1、单螺杆挤出机的介绍4.1 4.1 概概 述述 u挤出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分热塑性塑料和橡胶都能用此法进行加工。u用挤出成型生产的产品广泛地应用于人民生活以及农业、建筑业、石油化工、机械制造、国防等工业部门。u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。2023年2月10日星期五挤出成型挤出成型?物料从挤出机中通过加热、混物料从挤出机中通过加热、混合、加压，以流动状态连续通过口模成型。合、加压，以流动状态连续通过口模成型。产品：产品：管材、薄膜、板材、片材、棒材、异型材、电线电缆包覆物、单丝、撕裂膜、打包带、网设备：设备：挤出机挤出机单螺杆挤出机单螺杆挤
2、出机双螺杆挤出机双螺杆挤出机2023年2月10日星期五单螺杆挤出机2023年2月10日星期五 与其它成型方法相比，挤出成型有下述特点：u1 1、生产过程是连续的生产过程是连续的，因而其产品都是连续的；可连续化生产。u2、生产效率高生产效率高,一台200挤出机700kg/小 时，德国500挤出机20t/小时u3、应用范围广，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；u4、投资少，收效快投资少，收效快 u5、结构简单，易操作结构简单，易操作。1 1 挤出成型的特点挤出成型的特点2023年2月10日星期五 2 2 挤出过程及工作原理挤出过程及工作原理挤出过程
3、挤出过程 塑料之所以能进行成型加工，是由其内在依据所决定的。由高分子物理学得知，高聚物一般存在着玻璃态、高弹态和粘流态三种物理状态，在一定条件下，这三种物理状态将发生相互转化。塑料的成型加工（压制、压延、挤出、注射等）是在粘流态下进行的。2023年2月10日星期五u塑料由料斗进入料筒后，随着螺杆的旋转而被逐渐推向机头方向。u1 1、加料段、加料段输送并开始压实物料输送并开始压实物料 螺槽为松散的固体粒子（或粉末）所充满，物料开始被压实。u2 2、压缩段、压缩段 1)由于阻力由于阻力,物料被压实物料被压实 由于螺槽逐渐变浅，以及滤网、分流板和机头的阻力，在塑料中形成了很高的压力，把物料压得很密实
4、。压得很密实。2023年2月10日星期五 2)外热、内热的作用，物料熔融外热、内热的作用，物料熔融 同时，在料筒外热和螺杆、料筒对物料的混合、剪切作用所产生的内摩擦热的作用下，塑料的温度逐渐升高温度逐渐升高。对于常规三段全螺纹螺杆来说，大约在压缩段的三分之一处，与料筒壁相接触的某一点的塑料温度达到粘流温度，开始熔融开始熔融。3 3）物料全部熔融，变为粘流态）物料全部熔融，变为粘流态 随着物料的向前输送，熔融的物料量逐渐增多。而未熔融的物料量逐渐减少，大约在压缩段的结束处，全部物料熔融而转变为粘流态，但这时各点的温度尚不很均匀。2023年2月10日星期五u3 3、均化段均化段-均化、挤出均化、挤
5、出 经过均化段的均化作用均化作用就比较均匀了，最后螺杆将熔融物料定量、定压、定温地挤入机挤入机头。头。u4、机头机头-成型、定型成型、定型 口模是个成型成型部件，物料通过它便获得一定截面的几何形状和尺寸。再经过冷却定型和其它工序，就得到成型好的制品。2023年2月10日星期五工作原理工作原理u挤出过程是这样进行的：将塑料加热，使之呈粘流状态，在加压的情况下，使之通过具有一定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体，然后通过冷却，使其具有一定几何形状和尺寸的塑料由粘流态变为高弹态，最后冷却定型为玻璃态，得到所需要的制品。（玻璃态玻璃态粘流态粘流态高弹态高弹态玻璃态玻璃态）2023年2月10日星
6、期五u1 1、主机（挤出机）、主机（挤出机）u挤压系统挤压系统：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。3 3 挤出机及其机组的挤出机及其机组的组成组成2023年2月10日星期五2023年2月10日星期五u传动系统传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转扭矩和转速速。u加热冷却系统：加热冷却系统：其功用是通过对料筒（或螺杆）进行加热和冷却加热和冷却，保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。u控制系统：控制系统：控制挤出机的拖动电机、按所需的功率、速度运行，检测、控制温度、压力等参数，完成对制品的质量
