1、第六章 挤出成型1专业参考塑料的一次成型n一次成型是指通过加热使塑料处于粘流态的条一次成型是指通过加热使塑料处于粘流态的条件下件下,经过流动、成型和冷却硬化，而将塑料经过流动、成型和冷却硬化，而将塑料制成各种形状的产品的方法；制成各种形状的产品的方法；n二次成型则是将一次成型所得的片、管、板材二次成型则是将一次成型所得的片、管、板材加热使其处于类橡胶态，通过外力作用使其形加热使其处于类橡胶态，通过外力作用使其形变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而得的产品；得的产品；2专业参考挤出成型n定义：在挤压作用下物料受热熔化，强定义：在挤压作用下物料受热熔化，
2、强行通过口模，截面恒定，连续型材行通过口模，截面恒定，连续型材。n适用：所有的热塑性塑料，部分热固性适用：所有的热塑性塑料，部分热固性塑料，塑料，可生产管、薄膜、线缆包复物及可生产管、薄膜、线缆包复物及其型材其型材n占挤出制品：占挤出制品：4050%n挤出机可用于混合、造粒和着色、共混挤出机可用于混合、造粒和着色、共混3专业参考挤出成型 n单螺杆挤出机的基本结构单螺杆挤出机的基本结构n挤出成型原理n挤出成型工艺与过程4专业参考6.1单螺杆挤出机基本结构及作用n挤出机类型挤出机类型n单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成
3、冷却系统、控制系统等几部分组成n挤出系统主要包括传动、加料装置、料筒、螺杆、机头挤出系统主要包括传动、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分和口模等几个部分5专业参考6专业参考n一、传动部分包括电动机、减速箱、轴承要求：转速稳定，不随螺杆负荷变化，保证制品均一 在不同场合可变速，以适用各种塑料制品。二、加料装置锥形料斗 粉料、粒料容积可容纳1h的用量 有截断装置、侧面有视孔、计量装置 有些有真空装置 有加热装置（防止吸水）有搅拌器，能自动加料7专业参考三、料筒三、料筒n金属圆筒，耐热、耐压、强度高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成；n 料筒长度是直径的1530倍，使物料得
4、到充分加热和塑化；n足够厚、刚度、内壁光滑、有时也刻有沟槽、有加热装置、冷却装置、温度显示和控制装置，一般是、电磁震荡控制8专业参考四、螺杆四、螺杆n最主要部件，直接关系到挤出机应用范围及生最主要部件，直接关系到挤出机应用范围及生产率。产率。n通过螺杆的转动对塑料产生通过螺杆的转动对塑料产生挤压挤压作用，塑料在作用，塑料在料筒中产生移动、增压、摩擦取得部分热量，料筒中产生移动、增压、摩擦取得部分热量，使塑料在移动过程中得到使塑料在移动过程中得到混合和塑化混合和塑化，粘流态，粘流态的熔体被压实而流经口模时，的熔体被压实而流经口模时，取得所需形状取得所需形状而而成型。成型。n要求：高强度、耐热、耐
5、腐蚀的合金钢制成要求：高强度、耐热、耐腐蚀的合金钢制成。9专业参考直径直径D、长径比（长径比（L/D）、）、压缩比、螺距压缩比、螺距t、螺槽深度螺槽深度h10专业参考螺杆的基本参数螺杆的基本参数n直径直径D 45150，也有也有30150mm，科研科研到到15150mm，D越大，加工能力越大，生越大，加工能力越大，生产效率越高。产效率越高。n长径比（长径比（L/D）通常为通常为1825，小的可达到，小的可达到1:30甚至甚至1:35。nL/D越大，有利于塑化和混合，减少漏流和逆流，越大，有利于塑化和混合，减少漏流和逆流，生产能力大，且螺杆适应性强。生产能力大，且螺杆适应性强。n 但但L/D增大
6、，加工时间长，降解，自重加大而使增大，加工时间长，降解，自重加大而使自由端下垂，易擦伤。自由端下垂，易擦伤。11专业参考n螺旋角螺旋角与螺距与螺距t 越大越大,挤出能力越大，剪切作用越小，挤出能力越大，剪切作用越小，=10-30，当当t=D，=17 41时，螺杆一般是时，螺杆一般是等螺距的，但也有不等螺距的。等螺距的，但也有不等螺距的。n压缩比压缩比 指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比，个螺槽的容积之比，表示塑料通过螺杆的全过程表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。被压缩的程度。压缩比愈大，塑料受到挤压的作用也就愈大压缩比愈大，
