第4章 塑料挤出机

第四章塑料挤出成型设备11872年开始塑料成型工业20世纪20年代：生产技术和方法的改进和扩展20世纪50年代开始：性能优良的制品目前：专门而较大的部门

塑料的定义：以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成型的材料。可用于挤出成型的塑料：热塑性塑料+热固性塑料4.1概述2

这种塑料中树脂的分子结构是线型或支链型结构。它在加热时可塑制成一定形状的塑件，冷却后保持己定型的形状。如再次加热，又可软化熔融，可再次制成一定形状的塑件，如此可反复多次。在上述过程中一般只有物理变化而无化学变化。由于这一过程是可逆的，在塑料加工中产生的边角料及废品可以回收粉碎成颗粒后重新利用。绝大部分的热塑性塑料（聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚氯乙烯PVC、聚碳酸酯PC……）热塑性塑料3

这种塑料在受热之初分子为线型结构，具有可塑性和可溶性，可塑制成为一定形状的塑件。当继续加热时，线型高聚物分子主链间形成化学键结合(即交联)，分子呈网状结构，分子最终变为体型结构，变得既不熔融，也不溶解，塑件形状固定下来不再变化。在成型过程中，既有物理变化又有化学变化。由于热固性塑料上述特性，故加工中的边角料和废品不可回收再生利用。常见的热固性塑料有酚醛塑料（PF）、环氧塑料（EP）、不饱和聚酯（UP）、氨基塑料、有机硅塑料、脲醛塑料、呋喃塑料等。热固性塑料4塑料制品的挤出成型

挤出成型是使高聚物的熔体(或粘性流体)在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型，所得的制品为具有恒定截面形状的连续型材.加料输送压缩塑化定型5加料：粉料、粒料，聚合物分散体等性状的挤出用物料，通过加料斗，依靠自重或强制加料器作用，进入料筒与螺杆的螺槽或柱塞构成的空间，在螺棱或柱塞的推动下向前挤出。输送：施力部件强制推进物料的作用。

压缩：因施力部件强制推挤物料、流道的横断面积逐渐减小及机头处阻力元件增压作用，挤出机对物料产生的压实作用。6塑化的方式将固体高分子材料转变为组成均匀、温度均匀、无可挥发性气体和空气的，具有良好的可塑性的流体的过程。可分干法和湿法两种：①干法的塑化是靠加热将塑料变成熔体，而塑化和加压可在同一个设备内进行。②湿法的塑化则是用溶剂将塑料充分软化，因此塑化和加压必须分为两个独立的过程，而且定型处理必须采用比较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。定型：高分子材料熔体通过具有一定截面形状的机头(口模)，冷却固化的过程。挤出过程：分为两个阶段：

第一个阶段是使固态塑料塑化(即变成粘性流体)并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体；

第二阶段则是用适当的处理方法使挤出的连续体失去塑性状态而变为固体，即得所需制品。固体输送固体熔融熔体混合熔体泵送口模成型制品定型制品冷却制品切割第一阶段第二阶段加压方式：分为连续和间歇两种。连续式所用设备为螺杆挤出机。间歇式为柱塞式挤出机。柱塞式挤出机的主要部件是一个料筒和一个由液压操纵的柱塞。螺杆数量单螺杆挤出机，使用最多；双螺杆挤出机，使用比较多；多螺杆挤出机，兼有塑炼功能，使用不多。与其它成型方法相比，挤出成型有下述特点：1、生产过程是连续的，因而其产品都是连续的；--可连续化生产2、生产效率高,一台φ200挤出机700kg/小时，德国φ500挤出机20t/小时。3、应用范围广，产品品种多：

原料体系：塑料、橡胶、纤维

产品品种：

管、棒、板、丝、膜、异型材等

应用领域：石油、天然气输送、建材、服装等4、投资少，收效快。5、结构简单，易操作。6、挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加工机械的重要机台之一。塑料制品的挤出成型特点挤出成型产品11一、挤出成型的过程中使用的设备4.2塑料挤出成型过程和挤出成型设备的组成121314口模成型挤出机冷却装置牵引装置收集装置切割装置卷取装置加热并输送定型装置物料切割

牵引

挤出机15

挤出机组成161、主机挤压系统：

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。加料系统2、辅机机头（口模、芯架等）：它是制品成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。定型装置：它的作用是将从机头中挤出的塑料的既定形状稳定下来．并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光亮的表面。通常采用冷却和加压的方法达到这一目的。

冷却装置：由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最终的形状和尺寸。牵引装置：其作用为均匀地牵引制品。并对制品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。切割装置：将制品切成一定的长度和宽度。工艺过程叙述：将聚合物挤成薄壁管，然后在较好的流动状态下用压缩空气将其吹胀成所要求的厚度，经冷却定型后成为薄膜。21