7、控制，使其满足工艺要求。u2 2、辅机、辅机u机头（口模）机头（口模）：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。在挤出成型过程中起决定性决定性的作用。u 定型装置：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，从而得到更为精确精确的截面形状、尺寸和光亮的表面的截面形状、尺寸和光亮的表面。通常采用冷却和加通常采用冷却和加压的方法压的方法达到这一目的。2023年2月10日星期五u冷却装置：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。u牵引装置：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
8、地进行。u切割装置：切割装置：将连续挤出的制品切割成所需要的规格（一定的长度和宽度）。u堆放及卷取装置：堆放及卷取装置：硬制品的码放及软制品的收卷。2023年2月10日星期五u3 3、控制系统（检测和控制）、控制系统（检测和控制）u挤出机组的控制系统：它由各种电器、仪表和执它由各种电器、仪表和执行机构组成。行机构组成。控制控制挤出机的主机、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、速度和运动轨迹，使其满足工艺要求并保证其协调运行。检测、控制检测、控制主辅机的温度、压力、流量，完成对制品温度、压力、流量，完成对制品的质量控制，的质量控制，最终实现对整个挤出机组的自动控制
9、和对产品质量的控制。u我们一般称由以上各部分组成的挤出装置为挤出挤出机组。机组。2023年2月10日星期五u挤出机的分类：随着挤出机用途的增加，出现了各种挤出机，分类方法很多。u1、按螺杆数目按螺杆数目的多少，可以分为单螺杆挤出机单螺杆挤出机、双螺杆挤出机双螺杆挤出机和多螺杆挤出机多螺杆挤出机。u2、根据功能根据功能，分为排气挤出机、混炼式挤出机排气挤出机、混炼式挤出机和超高分子量挤出机超高分子量挤出机等4 4 挤出机的分类挤出机的分类2023年2月10日星期五u方向与Vbx 方向相同。u温度的调节是靠挤出机的加热冷却系统和控制系统进行的。u单螺杆挤出机结构示意图u而且挤出量对机头压力变化的敏
10、感性较小。u2 锯齿形：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。u随着物料的向前输送，熔融的物料量逐渐增多。u由机头，口模等阻力元件产生的压力引起的逆向流动。u然后垂直于螺纹方向切取截面，可以看到一个截面内有三个区域：u分流板的厚度：由挤出机的尺寸及分流板承受的压力而定，根据经验取为料筒内径的20%左右。u物料正是在这一部分由玻璃态转变为粘流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。u1、按螺杆数目的多少，可以分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。u如果密封不好，会有跑、冒、滴、漏现象。u为加大输送能力，不希望加料段温度升得过高，相反有时要冷却；u滤 网的阻力，u5）
11、、螺槽是矩形的，并且其深度不变：uII 压缩段：螺槽深度逐渐变小；u也不便于加热冷却系统的设置和维修。u当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形式急剧改变，由螺旋带状的流动变成直线流动。u所谓单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶）所消耗的能量。u3物料在螺杆中的流动理论u3、按螺杆的有无按螺杆的有无：可分为螺杆挤出机和无螺杆挤出机（柱塞式挤出机）；u4、按螺杆在空间的位置按螺杆在空间的位置：可分为卧式挤出机和立式挤出机。u5、按螺杆转速按螺杆转速：可分为普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机。u最常用的是卧式单螺杆非排气挤出机卧式单螺杆非排气挤出机和和双螺杆非排双螺杆非排气挤出机气挤出机，本章将以
12、此为重点进行介绍。2023年2月10日星期五4.2 4.2 单螺杆挤出机单螺杆挤出机4.2.1 主要结构和参数主要结构和参数4.2.2 挤出过程参变量挤出过程参变量4.2.3 物料在螺杆中的流动理论物料在螺杆中的流动理论4.2.4 螺杆及其参数螺杆及其参数4.2.5 其它主要零部件其它主要零部件单螺杆挤出机2023年2月10日星期五4.2.1 4.2.1 主要结构和参数主要结构和参数u1 1 挤压系统：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挤出机头。u2 2 传动系统：传动系统：它的作用是给螺杆提供所