7、塑料受到挤压的作用也就愈大。12专业参考n螺槽深度h h h小，产生较高的剪切速率，有利于传小，产生较高的剪切速率，有利于传热和塑化，但挤出生产率低；热和塑化，但挤出生产率低；n热敏性塑料热敏性塑料(如如PVC)宜用深槽螺杆宜用深槽螺杆n熔体粘度低和热稳定性较高的塑料熔体粘度低和热稳定性较高的塑料(如如PA等等)宜用浅槽螺杆。宜用浅槽螺杆。13专业参考n螺杆与料筒的间隙n大，生产效率低，且不利于热传导并降大，生产效率低，且不利于热传导并降低剪切速率，不利于物料的熔融和混合。低剪切速率，不利于物料的熔融和混合。n过小时，强烈的剪切作用易引起物料出过小时，强烈的剪切作用易引起物料出现热力学降解。现
8、热力学降解。一般一般 0.10.6mm为宜为宜14专业参考螺杆的作用n输送物料输送物料 螺杆转动时，物料在旋转的同螺杆转动时，物料在旋转的同时受到轴向压力，向机头方向流动。时受到轴向压力，向机头方向流动。n传热塑化物料传热塑化物料 螺杆与料筒配合使物料接螺杆与料筒配合使物料接触传热面不断更新，在料筒的外加热和螺触传热面不断更新，在料筒的外加热和螺杆摩擦作用下，物料逐渐软化，熔融为粘杆摩擦作用下，物料逐渐软化，熔融为粘流态。流态。n混合均化物料混合均化物料 螺杆与料筒和机头相配合螺杆与料筒和机头相配合产生强大剪切作用，使物料进一步均匀混产生强大剪切作用，使物料进一步均匀混合，并定量定压由机头挤出
9、。合，并定量定压由机头挤出。15专业参考16专业参考螺杆的分段n加料段加料段 其作用是对塑料进行加热，同时输送其作用是对塑料进行加热，同时输送到压缩段到压缩段。在该段塑料始终。在该段塑料始终保持固体状态保持固体状态。n 压缩段压缩段 相迁移段，其作用是对物料起相迁移段，其作用是对物料起挤压和挤压和剪切作用，使物料熔融剪切作用，使物料熔融。n均化段均化段 计量段，其作用是将塑化均匀的物料计量段，其作用是将塑化均匀的物料在均化段螺槽相机头回压作用下在均化段螺槽相机头回压作用下进一步搅拌塑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化均匀，并定量定压地通过机头口模挤出成型。17专业参考机头n
10、使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动，使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动，并稳定地导入口模而成型。并稳定地导入口模而成型。n产生回压，使物料进一步均化，提高制品质量。产生回压，使物料进一步均化，提高制品质量。n将熔体平稳均匀地送入口模将熔体平稳均匀地送入口模n产生必要的成型压力，以获得结构密实和形状产生必要的成型压力，以获得结构密实和形状准确的制品准确的制品18专业参考n机头是口模与料筒的过渡连接部分，口模是制品机头是口模与料筒的过渡连接部分，口模是制品的成型部件，通常机头和口模是一个整体，习惯的成型部件，通常机头和口模是一个整体，习惯上统称为机头。上统称为机头。n机头的作用为：口模为具
11、有一定截面形状的通道机头的作用为：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塑料熔体在口模中流动时取得所需形状取得所需形状并被模外并被模外的定型装置和冷却装置冷却硬化而成型的定型装置和冷却装置冷却硬化而成型.n机头和口模包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、机头和口模包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模、机颈口模、机颈19专业参考n机头中的机头中的多孔板多孔板能使机头和料筒对中定位，并能使机头和料筒对中定位，并能支撑过滤网和对熔体产生反压等。能支撑过滤网和对熔体产生反压等。n机头中还设有机头中还设有校正和调整校正和调整装置，能调整和校正装置，能调整和校正模芯与口模的同心度、尺寸和外形。
12、模芯与口模的同心度、尺寸和外形。n在生产管材或吹塑薄膜时，通过在生产管材或吹塑薄膜时，通过机颈和模芯机颈和模芯可可引入压缩空气。引入压缩空气。20专业参考n按照料流方向与螺杆中心线有无夹角，可将机按照料流方向与螺杆中心线有无夹角，可将机头分为直角机头、角式机头。头分为直角机头、角式机头。直角机头：挤管、片和其他型材；直角机头：挤管、片和其他型材；角式机头：薄膜、线缆包复物和吹塑制品。角式机头：薄膜、线缆包复物和吹塑制品。21专业参考六、辅助设备1）原料输送和预处理设备2）定型和冷却设备3）牵引装置4）切断装置5）辊卷装置6）控制设备22专业参考二、挤出成型原理n固体固体-弹性体弹性体-粘流粘流
