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挤出机的机头与口模讲解
发布时间：2011年5月17日源自：科瑞玛辛
口模是安装在挤出机末端的有孔部件，它使挤出物形成规定的横截面形状。

口模连接件是位于口模和料筒之间的那部分，这种组合装置的某些部分有时称作机头或口模体。

由于许多口模的特性是相当复杂的，口模和口模体(机头)实际上是一由事。

因此，习惯上把安装在料筒末端的整个组合装置称为口模，但也有称作机头的。

筛板也是口模组合装置的组成部分，它是由多孔圆板组成，并安装在料筒和口模体之间。

筛板的主要作用是使物料由旋转运动变为直线运动，增加反压、支撑过滤网等。

过滤网是由不同数目和粗细金属丝组成，其作用是过滤熔融料流和增加料流阻力，以滤去机械杂质和提高混合或塑化效果。

口模一般由口模分配腔、引流道和口模成型段(“模唇”)这三个功能各异的几何区组成(图5—7)。

口模分配腔是把流入口模的聚合物熔体流分配在整个横截面上，并承接由熔体输送设备出口送来的料流；引流道是使聚合物熔体呈流线型地流入最终的口模出口；口模成型段是赋予挤出物以适当的横截面形状，并消除在前两区所产生的不均匀流动。

影响口模设计的主要因素有：口模内部流道的设计、结构材料和温度控制均匀性。

口模设计工程目的是在给定尺寸均匀性限度内在最高的可能产率下得到所需制品的形状。

目前，口模设计是根据加工经验和理论分析相结合进行的。

从流变学的角度考虑，在设计前应计算：流量分布、压力降和停留时间，以及有无不稳定流动现象，以便决定流道尺寸。

其次，根据制品的形状和尺寸、聚合物的热稳定性以及挤出生产线与口模的相对位置，选择口模的形式和结构。

在这些工作的基础上就可进行口模的设计。

应当指出，前面所做计算是以粘性流动为基础的。

实际上，聚合物熔体是粘弹性流体，它的离模膨胀对口模形状都有重要，但目前对此问题还研究得不够，特别是异形口模的设计仍需借助实践经验。

图5—7挤片口模的结构
1—分配腔2—引流道3—模唇4—模唇调节器5—扼流棒
1.圆孔口模
在挤出塑料圆棒、单丝和造粒所用口模，均具有圆形出口的横截面，这就是圆孔口模。

这种口模中的流动是典型的一维流动，虽然沿半径方向流速有很大变化，但在同心圆上的轴向流速则是相同的。

另外，如果圆孔平直部越短，则熔体的离模膨胀越大。

口模平直部分长度(L)与直径(D)之比一般低于10。

挤出棒材口模的结构比较简单，进口处的收缩角为30°—60°。

左右，平直部分为4—6D 出口处可做成喇叭形，以适应不同直径棒材的需要，其扩张角在400以下。

对于单丝口模，喷丝子L应布置在等速线上以使丝条在拉伸时受力均匀，长径比一般为6—lO，而孔径的大小则取决于单丝的直径和拉伸比，孔数一般为20—60(图5—8)。

另外，喷丝孔的精度应高，以免平丝粗细不均，因为子L径误差10%，则大致可使体积流率误差到47％。

图5—8单丝门模图5—9同心刀轴式造的口模1—熔体入口2一分流管3—喷丝孔1—切刀2—刀架3—分流梭4—圆孔
造粒口模的长径比也低于10，圆孔的排布多排在同心圆上使料流速度基本相同，以获得
均匀的粒料，图5—9为造粒口模的一例。

