物料混炼和塑化不良19压缩比（压缩比（A）|定义定义：一般25|A越大越大：物料受挤作用越大，排气能力越大，但太大，螺杆强度下降|A值选择取决于成形聚合物种类和形态值选择取决于成形聚合物种类和形态聚合物种类不同，所要求压缩比不同粉料选择A值较大，粒料选择A值较小20螺槽深度（螺槽深度（h）|螺槽深浅与物料热稳定性、螺杆塑化效率及压缩

7、比有关螺槽浅螺槽浅：剪切作用较大，利于传热，混合塑化效率高热敏性聚合物（如PVC）：宜用深槽深槽熔体黏度低和热稳定性较高（如PA）：宜用浅浅槽槽21|螺距决定螺旋角并影响螺槽容积|物料形态不同，加料段螺旋角不同物料形态不同，加料段螺旋角不同粉料采用30时螺杆产能最高，方块料宜约15，圆柱料宜约17|等距不等深螺杆：常取螺距等于直径常取螺距等于直径，螺旋角1742螺旋角（螺旋角（ ）和螺距（）和螺距（s）22螺棱宽度（螺棱宽度（e）|定义定义：一般取0.080.12DFe：太小使漏流量增加致产量降低；太大增加动力消耗和有局部过热危险23螺杆与机筒间隙（螺杆与机筒间隙（）|定义定义：通常控制0.1

8、0.6mmF会影响产能，随增大，漏流和逆流增大，产率降低24|原则原则：熔料由螺旋流动变直线流动，避免物料滞留螺杆头端面死角，锥形或半圆形|鱼雷头鱼雷头：典型。与机筒间隙常为均化段深度40%50%，因此降低料层厚度，提高塑化效率，进一步混合均化和稳压作用图5.4 鱼雷头结构螺杆头部形状螺杆头部形状25（2）螺杆功能）螺杆功能普通螺杆功能段功能段：加料段、压缩段和均化段|加料段加料段：输送固体料并预热，固态，无压缩通常采用等深等螺矩等深等螺矩的深槽螺纹结晶型聚合物：较长（约60%65%）无定形聚合物：较短（约10%25%）26|压缩段压缩段：熔融物料，螺槽容积逐渐减小无定形聚合物无定形聚合物：较

9、长（约55%65%），有的很长（如PVC成形100%）结晶型聚合物结晶型聚合物：一般约（35）D，熔融温度范围很窄者（如PA）很短甚至仅1D27螺纹形式螺纹形式：等矩变深、等深变矩或变深变矩等等矩变深螺杆等矩变深螺杆：渐变型和突变型两种F突变螺杆突变螺杆：压缩段较短，通常45D；剪切作用大，适于黏度低和熔点明显F渐变螺杆渐变螺杆：剪切作用较小，无定形聚合物多采用，特别适于热敏性聚合物28|均化段均化段（计量段）：均化并定量定压输送一般无压缩，常采用等矩等深等矩等深的浅槽螺纹足够长度使料流稳定，通常约20%25%(需要注意需要注意：螺杆结构功能区段与挤出过程物料运动及物态变化区域尽量吻合29（3

10、）高效型螺杆）高效型螺杆|用途用途：混炼、着色等工艺和某些特种聚合物（普通螺杆塑化混合不理想、挤出稳定性差等）|主要主要：分离型、屏障型、分流型、分配混合型和排气型|其他其他：波状型、剪切型、强冷输送型、空心型和组合型等形式30图5.5 4种常见高效型螺杆(a)BM型(分离型)(b)斜槽式屏障型(c)销钉型(d)分配混合型31分离型螺杆分离型螺杆|形式形式：BM螺杆（典型）、Barr螺杆、熔体槽螺杆和XLK螺杆等|BM螺杆螺杆结构结构：压缩段主、副螺纹主、副螺纹把螺槽分成固相槽和液相槽两个螺槽32宽度宽度：固相槽由宽变窄至零，液相槽由零变宽至全螺槽宽度深度深度：固相槽由加料段深度至均化段深度，

11、液相槽始终为均化段螺槽深度|分离型螺杆分离型螺杆特点特点：塑化效率高，塑化质量好，温度波动小，挤出物均匀，应用较广33屏障型螺杆屏障型螺杆|结构结构：某部位设屏障段阻止未熔固料屏障段屏障段：通常设在均化段与压缩段相交处，可是单段或双段屏障段形式屏障段形式：通常直槽、斜槽和三角槽|特点特点：提高产率20%30%，塑化质量较好，应用较广34分流型螺杆分流型螺杆|结构结构：某一部位设置许多突起部分、沟槽或孔道，螺槽料流分割|作用作用：改变物料流动状况和改进熔融状况，增强混炼和均化作用35|销钉螺杆销钉螺杆：典型分流型螺杆销钉结构形式销钉结构形式：圆柱形、方形或菱形等销钉排列形式销钉排列形式：交叉型、

12、人字形、环形、菠萝形、斜齿形等销钉位置销钉位置：视目的而定，提高熔融则设压缩段，提高混炼均匀和低温挤出则常设均化段36分配混合型螺杆分配混合型螺杆|结构结构：根据静态混合器原理在螺杆末端镶上若干混炼元件|作用作用：进一步提高螺杆的塑化质量和温度均匀性37排气型螺杆排气型螺杆|排气型挤出机排气型挤出机：采用螺杆排气段和机筒上相应设置排气孔，挤出过程排除挥发物，可省干燥工序类型类型：单螺杆排气型、双螺杆排气型、二阶式排气型及多阶式排气型排气形式排气形式：直接抽气式、旁路抽气式、中空排气式和尾部排气式四种38图5.6 排气型螺杆A加料段B压缩段C计量段D排气段E泵出段39|典型两阶式排气型螺杆典型两