13、(熔融熔融)体的形变过程体的形变过程n温度、压力、粘度，甚至化学结构发生温度、压力、粘度，甚至化学结构发生变化变化n根据塑料在挤出机三段中的物理状态变根据塑料在挤出机三段中的物理状态变化和流动行为建立了固体输送理论、熔化和流动行为建立了固体输送理论、熔融理论和熔体输送理论。融理论和熔体输送理论。23专业参考固体输送理论n塑料不是一个质点塑料不是一个质点的运动。而是所有的运动。而是所有的粒子连接在一起，的粒子连接在一起，塞满了螺槽，形成塞满了螺槽，形成所谓所谓“弹性固体弹性固体”，固体塞固体塞。24专业参考固体塞运动分析设设P为螺槽中体系压力，固体塞为螺槽中体系压力，固体塞-料筒的摩擦系数为料筒
14、的摩擦系数为fb，固体塞与料筒的固体塞与料筒的接触面积为接触面积为Ab则固体塞则固体塞-料筒摩擦力为料筒摩擦力为Fb=P fbAb，固体塞固体塞-螺杆的摩擦力为螺杆的摩擦力为Fs=P fsAs 当螺杆转动时，螺杆斜棱对固体塞产生推力当螺杆转动时，螺杆斜棱对固体塞产生推力P，使固体塞沿垂直于斜使固体塞沿垂直于斜棱的方向运动，其棱的方向运动，其速度为速度为Vx，轴向的分力使固体塞沿轴向的分力使固体塞沿轴向以速度轴向以速度Va移动移动。螺杆旋转时表面速度为螺杆旋转时表面速度为Vb，如果螺杆看成长静止不动的，而如果螺杆看成长静止不动的，而将料筒看成是以速度将料筒看成是以速度Vb对螺杆作相向的切向运动，
15、其结果也是一样对螺杆作相向的切向运动，其结果也是一样的。的。V Vz z是是V Vb b+V+Vx x的矢量和，它使固体塞沿的矢量和，它使固体塞沿z z轴方向移动轴方向移动25专业参考Fs=P fsAsFbz=Fbcos =P fbAb cos 当当Fs=Fbz=0，物料不发生任何运动物料不发生任何运动当当Fs Fbz,物料随螺杆移动物料随螺杆移动,也不发生轴向运动也不发生轴向运动只有当只有当Fbz Fs 才发生运动才发生运动这就说明这就说明固体塞的运动受到摩擦力的控制固体塞的运动受到摩擦力的控制因此正确控制因此正确控制摩擦力可摩擦力可提高固体输送段的送料能力提高固体输送段的送料能力26专业参
16、考输送能力的计算挤出机加料段的送料能力用送料量挤出机加料段的送料能力用送料量Q表示，其值应为螺杆表示，其值应为螺杆一个螺槽的容积一个螺槽的容积V与送料速度与送料速度Va的乘积的乘积,即：即：Q=VVa=/4D2-(D-2h)2 VaVal NQ=2Dh(D-h)N tgtg/(tg+tg)090为增大送料量，则为增大送料量，则 D ,h ,fs ,fb ,使使tgtg/(tg+tg)最大最大27专业参考熔化(相迁移)过程n熔化区内既存在固体料又存在熔融料熔化区内既存在固体料又存在熔融料n流动与输送中物料有相变化发生流动与输送中物料有相变化发生n塑料在挤出机中的熔化主要是在压缩段塑料在挤出机中的
17、熔化主要是在压缩段完成的，因而可以研究塑料在该段由固完成的，因而可以研究塑料在该段由固体转变为熔体的过程和机理。体转变为熔体的过程和机理。28专业参考温度和转矩与塑炼时间的关系29专业参考(1)在料温和摩擦热作用下，粒子表面最早溶化并发生粘在料温和摩擦热作用下，粒子表面最早溶化并发生粘结，表面破坏结，表面破坏;聚合物分子热运动加速，粒子开始膨胀，聚合物分子热运动加速，粒子开始膨胀，这时所对应时间为这时所对应时间为tA，转矩最小为转矩最小为MA。(2)随塑炼时间增大，热量增加使温度上升，物料粘度增随塑炼时间增大，热量增加使温度上升，物料粘度增大，以至到时间大，以至到时间tB时机械功增至最大值时机
18、械功增至最大值MB。(3)温度进一步升高，塑料熔融加速，粘度减小，并逐渐温度进一步升高，塑料熔融加速，粘度减小，并逐渐转化为螺秆挤压作用下的粘性流动，螺杆转矩下降，达转化为螺秆挤压作用下的粘性流动，螺杆转矩下降，达到时间到时间tC，物料与粘度都达均一平衡状态；物料与粘度都达均一平衡状态；(4)当塑炼时间到达当塑炼时间到达tD时，塑料出现热机械阵解与交联，时，塑料出现热机械阵解与交联，机械功和温度又有所上升。机械功和温度又有所上升。30专业参考熔化过程的实验研究31专业参考(2)一个螺槽中固体物科的熔化过程一个螺槽中固体物科的熔化过程注意注意:熔化作用是熔体膜和固体床的分界面上发生的熔化作用是熔
