《冲压与塑料成型》-项目五

任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论(一)任务描述图5-1为卧式单螺杆塑料挤出机，通过本次课的学习，须掌握挤出机的工作过程及挤出成型理论。下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论

(二)任务分析通过本任务的学习，应回答以下几个问题。(1)塑料挤出成型的特点是什么？有哪些应用？(2)挤出成型设备有哪些组成部分？(3)塑料挤出机有哪些分类？(4)挤出机是如何工作的？(5)挤出成型过程的参数有哪些？如何控制这些参数？上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论(三)知识准备1.概述挤出成型是塑料成型加工的主要加工方法之一，大部分热塑性塑料均可用此法加工。据统计，在塑料制品成型加工中，挤出成型制品的产量居首位。1)塑料挤出成型特点和应用塑料挤出成型与其他成型方法相比较(如注射成型、压缩成型等)具有下述特点：挤出生产过程是连续的，其产品可根据需要生产任意长度的塑料制品；上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论生产效率高；应用范围广，能生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线电缆、异型材以及中空制品等；投资少，见效快。目前，挤出成型法已广泛用于日用品、农业、建筑业、石油、化工、机械制造、电子、国防等工业部门。2)塑料挤出成型过程和挤出成型设备的组成(1)挤出成型过程。将塑料(粒状或粉状)加入挤出机料筒内加热熔融，使之呈黏流状态，在挤出机挤压系统作用下通过具有与制品截面形状相仿的口模、成为形状与口模相仿的黏流态熔体，经冷却定型，使其具有一定几何形状和尺寸的塑料制品。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论(2)挤出成型设备的组成。为满足挤出成型过程的要求，挤出成型设备一般由以下几部分组成。①挤出机(主机)。如图5-1所示，主要由挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身等组成。a.挤出系统。它主要由螺杆1和料筒(机筒)2组成，是挤出机的关键部分。塑料通过挤出系统而塑化成均匀的熔体，并在塑化中产生的压力作用下，被螺杆连续地定压、定量、定温地挤出机头。b.传动系统。它的作用是驭动螺杆，保证螺杆在工作过程中所需的扭矩和转速。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论c.加热冷却系统。其作用是保证塑料和挤出系统在成型过程中的温度达到工艺要求。②辅机。图5-2所示为挤出吹塑薄膜辅机。它主要由机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置和卷取装置所组成。a.机头。它是制品成型的主要部件，熔料通过它获得定的几何截面和尺寸。b.定型装置。它是将制品精整，获很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。c.冷却装置。其作用是将定型后的塑料充分冷却，获得最终的形状和尺寸。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论d.牵引装置。它的作用是均匀地牵引制品，并对制品截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。c.卷取装置。它的作用是将软制品(如薄膜、软管、电线电缆等)卷绕成卷。f.切割装置。它的作用是将制品切成一定的长度和宽度。③控制系统。挤出机的控制系统主要由电器、仪表和执行机构组成，其主要作用有：a.控制挤出设备主、辅机的电动机，使其满足工艺条件所需的转速和功率。b.控制主、辅机的温度、压力、流量，保证制品质量。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论c.实现整个挤出机组的自动控制，保证主、辅机协调地运行。通常我们将上述三部分统称为挤出机组。一般说来，主机在挤出机组中是最主要的部分而主机中挤出系统又是最关键的部分，在辅机中机头是最关键的部分。3)挤出机的分类随着塑料挤出成型工艺的广泛应用和发展，塑料挤出机的类型日益增多，分类方法各不相同。按螺杆的数量分：无螺杆挤出机(其中又分柱塞式挤出机和弹熔体挤出机)、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。按螺杆在空间位置不同可分：卧式挤出机和立式挤出机。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论按螺杆转速分：普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机。按可否排气分：排气式挤出机和非排气式挤出机。按装配结构分：整体式挤出机和分开式挤出机(即传动装置与挤出系统分开安装)。目前，实际生产中最常用的是卧式单螺杆非排气式整体式挤出机。4)单螺杆挤出机的技术参数及型号(1)单螺杆挤出机的技术参数。标志挤出机工作性能的主要技术参数有：螺杆直径Db(指大径)、螺杆的长径比L/Db、螺杆的转速范围、主螺杆的电动机功率、机器的生产能力Q、名义比功率、中心高、加热段数等。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论表5-1所示为我国颁布的专业标准ZBG95009.1－88对单螺杆塑料挤出机的基本参数所作的规定。①螺杆直径：它是指螺杆大径，用Db。表示，单位为mm。螺杆的直径系列：20、30、45、65、90、120、150、165、200、250、300，其中250、300为推荐发展规格，目前尚未有这两个系列的相关参数。②螺杆长径比：它是指螺杆工作部分长度五与螺杆直径Db。之比值，是挤出机的重要参数之一，用L/Db。表示。③螺杆转速范围：它是指螺杆可获得稳定的最小和最大的转速范围，用nmin～nmax

表示，单位为r/min。④螺杆驱动电动机功率：用

P表示，单位为kw。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论⑤挤出机生产料(如硬聚氯乙烯能力(产量)：用Q表示，单位为kg/h。它是指加工某种塑料(如硬聚氯乙烯HPVC)时，每小时挤出的塑料量，是一个表征机器生产能力的参数。另外还有一个参数更能反映机器生产表示，q=Q实测/n实测，单位为(kg·h-1)/(r·min-1)，它是指每小时螺杆每转一周挤出机的生产能力，显然它能表征挤出机的生产率。⑥名义比功率：用P′-

P/Qmax，单位为kw/(kg·h-1)。它是指每小时加下1kg塑料所需电动机功率，是一个综合参数指标。⑦螺杆的主参数：螺杆是挤出机上最重要的零件之一，除上述介绍过的直径和长径比外，还有下面几个参数，如图5-3。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论a.螺杆的分段：对常规螺杆来说，一般分为三段：加料段L1，它的作用是输送物料给压缩段和均化段；压缩段L2，由料斗加入的物料靠此段向前输送，并开始被压实，且向熔融状态转化；均化段L3(也称计量段)，物料在此段呈黏流态，并使熔料均匀化。b.螺槽深度：这是一个变化值，对常规螺杆而言，加料段的螺槽深度用h1

表示，一般它是一个定值；均化段的螺槽深度用

h3表示，它也是一个定值；压缩段的螺槽深度用h2，表示，

h2为变化值，即从加料段逐渐变化到均化段，且它们之间有h1＞

h2＞

h3的关系。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论c.压缩比：指几何压缩比，是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，用

