挤出成型挤出理论
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挤出成型
从输出工艺角度来考虑，关键是控制送料 段料筒和螺杆的温度，因为摩擦系数是随 温度而变化的，一些塑料对钢的摩擦系数 与温度的关系如图5—5所示。
如果物料与螺杆之间的摩擦力是如此之大， 以致物料抱住螺杆，此时挤出量Qs和移动速度 均为零，因为φ＝0。这时物料不能向前进行， 这就是常说的“不进料”的情况。如果物料与 螺杆之间的摩擦力很小，甚至可略而不计，面 对料筒的摩擦力很大，这时物料即以很大的移 动速度前进，即φ＝900。如果料在筒内开有纵 向沟槽，迫使物料沿令φ＝900方向前进，这是 固体输送速率的理论上限。一般情况即是在00 ＜φ＜900范围。在挤出过程中，如果不能控制 物料与螺杆和料筒的摩擦力为恒定值，势必引 起移动角变化，最后造成产率波动。
5.3 单螺杆挤出原理
挤出机达到稳定的产量和质量，一方面， 沿螺槽方向任一截面上的质量流率必须保持恒 定且等于产量，另一方面，熔体的输送速率应 等于物料的熔化速率。 因此，从理论上阐明挤出机中固体输送、熔化 和熔体输送与操作条件、塑料性能和螺杆的几 何结构之间的关系，无疑是有重要意义的。
5．３．1 固体输送理论 目前理论推导最为简单的是以固体对固体 的摩擦力静平衡为基础的。 基本假设： (1)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，并以恒定的速率移动； (2)略去螺翅与料筒的间隙、物料重力和密度变 化等的影响； (3)蝶槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度的函 数，摩擦系数与压力无关； (4)螺槽中固体物料像弹性固体塞一样移动。
图5—7所示螺槽截面上熔体膜和固体床内温 度分布情况； 熔体膜内的温度(T)分 布画数在边界条件y＝o、 T＝Tm和y＝δ、T＝Tb 时可表为：
从熔体膜进入单位界面的热量为：
固体床内的温度分布可在边界条件y＝o、T＝Tm和y Ts时推得为 ：
挤出成型工艺—挤出成型原理(塑料成型加工课件)
二、挤出成型过程
既有混合过 程，也有成 型过程
树脂原料 加热黏流 塑料熔体
助剂
混合过程
加压 挤出连续体
一定规格的 制品
切割 成型连续体
冷却定型
成型过程
以 管 材 挤 出 原料 成型为例
挤出连续体
熔体
定型连续体
制品
三、挤出成型特点
1. 可以连续化生产，生产效率高。 2. 设备自动化程度高，劳动强度低。 3. 生产操作简单，工艺控制容易。 4. 原料适应性强，适用大多数热塑性树脂和少数热固性 树脂。 5. 可生产的产品广泛，同一台挤出机，只要更换不同的 辅机，就可以生产不同的制品。
挤出成型
挤出成型特点
一、挤出成概述
挤出成型又叫挤出模塑，是利用加热使塑料熔融塑化成 为流动状态，然后在机械力（螺杆或柱塞的挤压）的作用下， 使熔融塑料通过一定形状的口模制成具有恒定截面连续的制 品，适用于绝大部分热塑性树脂和部分热固性树脂。
除了用于挤出造粒、染色、树脂掺和等共混改性，还可用于塑 料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板 材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等塑料制品的生产。
料表面接近或达到黏流温度，表面发黏。
要求：输送能力要稍高于熔融段和均化段。
2. 压缩段 （熔融段）
