1、塑料成型工艺第5章第五章第五章 挤出成型挤出成型Extrusion Molding 内容简介：内容简介：挤出成型是借助螺杆的挤压作用挤出成型是借助螺杆的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过使塑化均匀的塑料强行通过机头成为的连续制品，如管、板、丝、薄膜、电线电缆等。机头成为的连续制品，如管、板、丝、薄膜、电线电缆等。挤出成型是塑料成型加工中重要方法之一。挤出成型是塑料成型加工中重要方法之一。本章重点本章重点是掌握挤出设备、工艺过程、挤出理论和特点。是掌握挤出设备、工艺过程、挤出理论和特点。难点难点是对单螺杆挤出原理的理解。是对单螺杆挤出原理的理解。塑料成型工艺第5章挤出成型的制品(products
2、)塑料成型工艺第5章挤出成型的制品(products)塑料成型工艺第5章几种典型制品的生产线几种典型制品的生产线(production line)塑料成型工艺第5章挤出片材生产线挤出片材生产线塑料成型工艺第5章挤出线缆包覆成型生产线塑料成型工艺第5章塑料成型工艺第5章挤出吹塑薄膜生产线塑料成型工艺第5章EPE发泡膜(珍珠棉)机组-发泡膜机组 5.1 5.1 概述概述一、挤出成型一、挤出成型 也称挤压模塑挤压模塑或挤塑挤塑，即借助螺杆或，即借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的塑料在压柱塞的挤压作用，使受热熔化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面
3、的连续型材的一种成型方法。截面的连续型材的一种成型方法。挤出法几乎能成型所有热塑性塑料和某些挤出法几乎能成型所有热塑性塑料和某些热固性塑料。热固性塑料。生产的制品：管材、板材、薄膜、单丝、线缆生产的制品：管材、板材、薄膜、单丝、线缆包覆物及塑料与其它材料的复合材料等。包覆物及塑料与其它材料的复合材料等。挤出制品占热塑性塑料制品的挤出制品占热塑性塑料制品的40405050，此外，此外还可以用于塑化造粒、着色和共混等。还可以用于塑化造粒、着色和共混等。二、挤出成型分类二、挤出成型分类1.1.按塑化方式分：按塑化方式分：干法和湿法干法和湿法（1 1）干法干法：靠加热将塑料变成熔体，塑化和加靠加热将塑
4、料变成熔体，塑化和加压可在同一个设备内进行。其定型处理仅为简单压可在同一个设备内进行。其定型处理仅为简单的冷却。的冷却。（2 2）湿法湿法：用溶剂将塑料充分软化。：用溶剂将塑料充分软化。塑化和加压塑化和加压须分为两个独立的过程，而且定型处理必须采用较须分为两个独立的过程，而且定型处理必须采用较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。仅用仅用于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素等。于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素等。2.2.按是否排气分：按是否排气分：可分为排气式挤出机和非排气式挤出机可分为排气式挤出机和非排气式挤出机3.3.按加压方式分：按加压方式分：连续式和间歇式
5、连续式和间歇式（1 1）连续式：）连续式：借助螺杆旋转产生压力和剪切力，使物料充分借助螺杆旋转产生压力和剪切力，使物料充分塑化和混合均匀，通过型腔（口模）而成型。塑化和混合均匀，通过型腔（口模）而成型。（2 2）间歇式：）间歇式：柱塞式挤出机柱塞式挤出机借助柱塞压力，将事先塑化好的物料挤出口模而借助柱塞压力，将事先塑化好的物料挤出口模而成型。成型。塑料成型工艺第5章 5.2 5.2 挤出设备挤出设备Extrusion Machinery 是挤出成型过程中的关键设备，它的规格及工艺控制直接影响挤出过程的产量的质量。一台挤出设备通常由主机（挤出机一台挤出设备通常由主机（挤出机Extruder）、机
6、头和口模、辅机及其控）、机头和口模、辅机及其控制系统组成。通常这些组成部分统称为挤出机组制系统组成。通常这些组成部分统称为挤出机组。n挤压系统：挤压系统：主要由料筒和螺杆组成。主要由料筒和螺杆组成。塑料通过挤压系统而塑化塑化成均匀的熔体，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挤出出机头。n传动系统传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和扭矩和转速转速。n加热冷却系统：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。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机螺杆螺杆挤出机由挤出机由挤出装置挤出装置（螺杆和料筒）、（螺杆和料