表示。还有个物理压缩比，它是塑料受热熔融后的密度和松散状态的密度之比。设计螺杆时采用的几何压缩比应大于物理压缩比。d.螺纹螺距：其定义同一般螺纹，用

s表示。c.螺纹升角：用

表示。f.螺纹线数：用p表示。g.螺棱宽度：用

e表示，它一般是指沿轴向螺棱顶部的宽度。h.螺槽宽度：用W表示，它是指沿轴向螺槽顶部的宽度。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论(2)塑料挤出机的型号。我国原第一机械工业部颁布标准规定了挤出机型号的编制方法。型号按类、组、型分类编制。分别用类、组、型别名称中有代表性的汉字拼音开头字母表示。型号由基本型号和辅助型号两部分组成。表示方法如下：上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论型号第一、二、三项分别代表类别、组别和型别，代号按表5-2规定；第四项代表主参数，用阿拉伯数字及符号表示，按表5-2规定；第五项代表设计序号，当设备的结构、性能上有重大修改或作变型设计时才采用，按A，B，C...字母顺序选用(但字母I和O不许选用)。辅机型号表示方法。编写辅机型号是利用主机型号第四项加字母“F”，以示从属该主机的辅机。当配备多种辅机时，则采用辅机代号“F”后再加上设备特征字头(用汉语拼音大写字母表示)。对于挤出辅机型号中主参数改标辅机主参数，按表5-3规定。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论型号示例：SJ-150表示螺杆直径

150mm，长径比为20∶1的塑料挤出机。与SJ-150相配的辅机SJ-FM1700，表示上吹法，牵引辊筒工作长度为1700mm的塑料吹塑薄膜辅机，其中FM为辅机代号。2.挤出机的工作过程及控制参数1)挤出机的工作过程如图5-4所示，塑料自料斗进入螺杆后，在旋转着的螺杆作用下，通过料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送，在螺杆加料段，松散的固体粒料(或粉料)充满螺槽，随着物料的不断向前输送，开始被压实。当物料进入压缩段后。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论由于螺杆螺槽深度逐渐变浅以及机头的阻力，使塑料逐渐形成高压，并进一步被压实。与此同时，在料筒外加热和螺杆与料筒内表面对物料的强烈搅拌、混合和剪切摩擦所产生的剪切热作用下，塑料温度不断升高，与料筒相接触的某一点，塑料温度到达熔点，开始熔融。随着物料的输送，继续加热，熔融的物料量逐渐增多。而未熔融物料量相应减少，大约在压缩段的结束处，全部物料都转变为黏流态，但这时各点温度尚未均匀，经过均化段的均化作用就比较均匀了，最后螺杆被熔融物料定量、定压、定温地挤入到机头。机头中口模是个成型部件，物料通过它获得一定截面的几何形状和尺寸。再经过冷却定型和其他工序，就可得到成型的制品。

上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论2)挤出成型过程的控制参数描述挤出成型过程的参数有温度、压力、挤出速率(或称挤出量、产量)和能量(或称功率)。(1)温度。加热是挤出成型过程得以进行的重要条件之一。塑料从粒料(或粉料)到黏流态，再从黏流态成型为制品经历了一个复杂的温度变化过程。如果将物料沿料筒方向作横坐标，而温度作纵坐标，将沿料筒方向各点物料温度、螺杆和料筒温度值连成曲线，就会得到温度轮廓曲线，如图5-5所示。显然，此曲线仅是反映物料从粒料(或粉料)转变为黏流态的过程。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论从图5-5可知，该曲线有一定的变化规律。实验告诉我们，加工不同物料和不同制品，温度轮廓曲线是不相同的，根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热量的来源主要有两个，即剪切摩擦热和料筒外部加热器提供的热量。而温度的调节则靠挤出机的加热冷却系统和控制系统进行。通常，为了加大输送能力，不希望加料段温度升得过高、有时还需要冷却，而在压缩段和均化段，为了促使物料熔融、均化，物料要升到较高的温度。为便于物料的加入、输送、熔融、均化以及在低温下挤出以获得高质量、高产量的制品，每一种物料的挤出过程应有一条合适的温度轮廓曲线。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论从图5-5中可以看出，物料的温度轮廓曲线、料筒的温度轮廓曲线和螺杆的温度轮廓曲线是不同的。一般情况下，我们所测得的温度轮廓曲线是料筒的而不是物料的。物料的温度测量较难。螺杆的温度轮廓曲线比料筒的温度轮廓曲线低，而比物料温度轮廓曲线高。(2)压力。由于螺槽深度的改变，分流板、滤网和口模等产生的阻力、沿料筒轴线方向、在物料内部会建立起不同的压力。压力的建立是物料熔融、挤出成型的重要条件之一。如果将沿料筒轴线方向测得的各点物料压力值作为纵坐标，以料筒轴线为横坐标，作出一条曲线，即可得到所谓压力轮廓曲线，如图5-6所示。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论影响各点压力数值和压力轮廓曲线形状的因素很多，如机头(口模)、分流板、滤网的阻力、加热冷却系统的不稳定、螺杆转速的变化等。但以螺杆和料筒的结构影响最大。同样，压力也会随着时间发生周期性波动，它对制品品质同样不利，所以应当尽量减少这种压力波动。(3)挤出速率。挤出速率是描述挤出过程的一个重要参数，它的大小表征着机器生产率的高低。影响挤出速率的因素很多，如机头阻力，螺杆，料筒结构，螺杆转速，加热冷却系统和物料的性质等。图5-7所示为机头压力不变时，挤出速率与螺杆转速的关系，它常用来研究挤出机的性能。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论同样，挤出速率也有波动，它与螺杆转速的稳定与否、螺杆结构、温控系统的性能、加料情况等有关。挤出速率的波动对产品质量极为不利，会造成制品的几何形状和尺寸误差等。实践表明，温度、压力、挤出速率的波动三者之间并不是孤立的，而是互相制约、互相影响的。图5-8表示压力波动对挤出速率波动的影响；图5-9表示了挤出速率、温度和压力波动之间的关系，随着挤出速率的提高，温度和压力波动随之加剧，限制了产量的提高。

(4)功率。我国专业标准ZBG95009.1－88中，对单螺杆挤出机的基本参数用比功率消耗这一指标作为评价挤出机性能的标准之一，它是指挤出1kg物料(制品)所消耗的能量。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论3.挤出理论简介1)固体输送理论推导该理论时作了以下假定：(1)螺槽中被压实的物料像固体塞子一样移动，其速度不变，塞子所受的压力只沿螺槽方向变化。(2)螺槽是矩形的，螺槽深度不变，塞子与螺槽所有边都接触、塞子和各边摩擦系数是一个常数，但螺杆和料筒对塞子的摩擦系数不同。(3)忽略固体塞子密度的变化，以及忽略重力和螺纹棱顶面与机筒间隙的影响。(4)料筒相对螺杆运动，螺杆则相对静止不动。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论如图5-10(a)所示，在螺槽中固体塞子上取一个微单元。由于假定螺杆不动，料筒则以

Vb=

Dn，的速度移动。固体塞子沿螺纹方向移动的速度用

Vp

表示，Vp

可分解为沿螺杆轴线方向的移动速度和沿圆周方向的切向速度

Vpt/tan

。则固体的流率Qs

可用速度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。得出（5–1）式中，D——螺杆直径；

b——固体输送角；

——平均蝶槽宽。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论由式(5-1)可以看出，Qs与n和螺槽的深度h1

成正比关系，与螺杆直径接近平方的关系。即挤出机的螺杆越粗，加料段的螺槽越深，工作时转速越高，则螺杆的输送能力就越强。但增加h1有一定限度，因为它还取决于螺杆根径所能承受的扭矩，尤其是小直径的螺杆，更应该考虑这个因素。由上式还可以看出，在螺杆参数给定，螺杆转速一定的情况下，Qs与