19、体膜和固体床的分界面上发生的,而不是在书上所说的主要在迁移面发生的而不是在书上所说的主要在迁移面发生的,尽管在迁移面上也有熔化尽管在迁移面上也有熔化.32专业参考从图中可看出从图中可看出:(1)与料简表面接触的固体粒子由于料筒的传导热和摩擦热的与料简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，并形成一层薄膜，称为熔膜作用，首先熔化，并形成一层薄膜，称为熔膜.(2)这些不断熔融的物料，在螺杆与料筒的相对运动的作用下，这些不断熔融的物料，在螺杆与料筒的相对运动的作用下，不断向螺纹推进面汇集，形成旋涡状的流动区，称为熔池不断向螺纹推进面汇集，形成旋涡状的流动区，称为熔池.(3)在熔池
20、的前边充满着受热软化和半熔融后粘结在一起的固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较低的固体粒子体粒子和尚未完全熔结和温度较低的固体粒子,这两种粒子统这两种粒子统称为固体床称为固体床.(4)熔融区内固相与液相的界面称为迁移面熔融区内固相与液相的界面称为迁移面33专业参考随着塑料往祝头方向的输送，熔融过程逐渐进行随着塑料往祝头方向的输送，熔融过程逐渐进行.自熔融区始点自熔融区始点(相交相交点点)A开始，固相宽度逐渐减少，液相宽度则逐渐增加，直到熔化区终开始，固相宽度逐渐减少，液相宽度则逐渐增加，直到熔化区终点点(相变点相变点)B，固相宽度就减小到零。螺槽的整
21、个宽度内均将为熔融物固相宽度就减小到零。螺槽的整个宽度内均将为熔融物充满。从熔化开始到固体床的宽度降到零为止的总长，称为熔化长度。充满。从熔化开始到固体床的宽度降到零为止的总长，称为熔化长度。一般讲熔化速率越高则熔化长度越短；反之就越长。在熔化区域中，一般讲熔化速率越高则熔化长度越短；反之就越长。在熔化区域中，固体床沿挤出方向逐渐减小。固体床沿挤出方向逐渐减小。从上述的熔化实验研究可知：从上述的熔化实验研究可知：(1)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是在螺杆熔融区进行的(2)沿挤出方向固体床宽度逐渐减小直到为零沿挤出方向固体床宽度逐渐减小直到为零,其减小部分被熔融所占其
22、减小部分被熔融所占有有(3)沿挤出方向固体床厚度逐渐减小直到为零沿挤出方向固体床厚度逐渐减小直到为零,其减小部分形成熔膜其减小部分形成熔膜(4)熔化作用发生在熔膜和固体床的界面上熔化作用发生在熔膜和固体床的界面上,有一部分发生在固相与熔有一部分发生在固相与熔池的迁移面池的迁移面.34专业参考3.熔化理论的物理模型熔化理论的物理模型假设：假设：(1)挤出过程是稳定的，即在挤出过程中螺杆上某一螺槽挤出过程是稳定的，即在挤出过程中螺杆上某一螺槽内的分界面位置固定不变内的分界面位置固定不变.(2)整个因相为均匀连续体；整个因相为均匀连续体；(3)塑料的熔融温度范围较窄，因此固液相之间的分界塑料的熔融温
23、度范围较窄，因此固液相之间的分界面比较明显；面比较明显；(4)螺槽与固相的横断面都是矩形的。螺槽与固相的横断面都是矩形的。35专业参考36专业参考熔体输送理论以以Q1代表送料段的送料速率，代表送料段的送料速率，Q2代表压缩段的熔化速率，代表压缩段的熔化速率，Q3代表均化段的挤出速率代表均化段的挤出速率,如果如果Q1Q2Q3这时挤出这时挤出机就处于供料不足的操作状态，生产不正常机就处于供料不足的操作状态，生产不正常;假如假如QlQ2Q3，操作稳定操作稳定;但三者之间不能相差太大，否则均化段压力太大，出现但三者之间不能相差太大，否则均化段压力太大，出现超负荷，操作也会不正常。超负荷，操作也会不正常
24、。37专业参考 熔体在均化段的流动包括四种主要形式：熔体在均化段的流动包括四种主要形式：(1)正流正流 是物料沿螺槽方向是物料沿螺槽方向(z方向方向)向机头的流动，向机头的流动，这是均化段熔体的主流，是拖电流动，它起挤出这是均化段熔体的主流，是拖电流动，它起挤出物料的作用；物料的作用；(2)逆流逆流 沿螺槽与正流方内相反沿螺槽与正流方内相反(z方向方向)的流动，的流动，它是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍所引起它是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍所引起的反压流动，它将引起挤出生产能力的损失的反压流动，它将引起挤出生产能力的损失正流和逆流的综合称为净流，是汇流和逆流的种速正流和逆流的综合称为净流
25、，是汇流和逆流的种速度的代数和度的代数和38专业参考(3)横流横流 物料沿物料沿X轴和轴和Y轴两方向在螺槽内往复流动，也轴两方向在螺槽内往复流动，也是螺杆旋转时螺杨的推挤作用和阻挡作用所造成的，是螺杆旋转时螺杨的推挤作用和阻挡作用所造成的，仅限于在每个螺槽内的环流，对总的挤出生产率影响仅限于在每个螺槽内的环流，对总的挤出生产率影响不大但对于物料的热交换、混合和进一步均匀塑比不大但对于物料的热交换、混合和进一步均匀塑比影响很大影响很大(4)漏流漏流 物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动、它头和门模等对物料的阻力所产生的斗方向的流动、它头和门