7、筒）、传动机传动机构构和和加热冷却系统加热冷却系统等主要部分组成。等主要部分组成。挤出系统挤出系统加热、冷却系统加热、冷却系统传动与控制系统传动与控制系统一、单螺杆挤出机一、单螺杆挤出机单螺杆挤出机是由一根阿基米德螺杆在加热的料筒中旋单螺杆挤出机是由一根阿基米德螺杆在加热的料筒中旋转构成的。挤出机大小一般用螺杆直径来表示。转构成的。挤出机大小一般用螺杆直径来表示。1.1.传动装置传动装置带动螺杆转动的部分。通常由电动机、减速箱和轴承带动螺杆转动的部分。通常由电动机、减速箱和轴承等组成。等组成。在挤出过程中，要求螺杆转速稳定，不随螺杆负荷的在挤出过程中，要求螺杆转速稳定，不随螺杆负荷的变化而变化
8、，以保证制品质量均匀一致。但在不同的变化而变化，以保证制品质量均匀一致。但在不同的场合下，又要求螺杆能变速，以达到一台设备能适应场合下，又要求螺杆能变速，以达到一台设备能适应挤出不同塑料或不同制品的要求。挤出不同塑料或不同制品的要求。传动部分采用无级变速。传动部分采用无级变速。螺杆转速为：螺杆转速为：10100转转/分钟。分钟。设有良好的润滑系统和迅速制动的装置。设有良好的润滑系统和迅速制动的装置。2.2.加料装置加料装置供料一般采用粒料、粉料和带状料等几种。供料一般采用粒料、粉料和带状料等几种。装料设备通常使用装料设备通常使用圆锥形圆锥形和和方锥形方锥形加料斗，其加料斗，其容积至少能容纳容积
9、至少能容纳1小时的用料。小时的用料。料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流。料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流。侧面有视孔和标定计量的装置。侧面有视孔和标定计量的装置。有些料斗带有减压或加热装置、搅拌器、自有些料斗带有减压或加热装置、搅拌器、自动上料或加料装置。动上料或加料装置。加料孔周围应设有冷却夹套、以排除高温加料孔周围应设有冷却夹套、以排除高温料筒向料斗传热，避免料斗中的塑料因升温而发料筒向料斗传热，避免料斗中的塑料因升温而发粘，以致引起加料不均或料流受阻。粘，以致引起加料不均或料流受阻。3.3.料筒料筒挤出机的主要部件之一，挤出机的主要部件之一，为一金属圆筒。为一金属圆筒。挤压时料
10、筒内的压力可达挤压时料筒内的压力可达55MPa，工作温度一，工作温度一般为般为80一一300，因此料筒可看作是受压和，因此料筒可看作是受压和受热的容器。制造料筒的材料须具有较高的强受热的容器。制造料筒的材料须具有较高的强度、坚韧耐磨和耐腐蚀。度、坚韧耐磨和耐腐蚀。塑料的塑化和加压过塑料的塑化和加压过程都在其中进行。程都在其中进行。外部设有分区加热和冷却装置。外部设有分区加热和冷却装置。加热：电阻、电感或其它方式。加热：电阻、电感或其它方式。冷却：风冷或水冷。冷却：风冷或水冷。4.4.螺杆螺杆挤出机的关键部件，直接关系到挤出机的应用挤出机的关键部件，直接关系到挤出机的应用范围和生产率。范围和生产
11、率。通过螺杆的转动，对塑料产生挤压作用，塑料通过螺杆的转动，对塑料产生挤压作用，塑料在料筒中才能产生移动、增压和从摩擦取得部在料筒中才能产生移动、增压和从摩擦取得部分热量，塑料在移动过程中得到混合和塑化，分热量，塑料在移动过程中得到混合和塑化，粘流态的熔体在被压实而流经口模时，取得所粘流态的熔体在被压实而流经口模时，取得所需形状而成型。需形状而成型。由于塑料品种很多、性质各异，因此为适应加由于塑料品种很多、性质各异，因此为适应加工不同塑料的需要，螺杆的种类很多，结构上工不同塑料的需要，螺杆的种类很多，结构上也有差异，以便能对塑料产生较大的输送、挤也有差异，以便能对塑料产生较大的输送、挤压、混合
12、和塑化作用。压、混合和塑化作用。表示螺杆结构特征的基本参数有直径、长径比、表示螺杆结构特征的基本参数有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等。筒的间隙等。（1 1）螺杆的直径（）螺杆的直径（D D）和长径比（和长径比（L/DL/D ）螺杆直径（螺杆直径（D）我国挤出机的螺杆直径标准:30、45、65、90、120、150、200。一般情况下，螺杆的直径应符合此系列，螺杆直径的大小一般根据所加工制品的断面尺寸，加工塑料的种类和所要求的生产率确定。一般一般45150mm，螺杆直径增大，加工能力螺杆直径增大，加工能力提高，挤出机的生产