有关，随着

的增大，Qs也随之增大：①

=0°时，Qs=0。②

=90°时，Qs也达到其最大值Qmax。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论由于

角直接反映了固体输送率的大小，所以被称为固体输送角。由于实际上固体塞子与料筒和螺杆之间的摩擦力既不会是零，又不会无穷大，因此实际的

角范围应是0°＜

＜

90°，Qs的范围则是0＜Qs＜

Qmax

。尽管各种固体输送理论的出发点和结论不尽相同，但以下几点却是一致的，而且已被实验证实：固体输送率同螺杆表面与物料的摩擦因数、料筒内表面与物料的摩擦因数有关；要达到较高的输送效率，需要有很光滑的螺杆表面和轴向摩擦力很小、切向摩擦很大的料筒内表面。

上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论对固体输送区的研究还表明：①在固体输送区尽早建立较大的压力有利于稳定挤出过程。②固体输送区的动力主要消耗在料筒上，切转变为摩擦热。③物料的性质，其粒料的几何形状对固体输送率、压力的建立以及料温的升高都有直接影响。目前在挤出机料筒的加料段内壁开设锥度的纵向沟槽，并对此段进行冷却，就是固体输送区研究结果的具体应用。2)熔融理论熔融理论(相迁移理论)是研究物料由固态转变为熔融态过程的。它是建立在热力学和流变学等基础上的一种理论。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论研究熔融理论的主要目的是预测固体床的分布和熔融区的长度，用它指导螺杆熔融区的设计和预测现行挤出机螺杆的最佳操作条件。由于物料在熔融区的变化过程比固体输送区复杂，数学推导较繁，所以，对该段我们主要做定性分析。熔融理论是在马多克(Maddock)和斯特里(Street)根据实验结果所得的熔融过程模型的基础上建立的。由图5-11可见，一个截面里有三个区域，固态物料(自色部分)，称之为固体床，熔池(黑色部分)，以及接近料筒表面的熔膜(黑线)。在该实验中，熔膜是从第7个螺距开始出现的，在第9个螺距中出现了熔池，大约在第20个螺距中物料全部转变为熔体。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论将图5-11进一步模型化，如图5-12所示。物料在螺槽内向前移动，经过固体输送区被压实成固体床3。固体床在前进过程中同加热料筒的表面接触时，逐渐升温熔融，并在料筒表面形成了一层熔膜2。当熔膜的厚度大于螺杆与料筒的间隙己、时，被旋转着的螺纹棱面刮下，并在螺纹的推力面前方汇集成旋涡状的熔池1。熔融物料的热源有两个：一是料筒以热传导方式传入的；另一个是转动的螺杆剪切熔膜产生的。熔膜愈薄，剪切热量愈大，相比之下熔池的热量可以忽略不计。熔融主要发生在料筒内表面，确切地讲是发生在熔膜和固体床的交界面上。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论熔融主要发生在交界面上，而产生的熔膜又不断被螺纹棱刮到熔池中，因此可以认为熔膜始终很薄，如图5-10中的黑线所示，其厚度稍大于螺杆与料筒的间隙，熔膜进入熔池后，熔池扩大，随着熔池的扩大，固体床不断重新排列。这种重排使固体床不断向交界面移动，使其高度保持不变，而固体床的宽度X则逐渐减小。从开始熔融时固体床的宽度等于螺槽宽度W，到最后固体宽度减小到零的螺纹总长度，就是熔融区的长度

ZT。熔融速率越高，熔融区越短。塔莫尔(Tadmor)和克莱因(Klcin)在熔融模型的基础上，建立了熔融过程的数学模型，并进行了数学推导，求出熔融区渐变螺槽长度ZT

为（5–2）上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论

（5–5）（5–4）式中，H1——

螺杆压缩段开始断面的螺槽深；

A——渐变度；

G——质量流率；

H0——熔融区起始处螺槽深；

x1——对应于熔融区起始点Z的固相温度；上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论

vbx——料筒速度在垂直螺纹方向Z的分量；

m

——熔料的密度；

Km——熔料的导热系数；

Tb——料筒温度；

Tm——熔膜温度，

Tx——固相温度；

——熔料的表观黍占度；

vj——料筒速度和固相沿螺纹方向速度的合成速度；

Cx——固相塑料比热；

#

——塑料熔化当量潜热。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论从式(5-4)可以看出，物料性能，工艺条件和螺杆的几何参数对ZT都有影响。(1)物料性能的影响。物料的热性能、流变性能和密度对ZT都有影响。比热小、导热系数大、密度高、熔融潜热和熔融温度低的物料熔融速率较大，所需ZT较短，或者在相同的ZT下，能获得较高的生产能力。(2)工艺条件的影响。①螺杆转速

n和流率G流率对ZT的影响近似线性关系。G增加使熔融发生和结束均延迟，而且末端温度波动幅度增大。因此在其他条件不变的情况下，随着挤出量的增加，产品质量变坏。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论转速n

对ZT的影响较复杂，提高转速，剪切摩擦热增加，有利于熔融，可使ZT减少；但是，当无背压控制时，提高转速，G则增加，结果ZT加长。当有背压控制时，流率‘可以控制，不受转速的直接影响，因而提高转速熔融速率增大，ZT减小。这就是提高转速时需增设背压控制装置的原因。②料筒温度Tb

和物料初温Ts

适当提Tb

和Ts

都有利于提高熔融速率，但是如果过高，则会带来不利的影响。(3)螺杆几何参数的影响。螺槽深度

h通常认为在实用范围内取较大值。而渐变度则起着加速熔融过程的作用。这是因为渐变螺槽的截面积是逐渐减小的，它使固相变薄，与加热料筒的接触面增加，加速了熔融过程。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论螺纹与料筒的间隙时曾大，则不利于物料熔融。这是因为

增大，熔膜厚度增加，不利于热传导的缘故。同时

增大，使漏流增加。3)熔体输送理论熔体输送理论(均化段流动理论)是研究均化段如何保证物料完全塑化，并使其定压、定量和定温地挤出机头，以获得稳定的产量和高质量的制品。在研究熔体输送理论时，为了使问题简化作了以下必要的假设：(1)在均化段中的物料已全部熔融，熔体是牛顿型、等温和均匀的钻性流体，在螺槽内作层流流动。(2)熔料的压力只是沿螺槽方向

z的函数。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论(3)熔料为不可压缩的，且密度不变。(4)螺距不变，螺槽等深，螺槽是矩形的，螺槽的曲率可忽略。(5)螺槽宽比深大得多(大于10倍)，故可认为沿整个螺槽的速度分布是不变的。(6)忽略重力的影响。为了讨论方便，将料筒和螺杆分别展开为两个平面，假定螺杆固定不动，料筒以原来螺杆的速度v=

Dn

作反向移动，如图5-13所示。由于料筒展开平面相对螺杆展开平面成

角平移，在摩擦力的作用下，运动的料筒带动熔料前移，而不动的螺杆阻止物料前移。这样，熔料在熔料表面的速度最大，在螺杆表面的速度为零，v可以分解成两个分速度，一个是垂直于螺纹线方向的v2，另个是平行于螺纹线方向的v1。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论熔料在螺纹槽中的流动由四种不同的流动所组成，即正流、压力流、横流和漏流。①正流。正流是熔料沿螺槽向机头方向的流动，它是由于熔料在螺槽中钻着料筒和螺杆而产生的，即分速度v1

