塑料的配合及挤出造粒实验

塑料的配合及挤出造粒实验

一、实验目的

1.掌握塑料原材料的配混操作工艺。

2.了解平行同向双螺杆挤出机的基本构造、技术参数与工作原理。

3.掌握平行同向双螺杆挤出机的挤出造粒工艺条件及其控制。

二、实验原理

挤出成型是热塑性塑料重要的成型方法之一，在塑料工业中占主要地位，可以用于塑料共混改性、挤出造粒，也能成型塑料板、管、丝、膜等制品。其原理是塑料在一定温度和压力下，在挤出机中熔融塑化，在螺杆的挤压作用下，通过具有一定形状的口模，再进一步降温冷却定型，成为截面与口模形状相似的连续制品。

挤出成型设备为挤出机，可分为螺杆挤出机和柱塞式挤出机，前者为连续式生产设备，使用较为广泛，后者为间歇式生产设备，使用范围较为局限。对于螺杆挤出机来说，可以根据螺杆数量分为单螺杆和多螺杆挤出机。双螺杆挤出机与单螺杆挤出机一样，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，其中挤出系统是挤出成型的关键部分，对挤出成型的质量和产量起重要作用。挤出系统主要包括加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分，其中螺杆结构是决定双螺杆挤出机输送、塑化与混合效果的关键部件。目前双螺杆挤出机一般采用积木组合式螺杆，可根据需要任意组合，从而对不同的物料产生不同的输送、塑化和混合效果。此外，每台挤出机都有一些辅助设备。

不论是挤出造粒还是挤出成型，都要经历两个阶段。第一阶段：场地为主机和机头。固体状的热塑性树脂原料加入到料筒中，借助料筒外部加热和螺杆转动的剪切挤压作用而逐渐熔融，在螺杆转动过程中熔融料进一步塑化均匀，在压力的推动下定量、定压、定温地被挤出口模。这个阶段是最主要和重要的过程，根据树脂在料筒中的物理状态变化，可以将料筒分为固体输送区、熔融区和熔体输送区。第二阶段：场地为一些辅机。被挤出口模的型材经过冷却定型和其他工序，得到成型好的制品。

除螺杆组合形式以外，挤出过程中的加料速度、温度控制及螺杆转速是影响

双螺杆挤出机配混质量的“三大要素’。一般而言，双螺杆挤出机要进行定量加料，一方面是为了防止主机“过载”，另一方面是为了根据物料的加工特性和螺杆组合形式，通过调协加料量使挤出机达到最佳工作状态，即以最小的比能产生最好的混合效果。而挤出机料筒的温度控制一般是根据物料的加工特性来设定的，其温度分布曲线如图1所示。

聚乙烯及聚丙烯树脂的挤出加工参考工艺温度如表1所示。

图1 双螺杆挤出机料筒温度分布

表1 聚乙烯及聚丙烯树脂的挤出加工参考工艺温度（℃）

另外，螺杆转速主要影响物料的塑化和混合质量，一般高速双螺杆的剪切速率随螺杆转速的提高而增大，致使剪切发热、塑化和混合作用同时增大。

三、 实验设备及原料 1. 设备：

（1）SHR-10A 型高速混合机，江苏省张家港市宏基机械有限公司。

总容量10L ，有效容积7L ，电机功率3Kw ，主轴转速1500（选择范围600-3000 r/min ），加热方式：自摩擦，卸料方式：手动。

（2）SHJ-20B 型双螺杆配料混炼挤出机，南京杰恩特机电有限公司。

温度

加料

机头与口模

双螺杆长径比L/D = 40:1，螺杆直径：21.7mm，槽深：3.85mm，主机转速50-600 rpm，最高使用温度400℃，总装机功率约11kw（实际用电量大约是60-70%），生产能力2-10kg/hr。

2.原料：

HDPE 5000S 中石化兰州石化

四、实验步骤

1.配料

按照配方在天平上分别称量物料。

2.物料的高速混合

（1）清理高速混合机

打开混合机上盖，仔细将高速混合机内及排料口等处积存的其他物料清理干净。（2）高速混合机的试运转:

盖紧釜盖，接通电源，使其空转数分钟，查看机器运转、加热等有无异常。（3）高速混合

在机器正常的悄况下，打开电源，预热机器。当温度达到预设温度时，将树脂及配合剂一次全部加人到混合室中，开机高速混合6min。排料前1min应停机，并开盖清理料仓，然后，边搅拌，边打开排料闷，将物料排人容器内，密封冷却待用。

3.物料的挤出造粒

（1）接通冷却水阀，开启主机电源，设定加工温度，预热挤出机料筒（至少1.5h）。（2）清理滤网装置，手动盘车（手动盘车操杆旋转困难时，严禁开车！应适当提高料筒温度，待手动盘车顺利后再开车）。

（3）开启润滑油泵，稳定定至少1min;

（4）主机调速旋钮设置在零位，启动主电机，逐渐升高主螺杆转速，在不加料的情况下，空转转速不高于20r/min，时间不大于1分钟，检查主机空载电流是否稳定。

（5）螺杆转动平稳后，低速启动喂料机，开始加料，待机头有物料排出后再缓慢地升高主螺杆转速和喂料螺杆转速。升速时应先升主螺杆转速，待电流平稳无

异常后再升速加料，并使喂料机和主机转动相匹配。

（6）调节过程中应随时密切注意主机电流指示，原则控制主机电流不超过额定电流的80%。若喂料机升速按工艺要求逐渐加量，主电源电流上升过快，应适当降低加料量。

（7）根据需要打开真空泵排气，启动切粒机，调节切粒速度，收集挤出物料。（8）料斗中的物料全部加完后停机。停车时，先关喂料机，再逐步降低主机转速，尽量排尽筒体内残存物料，基本排完后转速调至零位，停止主机，最后关冷却水，清理现场。

（9）将收集的粒料放入磁盘内，在75±5℃烘箱中干燥3h左右，密封装袋留作以后使用。

五、实验数据记录与处理

螺杆形式：

螺杆变频器频率：

主螺杆转速：

喂料转速：

熔体温度：

熔体压力：

切粒转速：

六、思考题

1.挤出机的温度分布为何一般都是按图1规律设定的？设定料筒温度主要应考

虑哪些因素？

2.挤出机的哪个参数影响挤出量？怎样影响？

3.结合螺杆的“三段论”，分析塑料在塑化过程中的熔融情况。