13、率与螺杆直径提高，挤出机的生产率与螺杆直径D的平方成的平方成正比。正比。长径比（长径比（L/DL/D）螺杆工作部分有效长度与直径之比。螺杆工作部分有效长度与直径之比。通常为通常为1825。1 增加螺杆长径比，塑料在螺杆中的停留时间增加，塑化的更加均匀，故可以提高螺杆转速来提高产量。2 长径比加大后螺杆、料筒和装配等比较困难和复杂。3 塑料挤出机一般选择 L/D=18，20，25，30，40，45L/D大大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机的生产能力。的生产能力。L/D大大，螺杆
14、适应能力强，能用于多种塑料的挤，螺杆适应能力强，能用于多种塑料的挤出。出。但但L/D过大过大，使塑料受热时间增长而降解；螺杆，使塑料受热时间增长而降解；螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，引起料筒与螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，引起料筒与螺杆间擦伤，使制造加工困难，增大功率消耗。间擦伤，使制造加工困难，增大功率消耗。过短过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。（2 2）螺旋角（）螺旋角（）和螺棱宽度和螺棱宽度（e e）螺旋角是螺旋角是螺纹与螺杆横断面的夹角。螺纹与螺杆横断面的夹角。随随 增大，挤出机的生产能力提高，但剪切作用和挤压增大，挤出机的生产能力提高，但剪切作用和挤
15、压力减小力减小螺旋角的大小与物料的形状有关螺旋角的大小与物料的形状有关:细粉状细粉状塑料：塑料：3030左右；左右；方块料方块料：1515左右；左右；球、柱状料球、柱状料：1717左右。左右。通常以螺距等于直径的最易加工这时螺旋角为通常以螺距等于直径的最易加工这时螺旋角为17.6 17.6 ，17 17 4141，而且对产率的影响不大，螺杆的，而且对产率的影响不大，螺杆的螺旋方向，一般为右旋。螺旋方向，一般为右旋。螺棱的宽度一般为螺棱的宽度一般为0.080.12D，但在螺槽的底，但在螺槽的底部则较宽，其根部应用圆弧过渡。部则较宽，其根部应用圆弧过渡。（3 3）压缩比）压缩比螺杆加料段螺杆加料段
16、最初最初一个螺槽容积与均化段一个螺槽容积与均化段最后最后一一个螺槽容积之比。个螺槽容积之比。压缩比为压缩比为2 25 5。表示塑料通过螺杆全长范围时被压缩的倍数。表示塑料通过螺杆全长范围时被压缩的倍数。压缩比愈大，塑料受到的挤压作用愈大压缩比愈大，塑料受到的挤压作用愈大螺槽螺槽浅浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有时，能对塑料产生较高的剪切速率，有利于料筒壁和物料间的传热，物料混合和塑化利于料筒壁和物料间的传热，物料混合和塑化的效率高，但生产率降低。的效率高，但生产率降低。螺槽螺槽深深时，情况相反。时，情况相反。作用：将物料压缩，排除气体，建立必要的压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度。
17、几何压缩比要大于物理压缩比获得压缩比的方法：等距变深、锥形螺杆、等深不等距，不等深不等距等。其中等距变深螺槽是最常用的方法。其中等距变深螺槽是最常用的方法。热敏性塑料，宜用深螺槽螺杆（如热敏性塑料，宜用深螺槽螺杆（如PVC）；）；熔体粘度高，热稳定性较高的塑料，宜用浅螺槽熔体粘度高，热稳定性较高的塑料，宜用浅螺槽螺杆（如螺杆（如PAPA）。）。(4)(4)螺杆头部的形状螺杆头部的形状 螺杆头部一般呈钝尖的锥形螺杆头部一般呈钝尖的锥形渐变型：等距不等深渐变型：等距不等深（5 5）螺杆的结构形式）螺杆的结构形式渐变型：渐变型：等深不等距等深不等距突变型突变型（5 5）螺杆各段的功能）螺杆各段的功能
18、物料沿螺杆前移时，经历着温度、压力、粘度等的变化，物料沿螺杆前移时，经历着温度、压力、粘度等的变化，这种变化在螺杆全长范围内是不同的，根据物料的变化特这种变化在螺杆全长范围内是不同的，根据物料的变化特征，将螺杆分为以下三段：征，将螺杆分为以下三段：加（送）料段加（送）料段（固体输送理论固体输送理论）作用作用：对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段.塑料在移动过程中，一般保持固体状态。塑料在移动过程中，一般保持固体状态。加料段的长度加料段的长度随塑料品种而异随塑料品种而异：挤出结晶聚合物最长，：挤出结晶聚合物最长，硬性无定形聚合物次之，软性无定形聚合