引起的。正流沿螺槽深度方向的速度分布是直线变化的，如图5-14(a)所示。正流流率用

QD

表示。②压力流。压力流是熔料向前移动遇到机头等的阻力而引起的逆流。压力流和正流的方向相反，且其速度分布是抛物线变化的，如图5-14(b)所示。压力流的流率用

QA

表示，正流和压力流的速度矢量和即净流，其速度分布如图5-14(c)所示。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论③横流。横流是沿x方向的流动，是由分速度v2

引起的。熔料沿x

方向流动，碰到螺纹侧壁时，便折向y方向流动，当碰到料筒壁时，又折向x的反向流动，从而形成环流，如图5-14(d)的QA。这种流动对挤出量影响不显著，故一般不计，但对熔料的热交换，均匀混合塑比影响很大。④漏流。漏流是熔料在机头等阻力作用下，通过螺纹顶和料筒内壁之间的间隙向加料段方向的流动。漏流的流率用QL

表示，如图5-14(d)

QL

和QD。相比，小得多。熔料在均化段螺纹槽中的流动是这四种流动的组合，因而，它在螺纹槽中是以螺旋形的轨迹向前移动的，如图5-15所示。从上述分析可知，决定均化段流率Q(即挤出机的生产能力)的是正流、压力流和漏流。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论Q=QD–(QP+QL)（5–5）式(5-5)可根据假设和钻性流体流动理论推导求解。在螺槽中取一微元流体，空间坐标为x，y，z，如图5-16所示。根据假设，熔料在相距为

h

的无限大的两平行板间作稳定流动。其中一个平板固定不动(相当于螺杆)，另个以巨定的速度v水平运动(相当于料筒)。设v为所取单元体在螺槽内任意点(x，y，z)

沿z向的运动速度。当流动稳定后，沿螺槽z方向的力必须平衡。推导出螺杆均化段所消耗的功率（5–6）上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论

式中右边第一项是螺槽中剪切物料所消耗的功率，第二项是保持螺槽中压力所消耗的功率(即压力输送所需的功率)，第三项是螺杆与料筒间隙内剪切物料所消耗的功率。由于间

都很小，所以，般第三项是最大的一项。将均化段所消耗的功率乘一系数可以近似地作为螺杆消耗的总功率。从式(5-6)可以看出，螺杆均化段所消耗的功率与螺杆的几何参数、均化段的压力降、物料的钻度以及螺杆的转速有关。其中螺杆与料筒的间隙大小、螺杆直径的变化影响最大。

上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论以上简单介绍了挤出过程中物料在螺杆中的流动情况及其理论分析。由于于三段理论(固体输送、熔融、熔体输送)都是孤立地就螺杆各区段的情况推导的，因此，对一个连续的挤出过程整体来讲，上述各理论不可能完整全面地揭示挤出过程的本质。此外，挤出过程是否就只有这几个区段也有不同的认识。目前，许多科学工作者仍在研究这一课题，对挤出理论又有新的发展。这说明，人们对挤出过程的认识还没有完结。但是正在发展中的挤出理论对挤出实践还是起着很大的推动作用，不少性能优异的挤出机和螺杆就是在挤出理论和挤出实验成果的基础上设计出来的。许多新型材料、新型制品的挤出也都离不开挤出理论的指导。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论4.挤出机的综合工作点上面讨论了挤出机的生产能力Q。但是，从螺杆输送来的熔料必须通过成型机头挤出才能成为制品，所以，挤出过程的特性必须将螺杆输送特性和机头工作特性联的概念合起来讨论。为此，引入螺杆特性线、口模特性线以及挤出机综合工作点的概念。1)螺杆特性线（5–7）对于给定的螺杆、、均为常数，当挤出稳定后，可以认为温度、转速都不变，

和

1也不变，因此，Q

和p成线性方程。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论如图5-17中的AB

线，称AB线为螺杆的特性线。若螺杆不变，改变螺杆的转速，则可得到一组互相平行的螺杆特性线族。螺杆特性线是挤出机的重要特性线之一，它表示螺杆均化段熔料流率和压力的关系。随着机头压力的升高，挤出量降低(当转数不变时)，而降低的快慢决定于螺杆特性线的斜率。螺杆特性线的斜率决定于螺槽深度的立方和螺旋角正弦的平方，并与螺杆的均化段长度成反比，螺槽深度h3

稍有变化，会对斜率产生明显的影响。一般说来，h3

越大，螺杆特性线越斜，h3

越小，螺杆特性线越平。前者意味着挤出量对机头压力敏感；后者意味着挤出量对机头压力不敏感。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论挤出机的机头是整个挤出机的重要组成部分，它是物料通过并获得定几何形状和必要的尺寸精度和表面光洁度的部件。研究熔料在机头内的流动规律对研究整个挤出过程，机头设计和获得高产量、高质量的制品是非常重要的。由前又可知，到达螺杆均化段的熔体是完全塑化并具有定压力和温度的均匀熔料，在螺杆的输送下，直接(或经过分流板和滤网)被挤入机头。假定熔体为牛顿型流体，当它通过机头口模时，其流动方程为（5–8）上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论式中，Q——通过口模的体积流率；

K——口模阻力系数，仅与口模的尺寸和形状有关；

P——物料通过口模的压力降，用机头压力代替；

——油料的黏度。根据式(5-8)作Q-p图，可以得到一条通过坐标原点的直线，其斜率为K/

。不同的直线代表着不同的口模。这些直线称之为口模特性线。图5-17中的直线D1、D2、D3

等，对给定的口模来讲，压力越高，流过口模的流量越大。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论2)综合工作点图5-17中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、如图中的

AB和

OD1

两条线的交点C。这意味着在给定的螺杆和口模下，当转速一定时，挤出机的机头压力和流率应符合这点所表示的关系。即流率应为Qc机头压力应为pc，在给定的螺杆和口模下，工作点会因螺杆转速的改变而改变；同样更换机头，工作点也会改变，由螺杆特性和口模特性线组成的坐标(如图5-17所示)则为挤出机的工作图。对于假塑性材料，其口模特性线和螺杆特性线均为曲线，如图5-18所示。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论挤出机的工作图只反映了流率和机头压力之间的关系，而没有反映挤出物的质量和其他条件(如温度)之间的关系。显然，用上述工作图来讨论挤出过程是不完善的。因此，有人提出了图5-19所示的图形。从图中可以看出，随着螺杆转速的提高，机头压力也必须相应提高，这样才有可能保证产量提高后的塑化质量。因此，A标准线为塑化质量线，此外，由于挤出熔料的温度随转速和机头压力的升高而升高，为不使料温超过允许的最大值，图中绘出了料温标准线CD、AB和