13、需的扭矩和转速扭矩和转速。u3 3 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。u4 4 控制系统：控制系统：控制挤出机的拖动电机、按所需的功率、速度运行，检测、控制温度、压力等参数，完成对制品的质量控制，使其满足工艺要求。单螺杆挤出机单螺杆挤出机传动装置传动装置加料装置加料装置机筒机筒螺杆螺杆机头与口模机头与口模单螺杆挤出机结构示意图单螺杆挤出机结构示意图1-机座机座 2-电动机电动机 3-传动装置传动装置 4-料斗料斗 5-料斗冷却区料斗冷却区 6-机筒机筒7-料筒加热器料筒加热器 8-热点偶控温点热点偶控温点 9-螺杆螺
14、杆 10-过滤网及多孔板过滤网及多孔板11-机头加热器机头加热器 12-机头机头 13-挤出物挤出物2023年2月10日星期五u单螺杆挤出机的性能特征通常用以下几个主要技术参数表示：u 螺杆直径螺杆直径D：指螺杆外径，单位mm。u 螺杆长径比螺杆长径比LD：L为螺杆的有效长度，即有螺纹部分的长度（工艺上将L定义为由加料口中心线到螺纹末端的长度），D为螺杆直径。单螺杆挤出机的主要参数单螺杆挤出机的主要参数2023年2月10日星期五u 螺杆的转数螺杆的转数n：单位r/min。u 驱动电机功率驱动电机功率N：用表示，单位kw。u料筒加热段数料筒加热段数B：34段u料筒加热功率料筒加热功率E：单位kw
15、。u挤出机生产率挤出机生产率Q：用表示，单位kg/h。u机器的中心高机器的中心高H：用表示，指螺杆中心线到地面的高度。单位mm。u机器的外形尺寸机器的外形尺寸：长、宽、高。单位mm。2023年2月10日星期五 描写这一过程的参量有、（或挤出量、产量）和（或功率）。4.2.2 4.2.2 挤出过程参变量挤出过程参变量 温度是挤出过程得以进行的重要条件之一。如前所述，物料从加入料斗到最后成型为制品是经历了一个复杂的温度过程的。1 1、温度、温度 如果我们以物料沿料筒 方 向 的 位 移 为 横 坐 标。而以温度为纵坐标，将沿料筒方向测得的各点的物料温度值连成曲线，就会得到所谓温度轮廓曲线。该曲线有
16、一定的变化规律。，1 1）热量来源）热量来源 根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热量的来源热量的来源主要有两个：a.物料与物料之间；物料与螺杆、料筒之 间的剪切、摩擦产生的热量，b.料筒外部加热器提供的热量。u为了便于物料的容易加入、输送、熔融、均化以及在低温下挤出，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。u2)熔体在螺槽内的运动分析ua、将计量段螺槽展开并认为螺槽为浅螺槽，H3/D0.u距离太小，则料流不稳定，对制品质量不利，一般为0.u挤出过程中经常会产生螺杆回转生成的摩擦剪切热比物料所需要的热量多的现象，这会导致料筒内物料温度过高，如不及时排出过多的热
17、量，会引起物料（特别是热敏性塑料）分解，有时也会使成型难以进行。u前者是为了便于改变料筒长度来适应不向长径比的螺杆，后者是为了设置排气段。u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：u与风冷相比，水冷的冷却速度快，体积小，成本低，但易造成急冷，从而扰乱塑料的稳定流动。u温度的调节是靠挤出机的加热冷却系统和控制系统进行的。u5、按螺杆转速：可分为普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机。u分流板的厚度：由挤出机的尺寸及分流板承受的压力而定，根据经验取为料筒内径的20%左右。u驱动电机功率N：用表示，单位kw。u这两部分热量所占比例与螺杆、料筒的结构形式、工艺条件、物料的性质等有关，也
18、与挤出过程的阶段（如启动阶段，稳定运转阶段）有关。u所谓单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶）所消耗的能量。u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。u7-料筒加热器 8-热点偶控温点 9-螺杆 10-过滤网及多孔板u为了提高固体输送率，由固体输送理论知，一种方法就是增加料筒表面的摩擦系数，还有一种方法就是增加加料口处的物料通过垂直于螺杆轴线的横截面的面积。u螺杆和料筒组成了挤出机的挤压系统。u固体塞子沿螺槽移动的速度用Vp表示，固体塞子沿螺杆轴线方向的移动速度用Vpl表示。u1953年它首先在两个无限大的平板之间，假定熔体为等温牛顿流体的条件下建立起来，后来又进行
