塑料成型工艺学之挤出成型.ppt

1、第五章是挤压成型。简介：挤出成型是螺杆的挤出，使塑化均匀的塑料通过模具成为连续的产品，如管材、板材、电线、薄膜、电线、电缆等。挤出成型是塑料成型的重要方法之一。根据塑料加压方式的不同，可分为间歇式和间歇式；根据塑料塑化方法的不同，可分为湿法和湿法。本章要点：1 .单螺杆挤出原理2。挤出技术的几种产品：吹塑薄膜、管材、拉伸制品、板材和片材、其他产品，以及定义：挤出成型也称为挤出成型、挤出成型和挤出成型。在螺杆或柱塞的挤压下，塑化均匀的塑料被迫通过模具，成为具有恒定横截面的连续产品。挤出管材生产、管材挤出辅助设备、挤出片材生产、挤出电缆包覆成型、挤出吹塑成型、挤出中空吹塑成型、塑料挤出成型工艺、挤

2、出工艺：螺杆进料、熔融、塑化、挤出成型、冷却、牵引和切割、挤出成型特点：连续高效。质量稳定，适用范围广，设备简单，投资少，见效快，生产环境卫生，劳动强度低。适用于大批量生产合适的树脂材料：大多数热塑性塑料和一些热固性塑料，如聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂和三聚氰胺树脂等。用途：薄膜、网、涂层产品，具有一定的横截面和连续长度。由挤出机、模具、辅助机械等组成。5.1挤出设备，主要设备，5.1.1单螺杆挤出机的组成主要由传动系统、喂料系统、塑化系统、加热冷却系统和控制系统组成。挤出系统是最重要的系统，由机筒、螺杆、多

3、孔板和过滤网组成。单螺杆挤出机的结构，传动系统是驱动螺杆旋转的部分，通常由电机、减速机构和轴承组成；加料装置：主要是料斗，但工厂采用自动加料装置，甚至还有干燥和计量装置；桶：包裹在螺杆外面的装置，起加热和加压的作用。物料的塑化、加热和加压都在其中进行，而且大部分都有冷却装置(空气和水冷却)；螺杆：只有使用它，桶内的塑料才能向前移动并获得压力和热量(摩擦热)；螺杆的直径和长径比决定了体积容量和塑化均匀性。螺杆的主要参数：d:螺杆外径；d:螺杆根部直径；l:螺杆长度；音高；螺旋槽的宽度；压缩比：螺纹宽度；螺旋槽的深度；螺旋角；/D:纵横比。1-梯度型(等距和不等深)2-梯度型(等深和不等深)3-突

4、变型4-鱼雷头螺旋-进料段(固体输送段)-压缩段(熔化段)-计量段(均化段)，最常用的是等距和不等深螺杆、螺杆形式和结构组成(分段)、螺杆角度和螺杆肋宽度(e螺杆头形状：它一般是锥形的，以避免在螺杆头停留太久而分解。5.1.2双螺杆挤出机的结构，双螺杆挤出机的典型螺杆：科伦坡螺杆；锥形双螺杆；组合双螺杆：5.2.2头模、圆孔模：主要用于生产棒材和单丝造粒，模具直段的长径比小于10；平模：一般用于生产厚度小于0.25毫米的薄膜或板材；环形模具：通常用于生产管道、管状薄膜、吹塑成型的型坯以及电线电缆；异形模具：主要用于挤出不同截面的产品。滤板(网)功能：将物料由螺旋运动变为直线运动；过滤杂质和未熔

5、化的塑料颗粒；材料受到更大的剪切作用，有利于塑料的均匀塑化；定位枪管和枪头。机头结构要求：模具的成型部分应有适当的长度。使物料稳定流动；降低熔体弹性和出口膨胀；l长，产量增加；太长、太重、阻力大、q值低。鼻子的过渡部分应该平滑、流线型。原因：防止物料停滞和分解。应设置调节装置，以改善周围的流速分布(均匀厚度)。材料加工设备：主要指预热和干燥设备；挤压加工设备：主要是指控制生产过程的冷却、拉伸、切割、卷取和测试设备。主要是指各种测控设备，5.2.2挤出机的辅助设备，5.2.2挤出机的一般操作方法，5.3单螺杆挤出原理，学习目标：掌握挤出理论中影响生产和产品质量的因素。要使产品质量和产量稳定，必须