19、物最短。硬性无定形聚合物次之，软性无定形聚合物最短。加料段螺杆对塑料一般没有压缩作用，故螺距和螺槽的加料段螺杆对塑料一般没有压缩作用，故螺距和螺槽的深度都可以保持不变，螺槽深度也较深，因此加料段通深度都可以保持不变，螺槽深度也较深，因此加料段通常是等深等距的深槽螺纹螺杆。常是等深等距的深槽螺纹螺杆。压缩段（迁移段、过渡段）压缩段（迁移段、过渡段）作用作用:对加料段送来的料起挤压和剪切作用对加料段送来的料起挤压和剪切作用.进一步压实物料，使物料由固体转为熔融体，并排除物进一步压实物料，使物料由固体转为熔融体，并排除物料中的空气。料中的空气。为适应将物料压实，将气体推回加料段和物料熔化时体为适应将
20、物料压实，将气体推回加料段和物料熔化时体积减小等特点，本段应对塑料产生较大的剪切作用和压积减小等特点，本段应对塑料产生较大的剪切作用和压缩，通常使螺槽容积逐渐缩减缩，通常使螺槽容积逐渐缩减(减小螺距及螺槽深度减小螺距及螺槽深度)，缩减的程度由塑料的压缩率决定。缩减的程度由塑料的压缩率决定。压缩段的长度与塑料的性质、塑料的压缩率有关。压缩段的长度与塑料的性质、塑料的压缩率有关。无定形塑料压缩段较长，为螺杆全长的无定形塑料压缩段较长，为螺杆全长的5555一一6565，熔，熔融温度范围宽的塑料其压缩段最长，宜用融温度范围宽的塑料其压缩段最长，宜用渐变螺杆渐变螺杆；结晶型塑料，熔融温度范围较窄，压缩段
21、较短，为结晶型塑料，熔融温度范围较窄，压缩段较短，为35D35D，宜用宜用突变螺杆突变螺杆。均化段（计量段）：（均化段（计量段）：（熔体输送理论）熔体输送理论）作用作用：将塑化均匀的物料在均化段螺槽和机头回压作用：将塑化均匀的物料在均化段螺槽和机头回压作用下进一步搅拌塑化均匀，并定量定压地通过机头口模挤下进一步搅拌塑化均匀，并定量定压地通过机头口模挤出成型。出成型。由于从压缩段来的物料已达到所需的压缩比，故均化段由于从压缩段来的物料已达到所需的压缩比，故均化段一般无压缩作用，螺距和槽深可以不变，这一段常常是一般无压缩作用，螺距和槽深可以不变，这一段常常是等距等深的浅槽螺纹。对于渐变形螺杆，本段
22、螺杆螺距等距等深的浅槽螺纹。对于渐变形螺杆，本段螺杆螺距最小或槽深最浅，这种螺杆实际上无均化段。最小或槽深最浅，这种螺杆实际上无均化段。为避免物料因滞留在螺杆头端面死角处引起分解，螺杆为避免物料因滞留在螺杆头端面死角处引起分解，螺杆头部常设计成锥形或半圆形。头部常设计成锥形或半圆形。有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体，称为有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体，称为“鱼鱼雷头雷头”，但也有刻上凹槽或铣刻成花纹的。，但也有刻上凹槽或铣刻成花纹的。鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动脉冲现象的作用，鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动脉冲现象的作用，并能增大物料的压力，降低料层厚度，改善加热状况，
23、且并能增大物料的压力，降低料层厚度，改善加热状况，且能进一步提高螺杆塑化效率。能进一步提高螺杆塑化效率。5.5.机头和口模机头和口模机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行直机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并将熔体均匀而平稳线运动，使塑料进一步塑化均匀，并将熔体均匀而平稳地导入口模，赋予必要的成型压力，使塑料易于成型和地导入口模，赋予必要的成型压力，使塑料易于成型和取得制品密实。取得制品密实。口模为具有一定截面形状的通口模为具有一定截面形状的通道，塑料熔体在口模中流动时道，塑料熔体在口模中流动时取得所需形状，并被口模外的取得所需形状，并被口模
24、外的定型装置和冷却系统冷却硬化定型装置和冷却系统冷却硬化而成型。而成型。口模一般由口模分配腔、引口模一般由口模分配腔、引流道和口模成型段流道和口模成型段(“(“模唇模唇”)这三个功能各异的几何区组这三个功能各异的几何区组成成(图图57)57)。机头与口模的组成部件包括过滤网、多孔板、机头与口模的组成部件包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等部件。分流器、模芯、口模和机颈等部件。使料流由螺旋运动变为直线运动，阻止为熔融的物料粒子进入口模，滤去金属杂质等，此外它还能提高融体压力，使制品比较密实，当物料通过孔眼时得到进一步塑化，以控制塑化质量。n1 机头的作用：熔体由螺旋运动变成直线运动，均