19、了修正。2 2）温度的调节）温度的调节 温度的调节是靠挤出机的加热冷却系统和控制系统靠挤出机的加热冷却系统和控制系统进行的进行的。a.a.加料段加料段-低温输送。低温输送。为加大输送能力，不希望加料段温度升得过高，相反有时要冷却；b.b.压缩段和计量段压缩段和计量段高温熔融。高温熔融。为了促使物料熔融，均化，物料要升到较高的温度。为了便于物料的容易加入、输送、熔融、均化以及在低温下挤出，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。2 2、压力、压力1 1）压力的建立）压力的建立 挤出成型时，沿料筒轴线方向，在物料内部就要建立起不同的压力a a.的存在的存在（螺槽深
20、度的改变螺槽深度的改变、料筒上的沟槽料筒上的沟槽深度变化、螺距的改变深度变化、螺距的改变）b b.、和和产生的阻力产生的阻力，c.c.压力的建立也是物料得以经历物理状态变化、得到均匀密实的熔体、并最后得到成型制品的重要条件之一。2 2）影响压力的因素影响压力的因素 如果将沿料筒轴线方向（包括口模）测得的各点的如果将沿料筒轴线方向（包括口模）测得的各点的物料压力值作为纵座标，以料筒轴线为横座标做一曲物料压力值作为纵座标，以料筒轴线为横座标做一曲线，即可得到所谓压力轮廓线。线，即可得到所谓压力轮廓线。3 3、流率（挤出量）、流率（挤出量）流率是描写挤出过程的一个重要参量。它的大小表征着机器生产率的
21、高低。1 1）绝对流率）绝对流率（流量，产量）用Q表示，为每小时公斤。2 2）比流率）比流率 用每转的流率 Q/n表示。后者更能反映挤压系统性能，应当作为比较挤压系统性能的标准。3 3）影响流率的因素）影响流率的因素 4 4、能量（功率）、能量（功率）u1 1）能量平衡）能量平衡 若从能量的观点来观察挤出过程，就有一 个能量平衡问题。为了使加入的物料熔融呈，必须供给；为使物料压实并得以成型，物料必须具有一定的压力，即必须供给。和和是由加热器的电能和驱动螺杆是由加热器的电能和驱动螺杆的机械能转化而来的机械能转化而来。这些能量的一部分为熔融物料、成型制品所利用。其余部分作为热损失而损失掉。其能量平
22、衡方程式如下:u在保证塑化质量和混炼质量的前提下，在保证塑化质量和混炼质量的前提下，希望该值希望该值越小越好越小越好。4.2.34.2.3物料在螺杆中的流动理论物料在螺杆中的流动理论 根据实验研究，物料自料斗加入到由机头中挤出，要通过几个职能区：固体输送区固体输送区，物料向前输送并被压实，但仍以固体状存在。熔融区熔融区，物料开始熔融，已熔的物料和未熔的物料以两相的形式共存，未熔物料最终全部转变为熔体。熔体输送区熔体输送区，螺槽全部为熔体充满。一一 固体输送理论固体输送理论1 1、基本假设：、基本假设：u1）、螺槽中被压实的物料象具有弹性的固体塞）、螺槽中被压实的物料象具有弹性的固体塞于一样移动
23、：于一样移动：u2）、塞子与所有面（料筒表面、螺纹槽底面、）、塞子与所有面（料筒表面、螺纹槽底面、螺纹两个侧面）相接触；螺纹两个侧面）相接触；u3）、塞子与各表面的摩擦系数是一个常数，但）、塞子与各表面的摩擦系数是一个常数，但在螺杆和料筒表面可以取不同值；在螺杆和料筒表面可以取不同值；u4）、忽略料筒和螺纹棱之间的间隙；）、忽略料筒和螺纹棱之间的间隙；u5）、螺槽是矩形的，并且其深度不变：）、螺槽是矩形的，并且其深度不变：u6）、固体塞子的密度不变。）、固体塞子的密度不变。u现代挤出机的料筒都设有冷却系统。u其能量平衡方程式如下:u对于等距渐变型螺杆 S1=S3u与其它成型方法相比，挤出成型有
24、下述特点：u这两部分热量所占的比例在挤出过程的不同区段也是不同的：u1、按螺杆数目的多少，可以分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。u机筒运动，螺杆相对静止。u温度是挤出过程得以进行的重要条件之一。uZ+HJ=Qv(T2-T0)CvJ+QvP+Hu（1）交流整流子电机无级调速u为了提高固体输送率，由固体输送理论知，一种方法就是增加料筒表面的摩擦系数，还有一种方法就是增加加料口处的物料通过垂直于螺杆轴线的横截面的面积。u当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形式急剧改变，由螺旋带状的流动变成直线流动。up1计量段起始端压力u2 传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。u3）、塞
25、子与各表面的摩擦系数是一个常数，但在螺杆和料筒表面可以取不同值；u2)熔体在螺槽内的运动分析u由挤出过程知，温度是挤出过程得以进行的必要条件之一，挤出机的加热冷却系统就是为保证这一必要条件而设置的。u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、定温地挤入机头。u物料正是在这一部分由玻璃态转变为粘流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。u5、结构简单，易操作。2 2 基本方程基本方程 在固体塞子上取一个微单元。在固体塞子上取一个微单元。假定螺杆不动，料筒以假定螺杆不动，料筒以的速度移动。固体塞子沿螺槽移的速度移动。固体塞子沿螺槽移动的速度用动的速度用Vp表示，固体塞子沿表