6、满足以下两个条件：熔体的输送速率等于固体物料的熔融速率，物料沿螺杆轴向任意截面的质量流量等于挤出机的生产率。这部分的材料类似于弹性实心塞，实心塞在螺旋槽中的运动就像螺母在螺杆上的运动一样。如果螺杆旋转，且螺母上没有压力，螺母会随着螺杆一起旋转，而不会向前移动。如果对螺母施加一定的压力，然后旋转螺钉，螺母将随着螺钉的旋转而向前移动。成型时，塑料与螺杆之间的摩擦力应小于塑料与料筒之间的摩擦力，即螺杆的光滑度应大于料筒的光滑度。否则，塑料只能抓住螺丝，不向前滑动。从上图可以看出固体塞摩擦模型的受力分析：Fb=PAbfb，Fs=PAsfs，Fbz=AbfbPcos。在稳定流动的情况下，如果Fs=Fbz

7、，那么Asfs=Abfbcos Fs=Fbz=0，材料不能在桶中流动。Fs Fbz，物料被夹带在螺杆中，不会随着螺杆的旋转而移动。Fs Fbz，物料可以在机筒和螺杆之间相对移动。假设螺旋槽内固体输送的理想模型(a)和固体塞运动速度的矢量图(b):物料与螺旋槽和筒壁紧密接触，形成固体塞(床)，以恒定速度运动；忽略重力和材料密度变化的影响；摩擦系数是恒定的，压力是螺旋槽长度的函数；螺旋槽为矩形；经过分析，可以看出材料的运动类似于螺母的运动。改善固体输送的措施：适当增加螺杆转数n和螺杆槽深h；采用锥形结构料筒，加料段的料筒内壁上设有纵向凹槽(改进的FB)；冷却进料段，防止物料提前软化；冷却螺杆进料段

8、(减少fs)，增加螺杆表面光洁度(减少fs)，进料段进料量Qs(静摩擦平衡)，考虑到摩擦平衡，Qs应是螺旋槽横截面积与轴向速度Va的乘积，可为33，360，QS=SVA=/4d2 (D2h) 2VA=H (D-H) VA，(1)在螺纹斜边的推力下，物料沿垂直于斜边的方向从a向b移动， AB在螺杆轴上的投影距离为l，物料在轴向上的移动速度为va； 如果螺杆的转速为n，Va=lN可以从上图中螺杆的几何关系：D=b1 b2=lcot lcot=l(cot)、螺杆的膨胀图(a)和固体栓塞的移动距离(b)的计算中得到，因此，(2)、(3)，影响进料段进料量的因素：物料=900，最大值。但是对于造型来说是

9、不现实的！凹槽深度h的影响：当d不变时，h增加并改善。减少fs，Q .增加fb，Q .选择合适的螺旋角，使其最大，q. D，Q，N，Q .并适当增加n和h；采用锥形或强冷却料筒结构；加料段的料筒内壁上设有纵向凹槽(改进的FB)；冷却螺杆进料段(减少fs)，增加螺杆表面光洁度(减少fs)，一级螺杆Ra=0.8m，优0.4m.冷却水被引入螺杆中心以降低螺杆表面的摩擦系数。影响进料段进料量的因素有：5.3.2固体熔化，研究目的：预测螺旋槽中未熔化物料的量；螺杆长度熔化与螺杆参数、材料特性、工艺参数之间的关系；冷却试验和熔化机理：冷却试验：待35%色料挤出稳定后，停止并迅速冷却螺杆和料筒，取出螺杆，剥

10、离物料，切掉螺旋带状物料，观察截面形状现象：熔融物料呈流线型，未增塑物料始终呈固态。固相和液相之间有明显的界限。固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔融膜上。熔化机理：加料段压实并逐渐熔化成一层熔融膜，超出后面的螺旋槽，在前面刮去形成熔池。固体层减少，直到材料完全熔化。主要功能是熔化和塑化材料。压实材料。材料中的气体被排出。螺杆压缩比():定义：进料段第一个螺旋槽容积与计量段最后一个螺旋槽容积之比。常用的等距离不等深度螺杆的压缩比通常用进料段和计量段螺旋槽的截面积比来表示。几何压缩比：工厂经常使用的公式=0.93 h1/h3。熔化过程图3-6-11是螺旋槽内固体物料熔化过程的示意图。螺旋槽内固体物

11、料的熔化过程1-熔化膜2-熔化池3-迁移表面4-熔化的固体颗粒5-未折叠的固体颗粒，熔化膜：固体物料与机筒(螺杆)表面接触，由于机筒的热传导和摩擦热，首先熔化形成一层熔化膜。熔池：逐渐熔化的物料在料筒和螺杆之间的相对运动作用下，不断汇聚到带槽螺杆的前进面，形成旋流区，称为熔池或液相。固体床：熔池的前部充满固体颗粒，这些固体颗粒通过加热变软和半熔化并结合在一起，以及完全未熔化的固体颗粒，它们被称为固体床。迁移面：熔池和固体床之间的界面称为迁移面。熔化过程主要在迁移表面进行。螺杆槽：全长范围内固体床熔化过程示意图螺杆槽内固体床的分布变化(A)和螺杆熔化区内固体床的体积变化(B)，随着塑料向头部移动