位置：螺杆中部一段。 作用：输送物料，使物料受到热和剪切作用熔 融塑化，并进一步压实和排出气体。 特点：物料逐渐由玻璃态转变为粘流态，在熔 融段末端物料为粘流态。 要求：螺杆结构逐渐紧密，使物料进一步压实。
（3）横流（环流） 由垂直于螺棱方向的分速
度引起的使物料在螺槽内产生翻 转运动。对生产能力没有影响， 但能促进物料的混合和热交换。
（4）漏流 由机筒与螺棱间隙处形成的
挤出机和挤出成型工艺
挤出成型工艺和挤出机1.挤出成型工艺1.1 挤出成型工艺：在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态持续通过口模（即机头）成型的方式称挤出成型或挤塑。
是塑料重要的成型方式之一。
1.2 挤出成型的特点：①设备本钱低，制造容易，投资少，上马快。
②生产效率高，挤出机的单机产量较高，产率一般在几千克～5吨/小时。
③持续化生产。
能制造任意长度的薄膜、管、片、板、棒、单丝、异型材和塑料与其他材料的复合制品等。
④生产操作简单，工艺控制容易，易于实现自动化。
占地面积小，生产环境清洁，污染少。
⑤能够一机多用。
挤出机也能进行混合、造粒。
1.3 挤出成型可分为两个阶段：第一阶段是使固态塑料变成粘性流体（即塑化），并在加压情形下，使其通过特殊形状的口模，而成为截面与口模形状相仿的持续体。
第二阶段则是用适当的处置方式使挤出的持续体失去塑性状态而变成固体，即取得所需制品。
1.4 挤出成型工艺分类：干法（熔融法）—通过加热使塑料熔融成型①塑化方式湿法（溶剂法）—用溶剂将塑料充分软化成型（CN、CA及纺丝）持续式：螺杆式挤出机，借助螺杆旋转产生的压力和剪切力，使物料充分塑化和均匀混合，通过口模而成型，可进行连续生产。
②加压方式间歇式：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成型。
仅用于粘度特别大，流动性极差的塑料。
如：PTFE，成型温度下，粘度为1010～1014泊（一般熔融塑料的粘度范围为102～108泊）；HUMWPE等。
柱塞可提供很大的压力，但形状不能太复杂，不能加分流梭。
间歇式生产。
2. 挤出设备塑料的挤出，绝大多数都是热塑性塑料，而且又是采用持续操作和干法塑化的。
故在设备方面多用螺杆式挤出机。
螺杆式挤出机有单、双（或多螺杆）之分。
大部份用单螺杆挤出机，只是粉料，RPVC 95%以上都用双螺杆挤出机。
2.1 单螺杆挤出机2.1.1 单螺杆挤出机的组成：由传动系统、加料系统、挤压系统、机头和口模和加热与冷却系统等组成。
第七章 挤出成型
一般 hs＝KD
K——常数
（hS为均化段螺槽深度）
取0.02～0.06
⑤螺距（s）螺旋角（￠）
螺距是两个相邻螺纹间的距离，螺旋角是螺旋 线与螺杆中心线垂直面之夹角。螺杆直径一定时， 螺距就决定了螺旋角或螺旋角就决定了螺距， s=πDtg￠.理论和实验证明，30º 的螺旋角最适合于细 粉状塑料；15º 左右适合子方块料；而17º 左右则适合 于球、柱状料。在计量段，根据公式推导，螺旋角 为30º 时产率最高。
螺杆的几种形式
等距不等深螺杆，等深不等距螺杆，不等深不等距螺杆
(2) 螺杆的分段及其作用
按塑料在螺杆上运转的情况可分为加料、熔化（压 缩）和均化（计量）三段，有时就称为三段式螺杆，这 种螺杆就是通用螺杆，或标准螺杆（计量螺杆），螺距 等于D。
① 加料段
加料段是自塑料入口向前延伸一段的距离，其长度 约为4—8D。在这段中，塑料依然是固体状态。 螺杆的主要作用是使塑料受热前移，向熔化段输送 物料，因而螺槽容积可以维持不变，一般做成等距等深 的。螺槽深度(H1)，一般为0.1-0.15D，螺距(S)为1一 1.5D。 另外，为使塑料有最好的输送条件，要求减少物料 与螺杆的摩擦而增大物料与料筒的切向摩擦， 为此可采取的方法有：在料筒与塑料接触的表面开 设纵向沟槽；提高螺杆表面光洁度，并在螺杆中心通水 冷却。