26、示，固体塞子沿螺杆轴线方向的移动速度用螺杆轴线方向的移动速度用Vpl表表示。则固体的流率示。则固体的流率Qs可以用速度可以用速度Vpl和固体塞子通过垂直于螺杆轴和固体塞子通过垂直于螺杆轴线的平面上的螺槽横截面积的乘线的平面上的螺槽横截面积的乘积来表示：积来表示：)(tantantantan)(bb112eWWhDDnhQbbbbs二熔融理论二熔融理论 熔融理论又称为融化理论，相迁移理论，它是研究塑料从固态转变为熔融状态的过程，是建立在热力学第一流变学等基础上的一种理论。熔融理论主要用于指导螺杆熔融段的设计。有关熔融区的研究是近几十年的事，到目前为止，仍处于发展阶段。u1.1.熔融理论的物理模型
27、熔融理论的物理模型u该熔融理论是在挤出机上进行的大量冷却实验的该熔融理论是在挤出机上进行的大量冷却实验的基础上提出来的。基础上提出来的。：将着色物料（或炭黑）和本色物料加：将着色物料（或炭黑）和本色物料加入挤出机中，待挤出过程稳定后，快速停车并骤入挤出机中，待挤出过程稳定后，快速停车并骤冷料筒（如果可能，也冷却螺杆），冷料筒（如果可能，也冷却螺杆），（固态床）u抽出螺杆，将螺旋状的已冷却的物料带从螺杆上剥下，这时抽出螺杆，将螺旋状的已冷却的物料带从螺杆上剥下，这时可以发现，已熔融的和局部混合的物料呈现流线，而未熔的可以发现，已熔融的和局部混合的物料呈现流线，而未熔的物料将保持初始的固态。物料将
28、保持初始的固态。u 然后垂直于螺纹方向切取截面，可以看到一个截面内有然后垂直于螺纹方向切取截面，可以看到一个截面内有三三个区域个区域：三、熔体输送理论 1 1、熔体输送的机理、熔体输送的机理u1）无限平行板模型。为了方便研究问题，假定：为了方便研究问题，假定：ua a、将计量段螺槽展开并认为螺将计量段螺槽展开并认为螺槽为浅螺槽，槽为浅螺槽，H3/D0.09 ub b、螺槽静止不动螺槽静止不动 uc、将机筒展开为一无限大平板将机筒展开为一无限大平板，且该平板运动速度为，且该平板运动速度为Vb。Vb=Dbnud、Vb的方向与展开的螺槽方向的方向与展开的螺槽方向成成角，则有角，则有 Vbx=Dbns
29、in VbZ=Dbncos a.螺槽的几何尺寸图螺槽的几何尺寸图u 2)熔体在螺槽内的运动分析 熔料在螺槽中的流动实际上有以下几种运动合成：ua.a.正流（曳流）：正流（曳流）：是由物料受机筒的摩擦拖曳引起的，最大处速度为.方向与相同，流量用表示。ub b 逆流（压力流）：逆流（压力流）：由垂直于螺棱方由垂直于螺棱方向的分速度向的分速度引起引起（如图（如图)使物料在螺使物料在螺槽内产生翻转运动。槽内产生翻转运动。方向与方向与 方向相同。方向相同。横流对物料的混横流对物料的混合、热交换和塑化起合、热交换和塑化起着重要作用，但对流着重要作用，但对流体总的流动量基本无体总的流动量基本无影响。影响。u
30、3、控制系统（检测和控制）u熔融理论主要用于指导螺杆熔融段的设计。u通常采用冷却和加压的方法达到这一目的。u5、按螺杆转速：可分为普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机。u最常用的是卧式单螺杆非排气挤出机和双螺杆非排气挤出机，本章将以此为重点进行介绍。u传动系统是挤出机的重要组成部分，它的作用是驱动螺杆，给螺杆需要的转速和扭矩，完成挤出过程。u故完善的水冷系统所用的水不是自来水，而是经过化学处理的水。u料筒加料段内壁开设纵向沟槽u是 产 生在机筒与螺杆突棱间隙处形成的一种压力逆流。u冷却实验：将着色物料（或炭黑）和本色物料加入挤出机中，待挤出过程稳定后，快速停车并骤冷料筒（如果可能，也冷却螺杆）
31、，u适用于压缩段和均化段。u式中 Z单位时间内由螺杆输入的机械能，u等距渐变型螺杆：加料段较深螺槽向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。u机头（口模）：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。uIII 均化段（计量段）：螺槽深度通常为常数；u衬套磨损后可以拆出加以更换、衬套和料筒要配合好，要保证整个料筒壁上热传导不受影响；u设置必要的、合理的安全保护装置，在发生堵转时可以有效防止设备事故的发生，比如：损坏机身、螺杆、机头、电机等u多头螺纹用得较少，这是因为物料在多头螺纹中不易均匀充满，易造成波动。u假定螺杆不动，料筒以Vb=dn的速度移动。u料筒外部