卷取装置。223、控制系统（检测和控制）挤出机的控制系统：它由各种电器、仪表和执行机构组成。根据自动化水平的高低，可控制挤出机的主机、辅机的拖动电机、驱动油泵、油（汽）缸和其它各种执行机构按所需的功率、速度和轨迹运行，以及检测、控制主辅机的温度、压力、流量，最终实现对整个挤出机组的自动控制和对产品质量的控制。我们一般称由以上各部分组成的挤出装置为挤出机组。按挤出螺杆数量分类

无螺杆挤出机（如柱塞式挤出机）单螺杆挤出机双螺杆挤出机多螺杆挤出机按螺杆的空间位置分类卧式挤出机立式挤出机三、

挤出机的分类按螺杆转速分类普通挤出机高速挤出机超高速挤出机按挤出系统可否排气分类排气式挤出机非排气式挤出机按设备装配结构分类整体式挤出机组合式挤出机24塑料挤出机的型号及参数例：主机SJ-150表示螺杆直径φ150mm，长径比为20：1的塑料挤出机。254.3挤出理论简介

普通全螺纹螺杆的三个职能区固体输送区——固体物料输送；熔融区——物料升温，压实，排气，塑化；熔体输送区——混合，定压，计量输送26基本假设螺槽中被压实的物料像固体塞子一样移动，且密度不变；物料与螺槽和料筒内壁紧密接触，并以恒定的速度移动；固体塞与料筒表面、螺槽底面和侧面的摩擦因数是一个常数，可取不同值；忽略料筒与螺棱之间的间隙，螺槽是矩形的并且深度不变；料筒相对螺杆运动，螺杆相对静止不动。4.3.1固体输送理论（一）基本假设固体输送是全部塑化挤出过程的基础，它的主要作用是将固体物料压实后向熔融段输送。W.H.Darnell等认为27固体输送理论（二）受力分析图中：

Vb——料筒运动线速度Vp——塞子沿螺纹方向的速度Vpl——沿螺杆轴线方向引动的速度Vpt——沿圆周方向的切向速度则固体的流率Qs可用Vpl和固体塞子通过垂直于螺杆轴线的螺槽横截面积A的乘积表示：Qs=Vpl*A（1）28图b为固体塞子、料筒和螺杆间的速度向量图，可知：其中为塞子相对料筒的速度，

为螺杆在料筒表面旋转角，若（固体输送角）表示Vb和Vpb间夹角，得：

（2）29Db、Ds为螺杆外径和根径（m），i为螺纹线数，e为螺棱法向宽度（m），φ为螺纹升角，h1为螺槽深度。（3）将（2）（3）式带入（1）式，则，30固体输送理论（三）固体输送率由上式可求得：可见：

Qs与n和h1成正比，与螺杆直径接近于平方的关系，即：

螺杆D越粗，加料段螺槽越深，螺杆与料筒件的相对转速（r/s）越高，则螺杆的输送能力越强。3132在螺杆参数给定，n一定情况下，Qs与θ关系密切，随着θ的增大，Qs也增大

即：

当θ=0°时，Qs=0

θ=90°时，Qs=Qsmax

由于θ直接反应了固体输送率的大小，所以被称为固体输送角。实际的固体塞子与料筒和螺杆间的摩擦力既不会是零，也不会无穷大，因此：

θ角范围是：0<θ<90°，Qs的范围是：0<Qs<Qsmax要获得大的输送率需要光滑的螺杆表面和轴向摩擦力很小而且切向摩擦力很大的料筒内表面固体输送区的功率消耗主要消耗在料筒上，主要由物料和料筒间的打滑引起在固体输送区及早建立压力有利于挤出，即：早压实、不松散，有利于物料沿螺槽运动物料的性质、几何形状、对Qs、压力、料温有直接影响固体输送理论（四）主要结论33提高固体输送率的措施：移动角θ影响移动角θ的因素：螺杆结构参数，摩擦因数，压力2.摩擦系数f