13、阶式排气型螺杆：加料段、压缩段计量段、排气段和泵出段泵送段输送能力要比计量段大泵送段输送能力要比计量段大进入排气段的物料须是熔体进入排气段的物料须是熔体403机头和口模机头和口模|机头和口模通常为整体而习惯统称机头习惯统称机头|机头机头：将旋转运动转为平直流动平稳导入口模|口模口模：使熔体获得所需形状|流道型腔应平滑过渡，流道不能有死角41图5.7 圆管挤出机头结构示意图1螺杆 2料筒 3过滤网 4多孔板 5机头 6压缩空气进口 7模芯支架 8模芯 9，13定位螺钉 10模口外环 11定型套 12管状挤出物 14加热器42|机头组成机头组成：多孔板、过滤网、分流器、模芯、口模和机颈等多孔板（或

14、称分流板）多孔板（或称分流板）：通常同心圆布孔，通常采用中间疏边缘密或中间孔小边缘孔大方式，孔径37mm，孔总面积为多孔板30%70%43过滤网过滤网：23层的铜丝网或不锈钢丝网多孔板和过滤网设置设置：机筒和机头连接处，多孔板支撑过滤网多孔板和过滤网作用作用：物料旋转运动变直线运动，阻止杂质和未塑化物料，增加料流背压分流器、模芯、口模分流器、模芯、口模：随不同制品而异44机头还设校正和调整装置校正和调整装置（定位螺钉）机头机头：直向机头和角向机头F直向机头直向机头：用于管、片和其他型材制品F角向机头角向机头：用于薄膜、线缆包覆物及吹塑等制品45二、其他系统二、其他系统1加料系统|主要是料斗料斗

15、(通常锥形锥形)，最好1小时用料切断料流、标志料量和卸除余料等装置切断料流、标志料量和卸除余料等装置有些设定时、定量供料及干燥和失重加料器定时、定量供料及干燥和失重加料器有些设真空加料装置真空加料装置以防吸水有些设搅拌器搅拌器或采用螺旋输送强制加料器螺旋输送强制加料器|大型挤出机上料法上料法：鼓风上料、弹簧上料和真空上料462加热冷却系统|机筒机筒设分区加热装置加热装置，多数设五区加热控温B机头和口模机头和口模分别设置加热装置和控温装置B加热方法加热方法：电阻加热、电感加热、铸铝加热器等47|通常设有冷却装置冷却装置，位置有加料口、机筒和螺杆三处B主要作用主要作用：防物料过热或者停车时快冷B冷

16、却方法冷却方法：水冷和风冷48F加料口水冷夹套加料口水冷夹套：防料斗物料发黏难加料F加料段中心开冷却水孔道冷却水孔道：防螺杆长时间与物料摩擦生热而损坏，使螺杆表面温度略低于机筒防物料黏附493传动系统|传动系统传动系统：包括电机、减速机构和轴承作用作用：给螺杆提供所需扭矩和转速|螺杆转速的稳定螺杆转速的稳定至关重要|无级变速驱动无级变速驱动：螺杆转速一般10300r/min504控制系统|组成组成：各种电器仪表和执行机构|作用作用控制各种执行机构检测控制主辅机的温度、压力及流量整机自动控制和产品质量监控51 5.1.3 双螺杆挤出机双螺杆挤出机一、双螺杆挤出机类型一、双螺杆挤出机类型|基本结构

17、基本结构：“”字形机筒装两根螺杆|主要结构参数主要结构参数：螺杆直径、螺杆长径比、螺杆转向、螺杆最大转速、双螺杆中心距、螺杆与机筒间隙和螺槽深度等52|（旋转方向）类型类型：同向旋转和异向旋转异向旋转：向内旋转和向外旋转|（螺杆位置）类型类型：啮合型和非啮合型53图5.8 双螺杆的旋转方式54啮合型啮合型：全啮合型和部分啮合型非啮合型非啮合型：挤出稳定性及排气性不如啮合型，应用少|（螺杆轴线平行与否）类型类型：平行和锥形55图5.9 双螺杆的啮合类型56图5.10 锥形双螺杆结构示意图57二、双螺杆挤出机特点二、双螺杆挤出机特点|工作原理工作原理：靠正位移原理输送物料（单螺杆挤出机依靠物料与机

18、筒摩擦力）|优点优点：强制输送作用、混合作用、自洁作用、比功率消耗低、挤出稳定和物料停留时间短等581强制输送作用强制输送作用|物料在输送过程中不会倒流或滞流|无论螺槽是否填满，输送速度基本不变，具有最大的强制输送性|排气性能很好592混合作用混合作用|啮合处剪切作用，物料复杂运动，纵横向剪切生热，物料加热更均匀，塑化质量高3自洁作用自洁作用|反向旋转反向旋转：啮合处螺纹和螺槽间存在速度差，相互剥离螺杆黏附料而自洁|同向旋转同向旋转：啮合处两螺杆运动方向相反，相对速度更大，因此自洁作用更好604比功率消耗低比功率消耗低|物料能量多由外热输入且剪切发热作用小，可低温挤出，故能量消耗少|产率相同时