橡胶挤出——压出 合成纤维——螺杆挤出纺丝 塑料挤出——主要以热塑性塑料为主
二、挤出成型在聚合物加工中的地位
突出的优点 （1）塑化能力强（一台φ200挤出机产量可达 700kg/ 小时，德国φ500挤出机产量高达20t/小时.） （2）生产效率高（适于大批量生产） （3）材料适应宽（广泛应用于塑料、橡胶、合成纤 维的成型加工，也常用于塑料的着色、混炼、塑化、造 粒及塑料的共混改性等） （4）产品范围大，产品形状多样（能生产管材、棒 材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材，以及中 空制品等截面形状单一的制品） 设备简单,投资少,见效快 近80 ％的塑料材料需要挤出成型，挤出设备广泛用 于塑料材料的塑化、熔体输送和泵送加压，从而成为其 他加工方法的基础。
6.5挤出成型工艺详解
问题 挤出成型原理
牵引速度略大于挤出速度 不同的塑件，牵引速度不同。
挤出成型工艺
挤出成型设备
产品工艺过程
思考与练习
2024年8月2日
第六章 塑料成型技术
四、挤出成型工艺条件
问题 挤出成型原理 挤出成型工艺 挤出成型设备 产品工艺过程 思考与练习
温度 压力
挤出速度 牵引速度
2024年8月2日
第六章 塑料成型技术
1、掌握挤出成型的特点； 2、熟悉挤出机的结构和主要部件的作用； 3、掌握挤出理论中影响生产和产品质量的因素； 4、熟悉管材、薄膜、板与片、拉伸膜的工艺。
第六章 塑料成型技术
6.3 挤出成型
一、概述
2024年8月2日
问题 挤出成型原理
1.挤出成型原理：将塑料塑化后使其在一定压力下通过某种 模具而形成截面形状与此模具相仿的连续体，并在固化后保 持该形状的成型方法。
•
与金属管相比，塑料管材有以下优点：相对密
度小，仅为金属的1／5、1／8，耐化学腐蚀性好，
电器绝缘性优良。耐磨性好。塑料管广泛用作各种
液体、气体输送管，尤其是某些腐蚀性掖体和气体，
如自来水管、排行管、农业排灌用管、化工管道、
石油管、煤气管等。
思考与练习
第六章 塑料成型技术
问题 挤出成型原理 挤出成型工艺 挤出成型设备 产品工艺过程 思考与练习
减小压力波动。
第六章 塑料成型技术
2024年8月2日
问题 挤出成型原理 挤出成型工艺 挤出成型设备 产品工艺过程 思考与练习
3.挤出速度 单位时间内由挤出机头和口模中挤出的塑化好
的物料量或塑件长度。它表示挤出能力的高低。 影响因素：机头、螺杆和料筒的结构、螺杆转速、 加热冷却系统的结构和塑料的性能 4.牵引速度 牵引速度与挤出速度相当，可略大于挤出速度。
挤出过程和挤出理论
挤出量随螺杆直径增加而增加。 随螺杆转速增加而增加。 随计量段螺槽长度的增加而增加。 随机头压力增加而减小。 随计量段螺槽深度的变化或增大或减小。
漏流也是由机头、口模、过滤网等对塑料反压引起的反 向流动，这种流动不是在螺槽中，而是在料筒与螺杆的 间隙中，这种流动的结果也使挤出量减少。塑料熔体的 真实流动是以螺旋形的轨迹出现的，其形状与一根嵌在 螺槽中的钢丝弹簧相仿。
公式
结论
由于漏流量与料筒螺杆间的间隙δ的三次方成正 比，新挤出机的间隙δ是很小的，随着螺杆料筒 的磨损，δ增大，则挤出量严重下降。
公式
结论
当流率G不变时，螺杆转速得增加将引起熔化速 率增加。
料筒温度的升高，先使熔化速率增加，但因为料 筒温度的提高会使熔体膜粘度下降，从而使剪切 热减少，因此存在着对应于最大融化速率的最佳 料筒温度。