在螺杆结构参数确定，以及工艺参数设定后，移动角只与摩擦因数有关。a.提高螺杆光洁度；b.在料筒上开设纵向槽沟，提高物料与机筒之间的摩擦因数；c.根据摩擦因数与温度的关系，适当提高加工温度。控制螺杆和机筒温度，高聚物与金属的摩擦系数是温度的函数，不同物料不同温度下的摩擦系数可通过实验得到。34从挤出机结构来考虑：

a.增加螺槽深度是有利的，但会受到螺杆扭矩的限制。其次，降低塑料与螺杆的摩擦系数也是有利的。再者，增大塑料与料筒的摩擦系数，也可以提高固体输送速率，但要注意会引起物料停滞甚至分解，因此料筒内表面还是要尽量光洁。

b.采用最佳螺旋角(17-21°)。35塔莫尔（Tadmor）首先用数学分析方法建立数学模型。研究范围：物料在压缩段，由固体变为熔体的过程，因为两相共存，熔融理论既重要又复杂。研究目的：预测要使全部固体熔化所需的螺杆长度，为分析螺杆性能、进行螺杆设计、确定最佳工艺条件提供科学依据。研究方法：实验观察—数学分析（模型）4.3.2压缩段的熔融理论36顶出螺杆法：加入3-5%的着色剂，稳定后骤冷，加热顶出，将螺槽的物料剥下展开，观察剥落料情况，静态观察。剖分机筒法：机筒做成两半。骤冷、打开机筒，静态观察。透明机筒法：借助窥视镜、还可用示踪粒子，动态观察。熔融理论（一）实验观察3738实验原理：将着色物料与本色物料混合挤出，稳定后快速停车并骤冷料筒和螺杆，抽出螺杆后，将不同螺距处塑料沿垂直螺棱的方向切片观察观察结果：到第七螺距，出现熔膜到第九螺距，出现熔池到第二十螺距，全部熔融熔融理论（一）实验观察3940基本假设在挤出过程中螺槽内固相和液相的分布位置及任何截面上的速度、温度分布不随时间变化；整个固相为一均匀连续体；固液相之间的分界面比较明显；螺槽的横截面是矩形；塞子厚度无限，密度不变，速度不变，横过固体床熔膜的厚度不变。熔融过程：

物料压成固体床—与料筒接触处升温—在料筒表面形成熔膜—到一定厚度被螺棱刮下—形成熔池—与熔池接触的粒子熔融—固体熔床宽度X逐渐减小—熔池扩大—完全熔融熔融理论（二）实验解释41

从开始熔融到固体床消失的总长度即完全熔融时的螺纹总长度就是熔融区长度ZT→ZT↓，熔融速率↑根据在熔融模型基础上建立的数学模型，导出保证固体料完全熔融所需螺杆熔融区长度ZT（m）为其中：熔融理论（三）数学模型H1-螺杆压缩段开始断面的槽深(m)；A-螺杆的螺槽斜度；W-螺槽宽度；G-挤出量(kg/s)；H0-熔融区起始处螺槽深度；X1-对应于熔融区起始点处的固体床宽度；vbx-料筒速度在垂直螺棱方向的分量(m/s)；ρm-熔料的密度；Km-熔料的热导率；Tb、Tm、Ts分别为料筒、熔模和固体床的温度(K)；μ-熔料的粘度；vj-料筒相对固体床的速度；cs-固相塑料的比热容，λ为塑料熔融当量潜热(J/kg)。42-熔化速率的一个度量物料性能、工艺条件、螺杆几何参数对ZT都有影响。物理性能的影响：比热容小、导热系数大、密度高、熔融潜热和熔融温度低的塑料熔融较快，其Ф值相对较大，所需的ZT较小，或在相同的ZT下能获得较高的生产率。工艺条件的影响：挤出量G的增加使熔融变慢，产品品质变差。故生产中：n增加时，同时增加背压，控制G的增加；提高Tb和Ts有利于加速熔融。熔融理论（四）主要结论43螺杆几何参数的影响：增大渐变度+减小间隙44螺纹变浅固体床变薄有助于加速熔融熔膜厚度减少利于传热并增加了剪切速率

进入均匀化的物料已全部塑化熔融，整个过程为等温，粘度、密度不变；在螺槽内做层流流动，熔体不可压缩；

螺距不变，螺槽为矩形螺槽；

螺槽宽度>>深度，认为速度沿整个螺槽不变；假设机筒旋转，螺杆相对静止，机筒以原来螺杆相反方向运动。五个基本假设454.3.3均匀化段的熔体输送理论物料在螺槽中流动的类型正流：物料沿螺槽方向(Z方向)向机头的流动，是由干螺杆旋转时螺棱的推挤作用所引起的；其流动也称拖曳流动，流量用Qz。462.逆流：与正流方向相反。由机头口模、分流板、过滤网等对料流的阻碍的反压流动，又称压力流动，用QP表示。正流与逆流的代数和称为净流,QJ表示。