25、匀导入口模，还产生必要的压力，使塑料易于成型，所得制品密实。n2 口模作用：熔体在口模中流动时取得所需形状。n3 机头口模的组成：过滤器，多孔板，分流器（分流器支架），口模，模芯，机颈。n4 多孔板作用：1机头和料筒对中。2支承过滤网。3对熔体产生反压。（1 1）圆孔口模）圆孔口模挤出塑料圆棒、单丝和造粒。具有圆形出口的横挤出塑料圆棒、单丝和造粒。具有圆形出口的横截面。截面。典型的一维流动，同心圆上的轴向流速是相同。典型的一维流动，同心圆上的轴向流速是相同。出口具有狭缝形的横截面。出口具有狭缝形的横截面。具有分配腔具有分配腔直管式口模直管式口模(T型口模型口模)：熔体在这种口模内的停熔体在这种
26、口模内的停留时间在中部和两侧相差很大。留时间在中部和两侧相差很大。聚烯烃、聚酯聚烯烃、聚酯鱼尾形口模鱼尾形口模(扇形口模扇形口模)：口模的流道没有死角，口模的流道没有死角，流道内的容积小而减小了熔体的停留时间流道内的容积小而减小了熔体的停留时间。熔体粘度高，热稳定性差熔体粘度高，热稳定性差,PVC,PVC衣架式口模：停留时间分布较一致。硬衣架式口模：停留时间分布较一致。硬PVCPVC（2 2）扁平口模）扁平口模挤出法生产平膜和片材。挤出法生产平膜和片材。（3 3）环形口模）环形口模挤出管子、管状薄膜、吹塑用型坯、涂布电线。挤出管子、管状薄膜、吹塑用型坯、涂布电线。出口具有环形截面。出口具有环形
27、截面。由口模套和芯模组成由口模套和芯模组成有有支架式：支架式：熔体经分流梭再绕过支架后汇合成管状熔体经分流梭再绕过支架后汇合成管状物从环形流道挤出，汇合处的熔接痕就会影响到物从环形流道挤出，汇合处的熔接痕就会影响到制品质量制品质量直角式：直角式：熔体的流程是不等的，在模唇部分的压力熔体的流程是不等的，在模唇部分的压力降和流率也不同，进而影响厚度分布。降和流率也不同，进而影响厚度分布。螺旋芯模式螺旋芯模式:克服支架式和直角式口模在挤管和吹克服支架式和直角式口模在挤管和吹制管膜中所出现的熔接痕而研制的。制管膜中所出现的熔接痕而研制的。储料缸式：储料缸式：（4 4）异形口模）异形口模异型制品（型材）
28、：从任一口模（异形口模）挤出而得到具异型制品（型材）：从任一口模（异形口模）挤出而得到具有不规则截面的半成品。有不规则截面的半成品。有中空和开放式两大类。有中空和开放式两大类。三、挤出机的辅助设备三、挤出机的辅助设备1.1.原料输送、干燥等预处理设备；原料输送、干燥等预处理设备；2.2.定型和冷却设备，如定型装置、水冷却装定型和冷却设备，如定型装置、水冷却装置、空气冷却装置；置、空气冷却装置；3.3.用于连续地、平稳地将制品接出的可调速牵用于连续地、平稳地将制品接出的可调速牵引装置；引装置；4.4.成品切断和辊卷装置；成品切断和辊卷装置；5.5.控制设备等。控制设备等。四、挤出机的一般操作方法
29、四、挤出机的一般操作方法1.1.开车前准备的工作；开车前准备的工作；2.2.机器运行开始的工作；机器运行开始的工作；3.3.停车时的工作；停车时的工作；4.4.清理设备。清理设备。注意：电、热、机械转动、笨重部件装卸等。注意：电、热、机械转动、笨重部件装卸等。5.3 5.3 单螺杆挤出原理单螺杆挤出原理n挤出机中固体输送、熔化和熔体输送与挤出机中固体输送、熔化和熔体输送与操作条件、塑料性能和螺杆的几何结构操作条件、塑料性能和螺杆的几何结构之间的关系是重要的之间的关系是重要的。塑料成型工艺第5章5.3.1 5.3.1 固体输送（固体输送（n以固体对固体的摩擦力静平衡为基础。以固体对固体的摩擦力静
30、平衡为基础。n假设：假设：n（1 1）物料与螺槽和料筒内壁所有边紧密）物料与螺槽和料筒内壁所有边紧密接触，形成固体塞或固体床，并以恒定接触，形成固体塞或固体床，并以恒定的速率移动；的速率移动；n（2 2）略去螺棱与料筒的间隙，物料重力）略去螺棱与料筒的间隙，物料重力和密度变化等的影响；和密度变化等的影响；（3 3）螺槽深度是恒定的，压力只是）螺槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度的函数，摩擦系数与压力螺槽长度的函数，摩擦系数与压力无关；无关；（4 4）螺槽中固体物料像弹性固体）螺槽中固体物料像弹性固体塞一样移动，受周围的螺杆和料筒塞一样移动，受周围的螺杆和料筒表面之间的摩擦力控制，只有物料表面之间