进料温度的升高，可提高融化速率，从而缩短熔 化区的长度；但进料温度升高，对固体输送不利。
挤出过程-----压缩
在挤出过程中，塑料被压缩是绝对必要的。 首先塑料是一种热的不良导体，颗粒间如果有空
隙，将直接影响其传热，从而影响熔融速率； 其次也只有在沿螺杆长度方向上逐渐增加压力下，
才会将颗粒间的气体从料斗中排出，否则制品将 因为其内部产生气泡而成为次品或废品，最后较 高的系统压力，也保证了制品比较密实。
如果熔料从机头挤出过早，势必造成挤出物各处温度不 均匀，使制品产生色差、形变，或制品开裂的现象。
为了保证均匀混合，螺杆的熔体输送段应有足够的长度。
挤出过程-----排气
粉粒料颗粒之间夹杂着的空气。只要螺杆转速不太高， 一般来说，这部分气体在逐渐增高的压力下从料斗排出。
气体是物料从空气中吸附的水分，在加热时变成水蒸汽。 在塑料颗粒内部的一些物质，如低分子挥发物、低熔点
漏流也是由机头、口模、过滤网等对塑料反压引起的反 向流动，这种流动不是在螺槽中，而是在料筒与螺杆的 间隙中，这种流动的结果也使挤出量减少。塑料熔体的 真实流动是以螺旋形的轨迹出现的，其形状与一根嵌在 螺槽中的钢丝弹簧相仿。
公式
结论
由于漏流量与料筒螺杆间的间隙δ的三次方成正 比，新挤出机的间隙δ是很小的，随着螺杆料筒 的磨损，δ增大，则挤出量严重下降。
公式
结论
当流率G不变时，螺杆转速得增加将引起熔化速 率增加。
料筒温度的升高，先使熔化速率增加，但因为料 筒温度的提高会使熔体膜粘度下降，从而使剪切 热减少，因此存在着对应于最大融化速率的最佳 料筒温度。
进料温度的升高，可提高融化速率，从而缩短熔 化区的长度；但进料温度升高，对固体输送不利。
挤出过程-----压缩
在挤出过程中，塑料被压缩是绝对必要的。 首先塑料是一种热的不良导体，颗粒间如果有空
隙，将直接影响其传热，从而影响熔融速率； 其次也只有在沿螺杆长度方向上逐渐增加压力下，
才会将颗粒间的气体从料斗中排出，否则制品将 因为其内部产生气泡而成为次品或废品，最后较 高的系统压力，也保证了制品比较密实。
如果熔料从机头挤出过早，势必造成挤出物各处温度不 均匀，使制品产生色差、形变，或制品开裂的现象。
为了保证均匀混合，螺杆的熔体输送段应有足够的长度。
挤出过程-----排气
粉粒料颗粒之间夹杂着的空气。只要螺杆转速不太高， 一般来说，这部分气体在逐渐增高的压力下从料斗排出。
气体是物料从空气中吸附的水分，在加热时变成水蒸汽。 在塑料颗粒内部的一些物质，如低分子挥发物、低熔点
第四章-螺杆挤出机-1(新)
由以上各部分组成的挤出装置为挤出机组。
三、分类
按螺杆数目分
单、双、多 （前两种用得最多）
按喂料方式分
冷喂、热喂（要预热＞50℃）
按螺杆安装位置分
卧式、立式
按螺杆转速分
常规（100~300r/min）、高速（300~900r/min）、 超高速（900~1500r/min）
四、规格表示及技术特征
挤出成型过程可分为如下三个阶段：
1、塑化阶段 在挤出机上进行塑料的加热和混炼， 使固态原料变为均匀的粘性流体。
2、成型阶段 在挤出机螺杆的作用下，熔融塑料 以一定的压力和速度连续通过装在挤出机上的成型 机头，获得一定的断面形状。
3、定形阶段 通过冷却等方法使熔融塑料已获取 的形状固定下来，成为固态制件。
2. 摩擦系数 f
在螺杆结构参数确定，以及工艺参 数设定后，移动角只与摩擦因数 有关。
a. 提高螺杆光洁度；涂F4
b. 在料筒上开设纵向槽沟，提高 物料与机筒之间的摩擦因数；
c. 降低螺杆温度，通冷却水；
d. 根据摩擦因数与温度的关系， 适当提高加工温度。
总结：为获得最大的固体输送速率
从挤出机结构来考虑：