473.横流：物料沿x、y轴两方向在螺槽内往复流动，也是螺杆旋转时螺棱的推挤阻挡作用造成的，对总的挤出生产率影响不大；但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用4.漏流：物料在螺杆和料筒的间隙沿螺杆的轴向反向流动，故漏流要比正流和逆流小很多。QL48均化段的生产率（即挤出机的生产率）为：由流体力学可以导出：熔体输送理论：计算公式49正流流量逆流流量漏流流量L3-均匀化段长度，P1，P2-均匀段开始和结束处的熔体压力，u1、u2-螺槽和螺棱间隙中熔体粘度。

影响均化段生产率公式的因数：1.机头压力：①正流与压力无关，P上升，逆流和漏流上升，故Q下降。②当P＝0，即机头完全敞开，Qz最大：

压力增加，熔体粘度小、逆流和漏流增大，生产率减小，但有利于混合和塑化。有时增大口模尺寸，挤出量虽然增加，但对制品质量不利。502.螺杆转速：

转速增大，生产率提高，但到一定值时，生产能力上升会变慢。3.螺杆与机筒间隙对生产率的影响：

螺杆长期工作，磨损使得δ变大，达到一定程度后，就要更换螺杆。514.均化段螺槽深度h3对生产率的影响：

Qz与h3成正比，Qp与h3的三次方成正比。52压力较低时，浅螺槽的挤出量比深螺槽低，当压力高至一定程度后，正好相反。说明浅螺槽对压力的敏感性低，能在压力波动的情况下，挤出比较均匀的制品，但不能太浅，会容易烧伤塑料。5.计量段长度L3计量段增加时，逆流和漏流减少，螺杆特性曲线趋于平坦。536.料温和生产率的关系

温度的变化直接影响物料的粘度，实际上温度的变化相当于影响均化段的长度。544.3.3挤出机综合工作点（一）螺杆特性线公式可改写为：对给定螺杆，α为正流流率系数、β为逆流流率系数、γ为漏流流率系数；为螺杆均化段长度上的压力差。当挤出稳定后，认为温度、n、μ均不变

表明：挤出量Q与机头压力p为线性关系55AB线为螺杆的特性线，表示螺杆均匀化段熔料流率和压力的关系：n不变，P升高挤出量降低，降低快慢取决于螺杆特性线的斜率。螺杆特性线的斜率与螺槽深度的立方和螺旋角正弦的平方成正比，与L3成反比。h3越大，螺杆特性线越陡。

压力变化对挤出量影响较大。56AB线（转速n增加，曲线平行向上平移：n3>n2>n1,机头阻力系数：D1<D2<D3）4.3.5挤出机综合工作点（二）口模特性线由流体力学，可知：k口模阻力系数，仅与口模

形状尺寸有关；一般给定口模，k即为常数，P越大，Q越大。随着温度提高，粘度μ会下降，导致曲线变陡57挤出机综合工作点（三）综合工作点螺杆特性线与口模特性线的交点C。表明：给定螺杆和口模、转速一定时挤出机头的压力和流率（生产率）应符合这一点所表示的关系，即流率应为Qc，机头压力为pc。改变工作条件时挤出机可产生的变化。意义：生产前由该图确定工作区域、选定最佳操作条件，在保证质量前提下获得较高的产量58

在假设等温和粘度不变条件下得到的，实际生产过程是非等温及粘度变化条件下进行，因此螺杆特性和口模螺杆特性曲线都不是直线，而是图所示：59实际挤出过程的挤出机工作图：Qu——质量线，用来观察挤出制品的均化度；W——经济挤出量下限。Tmax；Tmin——最大允许温度，最小可能的熔体温度K1——具有压力调节时的口模特性线反映出挤出物的质量和操作条件的关系。60n2n1（一）螺杆挤出机的生产能力、塑化质量、熔体温度、动力消耗等，主要取决于螺杆性能。1.评价螺杆性能的标准和设计螺杆应考虑的因素螺杆性能评价标准：塑化质量产量名义比功率适应性制造的难易4.4挤出机结构与参数选用

一、挤压系统61螺杆设计中应考虑的因素：物料特性及挤出时原料的几何形状、尺寸、温度状况机头的结构形状和阻力特性料筒的结构形式和加热冷却情况螺杆转速挤出机的用途622.普通螺杆的结构及参数全螺纹三段式螺杆：加料段、压缩段、均化段三段螺纹组成螺杆设计：螺杆类型、直径和长径比、螺杆分段及各段参数、螺杆与料筒间隙的确定等。（1）螺杆类型的确定分类：渐变型和突变型渐变型：由加料段较深螺槽想均化段较浅螺槽的过渡，是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的。突变型：螺杆的上述过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的。6364渐变型：多用于非结晶型塑料的加工，对物料剪切作用较小，混炼特性不高，适用于热敏性塑料及部分结晶性塑料。突变型：压缩段较短，对物料有强烈剪切作用，适用于熔点突变、粘度低的塑料，对高粘度料易局部过热，不适于PVC等热敏性塑料的加工。单螺杆挤出机的技术参数及型号单螺杆挤出机的技术参数螺杆直径D：（系列：20、30、45、65、90、120、150、165、200、250、300等）螺杆的长径比L/D螺杆的转速范围（nmin-nmax,单位r/min）主螺杆的电机功率P(kW)机器的生产能力(产量)Q，单位kg/h。它指加工某种塑料，每小时挤出的塑料量。65名义比功率kW/(kg/h)：每小时加工1kg塑料所需电动机的功率。螺杆的主参数螺杆的分段：