CD两条线和最低产量标准线

EF所围成的区域为螺杆在加工某塑料时的正常工作范围。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论(四)任务实施1.塑料挤出成型与其他成型方法相比较(如注射成型、压缩成型等)具有下述特点挤出生产过程是连续的，其产品可根据需要生产任意长度的塑料制品；生产效率高；应用范围广，能生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线电缆、异型材以及中空制品等；投资少，见效快。目前，挤出成型法已广泛用于日用品、农业、建筑业、石油、化工、机械制造、电子、国防等工业部门。2.挤出成型设备的组成(1)挤出机(主机)。挤出机主要由挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身等组成。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论(2)辅机。辅机主要由机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置和卷取装置所组成。(3)控制系统。挤出机的控制系统主要由电器、仪表和执行机构组成。通常将上述三部分统称为挤出机组。一般说来，主机在挤出机组中是最主要的部分，而主机中挤出系统又是最关键的部分；在辅机中机头是最关键的部分。3.挤出机的分类按螺杆的数量分：无螺杆挤出机(其中又分柱塞式挤出机和弹熔体挤出机)、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。按螺杆在空间位置不同可分：卧式挤出机和立式挤出机。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论按螺杆转速分：普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机。按可否排气分：排气式挤出机和非排气式挤出机。按装配结构分：整体式挤出机和分开式挤出机(即传动装置与挤出系统分开安装)。目前，实际生产中最常用的是卧式单螺杆非排气式整体式挤出机。4.挤出机的工作过程塑料自料斗进入螺杆后，在旋转着的螺杆作用下，通过料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送，在螺杆加料段，松散的固体粒料(或粉料)充满螺槽，随着物料的不断向前输送，开始被压实。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论当物料进入压缩段后，由于螺杆螺槽深度逐渐变浅以及机头的阻力，使塑料逐渐形成高压，并进一步被压实。与此同时，在料筒外加热和螺杆与料筒内表面对物料的强烈搅拌、混合和剪切摩擦所产生的剪切热作用下，塑料温度不断升高，与料筒相接触的某一点，塑料温度到达熔点，开始熔融。随着物料的输送，继续加热，熔融的物料量逐渐增多。而未熔融物料量相应减少，大约在压缩段的结束处，全部物料都转变为黏流态，但这时各点温度尚未均匀，经过均化段的均化作用就比较均匀了，最后螺杆将熔融物料定量、定压、定温地挤入到机头。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论机头中口模是个成型部件，物料通过它获得一定截面的几何形状和尺寸。再经过冷却定型和其他工序，就可得到成型的制品。5.描述挤出成型过程的参数描述挤出成型过程的参数有温度、压力、挤出速率(或称挤出量、产量)和能量(或称功率)。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论(五)归纳总结本次任务主要介绍了塑料挤出机的挤出过程和挤出成型理论。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论(六)拓展提高1.挤出机的保养挤出机的保养分为日常维护保养和定期维护保养。日常保养是经常性的，每个生产班次的操作工的保养，比如对设备的检查、加油润滑、擦洗设备、紧固松动的螺母等。定期保养正常情况下是一年一次，由维修工和操作工配合，有设备技术人员参加，进行设备的维护保养工作。2.挤出机的维修挤出机的维修是根据设备维护保养中发现的某些零件磨损状况，由设备技术人员决定，有计划地对某一零件进行修理和更换，以保证设备能正常工作。上一页下一页返回任务一挤出机的工作过程反挤出成型理论设备维修可分为有计划安排的正常维修和对突然发生的意外事故的维修。1)正常维修正常维修由生产调度会安排，给出时间进行设备维修。通常维修工作和设备的定期保养工作同时进行。2)突然发生的意外事故维修挤出机在正常工作中，由于有金属异物掉入料筒，或者由于料筒温度低，温度仪表失灵，使物流塑化不好，而螺杆转动转矩突然加大，造成螺杆、齿轮或是止推轴承的工作负荷严重超载而破坏。另一种可能是电动机长时间超载工作而烧毁等事故。上一页返回任务二挤出机的主要零部件(一)任务描述掌握挤出机的主要零部件。下一页返回任务二挤出机的主要零部件(二)任务分析挤出机的主要零部件有哪些？上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件(三)知识准备挤出机的主要零部件1)螺杆挤出机的生产能力、塑化质量、熔体稳定、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以下因素。①评价螺杆性能有以下标准。a.塑化质量：螺杆必须满足制品质量的要求。制品质量固然与机头、辅机有关，但与螺杆的塑化质量的关系更大，如：螺杆所挤出的熔体温度不均，轴向压力波动、径向温差大，染色和其他添加剂的分散不均匀等，都直接影响到制品质量。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件b.产量：指保证塑化质量前提下，通过给定机头的挤出量。一根好的螺杆应当具有较高的塑化能力。产量一般用kg/h-1或kg/h-1来表示。c.名义比功率单耗：它是指每挤出1kg塑料消耗的能量。一般以P/Q

表示。其中P为功率(kw)，Q为产量(kg/h-1)。在保证塑化质量的前提下，单耗越小螺杆性能越好。d.适应性。它是指螺杆对加工不同塑料，匹配不同机头和不同制品的适应能力。一般来说，适应性越强，往往伴随着塑化效率的降低。因此，螺杆的性能应兼顾适应性和塑化效率两方面。c.制造的难易。螺杆的结构还必须易于加工制造、成本低。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件②螺杆设计中应考虑的因素。在进行螺杆设计时。应综合考虑以下诸因素：a.物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸、温度状况：不同物料的物理特性相差很大，因此加工性能也很不相同。对螺杆的结构和几何参数有不同的要求。h.口模的几何形状和机头5沮力特性：由挤出机工作图可知，口模特性线要与螺杆特性很好地匹配，才能获得满意的挤出效果。如机头压力高，一般要配以均化段螺槽深度较浅的螺杆，而机头阻力低，需与均化段螺槽较深的螺杆匹配。c.料筒的结构形式和加热冷却情况：由固体输送理论可知，在加料段料筒内壁上加工出锥度和纵向沟槽并进行强力冷却，可大大提高固体输送效率。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件若采用这种结构形式的料筒，设计螺杆时必须在熔融段和均化段采取相应措施，使熔融速率、均化能力与加料段的输送能力相匹配。d.螺杆转速：由于物料的熔融速率很大程度上取决于剪切速率，而剪切速率与螺杆转速有关，故螺杆设计时必须考虑这一因素。c.挤出机的用途：设计前应考虑是用来加工制品，还是用作混炼、造粒或喂料等其他用途。显然，不同用途的挤出机螺杆，在设计上也会有区别。(2)常规全螺纹三段螺杆设计。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件所谓常规全螺纹三段螺杆是指出现最早，应用最广，螺杆由加料段、压缩段、均化段三段螺纹所组成，其挤出过程完全依靠螺纹的形式来完成的一种螺杆。这种螺杆的设计包括螺杆类型的确定、直径和长径比的确定、螺杆分段及各段参数的确定、螺杆与料筒间隙的确定等。①螺杆类型的确定。按螺槽深度从加料段较深向均化段较浅的过渡情况来分，常规三段螺杆有渐变型和突变型螺杆两种，如图5-20所示，渐变型螺杆指螺槽深度变化是在较长一段螺杆距离上逐渐变浅的一种螺杆结构；而突变型螺杆螺槽深度变化在较短螺杆距离突然变浅的螺杆结构。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件渐变型螺杆大多用于无定形塑料加工，它对大多数物料能够提供较好的热传导，对物料剪切作用较小，而且可以校制，其混炼特性不是很高，适用于热敏性塑料，也可用于结晶型塑料。突变型螺杆由于具有较短的压缩段，有的甚至L2=(1~2)D，对物料能产生巨大的剪切，故适用于熔点突变、黏度低的塑料，如尼龙、聚烯烃类等，而对于高钻度的塑料容易引起局部过热，故不适用于聚氯乙烯等热敏性塑料的加工。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件②螺杆直径的确定。螺杆直径是一个重要参数，它在一定意义上表示挤出机挤出能力的大小。螺杆直径已经标准化，我国挤出机标准所规定的直径系列为：30mm、45mm、65mm、90mm、120mm、150mm、200mm。螺杆直径大小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。确定的螺杆直径应符合系列值。如果用大直径的螺杆生产小截面的制品是不经济的。表5-4列出了螺杆直径与所生产制品尺寸的经验统计关系。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件③螺杆长径比的确定。螺杆长径比是螺杆的重要参数之一。若将它与螺杆转速联系起来考虑，在一定意义上也表示螺杆的塑化质量。长径比加大后，螺杆的长度增加，塑料在料筒中停留的时间长，塑化得更充分、均匀，故可以保证制品质量。在此前提下，可以提高螺杆转速，从而提高挤出量。也可使挤出机适用性加强，扩大加工范围。当L/Db。加大后，L3可以增加，压力流和漏流可减少，挤出量增加。但加大L/Db