2．扁平口模
用挤出法生产乎膜(厚度小于0.25mm)和片材(厚度大于0.25mm)的口模，在其出口都具有狭缝形的横截面，这就是扁平口模。

从挤出机送来的熔体一般为圆柱体，要把它转变成扁平的矩形截面而且具有相等流速的流体，就需要在口模内构成具有分配流体作用的空腔(分配腔)。

根据分配腔的几何形状不同，扁平口模可分成直支管式口模(T型口模)、鱼尾形口模(扇形口模)和衣架式口模三种(图5—10)。

图5—10扁平口模
A—直支管式口模B—鱼尾形口模C一衣架式口模支管式口模是用一根带缝的直圆管与矩形流道组成。

聚合物熔体从中间部分进入，经过圆管分配腔而从狭缝流出片状流体。

如果熔体从中心到支管末端的压力降比较大，通过狭缝(模唇)挤出的片材则会出现中间较厚、两边较薄的情况。

如果增大支管半径，这种厚薄不均的现象将会减小。

通过口模内的流动分析，可以得到合理的支管半径。

另外，在流道内设置扼流棒和对模唇间隙加以调节(参见图5—7)，即可得到厚度均匀的产品。

但是，熔体在这种口模内的停留时间在中部和两侧相差很大，因而它不宜挤聚氯乙烯，而常用于聚烯烃和聚酯的挤出。

鱼尾形口模如图5—10B所示。

聚合物熔体从中部进入并沿扇形扩展开来，再经模唇的调节作用而挤出。

与直支管式口模相比，这种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。

因此，这种口模对于熔体粘度高而热稳定性差的聚合物(如聚氯乙烯)有较好的效果。

但扇形的扩张角不能太大、片材宽度受到一定的限制。

为使速率更均匀，在模唇前加上弧形阻力块和扼流棒，熔体再经模唇挤出。

为了改进聚合物熔体在上述口模内的流动分布均匀性，将直支管式口模与鱼尾形口模的优点结合在一起而构成了衣架式口模。

这种口模的分配腔是由两根直径递减的圆管(即支管)与两块三角形平板间的狭缝构成像衣架的流通，如图5—10C所示。

从挤出机送来的柱塞状流体，通过两根支管的分流和三角形的“中高效应”而分布成片状熔体流，再经过扼流棒和模唇的调节作用，挤出物的流速更加均匀。

最后经冷却即得片材。

熔体在这种口模内的停留时间分布较一致，特别适于硬聚氯乙烯的挤出。

3.环形口模
用于挤出管子、管状薄膜、吹塑用型坯和涂布电线的口模，在其出口都具有环形截面，这类口模称为环形口模。

这种环形流道是由口模套和芯模组成的。

根据口模套与芯模间的连接形式不同，可分为支架式口模、直角式口模、螺旋芯模式口模和储料缸式口模等，如图5—11所示。

图5—11环形口模
A—支架式B—直角式C—螺旋芯模式D—储料缸式支架式口模是将芯模用支架柱支撑在模体上构成环形空间的。

从挤出机送来的聚合物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。

这样，汇合处的熔接痕就会影响到制品质量，如力学强度、光学性能和壁厚不均等。

改进方法是将支架设计成筛孔管式，用来挤聚烯烃管。

也有将分配腔设计成莲花瓣状或补尝心脏式，用来吹制管膜。

直角式口模是将从挤出机送来的熔体流向转变成与挤出机螺杆轴线一般成别。

的装置。

从图5一llB可见，聚合物熔体从进口到出口的流程是不等的，因此，在模唇部分的压力降和流率也有不同，进而影响厚度分布。

为了改进口模内流率不均的缺陷，可将口模的分配腔改成衣架式或支管式。

属于直角式口模的还有电线涂敷用的口模等。

螺旋芯模式口模是为了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疽而研制的。

如图5—11C所示，聚合物熔体从中心进入，通过径向分配系统分成几股进入芯模上的几根螺旋槽，这些螺旋槽的深度在流动方向上逐渐减小，而芯模与模套的间隙在轴向则逐渐增大。

因此，聚合物熔体一方面沿螺旋槽流动(螺旋流),另一方面通过模芯与模套的间隙而沿轴向流动(漏流)。

结果使螺旋流逐渐减小，漏流再与其螺旋槽中的料流汇合使轴向流量增大。

当螺旋槽深度降至零时，则口模中只有由漏流组成的软向流动。

储料缸式口模是将经挤出机塑化的物料储存在圆筒形缸内，此时柱状活塞由于物料量增加而上升，当物料达到一。

定量时，活塞迅速下降将物料经支架由模唇排出，即得管状型坯。

如将芯模固定在口模的顶部。

由环形空间和管状活塞组成环形储料缸。

这样，消除了流痕，降低了口模阻力。

再加上用型外调节器来调节模口的间隙，因而能制得壁厚分布较
为均匀的制品。

4.异形口模
这里所谓异形制品(或称型材)是指从任一口模(异形口模)挤出而得到具有不规则截面的半成品。

它包括中空和开放的两大类。

由于聚合物熔体具有粘弹性，加之壁厚不一定均匀和边界条件的复杂，要分析异形口模中的流变行为，并用以指导口模设计是很困难的。

因此，异形口模设计目前主要还是靠经验，反复修模，以达到所需制品的形状。

在考虑口模流道的几何形状时，首先从口模挤出的熔体流速在整个横截面应是相同的，其次，挤出熔体的轮廓应与制品形状基本一致，经过定型达到制品的形状。

当然，这是一个总的原则。

为达到此目的，要从制品设计和口模设计两个方面考虑。

在设计异形制品时，制品的截面形状应尽量简单，壁厚应尽量均匀而且相等，中空型材内部应尽量避免设置增强筋和凸起部分，拐角部分的圆角应大一些。

在设计异形口模时，口模与制品形状关系应根据速度分布和离模膨胀的原则结合实践经验来确定。

例如，要制取正方形的挤出物，口模的横截面应做成四角形。

口模成型段的长度是随流道截面大小而变化的。

壁厚大的部分要增长成型段，壁薄的成型段要短，尽可能使压力分布均匀，以保持挤出物具有相同流速。

在口模结构上，有两个极端的设计，一是板式口模，另一个是流线型口模(图5—12)。

板式口模的流道几何形状从入口到出口发生急骤变化。

这种口模简单，容易制造，也容易改进。

但有大量死角，对热稳定性差的聚合物则会产生降解。

主要用于热稳定性好的聚合物。

流线型口模的流道几何形状从入口到出口是逐渐改变的。

显然，这种口模是较复杂的，较难制造和改进，适用于热稳定性差的聚合物。

图5—12 异形口模
A—板式口模B—流线型口模。