26、模等对物料的阻力所产生的反压流动，由于螺杆和料筒间的间隙很小反压流动，由于螺杆和料筒间的间隙很小，故在故在般般情况下漏流流率要比正流和逆流小很多。情况下漏流流率要比正流和逆流小很多。39专业参考40专业参考挤出机的生产率挤出机的生产率 Q=QD-QP-QL均化段熔体输送理论作如下假定：均化段熔体输送理论作如下假定：(1)进入均化段的物料是全部熔融塑化的等温牛顿流体进入均化段的物料是全部熔融塑化的等温牛顿流体(2)在流动过程中无粘度和密度的变化，流动是稳定状态在流动过程中无粘度和密度的变化，流动是稳定状态下的层流下的层流,流体是不可压缩的，流体是不可压缩的，(3)螺槽为矩形的，该段螺槽宽度与深度
27、之比大于螺槽为矩形的，该段螺槽宽度与深度之比大于10，如如果螺槽很浅果螺槽很浅,对物料流动影响不大。对物料流动影响不大。41专业参考一般漏流值不大，计算时可以略去42专业参考四、螺杆和机头的特征曲线与挤出机生产率的关系1.螺杆特性曲线螺杆特性曲线 均化段熔融塑料流动方程式均化段熔融塑料流动方程式QAN-BP/当当N一定时，一定时，Q与与P成直线关系。不同的转速成直线关系。不同的转速N，就可得到就可得到Q-P的系列的平行直线。这些平行直统称为的系列的平行直线。这些平行直统称为“螺杆特性曲线螺杆特性曲线”。2.塑料熔体塑料熔体(假定为牛顿液体假定为牛顿液体)通过机头和口模时的体积通过机头和口模时的
28、体积流率可用以下流动方程简单表示：流率可用以下流动方程简单表示：Q=K P/K为阻力常数，对圆形口模：为阻力常数，对圆形口模：K=D2/128(L+4D)对环形口模对环形口模:K=C平均平均t3/12L 对狭缝形口模：对狭缝形口模：K=Wt3/L43专业参考螺杆和机头(口模)的特性曲线 虽然改变口模尺寸虽然改变口模尺寸,K就不相就不相同同,不同的直线表示塑料熔体通不同的直线表示塑料熔体通过不同的机头和口模时，挤出量过不同的机头和口模时，挤出量和压力降之间的关系，这种直线和压力降之间的关系，这种直线称为口模称为口模(机头机头)的特性曲线。两的特性曲线。两组直线的交点就是操作点组直线的交点就是操作
29、点.这说明了挤出机配合不同机头这说明了挤出机配合不同机头和口模时和口模时,其挤出量的相互其挤出量的相互关使用极为方便，只需二点就关使用极为方便，只需二点就可决定。可决定。44专业参考对假塑性液体对假塑性液体:QAN-BK(P)mQ=K K (P)m螺杆和口模的特性曲线螺杆和口模的特性曲线不是直线而是抛物线不是直线而是抛物线mmmmLPKmDhhNDQ)(2)2(sin2cossin1122245专业参考(1)挤出量与螺杆转数、压力挤出量与螺杆转数、压力(口模阻力口模阻力)关系关系n,Qn不变时，Q=An-PB/模具阻力增大模具阻力增大(即口模尺寸减小即口模尺寸减小),Q减小减小Q不变，口模尺寸
30、减小不变，口模尺寸减小,压力降增加压力降增加(设备载荷问题设备载荷问题)3.螺杆特性曲线与挤出量和压力降的关系可知46专业参考(2)(2)螺槽深浅对物料的压力、挤出量和温螺槽深浅对物料的压力、挤出量和温度的影响度的影响深螺槽深螺槽:斜率大斜率大 Q对对P变化敏感变化敏感浅螺槽浅螺槽:斜率小斜率小 Q对对P变化不敏感变化不敏感即即低压时深螺槽低压时深螺槽Q大于浅螺槽大于浅螺槽;高压时浅螺槽高压时浅螺槽Q大于深螺槽大于深螺槽 h1h2h3h1h2h347专业参考深h,P增大则T变化大浅h,P增大则T变化不大h1h2h3h1h2h3故深螺槽易造成物料温度波动48专业参考(3)均化段的长度对挤出量的影
31、响均化段的长度对挤出量的影响均化段长均化段长,Q对压力的敏感性小对压力的敏感性小均化段短均化段短,Q对压力的敏感性大对压力的敏感性大L1L2L3L1L2L349专业参考(4)机头的阻力大小对机头的阻力大小对Q的影响的影响阻力小阻力小,Q对对P敏感，波动大敏感，波动大好处好处:提高提高Q坏处坏处:小的小的P波动就会影响波动就会影响挤出量挤出量50专业参考三、挤出成型工艺与过程 原料的准备和预处理原料的准备和预处理 挤出成型挤出成型 定型与冷却定型与冷却 牵引和卷取牵引和卷取(切割）切割）热处理热处理 后处理后处理51专业参考原料干燥(1)原料中的水分原料中的水分 (2)从外界吸收的水分从外界吸收