32、加热器提供的热量。ud d 漏流：漏流：u是是 产产 生在机筒与螺杆突棱间隙生在机筒与螺杆突棱间隙处形成的一种处形成的一种压力压力逆流逆流。u和逆流一样，也是由压力梯度引起的。和逆流一样，也是由压力梯度引起的。u 漏流的流速比正流和逆流小得多。漏流的流速比正流和逆流小得多。u总流总流塑料熔体在螺槽中混合流动示意图塑料熔体在螺槽中混合流动示意图熔体在螺槽内的流速分布图熔体在螺槽内的流速分布图2 2基本假设基本假设 ua.牛顿型流体，并已全部熔融且等温ub.流动是稳定的uc.压力只在X，Z方向上变化ud.流体不可压缩；内部无流动ue.重力忽略uf.机筒运动，螺杆相对静止。3 3生产率的基本方程生产
33、率的基本方程 u根据前面的假设，分析和建立的物理模型，用流体力学的分析方法，就可以导出目前应用于单螺杆挤出机均化段的流率计算公式：)Lpp)(nQ321fu正流流率常数正流流率常数u倒流流率常数倒流流率常数u漏流流率常数漏流流率常数u螺槽中物料黏度螺槽中物料黏度uf f螺棱与机筒间隙中物料的平均黏度螺棱与机筒间隙中物料的平均黏度up1计量段起始端压力计量段起始端压力up2计量段末端压力计量段末端压力4.2.44.2.4 螺杆及其参数螺杆及其参数组成了挤出机的组成了挤出机的挤压系统挤压系统。为说明挤。为说明挤压系统的重要性，人们通常称之为压系统的重要性，人们通常称之为挤出机的心脏挤出机的心脏。物
34、料正是在这一部分由玻璃态转变为粘流态，。物料正是在这一部分由玻璃态转变为粘流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。如果然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关键地位。就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关键地位。一台挤出机的一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物的生产率、塑化质量、填加物的分散性（分散混合效果）、熔体温度、动力分散性（分散混合效果）、熔体温度、动力消耗等，消耗等，主要决定于主要决定于螺杆螺杆的性能的性能。一、评价螺杆的标准一、评价螺杆的标准 u1 塑化质量塑化质量 一根螺杆首先必须能生产出合乎质量要求的制品。u2 2 产量产量 在保证塑化质量的
35、前提下，通过给定机头的产量或挤出量。u3 3 单耗单耗 所谓单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶）所消耗的能量。u4 4 适应性适应性 对加工不同塑料、匹配不同机头和不同制品的适应能力。u5 5 制造的难易制造的难易 一根好的螺杆还必须易于加工制造，成本低。二、螺杆的结构分类二、螺杆的结构分类u普通型螺杆普通型螺杆：工作长度上为全螺纹，通常称工作长度上为全螺纹，通常称为为常规全螺纹三段螺杆常规全螺纹三段螺杆，是指出现最早、应是指出现最早、应用最广、整根螺杆由三段组成，其挤出过程用最广、整根螺杆由三段组成，其挤出过程完全依靠全螺纹的形式完成的螺杆。完全依靠全螺纹的形式完成的螺杆。u常规全螺纹三段螺杆
36、按螺纹升程和螺槽深度的变化分为u等距变深型螺杆 等距渐变型螺杆：加料段较深螺槽向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。等距突变型螺杆：加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的。u等深变距型螺杆u变深变距型螺杆三三常规全螺纹三段常规全螺纹三段螺杆的型式螺杆的型式四四 螺杆的结构形式及参数螺杆的结构形式及参数 加料段：加料段：起预热、压实、输送物料的作用，螺槽深度不变起预热、压实、输送物料的作用，螺槽深度不变II 压缩段：压缩段：螺槽深度逐渐变小；起熔融物料、去阶气体等螺槽深度逐渐变小；起熔融物料、去阶气体等III 均均化段（计量段）：化段（计量段）：螺
37、槽深度通常为常数；起进一步塑化螺槽深度通常为常数；起进一步塑化 均匀物料、并将其定量定压的送入机头口模的作用。均匀物料、并将其定量定压的送入机头口模的作用。u常规全螺纹三段螺杆一般分为常规全螺纹三段螺杆一般分为（计量段）。（计量段）。u1 1 加料段：加料段：加料段的作用是输送物料给压加料段的作用是输送物料给压缩段和均化段缩段和均化段。u加料段螺槽体积最大且维持不变，由加料斗加入的物料靠此段向前输送，并开始被压实，温度从常温逐渐升高到熔点，此段物料处于固态。u加料段螺杆长度L1，一般取(310）D。u螺槽深度h1，加大h1可提高输送量Qsub 逆流（压力流）：u最常用的是卧式单螺杆非排气挤出机