19、双螺杆能耗比单螺杆少50%615挤出稳定挤出稳定|螺杆特性线较平滑，流率对口模压力不敏感|挤出大面积制品较有效，特别是难以成形的低黏度物料6物料停留时间短物料停留时间短|物料停留时间比单螺杆短|特别适于热敏性材料以及易分解、易凝聚物料的着色和共混625.1.4 特殊辅助设备特殊辅助设备|静态混合器和熔体计量泵静态混合器和熔体计量泵等辅助设备一、静态混合器一、静态混合器|安装在挤出机与口模间对熔体分流混合，可提高螺杆转速以增大产率|静态混合器管外需设置加热器63|工作性能不受螺杆规格和转速限制，流动阻力小改善径向温差时可选6个螺旋板改善颜料分散时可选9个螺旋板|应用应用：挤出复合、电线包覆层、吹

20、塑薄膜、片材、型材、管和泡沫塑料64二、熔体计量泵二、熔体计量泵|齿轮泵（熔体计量泵）能（部分）取代压缩段和均化段，实现无波动定量无波动定量挤出挤出薄膜的厚度均匀、厚薄度公差小65|组成组成：泵室、计量齿轮、熔体进口和熔体出口及传动系统泵体需加热，传动系统精确控制泵转速挤出的熔体压力可稳定在正负1%内根据挤出机大小和产量选择熔体泵，泵转速通常1040r/min66 5.2.1 固体输送理论固体输送理论 5.2.2 熔融理论熔融理论 5.2.3 熔体输送理论熔体输送理论 5.2.4 螺杆挤出机生产率的讨论螺杆挤出机生产率的讨论5.2 挤出成形原理挤出成形原理 5.2.1 固体输送理论固体输送理论

21、v固体输送过程固体输送过程：物料受螺杆螺纹斜棱推挤，被压实而成存在弹性形变的固体塞，率沿螺槽向机头方向产生轴向移动图5.11 固体塞的摩擦模型v说明： 、 和 分别固体塞与机筒间摩擦力、接触面积及摩擦系数v 、 和 分别固体塞与螺杆间摩擦力、接触面积及摩擦系数v 为螺槽中固体塞物料压力bFbAbfsFsAsfP69图5.12 螺槽中固体输送的理想模型（a）和固体塞移动速度的矢量图（b）v螺槽：矩形通道（图5.12分析）螺杆斜棱推力使固体塞沿垂直斜棱方向，轴向分力导致轴向速度 ，螺杆旋转表面速度如果看作机筒运动，以速度 对螺杆相对切向运动， 是 矢量和，使固体塞沿轴方向移动xv av svbv

22、zv bxvv zv机筒摩擦力 ，z向分力，v螺杆摩擦力v稳定流动情况下阻力与推力相等固体塞移动情况固体塞移动情况： 物料能向机头作轴向移动 物料将与螺杆一起转动bFbzFcosbzbbFA f PsbzFFcosssbbA fA fsFsFbzFbzFsssFA fv正确选控摩擦系数能保证输送和提高输送力v加料段固体输送速率 与螺杆尺寸关系： 移动角（即螺杆转动一周时若螺槽固体塞上A点移动到B点，AB与螺杆轴向垂直面的夹角；与螺杆根部螺旋角、平均螺杆螺旋角、螺翅导程等有关）1Q2111tantantantanDh DhNQ提高固体输送速率提高固体输送速率 的途径的途径（1）增大 、 和 v增

23、大 意味着螺杆挤出机变大； 不变时 的增大有限度，过分增大，则螺杆根部易扭断； 增加有可能影响螺杆熔融段，导致熔化段能力下降1QD1hNDD1h1hN（2）降低v提高螺杆表面的光洁度和对螺杆加料段进行冷却（3）增大v制造螺杆挤出机时可考虑机筒内壁开设纵向沟槽（4）采用最佳螺旋角sFbF 5.2.2 熔融理论熔融理论v压缩段物料融化和流动情况十分复杂一、熔化过程一、熔化过程v固体粒子和熔融体共存，熔融区熔融区v与机筒内壁机筒内壁接触的固体首先熔融成熔膜熔膜v熔膜被旋转刮落，积存在螺棱推进面的前侧成旋涡状的环流区（熔池熔池）v螺棱推进面的后侧：未塑化的冷固体粒子；粘结的热固体粒子；共同组成固相区（

24、固体床固体床）v螺槽表面螺槽表面物料出现一层薄层熔膜薄层熔膜v固体床与熔池分界面（迁移面迁移面），熔化v往机头：固体床宽度逐渐减小直至消失v熔化长度熔化长度熔化长度反映螺杆熔化能力熔化长度一般不应大于压缩段长度78（a）（b） 图5.13 物料在螺槽中的熔化过程模型(a)固体床在螺槽中的分布变化(b)固体物料在螺槽中的熔化过程1熔膜2熔池3迁移面4熔结的固体粒子5未熔结的固体粒子二、物料的温度分布和速度分布二、物料的温度分布和速度分布图5.14 物料在熔融区的温度分布（a）和速度分布（b）5.2.3 熔体输送理论熔体输送理论v均化段输送理论研究最早最充分完善一、均化段熔体流动的构成一、均化段熔

25、体流动的构成v均化段熔体流动：复杂流动正流、逆流、环流正流、逆流、环流和漏流和漏流正流v机筒相对螺杆螺槽运动，螺槽内熔体被拖动沿z方向的拖曳流动v主要流动，速度呈线性分布，体积流率 DQ逆流v机头、口模、过滤网等阻力反压流动v速度呈（近）抛物线分布，体积流率 v净流净流：正流和逆流综合，速度为两者速度代数和PQ环流（或称横流）v螺棱推挤使熔体沿垂直螺纹斜棱x向流动v物料混合、热交换和塑化有利v对熔体输送能力基本无贡献，体积流率TQ漏流v熔体从间隙漏过向料斗方向的流动v漏流体积流动 ， 通常很小(实际流动是四种流动的组合流动，螺槽内熔体呈螺旋形轨迹螺旋形轨迹沿螺槽逐渐流向机头LQ85图5.15