。后。螺杆、料筒的加工和装配都比较困难和复杂，且占地面积增大，成本高。此外螺杆太长容易变形，造成与料筒的配合间隙不均，有时会使螺杆刮磨料筒，影响挤出机的寿命。因此，力求在较小的长径比条件下，获得高产量和高质量。目前长径比在20~30范围内。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件④螺杆的分段及各段参数的确定。常规全螺纹螺杆一般分为加料段、压缩段、均化段。由挤出过程可知，物料在这三段中的运行过程是不相同的，即各段的作用不同。因此，每段几何参数的选择，应当围绕着该段的作用以及整根螺杆的各段相互关系来考虑。a.加料段：它的作用是输送物料给压缩段和均化段。加料段的核心是输送能力问题。对于挤出量主要由压缩段和均化段的熔融均化速率所决定的所谓熔体控制型螺杆，加料段的输送能力应与后两段熔融均化速率相匹配。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件使熔体充满均化段螺槽，过多或过少都会造成挤出的不稳定。而对于熔融均化能力很高，挤出量主要取决于加料段的输送能力的所谓加料控制型螺杆，加料段应当输送尽可能多的物料给后两段。当然，这时也有二者相匹配问题，否则会产生过热或塑化不良等现象。由固体输送理论可知，螺杆输送能力与其几何参数和固体输送角

相关。而影响

的因素很多，也与螺杆几何参数有关。螺纹升角

的确定：理论上

=45°时为最佳，但实际上为了加工的方便，一般取螺纹升程(螺距)s等于螺杆直径Db。此时螺纹升角

=17°42′。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件螺槽深度h1

的确定：理论上，若是h1大，固体输运能力就大。在确定h1

时要考虑螺杆机械强度(由螺杆加料段根径最小)和物料的物理压缩比大小。一般先确定均化段螺槽深度h3，后由螺杆的几何压缩比来计算加料段的螺槽深度h1

。加料段长度L1的确定：根据经验数据取加料段长度L1占螺杆有效工作长度L

的百分比为：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。b.压缩段：这一段的作用是进一步压实物料和熔融物料。因此，该段螺杆各参数的确定应以此为主。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件压缩段螺杆参数中有两个重要概念，一个是螺杆根径变化的渐变度；另一个是压缩比。螺杆根径的渐变度若用

A表示，则（5-9）上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件由熔融理论可知，渐变度起着加速熔触的作用。应当使渐变度与固体床的熔融速率相适应。如果渐变度大，而熔融速率低，螺槽就有被堵塞的可能；反之，均化段螺槽就有可能不完全充满熔体。这两种情况都会导致产量(挤出速率)波动。但由于一般事先不知道熔融速率，故还难以直接确定渐变度，设计时仍多采用压缩比的概念。等距不等深螺杆压缩比

的表达式为（5-10）上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件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。压缩比有两个，一个是几何压缩比(指螺杆)，另一个是物理压缩比(指塑料)。设计螺杆时，应使几何压缩比大于物料的物理压缩比。这是因为在决定几何压缩比时。除了应考虑塑料熔融前后的密度变化之外，还应考虑在压力作用下熔料的可压缩性和塑料的回流等因素。物理压缩比与物料的性质有关。表5-5列出了加工各种常用塑料所采用的几何压缩比，可供参考。压缩段的长度L2

目前国内多以经验法确定，具体确定时，根据加工的塑料性质而定。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件对于非结晶型塑料：L2=(0.5～0.6)L对于结晶型塑料：L2=(3～5)Dbc.均化段：该段的作用是将来自于压缩段的已熔融塑料定压、定量、定温地挤入机头中去。均化段有两个重要参数，即螺槽深度h3

和均化段长度L3

。影响均化段的螺槽深度h3

和长度L3

的因素较多，尚难用理论计算的方法决定，目前仍以经验方法确定。

h3=(0.025~0.06)Db式中，Db——螺杆直径。对于螺杆直径较小者，加上黏度低，热稳定性较好的塑料，或机头压力大者，取小值；反之取大值。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件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，以适应其定压、定量和进一步均化作用。⑤螺杆与料筒间隙

0的确定。螺杆与料筒间隙

0

是一个螺杆与料筒相互关系的参数。因为漏流随着

0增加，

0太大会影响挤出量。实践经验告诉我们，如果

0因磨损等原因增大至均化段螺槽深度h3

的15%时，该螺杆就不能使用了。对不同的物料，应选择不同的

0值。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件例如，对于PVC，由于其对温度敏感，己不会使剪切增加，易造成过热分解，故应选得大一些。而对于低钻度的非热敏性塑料，应当选尽量小的间隙，以增加剪切作用，减少漏流。当然

0太小时，螺杆磨损加剧，也不利于正常工作。我国对挤出机系列推荐的己、值见表5-6。一般说来，螺杆直径大，物料钻度大取大值；螺杆直径小，机头阻力大，物料钻度低可取小值。⑥螺杆头部结构和螺纹断面形状。当熔料从均化段螺槽进入机头流道时，料流由螺旋带状流动急剧改变为直线流动。为了使物料尽可能平稳地从螺杆进入机头，避免局部受热时间过长而产生分解，螺杆头部的结构形式有多种，各种形状和其特点见表5-7。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件螺纹的断面一般有两种，一种是矩形，另一种是锯齿形，如图5-21所示。前者在螺槽根部有个很小的圆角半径，其装填体积较大，而且机械加工比较容易，适用于加料段；后者改善了塑料的流动情况，有利于搅拌塑化，也避免了物料的滞留。对于压缩段和均化段，一般取