38、和双螺杆非排气挤出机，本章将以此为重点进行介绍。u是指一根料筒是由几个料筒段组合起来的。u（3）接近料筒表面的熔膜u也难免在螺杆的端点因停滞物料被烧焦的现象。u3、流率（挤出量）u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。u与其它成型方法相比，挤出成型有下述特点：u式中 Z单位时间内由螺杆输入的机械能，u也有用油和空气作为冷却介质的。u物料正是在这一部分由玻璃态转变为粘流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。u导程t：螺纹回转一周时，螺纹上某点沿螺杆轴向前进的距离。u软化水并经过除氧处理。u压力只在X，Z方向上变化u3 挤出机及其机组的组成u再经过冷却定型和其
39、它工序，就得到成型好的制品。u螺杆的转数n：单位r/min。u分流板上孔眼的分布原则：是使流过它的物料流速均匀。u希望该值越小越好。u而且挤出量对机头压力变化的敏感性较小。2 2 压缩段：压缩段：压实物料，熔融物料压实物料，熔融物料。u螺槽体积在此段逐渐减小，螺槽是压缩型的，物料在此段继螺槽体积在此段逐渐减小，螺槽是压缩型的，物料在此段继续被压实，并向熔融态转化，至末端物料全部或大部熔融而续被压实，并向熔融态转化，至末端物料全部或大部熔融而转变为粘流态。此段物料以固态和粘流态共存。转变为粘流态。此段物料以固态和粘流态共存。u压缩段螺杆长度压缩段螺杆长度L L2 2。u压缩比：压缩比：它的作用是
40、将物料压缩，排除气体，建立必要的压它的作用是将物料压缩，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。力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度。几何压缩比：几何压缩比：加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。容积之比。物理压缩比：物理压缩比：物料加工之前的松密度与均化段熔体密度之比物料加工之前的松密度与均化段熔体密度之比。3 3 均化段：均化段：该段的作用是将来自压缩段的已该段的作用是将来自压缩段的已熔物料熔物料定压定量定温定压定量定温地挤到机头中去。地挤到机头中去。u均化段的螺槽体积最小且维持不变，已完全熔融的物料在此段进一
41、步被塑化和均化。物料在此段呈粘流态。u螺槽深度螺槽深度 h3 应当设计得使该段的计量能力与压缩段的熔融能力相匹配，以适当地控制每一转的挤出量。h3=（0.020.06）D。u均化段的长度均化段的长度L3长一些，可以使物料得到相对长一些的均化时间，也可以减少压力、产量、温度的波动。1 螺杆直径螺杆直径Du螺杆直径是指螺杆的外径，是螺杆的重要参量，它在一定意义上表征挤出机挤出量的大小。u螺杆直径已经标准化螺杆直径已经标准化五五 螺杆的基本参数螺杆的基本参数2 螺杆长径比螺杆长径比L/Du螺杆的长径比是螺杆的重要参数之一。若将它与螺杆转数联系起来考虑，在一定意一定意义上也表示螺杆的塑化能力和塑化质量
42、。义上也表示螺杆的塑化能力和塑化质量。u单螺杆的长径比有一个由小到大的发展趋势，50年代一般为1820，60年代为2528，目前为30左右。u1）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，塑化得更充分更均匀，故可以保证产品质量保证产品质量。u2）在此前提下，可以提高螺杆的转数。从而提高挤出量提高挤出量。u1）长径比加大后，螺杆、料筒的加工和装配都比较困难和复杂，成本也相应提高。u2）L/D增大后,因螺杆的下垂度与其长度的四次方成正比，故会增加螺杆的弯曲度而造成螺杆与料筒的间隙不均匀，有时会使螺杆刮磨料筒而影响挤出机的寿命。u3）当长径比加大后，若提高螺杆转数，其扭矩必然加大，这对
43、小直径的螺杆来说，因其加料段的螺纹根径较小，就要考虑其强度是否满足要求的问题。3 3 压缩比压缩比u是指螺杆的几何压缩比，它是螺杆加料段第一个螺槽的容积与计量段最后一个螺槽容积之比。33311121h)hD)(eS(h)hD)(eS(VV331121h)hD(h)hD(VV对于等距渐变型螺杆对于等距渐变型螺杆 S1=S3u压缩比的选择：根据物料和工艺条件。4 4 导程、螺距与升角导程、螺距与升角u导程导程t t：螺纹回转一周时，螺纹上某点沿螺杆轴向前进的距离。u螺距螺距s s：螺杆上相邻螺纹之间的轴向距离。u螺纹升角螺纹升角：螺纹展开线与垂直于螺杆轴线的平面间的夹角。出于机械加工的方便，一般取