26、熔体在螺杆均化段的几种流动形式机筒表面螺杆表面螺 槽深度正流逆流净流漏流横流86图5.16 塑料熔体在螺槽中混合流动的示意图二、均化段熔体输送速率二、均化段熔体输送速率v均化段熔体输送速率： v假定假定：等温稳态层流，无黏度和密度变化 熔体不可压缩螺槽为矩形，宽深比大于10（螺槽侧壁对熔体流动影响不大）LPDQQQQ3v牛顿型流体牛顿型流体的熔体输送速率： v一般漏流项值较小，可略去，简化： （ 、 为与螺杆结构尺寸有关的常数）22322233cossinsin21212D NhDhpDtgpQLeL3pQANBABv假塑性流体假塑性流体：21112231cos sinsin221 2nnnn

27、nnnD hNnDhpQKLn13nBQANpKv ：供料不足，生产不连续，无法正常生产v ：均化段成控制区段，形成机头压力，操作平稳，但不能相差太大，否则压力过大，出现超负荷，生产不正常1Q2Q3Q1Q2Q3Qv正常生产下 代表挤出机生产率 ，均化段功率消耗是整机功率消耗主体v均化段熔体输送率计算值只能参考v常采用经验公式、实测、类比和统计等方法决定和计算生产率3QQ三、螺杆挤出机的工作特性三、螺杆挤出机的工作特性v螺杆与机头口模总是安装在一起工作v机头口模存在阻力，机头压力机头压力（挤出压力）将熔体挤出，忽略大气压力则机头口模的挤出压力降机头口模的挤出压力降与机头压力数值大体相等与机头压力

28、数值大体相等v均化段熔体压力降均化段熔体压力降 用挤出压力挤出压力 代替v螺杆特性曲线螺杆特性曲线：等温螺杆转速一定均化段熔体输送速率与挤出压力关系系列具有负斜率的平行直线ppv口模特性曲线口模特性曲线：特定形状，改变尺寸则阻力常数不同系列通过原点但斜率不同的曲线v工作点：工作点：螺杆特性曲线与口模特征曲线交点v假塑性流体：螺杆特性曲线和口模特性曲线均为曲线pQKK95图5.17 螺杆和口模的特性曲线螺杆转速：n1 n2 n3 n4口模尺寸：D1 D2 h2 h3）3均化段长度v 增加时 和 成正比减少， 无影响，因此挤出生产率增加v 增加则螺杆特性曲线比较平坦，即挤出生产率受口模阻力影响较小

29、4螺旋角v 对挤出生产率的影响复杂，牛顿流体等温挤出时 =30的挤出生产率最大DQLQPQLLL5螺杆与机筒间隙v当 比 小得多时 可以忽略； 较大时挤出生产率会明显下降v螺杆长期工作磨损而使间隙 变大到一定程度后，即不能再继续使用LQh四、熔体温度的影响四、熔体温度的影响v熔体温度会直接影响熔体的黏度，通过黏度影响挤出生产率v挤出机生产率与黏度无关，也与熔体温度无关挤出机生产率与黏度无关，也与熔体温度无关原因原因：机头口模尺寸不变情况下黏度增加时压力也增加v实际生产中温度发生较大幅度变化时挤出机生产温度发生较大幅度变化时挤出机生产率会有一定变化率会有一定变化原因原因：温度较大幅度较大幅度的变

30、化对熔体塑化效果产生影响，相当于均化段有效长度发生变化，从而引起挤出机生产率变化109 5.3.1 挤出工艺流程挤出工艺流程 5.3.2 管材挤出工艺管材挤出工艺5.3 挤出成形工艺挤出成形工艺5.3.1挤出成形工艺流程挤出成形工艺流程工艺过程工艺过程通常包括物料干燥、挤出成形、定形与物料干燥、挤出成形、定形与冷却、牵引与卷取（或切割）冷却、牵引与卷取（或切割），有些制品成形后还需进行后处理等后处理等1. 原料干燥原料干燥水分危害水分危害：会影响挤出过程正常进行和制品质量，使用前需对原料进行干燥不同种类物料的含水率不同，不同制品允许的含水率也不同塑料挤出成形时原料含水率原料含水率通常控制0.5

31、%以下，并除去原料中机械杂质1111010图5.19 五种塑料制品的挤出成形工艺流程图和塑料造粒工艺流程图1机头2定形3冷却4牵引5切割6卷取7预热8纵拉9横拉10基布或金属丝（a）挤管（b）挤板（c）挤膜（d）涂层（e）电缆电线包覆（f）造粒2. 挤出成形挤出成形首先根据成形物料品种选择相应特性螺杆挤出机相应特性螺杆挤出机根据螺杆特性和制品特点设定设定螺杆各区温度和机头口模温度等工艺参数工艺参数挤出工艺条件对制品质量影响很大挤出工艺条件对制品质量影响很大，特别是塑化情况，而决定塑化程度的因素主要是温度和剪切温度和剪切作用聚合物名称螺杆特性挤出温度/长径比压缩比加料段压缩段均化段机头及口模硬质

32、PVC15252580120130150 160180160190软质PVC153034100120120140 140160140180LDPE15303490100100140 140160140160PP15302.54140160165185 180200160185PC15302.53200240240250 250260230250表表5.1 部分常见热塑性聚合物挤出成形时的螺杆特性和工艺参数部分常见热塑性聚合物挤出成形时的螺杆特性和工艺参数物料温度物料温度主要来自机筒外加热，其次是螺杆对物料的剪切作用和物料之间的摩擦，当进入正常生产后摩擦生热常常是主要因素F温度升高温度升高：物料