32、的水分影响挤出过程的正常进行和制品的质量影响挤出过程的正常进行和制品的质量(1)制品出现气泡制品出现气泡 (2)表面晦暗等缺陷表面晦暗等缺陷(3)物理机械性能降低物理机械性能降低(4)挤出无法进行挤出无法进行通常控制水分含量在通常控制水分含量在0.5以下以下52专业参考挤出成型1).挤出机各部分挤出机各部分工艺条件工艺条件是不同的是不同的2).挤出机工艺条件与聚合物有关挤出机工艺条件与聚合物有关 如同是管材,聚合物不同,挤出条件就不同.同是生产3mm厚,内径25mm的管材,软PVC的生产工艺和ABS就不相同.53专业参考 软PVC ABS加料段温度 90-100 160-165压缩段 120-
33、130 170-175均化段 130-140 175-180机头温度 150-160 175-180 口模温度 170-180 190-195螺杆:长径比 16-21 15-20压缩比 1.5:1 23:1转速(转/分)20 1054专业参考3).挤出工艺还与产品的形状有关挤出工艺还与产品的形状有关 如同是ABS、管材和棒材就不是相同 管材 棒材加料段温度 160165 160170 压缩段温度 170175 170175 均化段温度 175180 175180机头温度 175180 150160口模温度 190195 17018055专业参考4).挤出工艺条件对产品质量的影响挤出工艺条件对产
34、品质量的影响主要是温度和剪切作用料温料温高，高，小，利于塑化，出料速度大小，利于塑化，出料速度大但机头口模温度高，则形状稳定性下降，制品收缩但机头口模温度高，则形状稳定性下降，制品收缩率上升，制品发黄、气泡，挤出不正常率上升，制品发黄、气泡，挤出不正常料温下降，料温下降，则则高，机头压力大，挤出物密实，高，机头压力大，挤出物密实，形状稳定性好形状稳定性好,但离模膨胀变大但离模膨胀变大;料温过低，则粘度过大，功率消耗变大。料温过低，则粘度过大，功率消耗变大。口模和模芯温度口模和模芯温度不能相差太大，挤出物就会出不能相差太大，挤出物就会出现内翻或外翻现内翻或外翻56专业参考4).挤出工艺条件对产品
35、质量的影响挤出工艺条件对产品质量的影响转速转速N上升，剪切力上升，有利于塑上升，剪切力上升，有利于塑化、混合，且粘度下降，混合效果好。化、混合，且粘度下降，混合效果好。但由于压力也相应增大，后期流量反但由于压力也相应增大，后期流量反而减小。而减小。57专业参考 定型和冷却不及时，制品在自身重力作用下，定型和冷却不及时，制品在自身重力作用下，就会发生形变。大多数情况下就会发生形变。大多数情况下定型与冷却往往是同定型与冷却往往是同时进行的时进行的；管材和异形型材有定型过程管材和异形型材有定型过程 薄膜、单丝、线缆包复物等则不需定型薄膜、单丝、线缆包复物等则不需定型 板材和片材，通过一对压辊压平来定
36、型和冷却板材和片材，通过一对压辊压平来定型和冷却3.制品的成型与冷却58专业参考 管子的定型方法可用管子的定型方法可用定径套、定径环和定定径套、定径环和定径板等也有采用水冷却定径径板等也有采用水冷却定径的。的。冷却速度低及定型慢，由于自重下垂，质量下降冷却速度低及定型慢，由于自重下垂，质量下降冷却速度高及定型快，聚集态结构不同，质量可能冷却速度高及定型快，聚集态结构不同，质量可能也不能满足要求也不能满足要求如如PS、LDPE和和UPVC等，等，冷却过快时，制品有内应力等，冷却过快时，制品有内应力等，并降低外观质量；并降低外观质量；对软质或结晶的塑料，则应较快冷却，否则制品极易变形。对软质或结晶
37、的塑料，则应较快冷却，否则制品极易变形。59专业参考牵引的目的：牵引的目的：A 消除离模膨胀效应消除离模膨胀效应 B 避免堵塞口模，破坏挤出的连续性避免堵塞口模，破坏挤出的连续性C 解决挤出物发生的形变解决挤出物发生的形变型式型式：滚轮式和履带式：滚轮式和履带式牵引速度：牵引速度：一般应稍大于挤出速度，对制一般应稍大于挤出速度，对制品进行适度拉伸，牵引速度均匀品进行适度拉伸，牵引速度均匀4.牵引和热处理60专业参考2.热处理热处理在在TgTf(或或Tm)间进行热处理间进行热处理(热定型热定型)目的：提高薄膜目的：提高薄膜 的尺寸稳定性的尺寸稳定性 减少使用中的热收缩率减少使用中的热收缩率61专
38、业参考 见见P1341351）管材挤出）管材挤出2）片材和板材的挤出）片材和板材的挤出3）纸张涂复）纸张涂复4）线缆包复）线缆包复5）挤出吹塑）挤出吹塑5.生产工艺流程生产工艺流程62专业参考6.挤出工艺发展趋势挤出工艺发展趋势1）两极化发展）两极化发展 小：小：5-10mm 大：大：1000mm2）高速）高速 8001000转转/分分3）多功能）多功能 主机、辅机，多种制品主机、辅机，多种制品4）自动化）自动化 计算机控制计算机控制5）连续化）连续化6）螺杆高效化）螺杆高效化 双螺杆方向发展双螺杆方向发展63专业参考反应性挤出 反应性挤出反应性挤出(Reactive extrusion)是聚