44、D=t，=1740。nst Dtant u 螺纹的头数螺纹的头数n n 螺杆螺纹可以是单头的单头的，也可以是双双头的头的。多头螺纹用得较少，这是因为物料在多头螺纹中不易均匀充满，易造成波动。u螺纹棱部宽度螺纹棱部宽度e e 1）e太小会使漏流增加，而导致产量降低，特别是对低粘度的熔体来说更是如此。2）e太大会增加螺棱上的动力消耗，有局部过热的危险。3）一般取e=(0.08-0.12)D。常见螺杆螺纹的断面形状有三种在螺槽根部有一个很小的圆角半径，它有最大的装填体积，而且机械加工比较容易，适用于加料段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。适用于压缩段和均化段。输送物料稳定，提
45、高塑化效果，提高产量3050%。六六 螺纹断面形状螺纹断面形状七七 螺杆头部结构螺杆头部结构u当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形式急剧改变，由螺旋带状的流动变成直线流动式急剧改变，由螺旋带状的流动变成直线流动。为得到较好的挤出质量。要求物料尽可能平稳地从螺杆进入机头，尽可能避免局部受热时间过长而产生热分解现象。这与螺杆头部形状、螺杆末端螺纹的形状以及 机头体中流道的设计和分流板的设计等有密切关系。根据常用的螺杆头的形状，分成以下几类：u1 1、钝的螺杆头、钝的螺杆头 总有因物料在螺杆头前面停滞而分解的危险，即使稍有曲面和锥面的螺杆头通常也不足以
46、防止这一点，对以上形式的螺杆头一般要求装分流板。u2 2、带有较长锥面的螺杆头、带有较长锥面的螺杆头 也难免在螺杆的端点因停滞物料被烧焦的现象。u3 3、斜切截锥体的螺杆头、斜切截锥体的螺杆头 其端部有一个椭圆平面，当螺杆转动时，它能使料流搅动，物料不易因滞流而分解。u4 4、锥部带螺纹的螺杆头、锥部带螺纹的螺杆头 能使物料借助螺纹的作用而运动，主要用于电缆行业。u5 5、鱼雷头螺杆头、鱼雷头螺杆头 与料筒之间的间隙通常小于它前面的螺槽深度。有的鱼雷头表面上开有沟槽或加工出特殊花纹。“它有良好的混合剪切它有良好的混合剪切作用，能增大流体的压力和消除波动现象作用，能增大流体的压力和消除波动现象”
47、，常用来挤出粘度较大、导热性不良或有较为明显熔点的塑料。4.2.5 4.2.5 其它主要零部件其它主要零部件u1 料筒u2 分流板u3 传动装置 就料筒的整体结构来分，有整体料筒和组合料筒整体料筒和组合料筒。u整体料筒整体料筒 是在整体坯料上加工出来的。这种结构容易保证较高的制造精度和装配精度，也可以简化装配工作，便于加热冷却系统的设置和装拆，而且热量沿轴向分布比较均匀，自然这种料筒筒要求较高的加工制造条件。1 1 料筒结构料筒结构 u组合料筒组合料筒 是指一根料筒是由几个料筒段组合起来的。实验实验性挤出机性挤出机和排气式挤出机排气式挤出机多用组合料筒。前者是为了便于改变料筒长度来适应不向长径
48、比的螺杆，后者是为了设置排气段。在一定意义上说，采用组合料筒有利于就地取材和加工，对中小型厂是有利的。但实际上组合料筒对加工精度要求很高。组合料筒筒各料筒段多用法兰螺栓联接在一起。这样就破坏了料筒加热的均匀性，增加了热损失。也不便于加热冷却系统的设置和维修。u双金属料筒双金属料筒 为了既能满足料筒对材质的要求，又能节省贵重材料，不少料筒在一般碳素钢或铸钢的基体内部镶一合金钢衬套。衬套磨损后可以拆出加以更换、衬套和料筒要配合好，要保证整个料筒壁上热传导不受影响；料筒和衬套间既不能有相对运动，又要能方便地拆出，这就要选择合适的配合精度。uIKVIKV料筒料筒 料筒加料段内壁开设纵向沟槽料筒加料段内
49、壁开设纵向沟槽 为了提高固体输送率，由固体输送理论知，一种方法就是增加料筒表面的摩擦系数，还有一种方法就是增加加料口处的物料通过垂直于螺杆轴线的横截面的面积。在料筒加料段内壁开料筒加料段内壁开设纵设纵向沟向沟槽和将加料段靠近加料口槽和将加料段靠近加料口处处的一段料筒内壁做成的一段料筒内壁做成锥锥形就是形就是这这两种方法的具体化。两种方法的具体化。强制冷却加料段料筒强制冷却加料段料筒 为了提高固体输送量，还有一种方法。就是冷却加料段料筒，目的是使被输送的物料的温度保持在软化点或熔点以下，避免熔膜出现，以保持物料的固体摩擦性质。u采用上述方法后，输送效率由0.3提高到0.6。而且挤出量对机头压力变
50、化的敏感性较小。2 2 分流板分流板 在螺杆头部和口模之间有一个过渡区，物料流过这一区域时，其流动形式要发生变化。为适应这一变化，该过渡区应当有一个决定于螺杆头形状和尺寸、口模形状和尺寸以及物料粘度的形状，该形状应当使熔体易于向口模流动。分流板的作用分流板的作用 使料流由螺旋运动变为直线运动使料流由螺旋运动变为直线运动。此外。分流板还可以提高熔体压力，使制品比较密实，当物料通过孔眼时，得以进一步均匀塑化，以控制塑化质量。u这样就破坏了料筒加热的均匀性，增加了热损失。u衬套磨损后可以拆出加以更换、衬套和料筒要配合好，要保证整个料筒壁上热传导不受影响；u假定螺杆不动，料筒以Vb=dn的速度移动。u