一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物的 分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定 于螺杆的性能。
（一）常规螺杆 一、评价螺杆的标准及设计时应考虑的因素 1、评价螺杆质量的标准有： ①塑化质量 一根螺杆必须能生产出合乎质量要
求的制品。即制品：
A、具有合乎要求的各种性能。具有合乎规定的物 理、化学、力学、电学性能；
a.增加螺槽深度是有利的，但会受到螺杆
扭矩的限制。其次，降低塑料与螺杆的摩擦系数 也是有利的。再者，增大塑料与料筒的摩擦系数， 也可以提高固体输送速率，但要注意会引起物料 停滞甚至分解，因此料筒内表面还是要尽量光洁。
三、分类
按螺杆数目分
单、双、多 （前两种用得最多）
按喂料方式分
冷喂、热喂（要预热＞50℃）
按螺杆安装位置分
卧式、立式
按螺杆转速分
常规（100~300r/min）、高速（300~900r/min）、 超高速（900~1500r/min）
四、规格表示及技术特征
挤出成型过程可分为如下三个阶段：
1、塑化阶段 在挤出机上进行塑料的加热和混炼， 使固态原料变为均匀的粘性流体。
2、成型阶段 在挤出机螺杆的作用下，熔融塑料 以一定的压力和速度连续通过装在挤出机上的成型 机头，获得一定的断面形状。
3、定形阶段 通过冷却等方法使熔融塑料已获取 的形状固定下来，成为固态制件。
2. 摩擦系数 f
在螺杆结构参数确定，以及工艺参 数设定后，移动角只与摩擦因数 有关。
a. 提高螺杆光洁度；涂F4
b. 在料筒上开设纵向槽沟，提高 物料与机筒之间的摩擦因数；
c. 降低螺杆温度，通冷却水；
d. 根据摩擦因数与温度的关系， 适当提高加工温度。
总结：为获得最大的固体输送速率
从挤出机结构来考虑：
一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物的 分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定 于螺杆的性能。
（一）常规螺杆 一、评价螺杆的标准及设计时应考虑的因素 1、评价螺杆质量的标准有： ①塑化质量 一根螺杆必须能生产出合乎质量要
求的制品。即制品：
A、具有合乎要求的各种性能。具有合乎规定的物 理、化学、力学、电学性能；
a.增加螺槽深度是有利的，但会受到螺杆
扭矩的限制。其次，降低塑料与螺杆的摩擦系数 也是有利的。再者，增大塑料与料筒的摩擦系数， 也可以提高固体输送速率，但要注意会引起物料 停滞甚至分解，因此料筒内表面还是要尽量光洁。
挤出成型—挤出理论(高分子成型课件)
塔莫尔（Tadmor）研究结果： 计算出熔融区长度，但与实际值有一定差距。
四、挤出机的挤出理论
3 熔体输送理论 流动流动状态：
①正流Qd：沿正轴向口模/机头方向流动。由旋转螺杆挤压造成。 ②逆流Ｑp：沿正方向相反，由机头压力引起。 ③横流Ｑt：环流。不影响总流量。但对熔体的混合、塑化、热交换起重要 作用。 ④漏流Ｑc 物料在螺杆与机筒之间间隙向加料口方向回流，可降低挤出量 。一般情况下漏流Ｑc很小，但磨损严重时，漏流Ｑc增加急剧增加。
p在挤出过程中，由于螺杆 和料筒机构、机头、过滤 网以及过滤板的阻力，使 塑料内部存在压力。
p压力可以提高挤出熔体的混合均匀性和稳定性，提高产品致密 度， 是塑料变为均匀熔体并得到致密塑件的重要条件之一。 p螺杆转速的变化，加热、冷却系统的不稳定都对产生压力波动 产生影响，对制品质量产生不利影响。 p为保证制品质量，应尽可能减少压力的波动。
六、挤出工艺的影响因素
3 挤出速率