33、黏度降低，有利于塑化，同时随温度升高，挤出生产率提高机头口模温度过高过高，将导致挤出物形状稳定性变差，制品收缩性增大，甚至引起制品发黄、出现气泡等，使挤出不能顺利进行F温度降低温度降低：熔体黏度增大，机头压力增加，则挤出密度增大，形状稳定性提高，但挤出膨胀较严重，应适当增大牵引速度，以减小因膨胀而增大的壁厚温度太低太低，塑化效果差且熔体黏度太大而功率消耗增加F存在模芯存在模芯：口模与模芯温度应该一致，相差过大则制品会出现向内或向外翻、甚至扭曲等缺陷增大螺杆转速增大螺杆转速可强化对物料的剪切作用，有利于提高物料的混合和塑化效果，同时使挤出机生产率提高（并且高分子熔体多为假塑性流体，螺杆转速增加时

34、，熔体剪切速率增加，因此熔体黏度将下降）117温度温度/温度温度压力压力压力压力/ kPa图5.20 机筒与机头口模中的温度分布和压力分布3. 定形与冷却定形与冷却熔融物料从机头口模挤出后应立即冷却和定形，多数情况下冷却和定形同时进行，通常只有挤出管材和异型材才有独立的定形独立的定形装置和过程挤出板材和片材挤出板材和片材时挤出物往往通过一对压辊起定形和冷却作用挤出薄膜、纤维挤出薄膜、纤维等不必定形，仅通过冷却定形即可定形装置中的冷却作用并不充分，必须采用冷却装置进一步冷却冷却冷却方式冷却方式一般采用空气或水冷，冷却速度对制品性能有较大影响硬质制品硬质制品不宜冷却过快，否则易造成内应力，并影响外

35、观软质或结晶性软质或结晶性高分子材料应采用较快速度冷却，否则制品易变形4. 牵引与卷取（切割）牵引与卷取（切割）牵引速度应与挤出速度很好配合牵引速度应与挤出速度很好配合，前者通常应稍大于后者以消除离模膨胀和适度拉伸取向不同制品的牵引速度与挤出速度之比不同不同制品的牵引速度与挤出速度之比不同通常塑料牵伸比较小，薄膜和纤维牵伸比较大定形冷却后制品应根据制品要求进行卷绕和切断卷绕和切断软质制品（如薄膜、纤维）在卷绕到给定长度或质量后切断换卷硬质制品从牵引装置送出一定长度后切断5. 后处理后处理有些制品挤出成形后还需进行后处理，后处理主要包括热处理和调湿处理热处理和调湿处理挤出较大截面尺寸制品时常因挤

36、出物内外冷却速率相差较大而使制品内有较大内应力，制品成形后应在高于制品的使用温度1020或低于塑料的热变形温度1020的条件进行热处理热处理以消除内应力有些吸湿性较强的挤出制品（如PA）使用或存放中会吸湿而膨胀，常需在成形后浸入含水介质加热进行调湿处理调湿处理5.3.2 管材挤出成形工艺管材挤出成形工艺热塑性塑料热塑性塑料：机组以挤出机为主机，改变辅机配置可成形多种多样挤出制品产量较大和工艺典型的挤出制品挤出制品：管材、板材、吹塑薄膜、包覆电线与电缆管材管材：塑料制品和橡胶制品的管材均是大宗产品挤出管材的聚合物聚合物：PVC、PE、PP、PS、ABS、PA、PC等挤出管材的聚合物聚合物：PVC

37、、PE、PP、PS、ABS、PA、PC等挤出法生产的塑料管材有硬管和软管之分塑料管材有硬管和软管之分，两者的挤出工艺流程大致相同软管一般不用定形装置，靠口模处的管芯往挤出管状物中通入压缩空气来维持截面形状，经自然冷却或喷淋水冷后再用输送带（垂直挤出时靠管的自重）实现牵引，最后由收卷盘盘绕成卷124冷水冷水压缩空气压缩空气图5.21 管材挤出工艺示意图1螺杆2机筒3多孔板 4接口套5机头体6芯棒 7调节螺钉8口模9定径套5冷却水槽11链子12塞子13牵引装置14夹紧装置15塑料管子123456789101112131415管材的挤出装置挤出装置：挤出机、机头口模、定形装置、冷却槽、牵引及切割装置

38、等组成，机头口模和定机头口模和定形装置是关键部件形装置是关键部件（1）管材的挤出机头机头是挤出管材的成形部件，大体可分为直通式、直通式、直角式和偏移式直角式和偏移式三种，用得最多的是直通式机头直通式机头直通式机头：包括分流器、分流器支架、芯棒、口模、调节螺钉等几部分优点优点：结构简单，制造和维修方便缺点缺点：但都要用分流器支架（模芯支架）支承芯棒，因而分流器支架的每根分流筋都将使料流绕流而产生合流线，如果料流合流线离开口模前尚未熔合将会在管材壁上显露出纵向微纹，使爆破强度明显降低127图5.22 直角式机头1接管2机头体3，9温度计插孔 4芯模加热器5芯模6，11加热器 7调节螺钉8导 柱10