39、合物反是聚合物反应性加工的一种技术，是指聚合物单体或低聚物熔应性加工的一种技术，是指聚合物单体或低聚物熔体在螺杆挤出机内发生物理变化的同时发生化学反体在螺杆挤出机内发生物理变化的同时发生化学反应，从而挤出直接获得高聚物或制品的一种新的工应，从而挤出直接获得高聚物或制品的一种新的工艺方法。艺方法。64专业参考反应性挤出 与传统的釜式反应需经聚合、分离、纯化、再挤与传统的釜式反应需经聚合、分离、纯化、再挤出造粒和成型加工相比，此技术将单体原料的连续出造粒和成型加工相比，此技术将单体原料的连续合成反应和聚合物的熔融加工合并为一体，在短暂合成反应和聚合物的熔融加工合并为一体，在短暂的螺杆挤出停留时间内
40、一步形成所需的材料或制品，的螺杆挤出停留时间内一步形成所需的材料或制品，其优势显而易见：设备投资低，生产周期短，能耗其优势显而易见：设备投资低，生产周期短，能耗低，无溶剂后处理过程，环境污染小，可小批量也低，无溶剂后处理过程，环境污染小，可小批量也可大批量进行连续反应和加工生产。可大批量进行连续反应和加工生产。65专业参考反应性挤出加工的反应类型 适用于反应性挤出并已试验可行的反应类型有六类：适用于反应性挤出并已试验可行的反应类型有六类：(1)本体聚合本体聚合 从一种单体、多种混合物、低相对分子从一种单体、多种混合物、低相对分子质量的预聚物或单体与预聚物的混合物出发，通过加聚质量的预聚物或单体
41、与预聚物的混合物出发，通过加聚或缩聚，制备得到高相对分子质量的聚合物。或缩聚，制备得到高相对分子质量的聚合物。加聚实例有：聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯和相关加聚实例有：聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯和相关共聚物、聚苯乙烯和相关共聚物、聚烯烃、聚硅氧烷、共聚物、聚苯乙烯和相关共聚物、聚烯烃、聚硅氧烷、聚环氧化合物、聚甲醛等；缩聚实例有：聚醚酰亚胺、聚环氧化合物、聚甲醛等；缩聚实例有：聚醚酰亚胺、聚酯等。聚酯等。(2)接枝反应接枝反应 由聚合物与单体得到接枝型或共聚型聚合由聚合物与单体得到接枝型或共聚型聚合物的反应。例子有：物的反应。例子有：PS-马来酸酐，马来酸酐，EVA丙烯酸，聚烯丙烯酸，聚烯烃烃马
42、来酸酐等。马来酸酐等。66专业参考(3)链间形成共聚物反应链间形成共聚物反应 由两种或两种以上聚由两种或两种以上聚合物通过离子键或共价键形成接技或嵌段共聚合物通过离子键或共价键形成接技或嵌段共聚物的反应。如物的反应。如PS-聚烯烃。聚烯烃。(4)偶联歧联反应偶联歧联反应 由带有多官能偶联或支化剂由带有多官能偶联或支化剂的聚合物通过链增长或支化提高相对分子质量的聚合物通过链增长或支化提高相对分子质量的反应；由带有缩合剂的聚合物通过链增长提的反应；由带有缩合剂的聚合物通过链增长提高相对分子质量的反应；由带有交联剂的聚合高相对分子质量的反应；由带有交联剂的聚合物通过交联提高熔体粘度的反应。如物通过交
43、联提高熔体粘度的反应。如PBI-二异二异氰酸酯氰酸酯-环氧树脂即属这一类。环氧树脂即属这一类。67专业参考(5)可控降解反应可控降解反应 控制高相对分子质量控制高相对分子质量的聚合物降解到一定的相对分子质量或的聚合物降解到一定的相对分子质量或控制降解到单体。例如：控制降解到单体。例如：PET-乙二醇通乙二醇通过降解反应使之适于纺丝。过降解反应使之适于纺丝。(6)官能化官能化官能基团的改性反应官能基团的改性反应 在聚合在聚合物分子骨架、末端、侧链上引入官能化物分子骨架、末端、侧链上引入官能化基团或对现有基因的改性，以满足某种基团或对现有基因的改性，以满足某种特殊反应的要求特殊反应的要求68专业参
44、考反应性挤出加工制备聚合物类型nREX是指在挤出机内发生化学反应最终形成聚是指在挤出机内发生化学反应最终形成聚合物材料的过程。制备聚合物的类型如下：合物材料的过程。制备聚合物的类型如下：n直接由单体的聚合反应制备高聚物直接由单体的聚合反应制备高聚物n以其他途径制得预聚体或低聚物，再进入螺杆挤出以其他途径制得预聚体或低聚物，再进入螺杆挤出机内进一步提高相对分子质量得到高聚物。机内进一步提高相对分子质量得到高聚物。n将预先得到的聚合物进入挤出机中经某种反应改性将预先得到的聚合物进入挤出机中经某种反应改性而得具有功能性的高聚物。而得具有功能性的高聚物。n共混物在挤出机内通过与增容剂反应得到具有优异共