R1

为(1/2～2/3)h3，R2

为(2～3)R1，

=30°。2)新型螺杆从挤出理论的分析知道，要提高常规全螺纹三段螺杆挤出机的生产能力，可以提高螺杆的转速。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件但是提高转速后往往出现塑化质量下降，使制品中混有未熔的固体残余物。这说明常规全螺纹三段螺杆在提高产量和质量方面存在着矛盾。(1)常规全螺纹三段螺杆存在的问题。由熔融理论知，固体床熔融的热源有两个：一是来自料筒外加热器；一是发生在熔膜中的剪切热。如果使固体床在消失之前始终以最大的面积与料筒壁接触，则可获得最大的熔融效率。在常规三段螺杆中，熔融段的一个螺槽中同时有固体床和熔池存在，而且熔池不断变宽，固体床逐渐变窄。这样，固体床和料筒的接触面积逐渐减小，熔融效率降低。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件据资料显示，在常规螺杆中，当固体床宽度减少到初始宽度的10%时，其物理性质极不稳定，出于某种原因，固体床出现缝隙，熔料挤入其中，当外力(如操作条件变化和聚合物物态变化而形成的张力)超过固体床的抗张强度时，固体床便解体，形成固体碎片。这些固体碎片混到已熔的塑料中，被熔体所包围，使固体的碎片不能直接与料筒壁接触而获得外部加热器的热量，只能从包围它们的熔体中获得热量。由于熔融聚合物传热性能很差，完全将这些碎片熔融是很困难的，而且很慢。此外，这些漂浮在熔体中的固体碎片受的剪切力很小，这样，固体碎片很难从剪切获得热量。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件综上所述，固体床不能彻底地熔融。相反，已熔的物料由于与料筒壁相接触，仍能从料筒壁和熔膜的剪切中获得热量，使温度继续升高。这样一来，就形成一部分物料得不到彻底熔融，另一部分物料则过热、导致温度和塑化极不均匀。另外，常规螺杆在挤出过程中，压力、温度和产量波动较大，而且对一些特殊塑料加工、混炼、着色等也不能很好适应。为了克服上述缺点、人们对挤出过程进行了更深入的研究，在大量实验和生产的实践基础上，开发了各种新型螺杆。这些螺杆在不同程度上克服了常规全螺纹三段螺杆某些方面的缺点，改善了塑化质量，减少了产量和压力波动，提高了混合的均匀性。

上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件(2)以下介绍几种新型螺杆。①分离型螺杆：分离型螺杆克服了常规螺杆中固体床和熔体共存于一个螺槽中所产生的缺点，将已熔物料和未熔物料尽早分离，从而促进了未熔物料的熔融。这类螺杆的典型代表是BM螺杆，另外有BM螺杆等。BM螺杆如图5-22所示。它的加料段和均化段与普通螺杆相似，不同的是在螺杆熔融段再附加一条螺纹，即熔融段由两条螺纹组成。这两条螺纹把原来一条螺纹所形成的螺槽分成两个螺槽，一条螺槽与加料段螺槽相通，另一条螺槽与均化段相通。前者用以盛固体，后者用以盛熔体。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件由于主副螺纹的螺距不等，液相螺槽由零逐渐变宽，直至达到均化段整个螺槽的宽度，但其螺槽深度保持不变；固相螺槽则由宽变窄，至均化段其宽度变为零，其螺槽深度则由加料段螺槽深度变为均化段螺槽深。总之，在液相螺槽宽度为零的那一点固液相开始分离；在固相螺槽的宽度为零的那一点熔融完成；全部熔融的物料经过均化段的均化作用，定压、定温、定量地挤入机头。实践证明，这种螺杆塑化效率高，塑化质量好。由于设有固体床解体，产量波动、压力波动和温度波动都比较小，并具有排气性能好，单耗低等优点，应用较广。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件②屏障型螺杆：屏障型螺杆如图5-23所示，是在普通螺杆的某一部位设置屏障段，使未溶的固体不能通过，并促使固体熔融的一种螺杆。‘已是由分离型螺杆变化而来的，但加工比分离螺杆容易。由于在多数情况下，屏障段都设在靠近螺杆的头部，故又称为屏障头。如图所示是一种常用的直槽屏障型螺杆的屏障段。如果设计得当，这种带有屏障段螺杆的产量、质量等指标都优于普通螺杆。③分流型螺杆：分流型螺杆是在普通螺杆的某一部位设置分流元件的新型螺杆。它是利用设置在螺杆上的销钉或用槽和孔道将螺槽内的料流多次分割，以改变物料的流动状况，从而促进熔融、增强混炼和均化的一类螺杆，如图5-24所示。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件前者称为销钉螺杆；后者国外称为DIS(Dis-tributivcmixing)螺杆。(3)螺杆材料。螺杆是在高温、高压、化学腐蚀、机械刮磨和大扭矩下工作的。因此，必须选用优质材料加工制作。这些材料应具有足够的机械强度、较高的抗磨损和耐腐蚀能力，以及好的切削加工性能和热处理性能。目前我国常用的材料有45号钢、40Cr，氮化钢、38CrMo川等。45号钢价格便宜，加工性能好，但其耐磨性、耐腐蚀性和强度较差，一般用于要求不高的螺杆制作，40Cr的性能优于45号钢，经镀铬(铬层为0.05～0.1mm)后抗磨性和抗腐蚀性能大大提高。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件这种螺杆对镀铬层的厚度要求较高，镀层太薄易于磨损，镀层太厚容易剥落，铬层剥落后更会加速其磨损，因此，应用日益减少。目前使用最多的是39CrMo川氮化钢，它的综合性能较好，但抗氯化氢腐蚀能力稍差。一般氮化层深度要求为0.4～0.7mm。近年来，国外在提高螺杆的耐磨耐腐蚀能力方面采取了一系列措施，采用高耐磨耐腐蚀合金钢，如：34Crnl}Ii7，31CrMol2等制造螺杆，或采取在螺杆表面喷涂耐腐蚀耐磨合金的方法，以提高螺杆的使用寿命。3)料筒料筒和螺杆组成了完成物料塑化和输送的挤压系统；在挤出过程中物料从加料口进入料筒，由料筒将热量传给物料或将热量从物料中传出。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件因此，料筒上要开加料口和设置加热冷却系统，此外，熔料由螺杆的均化段输出后直接送入机头成型，所以要安装机头。(1)料筒的结构形式。料筒的结构形式有整体式和组合式。整体结构容易保证较高的制造精度和装配精度，可以简化装配工作，便于加热冷却系统的设置和装拆，而且热量分布较均匀。组合料筒是由几段组合而成的，实验性挤出机和排气式挤出机多用组合料筒。前者便于改变料筒长度，以适应不同长径比的螺杆，后者是为了设置排气段。组合料筒各段多用法共盘螺栓连接.连接处热量损失大，因此加热的均匀性较差；同时加热和冷却系统的设置也不方便。