加料段(L1)：由料斗加入的物料靠此段向前输送，并开始压实；

压缩段(L2)：物料在此段继续被压实熔融状态转化；均化段(L3)：物料在此段成粘流态，并使熔料均匀化。螺槽深度：加料段(h1)：定值均化段(h3)：定值压缩段(h2)：变值，h1>h2>h3。66压缩比

几何压缩比：指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。

物理压缩比：塑料受热熔融后的密度和松散状态的密度比。螺纹螺距：s螺纹升角：Ф螺纹线数：I螺棱宽度：e，沿轴向螺棱顶部的宽度螺槽宽度：W，沿轴向螺槽顶部的宽度67（2）螺杆直径的确定螺杆直径能表征挤出机挤出能力的大小。螺杆直径大小的确定：一般根据所加工制品的断面尺寸、加工塑料的种类、所需的挤出量来确定。也可按照经验公式来确定螺杆直径：Q—生产能力（kg/h），D—螺杆直径，n—转速，b—经验出料系数，0.003-0.0076869（3）螺杆长径比的确定长径比大：长径比大——螺杆长度增加——物料在螺杆中停留时间增长——塑化质量高——停留时间过长产生热分解；长径比大——L3增加——压力流和逆流减少——生产力提高

但螺杆、料筒的加工和装配较困难，成本增高。螺杆太长易变形、磨损，影响挤出机寿命。常用的长径比范围在25~30之内。（4）螺杆的分段及各段参数的确定加料段：核心是输送能力问题。螺纹升角φ：从物料最大输送能力出发，φ=17~20°为最佳；实际为了便于加工，一般取螺纹升程（螺距）S等于螺杆直径Db，此时螺纹升角φ=17°42ˊ。螺槽深度h1：要考虑螺杆机械强度和物料的物理压缩比大小。加料段长度L1：根据经验选取对非结晶型塑料：L1=（0.1~0.25）L

对结晶型塑料：L1=（0.3~0.65）L

70（4）螺杆的分段及各段参数的确定压缩段：进一步压实和熔融物料。压缩段螺杆参数：螺杆根径变化的渐变度（A）和压缩比(ε)。h1、h3—加料段和均化段的螺槽深度；L2—压缩段长度渐变度起着加速熔融的作用，应当使渐变度与固体床的熔融速率相适应。压缩比的作用与渐变度相同，将物料压缩，排除气体，建立必要的压力，使物料加速熔融。设计时几何压缩比应大于物料的物理压缩比（参见表5-5）。压缩段长度L2：以经验法确定，它与塑料的性质有关。对于非结晶型塑料：L2=（0.5~0.6）L

对于结晶型塑料：L2=（3~5）Db

71（4）螺杆的分段及各段参数的确定均化段：将已熔融的塑料定压、定量、定温地挤入机头。螺槽深度h3——

按经验法取h3=（0.025~0.06）Db；

对于螺杆直径较小者，加工粘度低，热稳定性较好的塑料，或机头压力大者，取小值；反之取大值。均化段长度L3——

按经验法取L3

=（0.2~0.25）L；

对于热敏性塑料，如PVC，L3取短些。对于高速挤出，L/Db要取大些，相应L3取大些，以适应其定量定压挤出和进一步均化作用的要求。7273（5）螺杆与料筒间隙δ0的确定（参见表5-6）对不同的物料，应选择不同的δ0值。δ0增加——漏流增加，太大会影响挤出量。>h3的15%，报废。热敏性料（PVC）δ0应选得大一些；对于低粘度非热敏性塑料，δ0应当尽量小，以增加剪切作用，减少漏流。δ0太小时，螺杆磨损加剧，也不利于正常工作。（6）螺杆其它参数的确定螺杆螺纹线数：单线、双线或多线多线螺纹螺杆：塑化质量较好，多用于挤出软管和薄膜，但易造成熔体压力波动，一般挤出机多采用单线螺纹的螺杆。螺纹棱部宽度e：通常取e=（0.08~0.12）Db。e太小：漏流增加导致产量降低；e太大：增加螺棱上的动力消耗，并且有局部过热的危险。74（7）螺杆头部结构和螺纹断面形状当塑料熔体从螺旋槽进人机头流道时，其料流形态急剧改变。