39、口模图5.23 偏心式机头1，12温度计插孔2口模3芯模4，7加热器5调节螺钉6机头障8熔融物料温度计插孔9机头10高温计插孔11芯模加热器口模的平直部分长度影响管材的质量口模的平直部分长度影响管材的质量长度增加利于消除料流的旋转运动，料流阻力增大，利于料流稳定、挤出均匀和管材致密平直部分过长，则阻力过大，挤出的管材表面粗糙平直部分长度一般为管材内径26倍，内径较小时取上限，反之取下限管材内外径应分别等于管芯外径和口模内径F但实际上存在离模膨胀、牵引和冷却收缩等，管管材最佳尺寸必须通过定径套冷却定形和牵引速度材最佳尺寸必须通过定径套冷却定形和牵引速度的调节而确定的调节而确定（2）定形和冷却管材

40、挤出后温度很高，应立即进行定径和冷却使管材定形定形方法定形方法：定径套定径套、定径环和定径板等，还有采用通冷水的特殊口模定径定径原理定径原理是通过管坯内外形成压力差，使挤出管坯紧贴定形装置而定形定径套定形定径套定形方法：外径定形和内径定形两种管材外径尺寸要求高，应选用外径定形方法，反之则选用内径定形方法外径定形装置结构较简单，操作较方便，硬管成径以外径定形为主外径定径方法外径定径方法：内压法和真空法两种（定径套外壁为夹套，内通冷却水冷却）内压法内压法定径是通过分料筋的孔道通入压缩空气（一般0.05-0.3MPa）并在挤出的管内或管端封塞真空法真空法定径是在定径套上开有许多抽真空用的小孔，用抽真

41、空的方法使挤出管状物外壁与定径套内壁紧密贴合内径定径方法内径定径方法：定径套装于挤出的塑料管内，机头挤出的管材内壁与定径套的外壁接触，定径套内通以冷水将管材冷却定径内径定径方法必须使用直角式或偏移式机头直角式或偏移式机头134图5.24 内压法外径定径装置1挤出机2机头模口3定径套4塞子1234水水冷水冷水压缩空气从管壁内部应力对管材强度的影响来看，内径定内径定形优于外径定形形优于外径定形外径定形外径定形的管材内应力分布如（a），外壁层内压应力，内壁层内拉应力分析分析：定径时外壁层先降温，内壁层在外壁层已冷凝后才逐渐降温冷凝，内壁层冷凝收缩受到已凝固外壁层的阻碍内径定形内径定形的管材应力分布如

42、（b），内壁层内压应力，外壁层内拉应力管材受到内压受到内压时内压使管壁内产生的切向拉应力如（c），内壁处最大，外壁处最小外径定形管受内压时外径定形管受内压时：管壁内应力分布如（d）即（b）和（c）的合成，内壁层内拉应力更大，外壁层内压应力减小，内外层应力分布很不均匀内径定形管受内压时内径定形管受内压时：管壁内应力分布如（e）即（b）和（c）的合成，内壁层内的拉应力和压应力抵消一部分，整个管壁内应力分布比较均匀137图5.25 采用不同定径方法管壁应力的分布T拉应 C压应力（a）外径定径时管子内应力图（b）内径定径时管子内应力图（c）内压时管壁切向应力图（d）外径定径管子受内压时的应力图（e）内

43、径定径管子受内压时的应力图挤出成形大直径耐内压管材时多采用直角式机头和内径定形法管材经过定径后需进入冷却水槽或喷淋水箱进一步冷却F冷却水槽通常分24段分别控温，冷却水一般从最后一段进入水槽然后逐段前进，即水流方向与管材前进方向相反，保证管材降温比较缓慢，避免管材壁产生较大的内应力水槽冷却可能导致管材出现弯曲水槽冷却可能导致管材出现弯曲（原因：水槽上下层水温差异导致管材上、下部收缩不匀；管材通过水槽时受到浮力）F成形大直径管材成形大直径管材时通常采用在管材周围均匀分布的喷水头进行喷淋冷却喷淋冷却以避免弯曲变形（3）牵引和切割牵引作用牵引作用：均匀地引出管材并适当地调节管材的厚度牵引速度牵引速度：

44、生产上一般比挤出速度大1%10%，两者之比过大会产生分子取向而使爆破强度降低牵引速度应无级变速且稳定，避免波动引起管材出现表面皱纹、厚度不匀牵引装置牵引装置：常用滚轮式和履带式两种切割装置切割装置：常用由电动机带动的圆锯片切割5.3.3 5.3.3 板材（片材）的挤出成型板材（片材）的挤出成型(1-4)(1-4) 塑料片材是指厚度在0.252 mm之间的软质平面材料和厚度在0.5mm以下的硬成平面材料。 塑料板材和片材的生产方法有：挤出法、压延法、层压法、浇注法。挤出法和压延法是连续生产工艺，其他方法是间歇生产工艺。 生产塑料板材、片材的主要原材料有：聚乙烯（LDPE、HDPE）、聚丙烯（PP

45、）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚树脂（ABS）、酚醛树脂、丙烯酸酯类树脂等。 塑料板、片材具有耐腐蚀、电绝缘性能优异、易于二次加工等特点，广泛应用作为化工容器、贮罐等化工设备的衬里，电器工业中的绝缘垫板、垫片等电绝缘材料、也可作为交通工具和建筑物的壁板、隔板等内装修材料。此外，无毒的透明及各色片材经二次加工制成的各种容器则是食品、医药理想的包装材料。板材（片材）的挤出成型板材及片材生产工艺板材及片材生产工艺 堆砌装置 切割机 真空吸盘 牵引辊 轮式传送带 导轮 三辊压光机 挤出机 塑料板材挤出生产工艺流程图塑料板材挤出生产工艺流程图挤出片材生产线5.6.2 板材（片材）的挤出成