31、的摩擦力控制，只有物料与螺杆之间的摩擦力小于物料与料与螺杆之间的摩擦力小于物料与料筒之间的摩擦力时物料才能沿轴向筒之间的摩擦力时物料才能沿轴向前进，否则物料将与螺杆一起转动。前进，否则物料将与螺杆一起转动。固体输送率固体输送率Q Qs s：dRieRVQbsRRapLs)sin2(R Rs s、R Rb b：螺槽底部和顶部半径；螺槽底部和顶部半径；e:e:螺棱宽度；螺棱宽度；a a：平均螺旋角；平均螺旋角；i:i:螺纹头数。螺纹头数。bbfbfbsHDNHDQtantan)tan)(tan(2N N：螺杆转数；螺杆转数；b b：料筒表面处的螺旋角；料筒表面处的螺旋角；D Db b：螺杆外径；螺
32、杆外径；H Hf f：螺槽深度。螺槽深度。：移动角（在螺杆的几何参数确定后，只与摩擦因数有关）移动角（在螺杆的几何参数确定后，只与摩擦因数有关）可见：固体输送率与螺杆的几何尺寸和移动角可见：固体输送率与螺杆的几何尺寸和移动角 有关。有关。通常通常 在在0 0 90 90范围，范围，0 0时，时，QsQs为零，为零，9090时，时，QsQs为最大。为最大。因此，为了增大输送量，可以采取以下措施：因此，为了增大输送量，可以采取以下措施：（1 1）螺杆直径不变时，增大螺槽宽度）螺杆直径不变时，增大螺槽宽度（2 2）减小聚合物与螺杆的摩擦系数）减小聚合物与螺杆的摩擦系数fsfs（3 3）增大聚合物与料
33、筒的摩擦系数）增大聚合物与料筒的摩擦系数fbfb，如：料筒如：料筒 内开设纵向沟槽；锥形开槽料筒内开设纵向沟槽；锥形开槽料筒（4 4）减小螺旋角）减小螺旋角 b b，使使 为最大为最大bbtantantantan（5 5）从工艺角度上考虑送料段料筒和螺杆的温度）从工艺角度上考虑送料段料筒和螺杆的温度5.3.2 5.3.2 固体熔化固体熔化塑料在挤出机中的塑化过程是很复杂的。塑料在挤出机中的塑化过程是很复杂的。1.1.冷却实验和熔化机理冷却实验和熔化机理本色塑料本色塑料着色塑料（着色塑料（3 35 5）加热加热挤出挤出稳态稳态停车停车迅速冷却迅速冷却塑料凝固塑料凝固剥下塑料进行分析剥下塑料进行分
34、析由实验观察到在一个螺槽中固体物料的熔化由实验观察到在一个螺槽中固体物料的熔化过程：过程：与料筒表面接触的固体粒子，由于料筒的传与料筒表面接触的固体粒子，由于料筒的传导热和摩擦热的作用，首先熔化，并形成一导热和摩擦热的作用，首先熔化，并形成一层薄膜，层薄膜，称为熔膜称为熔膜。这些不断熔融的物料，在螺杆与料筒的相对这些不断熔融的物料，在螺杆与料筒的相对运动下，不断向螺纹推进面汇集，从而形成运动下，不断向螺纹推进面汇集，从而形成漩涡状的流动区，漩涡状的流动区，称为熔池称为熔池。在熔池的前边充满着受热软化和半熔融后粘在熔池的前边充满着受热软化和半熔融后粘结在一起的固体粒子和尚未完全熔结和温度结在一起
35、的固体粒子和尚未完全熔结和温度较低的固体粒子，较低的固体粒子，统称为固体床统称为固体床。从熔化开始到固体床的宽度下降到零的总长从熔化开始到固体床的宽度下降到零的总长度，度，称为熔化区的长度称为熔化区的长度。一般的，熔化速率。一般的，熔化速率越高，熔化长度越短。越高，熔化长度越短。沿螺槽前移的沿螺槽前移的过程中，固体过程中，固体床宽度逐渐减床宽度逐渐减小，直至全部小，直至全部消失。消失。塑料成型工艺第5章综上可知：综上可知：塑料的整个熔化过程是在螺杆熔融区进塑料的整个熔化过程是在螺杆熔融区进行的，塑料的整个熔化过程直接反映了行的，塑料的整个熔化过程直接反映了固相宽度沿螺槽方向变化的规律，这种固相
36、宽度沿螺槽方向变化的规律，这种变化规律，决定于螺杆参数、操作条件变化规律，决定于螺杆参数、操作条件和塑料的物性等。和塑料的物性等。5.3.3 5.3.3 熔体输送熔体输送一、简化的流动方程一、简化的流动方程熔体在均化段输送中的流动形式熔体在均化段输送中的流动形式:正流（拖曳流动）、逆流（压力流动）、横流、漏流（泄流）正流（拖曳流动）、逆流（压力流动）、横流、漏流（泄流）挤出物质量与挤出物质量与T、N、P之间的关系之间的关系 1）转速的影响：Q随着N的增加而增大，N不变时，Q随P增大而降低。2）螺槽深度的影响：P较低时，Q随螺槽深度的增加而增大，宜选用深螺槽螺杆；P较大时，Q随螺槽深度的增大而降
37、低，宜选用浅螺槽螺杆。3）均化段长度的影响：均化段长度较大时，Q受口膜阻力的影响较小，挤出量Q的变化较小。4）口模的影响（阻力）：口模的截面尺寸大，口模的平直部分短，口模阻力P小，机头微小压力波动，使Q产生较大变化，影响制品质量。5）粘度：Q与物料的粘度无关。因为粘度减小使P也减小。5.4 5.4 单螺杆结构设计的改进单螺杆结构设计的改进一、排气式螺杆一、排气式螺杆可连续从聚合物中可连续从聚合物中抽出挥发物、单体、抽出挥发物、单体、低聚物、缩聚反应低聚物、缩聚反应物、配料时的挥发物、配料时的挥发组分、水分。组分、水分。在料在料筒上设置一个或多筒上设置一个或多个排气孔。个排气孔。二、屏障型螺杆二