12、，熔化过程逐渐进行。从初始熔点A开始，固体床的宽度逐渐减小，熔池的宽度逐渐增加，直到点B，当固体床消失时，熔化过程完成。(固体床层深度变化见下图)，聚丙烯在螺杆中熔融时螺杆槽内固体床层深度变化曲线，d=90mm，n=60rpm，Q=71Kg/h，压缩段速度和温度分布，Vz在机筒内表面最大。在熔融膜中，Vz在深度方向(y)上从上到下减小。在坚实的床上，Vz在任何地方都是平等的。这是因为有烧结的固体块，它们的粘度高，不易移动，差别不明显。在螺杆附近的熔融膜中，Vz沿Y方向从上到下减小，直到螺杆处的Vz=0。螺杆压缩段中材料的速度分布(a)和温度分布(b)。将颗粒加入挤出机后，固体颗粒以松散状态向前

13、移动，颗粒之间相互滑动。随着内部压缩力的建立，松散颗粒逐渐被压实，颗粒之间的间隙减小，颗粒相互运动的自由度减小。进入熔化阶段后，颗粒被加热并粘附，但颗粒之间的界面仍然清晰。由于热和力，粒子变形，粒子之间的间隙逐渐被填充，如图所示。从图中可以看出，粒子中心的颜色接近于纯色，粒子周围的颜色是半透明的，接近于熔化颜色，这表明粒子中心的温度接近于熔化颜色它是由压头和多孔板等阻力元件引起的熔体背压引起的，也称为压力流，它随着压头的增加而增加；环流：横流(环流)Qt，由部分速度Vbx引起，垂直于螺旋槽中的正流。它对总挤出量的影响很小，可以忽略不计，但它在熔体混合、塑化和热交换中起着重要的作用。泄漏流：泄漏

14、流Ql，它是由模具的阻力元件引起的材料的反向流动引起的，并沿着螺杆和机筒之间的间隙流向进料口，这可以减少挤出量。正常情况下，Ql小0.10.6毫米，但当磨损严重时，Ql的增加与平方成正比。5.3.3熔体输送理论、5.3.5单螺杆挤出机生产能力分析、5.3.6螺杆和模具的特性曲线、5.3.7挤出速率的影响因素、5.3单螺杆结构设计的改进。这种螺杆可以满足一般挤出成型，但存在几个问题：熔融效率低，熔体与固体床共存于一个螺杆槽中，减少了筒壁与固体床的接触面积；固体床随着熔化而崩解，一些碎片进入熔体，因此很难从剪切中获得热量，因此固体床不能完全熔化；此外，熔化的材料与桶壁接触，从桶壁和熔融膜获得热量，

15、温度继续上升并过热。压力、温度和产量波动很大。当固体被输送时，它们随着螺杆的旋转以更高的频率波动。由于熔化过程的不稳定性，它们以较低的频率波动。温度控制系统稳定性差或波动是由环境因素变化引起的。混合效果差，不能适应某些特殊塑料的加工、混合和着色过程。5.4.1新螺杆和排气螺杆主要适用于含水和易产生挥发性成分的物料或易含气体的物料。排气原理：材料在排气部分基本塑化。由于该段螺旋槽的突然加深，压力急剧下降，气体从熔体中逸出并从排气口排出。这要求排气部分的压力非常低。此外，气体或水的排放受扩散过程控制，扩散过程受温度影响。因此，要求排气部分的材料温度尽可能高，即处于熔融状态。5.4.2分离式(阻隔式)螺杆原理：在螺杆的熔融段增加另一根螺纹，将原螺纹形成的凹槽一分为二，尽快将熔融物料与未熔融物料分离，促使未熔融物料尽快熔融。不同类型阻挡螺钉的比较，5.4.3销钉螺钉，基本原理：当材料流通过销钉时，销钉将固体材料或未完全熔化的材料分成许多细料流，这些料流汇聚在两排销钉之间的较宽位置。经过多次会聚和分离，材料的塑化质量得到提高。销形：布置在熔化区中，并且布置形状是人字形、环形等。销的形状有圆柱形、菱形、正方形等。5.4.4搅拌螺杆，在熔融段或均化段的末端加入搅拌、混合、剪切和均化元件，可以提高混合均匀性，混合效果好，颜色混合均匀，分散性好。其他螺杆，5.4双螺杆原