46、型 （1）板（片材）机头）板（片材）机头口模由引流道、分配腔和模唇组成1）支管式）支管式 为将圆柱状流体变为扁平的矩形截面且有相等流速的流体，要设置一个纵向切口为管状的分配腔，其作用是对熔体稳压、分流，使其均匀地挤出宽幅制品。 优点是结构简单，制造容易；可调幅宽；温度易控制；体积小，重量轻。 板材（片材）的挤出成型板材（片材）的挤出成型2）鱼尾形：）鱼尾形：熔体从中部进入沿扇形扩展开来 优点是物料呈流线型流动；物料停留时间短，适用的温度范围 广；结构简单 缺点是鱼尾形部分扩张角不可过大（避免中心处压力速度太大造成中心出料多两端少）；不能生产宽幅制品 板材（片材）的挤出成型板材（片材）的挤出成型

47、板材（片材）的挤出成型板材（片材）的挤出成型3）衣架式：分配腔为两根直管递减的支管并有一个扩张角可 大至160170的型腔，（吸收了支管式和鱼尾形机头的优点） 优点是支管小，缩短了物料在机头内的停留时间；扇形型腔提高了制品的薄厚均匀性，制品幅宽可达45m 板材（片材）的挤出成型4）螺杆分配式：）螺杆分配式：在直支管式机头模腔中插入一根旋转的分配螺杆分配螺杆的作用是将模腔内的熔体进一步塑化并沿宽度方向均匀分布；压力沿横截面各点一致，挤速均匀；减少机头内积料的可能性。优点：生产能力高，制品均匀；可以发泡成型，易成型宽、厚板材；机头内料温易控制；可连续运转。缺点是加工困难，成本高；分配螺杆旋转，使料

48、流到口模区变为直线运动的距离短，易在制品中留下波浪形痕迹。板材（片材）的挤出成型板材（片材）的挤出成型5.6.2 板材（片材）的挤出成型板材（片材）的挤出成型 板材（片材）的挤出成型板材成型工艺要点板材成型工艺要点 挤出机机身温度根据原料而定，机头温度一般比机身温度稍高510左右，机头温度过低，板材表面无光泽，易裂。机头温度过高，料易分解且有气孔。机头温度一般是控制中间低两端高，AB板材机头温度如图所示。机头温度应严格控制在规定温度之内，否则，温度误差将影响板与片厚度的均匀性。 三辗压光机温度控制：从机头挤出的板材温度较高，为使板材缓慢冷却，防止板材产生内应力而翘曲，三辊压光机的三个辊简应加热

49、，并设置调温装置。加热介质有蒸汽、油、电热。辊筒温度过低，板不易贴紧辊简表面，而产生斑点，表面无光泽，透明度差并且会产生小皱纹。辊简表面温度应高到足以使熔融物料与辊简表面完全贴紧，但过高会使板、片粘辊，表面产生横向条纹。一般说来，象聚氯乙烯、ABS等无定形塑料，辊简温度不超过100，可用蒸汽或热水加热，而成型烯烃等结晶塑料，辊简温度超过160，用油加热较好。 板材（片材）的挤出成型几种塑料板加工温度几种塑料板加工温度温度硬聚氯乙烯软聚氯乙烯低密度聚乙烯聚丙烯机身 120-130100-120150-160160-170150-170机身2130-140135-145160-170180-190

50、160-180机身3150-160145-155170-180190-200180-195机身4160-180150-160180-190200-205185-200连接器150-160140-150160-170180-200180-190机头1175-180165-170190-200200-210201-215机头2170-175160-165180-190200-210200-210机头3155-165145-155170-180190-200190-200机头4170-175160-165180-190200-210200-210机头5175-180165-170190-200200

51、-210205-215板材（片材）的挤出成型辊筒硬聚氯乙烯低密度聚乙烯聚丙烯上辊70-8085-9545-5580-85中辊80-9075-8565-7580-90下辊60-7065-7535-4590-100三辊压光机温度三辊压光机温度5.3.45.3.4吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型Blow film extrusionBlow film extrusionProcess is similar to blowing up a balloon.Tube is cooled by air from a cooling ring around die.The frost line is t

52、he zone where the temperature of the tube has fallen below the softening point of the plastics. Example, HDPE frost line actually appears frosty.吹塑薄膜的挤出成型blow film exrusion1、生产薄膜的方法主要有：、生产薄膜的方法主要有： 挤出吹塑（动画） 压延 T型机头挤出法 双向拉伸法 流延法 其中挤出吹塑用的最多且产量最大，常用生产薄膜的材料：PE、PP、PVC、PS、PA等等2、吹塑法生产薄膜的特点： 设备紧凑，投资少； 容易调整薄

53、膜的宽度； 易于制袋； 薄膜在吹塑过程中得到了双轴定向，因此强度较高。 缺点是：由于冷却速度小，生产速度慢；薄膜的厚度偏差较大。吹塑薄膜的挤出成型挤出吹塑薄膜生产线挤出吹塑薄膜生产线吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型3、工艺过程挤出膜管-吹膜-冷却-牵引-卷取4、挤出吹塑方法 平挤上吹 平挤平吹 平挤下吹法。吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型5、吹膜主要设备：、吹膜主要设备： 挤出机：单螺杆，挤出机：单螺杆，F F45150 mm，管膜直径约为，管膜直径约为100300 mm。 机头和口模：常见为芯棒式直角机头，其它有螺旋式机头和口模：常见为芯棒式直角机头，其它有螺旋式、