p挤出速率因素影响较多（机头阻力、螺杆与料筒结构、螺杆转速、 加热冷却系统和塑料特性等）但主要与螺杆转速有关，提高转速，可 提高挤出产量，但塑化质量不高，因而挤出速率要大小合适。 p挤出速率在生产过程中也存在波动现象，挤出速率的波动影响制品 几何形状和尺寸。生产中应保证挤出速率的稳定。
LDPE 15~20 3~4 90~100 100~140 140~160 140~160
PP
22~25 2.5~4 140~160 165~185 180~200 160~185
PC
16~25 2.5~3 200~240 240~250 230~255 200~22100
六、挤出工艺的影响因素
2 压力
tan tanb
四、挤出机的挤出理论
四、挤出机的挤出理论
3 熔体输送理论 流动流动状态：
①正流Qd：沿正轴向口模/机头方向流动。由旋转螺杆挤压造成。 ②逆流Ｑp：沿正方向相反，由机头压力引起。 ③横流Ｑt：环流。不影响总流量。但对熔体的混合、塑化、热交换起重要 作用。 ④漏流Ｑc 物料在螺杆与机筒之间间隙向加料口方向回流，可降低挤出量 。一般情况下漏流Ｑc很小，但磨损严重时，漏流Ｑc增加急剧增加。
p在挤出过程中，由于螺杆 和料筒机构、机头、过滤 网以及过滤板的阻力，使 塑料内部存在压力。
p压力可以提高挤出熔体的混合均匀性和稳定性，提高产品致密 度， 是塑料变为均匀熔体并得到致密塑件的重要条件之一。 p螺杆转速的变化，加热、冷却系统的不稳定都对产生压力波动 产生影响，对制品质量产生不利影响。 p为保证制品质量，应尽可能减少压力的波动。
六、挤出工艺的影响因素
3 挤出速率
p挤出速率因素影响较多（机头阻力、螺杆与料筒结构、螺杆转速、 加热冷却系统和塑料特性等）但主要与螺杆转速有关，提高转速，可 提高挤出产量，但塑化质量不高，因而挤出速率要大小合适。 p挤出速率在生产过程中也存在波动现象，挤出速率的波动影响制品 几何形状和尺寸。生产中应保证挤出速率的稳定。
LDPE 15~20 3~4 90~100 100~140 140~160 140~160
PP
22~25 2.5~4 140~160 165~185 180~200 160~185
PC
16~25 2.5~3 200~240 240~250 230~255 200~22100
六、挤出工艺的影响因素
2 压力
tan tanb
四、挤出机的挤出理论
单螺杆挤出理论(熔融理论)
K
s
dT dy
y=0
Km
Tb
Tm
hv2j 2
s
cs
vsy
(Tm
Ts )
Vsy
× s
×
*
V bx
m
V sy
2x
s
（3）
δ=
2K
m
Tb
-
Tm
+η
Vj2 2
Vbx ρm Cs Tm - Ts +λ*
X
第三节 单螺杆挤出理论
二、熔融理论
δ=
2K m
Tb
-
Tm
+η
Vj2 2
第三节 单螺杆挤出理论
二、熔融理论
（四）熔融过程影响因素
4、不稳定挤出时固体床解体现象 （3）解体后果 大团块被熔体包围，熔融慢 不利于稳定挤出 （4）防止解体措施 螺杆渐变度A适中，选择小 颗粒原料
第三节 单螺杆挤出理论 预防措施:设计分离型螺杆
二、熔融理论
第三节 单螺杆挤出理论
分离型螺杆
• Maillefer螺杆
Vbx ρm Cs Tm - Ts +λ*
X
熔膜的厚度
Vj=Vb－Vsz
第三节 单螺杆挤出理论
（三）熔融过程数
学分析
Vbx ρ 1δ=ω
2
m
（2）
二、熔融理论
ω=
Vbx ρm 2
Km
Tb
-
Tm
+η Vj2 2
Cs Tm - Ts +λ*
X
熔化速率
X
（5）
熔融速率系数
第三节 单螺杆挤出理论
第三节 单螺杆挤出理论
挤出成型原理3.