由螺旋带状的流动变为直线运动。为了得到较好的挤出质量物料尽可能平稳地从螺杆进入机头，使其改变流动形态，同时要避免物料局部受热时间长而产生热分解等现象。757677螺杆螺纹断面形状：矩形和锯齿形两种

矩形：螺槽根部有一个很小的圆角半径，有最大的装填体积，机械加工容易，适用于加料段。锯齿形：能改善塑料流动情况，有利于搅拌塑化，避免了物料的直流，适用于压缩段和均化段。选材原则：螺杆必须选耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高强度的优质钢材制造，而且所选材料还应具有切削性能好，热处理残余应力小，热变形小等特点。常用材料：渗氮钢38CrMoAl，高速钢Cr12MoV，高速钢

W6Mo5Cr4V2Al，以及其它合金结构钢，如42CrMo等。或是在常用材料的螺纹上加（喷涂、堆焊）耐磨合金，也可采用镀硬铬等技术处理。3.螺杆材料784.新型螺杆（1）常规全螺纹三段式螺杆的不足加料段——固体输送能力低。压缩段——螺槽里同时有固体床和熔池存在，熔融效率低；还存在较大的压力、挤出速率和温度的波动。均化段——混合性能较差，对填充料和着色料的混合作用小。（2）常见新型螺杆分离型螺杆79分离型螺杆结构：与常规螺杆不同，在加料段末端设置一条副螺纹，其大径比主螺纹小2G，副螺纹始端与主螺纹相交，升程和主螺纹不同。80分离型螺杆的工作原理81挤出物均匀——由于分离型螺杆没有固体床破碎现象，且固液相槽分开，熔料的流动不受固相的影响，减少了均匀化段的熔料流动的倒流。生产能力高、功率消耗低——均化段槽深比常规螺杆深。排气性好——不会出现固体床碎片被熔体包围的现象，固体床中气体可以从料斗中顺利排出。挤出速率和温度波动均小，塑化质量好。分离型螺杆的工作特性82屏障型螺杆结构：在螺杆的某处设立屏障段，使未熔固体颗粒不能通过，并促使固体料熔融的一种新型螺杆。它是在一段外径等于螺杆直径的圆柱体上交替开出数量相等的进出料槽。按螺杆转动方向，进入料槽的凸棱比螺杆大径低一个径向间隙是每一对进出料槽的唯一通道，这条凸棱称为屏蔽棱。83当物料进人均化段后，含有未熔固体颗粒的熔体流到屏障型混炼段时——若干股料流进人混炼段的进料槽——熔料和粒度小于屏障间隙G的固体料越过屏障棱进入出料槽。——塑化不良的小粒料越过间隙G时受到了剪切作用，大量的机械能转变为热能，使物料熔融。进、出料槽中的物料作轴向运动+圆周运动，使物料在进、出料槽中作涡状环流运动。屏障型螺杆的工作原理：84分流型螺杆结构：在常规螺杆的某一段上设置分流元件（如：销钉、沟槽或孔道等），将料流反复分割，以改变流动状态，促进熔融，增强混炼和均化效果的一种新型螺杆。8586

物料流经过销钉时，销钉将固体料或未彻底熔融的料分成许多细小料流，这些料流在两排销钉间较宽位置又汇合，经过多次汇合分离，物料塑化质量得以提高。

分流型螺杆的工作原理：不同新型螺杆有不同的作用，如：以混炼作用为主的销钉螺杆和DIS螺杆，以剪切作用为主的屏蔽型螺杆，前者适用于混炼，获得均匀熔体，后者适用于塑化物料。选择理想混炼元件和剪切元件的位置。混炼元件和剪切元件多在均化段（或占一部分压缩段）设置，而不宜太靠近加料段。过早设置这些元件会阻碍固体物料的移动，增大料流阻力，减少出料量。螺杆的熔融能力必须和计量（均化）能力和输送能力相匹配。增设混炼和剪切元件，提高熔融速率后，相应地要加大输送效率，否则物料会因在料筒里停留时间过长，发生分解。新型螺杆选用和设计注意问题87料筒和螺杆共同组成了挤压系统，其主要任务是完成物料塑化和输送。料筒是挤出机中仅次于螺杆的重要零部件。二料筒1.料筒的结构形式整体式料筒：易保证较高的制造精度和装配精度。分段（组合）式料筒：便于适应不同长径比的螺杆；主要缺点是分段太多时难以保证各段的对中。双金属料筒：衬套式料筒和浇铸式料筒8889料筒新型结构