54、莲花瓣式、中心进料式等机头、莲花瓣式、中心进料式等机头 冷却装置：常见为外冷法（普通风环、负压风环、水冷却装置：常见为外冷法（普通风环、负压风环、水冷及内冷法（空气冷、水冷）冷及内冷法（空气冷、水冷） 人字板：一般用木材或铝材制作，夹角为人字板：一般用木材或铝材制作，夹角为50。 牵引装置：由一对牵引辊组成。牵引装置：由一对牵引辊组成。 卷取装置：一般采用表面卷取法。卷取装置：一般采用表面卷取法。 吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型（1）吹膜用机头）吹膜用机头1)芯棒式：芯棒式：（侧进料）料流在芯棒处分为两股，再沿芯棒尖的斜刀口处汇合，向模口呈薄管挤出，芯棒中通压缩空气吹胀。 优点是机头内通

55、道间隙小，存料少，物料不宜过热分解，适于加工PVC料；只有一条熔接线；加工方便。 缺点是芯棒尖处易积料；压力作用到芯棒尖上，易偏中，造成制品不均匀开裂。吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型2）十字形：）十字形：（中心进料）PP,PE等热稳料优点是压缩比可大到78，无偏心缺点是有分流器支架，存在34条熔接线（可在支架上方开设缓冲槽改善）吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型3）螺旋式）螺旋式：存在渐变的48条螺纹形流道，物料逐渐由螺旋变为轴向运动，再自环形间隙挤出膜管优点是无熔接线；芯棒不偏心，成型稳定，厚薄均匀；芯棒粗，不易变形。缺点是加工复杂 吹塑薄膜的挤出

56、成型吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型4）旋转式）旋转式芯棒和口模各自能单独旋转优点是使厚度不均匀性被平均分配到整个圆周上，卷取平整；消除了熔接线。缺点是加工、控制复杂 吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型（2）冷却装置）冷却装置内冷、外冷：内冷、外冷：风环、水环风环、水环吹塑薄膜的挤出成型吹塑薄膜的挤出成型 膜管直径增大，间膜管直径增大，间隙减小，空气流速降低，隙减小，空气流速降低，鼓风机的背压增大，风鼓风机的背压增大，风量减少，吹出的空气流量减少，吹出的空气流速下降，真空度变小，速下降，真空度变小，管膜就自动恢复原状。管膜就自动恢复原状。吹塑薄膜的挤出

57、成型（3）人字板：压平薄膜，稳定管泡。 夹角太大，牵引阻力大，易出现皱纹；太小，辅机高度增加。 （夹角1030） 吹塑薄膜的挤出成型（4）.牵引辊 将两层薄膜压平、压紧，同时以一定的速度比对管泡进行纵向拉伸。由一条钢辊和一条胶辊组成，两辊缝隙对准机头中心。牵引速度可调节薄膜厚度，因此应采用无级变速。 （5）卷取：恒定张力或递减张力吹塑薄膜的挤出成型6.工艺操作：（1） 机头环形口模直径由吹胀比Blow-up ratio和薄膜折径而定。 吹胀比： =Dp/Dk 而 Dp=2/， 是薄膜折径 故 = 2/Dk=0.637 /Dk =1.57Dk Dk=0.637 / 大，透明度和光泽度大。太大，泡

58、状物不稳定、扩大口模原有的缺陷薄膜发皱、厚度不均。 通常： 为1.53(超薄薄膜可达56)吹塑薄膜的挤出成型（2）口模与芯棒间的环形缝隙宽度h应控制一定的大小，其值与牵伸比b、吹胀比a和薄膜厚度有关。 b=VD/VQ VD=Q/2 VQ=Q/Dkh b：牵伸比 VD：牵引速度 VQ：挤出速度 Q：挤出成型机生产率 ：薄膜厚度 h：缝隙宽度 ：熔融塑料密度 b= Dkh /2 或 b= h /a h=ab 吹塑薄膜的挤出成型 通常h为0.41.2mm或0.8-1mm.一般：牵伸比b控制在46, 吹胀比控制在1.53, 模口间隙: h= (1.53) (46) (618) 生产厚膜时取下限。 为消

59、除熔接缝，使物料压力稳定、均匀的挤出，定型段的高度L通常应为环形缝隙宽度的15倍以上。料流通道不能过短，通常物料从分流的汇合点至模口的垂直距离应不小于分流处芯棒直径的2倍。吹塑薄膜的挤出成型（3）冷却）冷却 控制薄膜的厚度必须从牵伸比上来调整，牵伸比和吹胀比就难以相等，靠冷却速率和口模温度来平衡，维持薄膜横向和纵向性能的一致，增加挤出物在高温的停留时间可以减少薄膜在纵向上的辅佐取向程度。冷冻线：冷冻线：当吹塑薄膜时（PE），管膜刚离开模头时是透明的，至一定的高度由于冷却而结晶（固化），变得不透明（浑浊），浑浊与透明的交界线被称为冷冻线（霜白线）。影响冷冻线位置的高度因素：影响冷冻线位置的高度因

60、素： 薄膜厚度 熔体温度 挤出速率 冷却空气的体积 温度 冷冻线高度 浑浊度 横向撕裂强度 。 吹胀比 冷却速率 冷冻线高度吹塑薄膜的挤出成型（4）温度控制）温度控制 对热敏性聚合物： 一般采用自加料段至机头出口温度逐渐上升，由于机颈处流道窄小，物料容易分解，因而温度要适当低一些。 优点：a.物料所受的高温时间短，不易分解； b.可减少拆机头次数； c.提高机器的生产能力。 料筒 I II III IV 机颈 机头 170 180 180 200-210 165吹塑薄膜的挤出成型 对热稳定性好的塑料： 机身温度控制逐渐升高，至均化段为最高温度，机头温度则略低一些。 优点：a.物料塑化更充分；