38、、屏障型螺杆在压缩段的螺纹旁再加一道辅助螺纹，将主螺纹的在压缩段的螺纹旁再加一道辅助螺纹，将主螺纹的前缘分为熔体槽，后缘分为固体槽，实现熔体与固前缘分为熔体槽，后缘分为固体槽，实现熔体与固体的分离。体的分离。MaileferMailefer螺杆螺杆BarrBarr螺杆螺杆KimKim螺杆螺杆三、销钉型螺杆三、销钉型螺杆在靠近熔化段末端到计量段这一区间设置一组在靠近熔化段末端到计量段这一区间设置一组或几组起混合作用的销钉。或几组起混合作用的销钉。使料流发生搅动，产生局部的高剪切以增进固使料流发生搅动，产生局部的高剪切以增进固体粒子的熔化；有利于内压力提高，保证螺槽体粒子的熔化；有利于内压力提高，
39、保证螺槽被充满和压实。被充满和压实。缺点：产率减少，熔体温度提高。缺点：产率减少，熔体温度提高。塑料成型工艺第5章四、波型螺杆四、波型螺杆螺槽根部是偏心螺槽根部是偏心的，偏心部位沿的，偏心部位沿轴向按螺旋形移轴向按螺旋形移动。动。轴向波型螺杆，带轴向波型螺杆，带有辅助螺纹。有辅助螺纹。五、混合螺杆五、混合螺杆1.1.分配混合元件：分配混合元件：密集的销钉、沟槽、密集的销钉、沟槽、凹穴等。凹穴等。2.2.分散混合元件：剪切元件。分散混合元件：剪切元件。5.5 5.5 双螺杆挤出原理双螺杆挤出原理5.5.1 5.5.1 分类分类R.ErdmergerR.Erdmerger从理论上将双螺杆分为从理论
40、上将双螺杆分为1212类：类：1.1.横向开口：指垂直螺棱方向，物料能越过横向开口：指垂直螺棱方向，物料能越过螺棱，在一根螺杆的各个螺棱之间进行物料螺棱，在一根螺杆的各个螺棱之间进行物料交换。交换。2.2.纵向开口：指自加料口到口模有一通道，纵向开口：指自加料口到口模有一通道，物料从一根螺杆流往另一根螺杆。物料从一根螺杆流往另一根螺杆。指在一根两相连孔道组成指在一根两相连孔道组成截面的料筒内由两截面的料筒内由两根相互啮合或相切的螺杆组成的挤出装置。根相互啮合或相切的螺杆组成的挤出装置。双螺杆结构设计的差别：双螺杆结构设计的差别：（1 1）啮合还是非啮合；）啮合还是非啮合；（2 2）对啮合螺杆：
41、同向转动还是反向转动；）对啮合螺杆：同向转动还是反向转动；（3 3）螺杆是圆柱形还是锥形；）螺杆是圆柱形还是锥形；（4 4）压缩比的实现是靠：螺纹高度或导程；）压缩比的实现是靠：螺纹高度或导程；根径由小变大或外根径由小变大或外 径由大变小；径由大变小；螺纹头数变化。螺纹头数变化。（5 5）螺杆是整体的还是组合的。）螺杆是整体的还是组合的。螺杆类型：螺杆类型：（1 1）ColomboColombo螺杆螺杆(整体式双螺杆)：螺杆分为三段，每一段有一混合室。螺杆分为三段，每一段有一混合室。加料段的外径和螺距最大；压缩段次之；均化段为最小。加料段的外径和螺距最大；压缩段次之；均化段为最小。同一段中，螺
42、杆是等径等距的。同一段中，螺杆是等径等距的。（2 2）锥形双螺杆）锥形双螺杆向外反向转动。向外反向转动。从加料段到计量段，从加料段到计量段，螺杆的外径和根径均螺杆的外径和根径均匀地由大到小变化。匀地由大到小变化。螺杆各部分的长度、螺杆各部分的长度、螺纹头数、螺槽数、螺纹头数、螺槽数、螺棱宽度、螺棱形状螺棱宽度、螺棱形状等均有变化。等均有变化。（3 3）组合型双螺杆）组合型双螺杆由不同数目的具有不同功能的螺杆元件由不同数目的具有不同功能的螺杆元件(输送输送元件、剪切元件、混合元件、压缩元件、捏元件、剪切元件、混合元件、压缩元件、捏合元件合元件）按一定要求和顺序装到带导键或三按一定要求和顺序装到带
43、导键或三角形芯轴上组合而成的。角形芯轴上组合而成的。可以连续输送、塑化、均化、加压、排气。可以连续输送、塑化、均化、加压、排气。塑料成型工艺第5章螺杆元件塑料成型工艺第5章（4 4）非啮合型双螺杆）非啮合型双螺杆类似两根平行单螺杆在料筒中转动，但两根类似两根平行单螺杆在料筒中转动，但两根螺杆反向转动并相切。螺杆反向转动并相切。分为单阶和双阶两种形式。分为单阶和双阶两种形式。4.4.全啮合、反向转动的双螺杆在纵、横向都全啮合、反向转动的双螺杆在纵、横向都是闭合的，不考虑机械间隙，能形成封闭室。是闭合的，不考虑机械间隙，能形成封闭室。3.3.非啮合双螺杆在纵、横向都是开口的。非啮合双螺杆在纵、横向
44、都是开口的。5.5.全啮合、同向转动的双螺杆是纵向开口、全啮合、同向转动的双螺杆是纵向开口、横向封闭的。横向封闭的。6.6.捏合盘在纵向、横向都是开口的。捏合盘在纵向、横向都是开口的。7.7.部分啮合的双螺杆，要区分纵向开口和横部分啮合的双螺杆，要区分纵向开口和横向封闭系统与纵、横向开口系统。向封闭系统与纵、横向开口系统。5.5.2 5.5.2 反向啮合型双螺杆挤出机反向啮合型双螺杆挤出机封闭式反向转动啮合（封闭式反向转动啮合（CICTCICT）型双螺杆挤出型双螺杆挤出机的螺杆几何形状：机的螺杆几何形状：特点：特点：两根螺杆螺槽间的开口是很小的；两根螺杆螺槽间的开口是很小的；具有滚压式啮合，啮