输送效率可由普通料筒的0.3提高到0.6。挤出量对机头压力变化敏感性较小，——料筒压力形成较早，压力较大，有利于压实物料，使熔融均化过程稳定。90加料口结构必须与物料的形状相适应，以便物料高效地加入料筒而不产生架桥中断现象。图a用于带状料，不宜用于粒料或粉料；图b、d、f为常用的加料口；图b的右侧壁有一倾斜角度，图d、f的左侧壁为垂直面，并向中心线偏移1/4内径；图c、e结构在简易挤出机上用得较多。2.加料口的结构与开设位置913.料筒与机头的连接形式92分流板和过滤网的作用：使料流由螺旋运动变为直线运动；阻止未熔物料和杂质进入机头；增加料流压力，使制品更加密实；分流板对过滤网还起支承作用。平板式分流板结构简单、制造方便；孔眼分布原则：使流过分流板的物料流速均匀。孔眼直径：3-7mm孔眼总面积约为分流板的30-50%分流板厚度一般为料筒内径的20%分流板至螺杆头距离过大，造成物料积存，分解，过小料流不稳，一般为0.1D。分流板与过滤网93组成：料斗和上料装置两部分。加料装置94加料方式：分重力加料和强制加料两种。

重力加料特点：机筒的进料口处易产生“架桥”或阻塞现象，尤其是在使用粉料时更加严重。料斗中料位高度的变化进料速度的变化加料不均设料位控制装置95设有过载保护，当料流压力增加或机筒进料口被堵塞而使压力超过了弹簧的力时，则转动螺旋就会上升，而不会将物料硬挤入料口，从而避免了加料装置的损坏。特点：防止出现加料口“架桥”或阻塞现象，并对物料有压填的作用，能保证加料均匀，从而提高产量和产品质量96强制加料装置97适用于输送粉料、粒料和块料，具有结构简单、轻巧、效率高、上料可靠等优点。上料方法：弹簧上料

鼓风上料

真空上料弹簧上料98方便将物料输送到料斗，及时补充物料。旋风分离器将空气分离，只适用于输送粒料，不适合粉料。鼓风上料工作原理真空泵—小料斗5内真空储料池1中物料通过进料管进入小料斗。5中物料储存到一定量时—真空泵停止—小料斗停止进料密封锥体3打开—物料落入大料斗6物料落完后，重锤7的作用—密封锤体3向上抬—小料斗5封闭同时触动微动开关8—真空泵又开始工作。99普通真空上料工作原理主料储存于上料斗8中，并由其下部的转动叶片7往混合室供料。辅料装于右上侧的料斗1中，按规定比例供给辅料。主原料和辅料在混合室5中相遇，并由混合器转动装置6将它们混合。在真空料斗3中设有料位计4，控制料位及进料开关。当料口2打开时，混合室中的物料便进入真空料斗。100真空混料上料装置：用来混合物料传动系统是挤出机的主要组成部分之一，它的作用是驱动螺杆，并使螺杆在给定的工艺条件（如压力、温度、螺杆转速等）下以所需的扭矩和转速均匀地回转，完成对物料的塑化和输送。调速范围:指螺杆的最高转速与最低转速的比值。组成：原动机、调速装置和减速装置。五、传动系统101挤出机驱动功率和转速范围的确定驱动功率的确定实际应用上，可把均匀化段所需功率在乘以一系数K近似地作为螺杆全长的功率消耗，即：N（总）=KNN（总）——螺杆工作时所需的总功率（kW）N——螺杆均匀化段的功率消耗K——为系数，不同物料系数不同

聚氯乙烯K=3，聚乙烯K=2，聚苯乙烯K=1.5102挤出机驱动功率和转速范围的确定转速范围的确定实际应用上，可通过改变螺杆转速来控制产品质量。对于螺杆转速要求有两个方面：能无极调节：为了控制挤出质量及与辅机配合一致有一定的调节范围：为使挤出机适应各种加工情况而提出。对大多数通用挤出机来说，调速比在6:1以下，小规格的挤出机调速范围要大些，专用的要小些。目前我国生产：硬聚氯乙烯管、板n=3-6m/min；

软聚氯乙烯管、板、丝n=6-9m/min；

薄膜n=16-18m/min；螺杆直径大，选小值；产品截面大，选大值；软制品增塑剂用得多选大值。1031.加热装置料筒的加热方法：通常有液体加热、蒸汽加热和电加热三种，其中以电加热用得最多。104六、加热冷却系统（1）液体加热