45、混物在挤出机内通过与增容剂反应得到具有优异性能的高分子合金性能的高分子合金n聚合在挤出机内进行可控降解反应从而获得具有聚合在挤出机内进行可控降解反应从而获得具有某种特定性能的聚合物。某种特定性能的聚合物。69专业参考反应挤出过程反应特性和物理变化特性n粘度变化粘度变化 这是体系流变形态问题，主要控制这是体系流变形态问题，主要控制参数包括：螺杆组合形成和接配，不同阶段体参数包括：螺杆组合形成和接配，不同阶段体系的温度，进料量等系的温度，进料量等n停留时间停留时间 这关系到聚合物的相对分子质量和这关系到聚合物的相对分子质量和相对分子质量分布，一般通过螺杆转速、进料相对分子质量分布，一般通过螺杆转速
46、、进料速度、挤出牵伸速度来实现速度、挤出牵伸速度来实现n聚合热聚合热 关系到体系热量的供给或转移，要控关系到体系热量的供给或转移，要控制供热和排热制供热和排热n脱挥脱挥 即体系中小分子的排除，包括单体、末即体系中小分子的排除，包括单体、末反应物、低聚物的排除控制反应物、低聚物的排除控制70专业参考挤出机反应器应具备以下的特性n挤出机反应器适用于反应加工应具备的特性：螺杆和挤出机反应器适用于反应加工应具备的特性：螺杆和筒体配合使物料有极好的分散和分布性能；筒体配合使物料有极好的分散和分布性能；n温度可以得到控制，供、排热方便；温度可以得到控制，供、排热方便；n对停留时间分布可控制；对停留时间分布
47、可控制；n反应可在压力下进行；反应可在压力下进行；n能连续进料、连续加工；能连续进料、连续加工；n未反应单体和小分子副产物可脱除；未反应单体和小分子副产物可脱除；n粘性熔体易于排出粘性熔体易于排出71专业参考挤出机反应器应具备以下的特性 目前用于反应的挤出机一般为双螺杆或多目前用于反应的挤出机一般为双螺杆或多螺杆，采用同向啮合式更合适。螺杆作为挤螺杆，采用同向啮合式更合适。螺杆作为挤出机的重要部件由多节各式各样的螺纹块或出机的重要部件由多节各式各样的螺纹块或捏合块套穿在芯轴上而构成的，为模块组合捏合块套穿在芯轴上而构成的，为模块组合结构，可按不同工艺的要求排列组合。结构，可按不同工艺的要求排列
48、组合。72专业参考第二节第二节注射成型73专业参考注射成型注射成型的特点：注射成型的特点：1，注射成型是发展最快的塑料成型技术，注射成型是发展最快的塑料成型技术2，适用于热塑性塑料，热固性塑料，以及橡胶，适用于热塑性塑料，热固性塑料，以及橡胶3，制备的塑料品种、制品种类多，制备的塑料品种、制品种类多4，生产的制品的尺寸较精确，精致，生产的制品的尺寸较精确，精致5，市场需求较多，市场需求较多注射成型的主要设备是注射成型机（注射机，注注射成型的主要设备是注射成型机（注射机，注塑机）塑机）74专业参考一、注塑机的基本结构一、注塑机的基本结构75专业参考卧式螺杆注塑机结构示意图卧式螺杆注塑机结构示意图
49、.76专业参考注射机的基本结构注射机的基本结构 注射成型的基本条件：1.塑料必须以熔融状态进入模具。2.熔体必须有足够的压力和流速，及时充满模具。注射机完成的三个基本功能：1，塑化；2，注射；3，成型。注射机的三个基本组成：1，注射装置：塑化，注射2，锁模装置：成型（部分）3，模具：定型（成型）77专业参考4、市面上的注塑机（1）柱塞式注射机：适用于小制品、间歇式，有利于研究，）柱塞式注射机：适用于小制品、间歇式，有利于研究，不利于生产不利于生产（2）柱塞式）柱塞式-柱塞式柱塞式：一个柱塞完成塑化，另一个完成注射：一个柱塞完成塑化，另一个完成注射和成型和成型（3）螺杆式）螺杆式-柱塞式：熔体停
50、留时间长柱塞式：熔体停留时间长（4）往复式螺杆注射机：螺杆既完成塑化混合，又完成注射）往复式螺杆注射机：螺杆既完成塑化混合，又完成注射5、注射机的大小、规格、注射机的大小、规格一次所注射最大重量：如一次所注射最大重量：如125注塑机注塑机 一次性注射一次性注射125g78专业参考（一）注射系统（一）注射系统功能：注射和塑化功能：注射和塑化包括：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞及分流梭）包括：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞及分流梭）及喷嘴等及喷嘴等1、加料装置、加料装置料斗，其容量可供注塑机料斗，其容量可供注塑机12小时之用小时之用有计量、干燥功能有计量、干燥功能2、料筒、料筒 要求与挤出机一样（光滑