上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件另外，由固体输送理论知，固体输送率与料筒的结构有关，为了提高固体输送率可用以下两种方法：一种方法是增加料筒内表面的摩擦系数；另一种方法是增加加料口处物料通过垂直于螺杆轴线的横截面积。在料筒加料段内壁开设纵向沟槽和将内壁做成锥形的套筒，如图5-25所示，这都是为了达到上述目的。沟槽的数量与料筒直径大小有关，一般为4~12条。对于沟槽截面形状为矩形的，其槽宽为6~10mm(料筒内径大的取值偏大)，槽深为3mm，套筒的长度一般为(3~5)Db，锥度在2°3′以内。为了提高固体输送量，在大中型挤出机料筒的加料段也有设置冷却水槽的。目的是为了物料在该段不被软化或熔融，以保持物料的固体摩擦性质。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件实践证明，采用以上方法后，固体输送效率可由0.3提高到0.6，而且挤出量对机头压力变化的敏感性较小。(2)加料口的形状。加料口的形状和位置对加料性能有很大的影响。加料口的形状必须和物料的形状相适应，应能使物料顺利地加入料筒而不产生架桥。加料口的形状(俯视)有圆的，方的，也有矩形的。一般情况多用矩形的，长边平行于料筒轴线，长度为螺杆直径的1.3~1.8倍。当采用机械搅拌强制加料时多用圆形的加料口。图5-26为常用加料口的断面形状，其中a类适用于带状料，不适于粒料和粉料。f类用得最广，效果最好，这种加料口的一侧壁垂直地与料筒圆柱面相交，另一侧壁下方倾斜45°，加料口的中心线与螺杆轴线错开1/4料筒直径，b类的右侧壁倾角一般为7°~15°。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件(3)料筒材料。料筒和螺杆一样也是在高压、高温和严重磨损、腐蚀条件下工作的。因此，对材料的要求也较高。它除了可用与螺杆相同的材料制造外，还可用铸钢和球墨铸铁制造。对挤出玻璃纤维增强塑料和含有无机填料的塑料，其耐磨和耐腐蚀要求更高。为了既能满足上述要求又能节省贵重材料，可在一般碳素钢或铸钢料筒的基体内银上合金钢衬套，或者采用离心浇铸的方法将一种耐磨损耐腐蚀的Xaloy合金浇铸在料筒上，其厚度约2mm。冷却后用琦磨的方法加工而成，料筒的壁厚除了考虑强度外，更多是考虑料筒结构的工艺性和热惯性。根据后者所决定的壁厚往往大于前者。目前多根据经验决定壁厚，然后再按厚壁筒进行校验强度。我国各塑料机械了生产的挤出机料筒的壁厚如表5-8所示。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件(四)任务实施挤出机的主要零部件分别讨论如下。1)螺杆挤出机的生产能力、塑化质量、熔体稳定、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。(2)常规全螺纹三段螺杆设计。所谓常规全螺纹三段螺杆是指出现最早、应用最广，螺杆由加料段、压缩段、均化段三段螺纹所组成，其挤出过程完全依靠螺纹的形式来完成的一种螺杆。这种螺杆的设计包括螺杆类型的确定、直径和长径比的确定、螺杆分段及各段参数的确定、螺杆与料筒间隙的确定等。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件这种螺杆的设计包括螺杆类型的确定、直径和长径比的确定、螺杆分段及各段参数的确定、螺杆与料筒间隙的确定等。(3)新型螺杆。新型螺杆有以下几种：①分离型螺杆：分离型螺杆克服了常规螺杆中固体床和熔体共存于一个螺槽中所产生的缺点，将已熔物料和未熔物料尽早分离，从而促进了未熔物料的熔融。②屏障型螺杆：屏障型螺杆是在普通螺杆的某一部位设置屏障段，使未溶的固体不能通过，并促使固体熔融的一种螺杆。③分流型螺杆：分流型螺杆是在普通螺杆的某一部位设置分流元件的新型螺杆。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件(4)螺杆材料。螺杆是在高温、高压、化学腐蚀、机械刮磨和大扭矩下工作的。因此，必须选用优质材料加工制作。这些材料应具有足够的机械强度、较高的抗磨损和耐腐蚀能力，以及好的切削加工性能和热处理性能。目前我国常用的材料有45号钢、40Cr、氮化钢、38CrMonl等。2)料筒料筒和螺杆组成了完成物料塑化和输送的挤压系统。在挤出过程中物料从加料口进入料筒，由料筒将热量传给物料或将热量从物料中传出，因此，料筒上要开加料口和设置加热冷却系统，此外，熔料由螺杆的均化段输出后直接送入机头成型，所以还要安装机头。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件(五)归纳总结本任务主要介绍了挤出机的主要零部件。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件(六)拓展提高其他类型挤出机1)排气式挤出机排气式挤出机一般用于含水分、溶剂、单体的聚合物在不预干燥的情况下直接挤出。2)双螺杆挤出机单螺杆挤出机设计简单和制造容易，价格便宜，因而在塑料加工工业中得到广泛应用。但随着塑料工业的发展，单螺杆挤出机在使用中有较大局限性，为了解决这些问题，出现了双螺杆挤出机。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机具有以下几个特点：(1)加料容易。(2)在挤出量相同时，物料在螺杆中停留时间短。(3)优异的混合、塑化效果，良好的自洁功能。(4)优异的排气性能。(5)低的比功率消耗。3)两级式挤出机两级式挤出机，可以是由两台单螺杆挤出机串联而成，也可以是由一台双螺杆挤出机和一台单螺杆挤出机组成，每台都有自己独立的驭动系统和加热冷却系统。上一页下一页返回任务二挤出机的主要零部件两级挤出机的第一级螺杆直径较大，螺槽较深，有较大的加热功率，主要输送和塑炼物料。第二级螺杆直径较小，螺槽较浅，加热功率较第一级小，但转速较第一级高，主要是将第一级送来的物料进一步塑化、均化并完成挤出成型。4)行星齿轮式挤出机这种挤出机是在普通挤出机上加了个塑化段。塑化段由中心大螺杆和与之相啮合并绕中心大螺杆作公转、自身作自转的几根小螺杆以及包围它们的带有内齿的料筒组成。上一页返回任务三挤出机的其他零部件(一)任务描述掌握挤出机的其他零部件。下一页返回任务三挤出机的其他零部件(二)任务分析挤出机的其他零部件有哪些？上一页下一页返回任务三挤出机的其他零部件(三)知识准备挤出机的其他零部件1)传动系统传动系统是挤出机的重要组成部分之一。它的作用是驭动螺杆，并在给定的工艺条件(机头压力、螺杆转速、挤出量、温度)下，使螺杆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。由于一定规格的挤出机有一定适用范围，因此挤出机的传动系统在此适用范围内应能提供最大的扭矩和可调节的一定车速范围。挤出机的传动系统由电动机、调速装置、V带传动和减速装置组成。上一页下一页返回任务三挤出机的其他零部件电动机：有电动机和液压电动机。电动机中常用的是交流整流子电动机、直流电动机等。上述电动机都可直接进行调速。调速装置：一般有两种类型：一种是有级齿轮变速器；一种是无级变速器。机械无级变速器有齿链式、多盘式等。机械式无级变速器在挤出机中已很少采用。减速器：目前多为齿轮减速箱，蜗轮减速器应用较少，因为它的效率较低。2)加热冷却系统温度控制是挤