原理——先将液体加热，再由它们加热料筒。温度控制可以用改变恒温液体的流率来实现。特点——加热均匀稳定，不会产生局部过热现象，温度波动较小。但加热系统复杂，有的液体加热温度过高时会有燃烧的危险，甚至分解毒气，应用不广。105电阻加热器料筒的径向上会有较大的温度梯度，且传热时间也较长。（2）电加热又可分为电阻加热和感应加热。结构——将电阻丝装于铁管中，周围用氧化镁粉填实，弯成一定形状后再铸于铝合金中。原理——利用电流通过电阻较大的导线产生的热量来加热料筒和机头。特点——装置外形尺寸小、质量轻、安装方便的特点电阻加热106电感加热感应加热——通过电磁感应在料筒内产生涡流，涡流在料筒中遇到电阻就产生热量，以加热塑料。原理——交流电源通入主线圈——磁力线——涡流。涡流在料筒中遇到阻力热量特点——加热均匀，温度梯度小，加热时间约为电阻加热的1/6，加热效率高，寿命长。成本高，装拆不方便，使用温度不能太高，否则会将感应线圈的绝缘层损坏。2.冷却装置作用：保证塑料在工艺要求的温度条件下完成挤出成型过程。需冷却的部位主要有料筒、螺杆和料斗座三个部位。（1）料筒的冷却：风冷和水冷。结构——用空气作为风冷介质，在每一冷却段通过风机鼓风进行冷却。特点——柔和、干净、均匀，受外界气温的影响，冷却速度较慢，风机占空间体积大成本高，易产生噪声，中小型挤出机应用。107108水冷特点：冷却速度快，冷却效率高易造成急冷，水管结垢和锈蚀会降低冷却效果，甚至堵塞、损坏等。

（1）料筒的冷却：风冷和水冷。料筒表面开水槽冷却——在料筒表面加工出螺旋沟槽，然后将冷却水管盘绕在螺旋沟槽中。缺点：冷却水管易被水垢堵塞，盘管麻烦，拆卸不方便。加热棒和冷却水管同时装入铸铝加热器中——特点：冷却水管剖分式，拆卸方便，但是铸铝加热器的制作变得复杂。电感应器内边设有冷水套——这种装置拆卸很不方便，冷冲击较为严重。（2）螺杆冷却目的（1）提高加料段物料的输送料筒f，螺杆f固体输送率

料筒开沟槽

控制料筒和螺杆的温度——T低，f减小，输送率增加（2）控制制品质量冷却方式：螺杆芯部冷却通道要一直延伸至均化段，则物料塑化好，可以提高产品质量。冷却水的温度越低，挤出量越低——冷却均化段螺杆会使接近螺杆表面的物料粘度变大，流动困难，相当于减少了均化段的螺槽深度，从而可以改变水温来控制挤出量。109（3）料斗座的冷却目的：避免加料段的物料温度太高，造成加料口产生“架桥”现象，造成螺杆的固体输送率降低；防止料筒侧的热量向推力轴承和减速箱传递。冷却方式：一般采用水冷却。

110温度的测量与控制温度的测量：热电偶挤出的控制111热电偶在机头上的两种安装方式1-绝缘材料2-机头体3-热电偶4-多孔板物料压力的测量与控制112压力的测量压力的控制一、概述1、辅机的作用：将从机头连续挤出并已获得初步形状和尺寸的高温熔体冷却，并在一定的装置中定型，再通过进一步冷却，使之由高弹态最后转变为室温下的玻璃态，达到一定的表面质量，成为符合要求的制品或半成品。2、辅机的基本组成：机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置、卷取（堆放）装置。4.6挤出机辅机113二、挤管辅机（一）冷却定型装置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。115内压充气法真空定径法116内压充气法定义：管内加压缩空气，管外加冷却定型套，使管材外表面贴附在定型套内表面而冷却定型的方法。结构：为使管材外表面光滑，定型套内表面应镀铬、抛光。定径套的内径比管材外径稍大，放大的尺寸=管材收缩率。定径长度应保证一定厚度范围内的管材冷却到玻璃化温度以下，以保证管材的圆度。工作原理：压缩空气由机头芯棒上的孔道进入管坯内，在离定径套的一定位置用气塞阻住，保持管内压缩空气压力不变。应用：用于管径>100mm的聚烯烃管材

管径>350mm硬质聚氯乙烯管材117真空定径法定义：借助管外抽真空，使管材外表面吸附在定型套内壁冷却而固定外径尺寸的方法。结构：定径套安装在与机头相聚20-100mm。管材先经空气冷却，后进真空定径套内。为了防止空气进入定径套，定径套内径要比管坯外径略小，保证密封。特点：管材外壁光滑，操作简单，生产稳定；定型后管材壁厚均匀，且内应力小，不易发生