45、合区的螺杆速度都在同一具有滚压式啮合，啮合区的螺杆速度都在同一个方向；个方向；进入啮合区的物料有强制通过该啮合区的倾进入啮合区的物料有强制通过该啮合区的倾向。向。适用范围：适用范围：CICTCICT挤出机一般适合在低速下运行。挤出机一般适合在低速下运行。CICTCICT挤出机的最大允许螺杆速度是机器正位挤出机的最大允许螺杆速度是机器正位移输送特性的良好指标。移输送特性的良好指标。低的最大螺杆转速：低的最大螺杆转速：20204040r/minr/min，型材挤出；型材挤出；高的最大螺杆转速：高的最大螺杆转速：100100200200r/minr/min，配料、配料、连续化学反应和特定聚合物加工。
46、连续化学反应和特定聚合物加工。假设螺槽被物料完全充满而且无漏流，则假设螺槽被物料完全充满而且无漏流，则CICTCICT挤出机的挤出机的理论最大产量为：理论最大产量为：iNQ2maxi:i:平行螺纹数；平行螺纹数；：C C形室的体积；形室的体积；N N：螺杆转数。螺杆转数。实际上存在着漏流：实际上存在着漏流：（1 1）螺棱漏流，）螺棱漏流，QfQf（2 2）压沿漏流，）压沿漏流，QcQc（3 3）侧面漏流，）侧面漏流，QsQs（4 4）四面体漏流，）四面体漏流，QtQt则实际产量为：则实际产量为：tfcsQQiQiNQ2225.5.3 5.5.3 同向、啮合型双螺杆挤出机同向、啮合型双螺杆挤出机
47、有低速和高速两种，低速同向转动双螺杆挤出机适于有低速和高速两种，低速同向转动双螺杆挤出机适于型材挤出；高速挤出机适于特定聚合物的加工作业。型材挤出；高速挤出机适于特定聚合物的加工作业。一、封闭式啮合型挤出机一、封闭式啮合型挤出机封闭式啮合螺杆（封闭式啮合螺杆（CICOCICO）的几何形状：其中一根螺杆的几何形状：其中一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽而且紧密配合，即共扼的螺纹插入另一根螺杆的螺槽而且紧密配合，即共扼螺杆轮廓。螺杆轮廓。特点：特点：两根螺杆的螺槽之间存在着相当大的开口；两根螺杆的螺槽之间存在着相当大的开口；具有滑动式啮合，啮合区螺杆的速度是相反的；具有滑动式啮合，啮合区螺杆的速度
48、是相反的；物料呈物料呈8 8字形运动，同时沿轴向运动；字形运动，同时沿轴向运动；CICOCICO型挤出机物型挤出机物料在进入啮合区料在进入啮合区处产生高的压力，处产生高的压力，因此必须在低速因此必须在低速下运转。下运转。二、自洁式挤出机二、自洁式挤出机高速同向挤出机（高速同向挤出机（CSCOCSCO），），具有封闭式匹配的螺纹轮具有封闭式匹配的螺纹轮廓，从一个螺槽到相邻螺槽有颇大的开口。廓，从一个螺槽到相邻螺槽有颇大的开口。具有封闭式自洁作用。具有封闭式自洁作用。特点：特点：啮合区不产生的压力啮合区不产生的压力降，可以高速运转：降，可以高速运转：600600r/minr/min，不适于直不适于
49、直接挤出型材，物料大接挤出型材，物料大部分按部分按8 8字形运动。字形运动。有正向捏合块、反向捏合块和中性捏合块。有正向捏合块、反向捏合块和中性捏合块。正向捏合块的输送方向与正向螺纹元件相同；反向捏合正向捏合块的输送方向与正向螺纹元件相同；反向捏合块的输送方向与反向螺纹元件相同；中性捏合块无轴向块的输送方向与反向螺纹元件相同；中性捏合块无轴向输送作用。输送作用。5.5.3 5.5.3 非啮合型双螺杆挤出机非啮合型双螺杆挤出机NOCTNOCT，反向转动的非啮合型双螺杆。其输送与反向转动的非啮合型双螺杆。其输送与单螺杆相似，差别在于物料从一根螺杆到另一单螺杆相似，差别在于物料从一根螺杆到另一根螺杆
50、。根螺杆。主要用于共混、排气和化学反应。主要用于共混、排气和化学反应。5.6 5.6 挤出成型工艺与过程挤出成型工艺与过程通常的程序：通常的程序：物料干燥物料干燥成型成型制品的定型与冷却制品的定型与冷却制品的牵引与卷取（切割）制品的牵引与卷取（切割）后处理后处理包装包装一、原料干燥一、原料干燥水分：影响挤出过程的正常进行和制品的质量。制品出水分：影响挤出过程的正常进行和制品的质量。制品出现气泡、表面晦暗、物理机械性能下降、甚至无法挤出。现气泡、表面晦暗、物理机械性能下降、甚至无法挤出。控制含水量控制含水量0.50.5以下。同时不含有任何可见杂质。以下。同时不含有任何可见杂质。二、挤出成型二、挤