（3）机筒温度Tb
Tb↑→ Ф↑，Ψ↑→ ZT↓
→熔膜η↓ → Ф↓→ ZT↑ （Tb有最佳值）
3、熔融过程影响因素-螺杆结构
（1）等深螺杆与渐变螺杆的比较 ZT（渐变）< ZT（等深），ψ相同
在熔融区，螺杆渐变对熔融有利， （2）渐变度A 的影响
渐变度A ↑—对熔融有利，对输送不利，只能适度
（三）熔体输送理论
倒流（压力流）： 由机头，口型等阻力元件产生的压力引起的回流。方向与正流 方向相反，流量为QP.
横流（环流）： 由螺棱对物料的推挤作用和料筒的拖曳作用共同引起，（如
图) 使物料在螺槽内产生翻转运动。对生产能力没有影响， 但能促进物料的混合、搅拌和热交换，流量Qc=0.
漏流：
由机筒与螺棱间隙δ处形成的倒流。方向沿螺杆轴线方向，并 由机头向后。流量用QL表示。
根据傅立叶导热定律，流体流过不同温度的固体壁面时， dT q k 产生热交换，换热量由下式计算： /温度梯度 dy 其中K为导热系数 dT dT 得出下列公式 K ( ) K ( ) V
m
dy
y o
s
dy
y o
sy
s
式中
dT ——分界面液相一侧的温度梯度 dy m, y 0
研究熔融理论的目的，就是为了找出固相宽度X沿螺槽方向Z的变 化规律 即分布函数X=F（Z） 对熔融理论的物理模型进行下列三个方面的平衡分析，即可求出
固相分布函数X=F（Z）的解析式。这些平衡是：固相的质量平衡 ， 熔膜的质量平衡 ，固液相分布截面的热量平衡
1） 固相的质量平衡
流入dz段的固相量
DN va l N ctg ctg
N—螺杆转数，Φ—展开后的螺线角（移动角），θ — 螺杆外径处的旋转角，Φ+θ=90o ， l— 螺杆转动一 周物料移动距离的轴向投影。
第三章(挤出机)
第三章 挤出机
第一节 概述
一、挤出成型的过程 塑料原料
加热相变 挤出主机
塑料熔体
加压
挤出模具（机头） 切割 切割装置
初始形状的连续
定型 冷却（定型）装置
最终形状的连续体
一定规格的制品
二、挤出成型的特点
1、由于挤出过程具有连续性，故可生产任意长度的制品， 并且效率高、易实现生产过程的自动化。 2、应用范围广，能加工绝大多数的热塑性塑料和一些热固 性塑料。 制品成型：管材、板材、棒材、异型材、薄膜、丝、带 等； 原料准备工序：混合、塑化、脱水、着色、造粒、压延 喂料等； 半成品的加工：电缆料、色母料等。 3、由于挤出机结构简单，操作方便，成本低，故投资少， 收效快。
四、新型过滤器：长效，快换，不停机，多功能
五、静态混合器
在螺筒内加装分流、汇合混炼元件，让物料在流动的过 程中实现混 炼、均化的作用， 而不需要螺杆的 转动和螺棱的搅动。 ①Kenics静态混合器 ②Ross静态混合器 ③Sulzer静态混合器
第七节 加料装置
一、料斗的形式 圆形锥底、方形锥底、自热干燥料斗 二、上料方式 人工、鼓风、弹簧、真空（可以除去原料 中的空气和湿气） 三、强制加料结构 1、防止架桥 2、定量施压加料，有搅拌、螺旋、活塞等方式 四、加料装置的基本要求 1、有自动上料装置和计量器； 2、带有预热干燥或抽真空装置； 3、进料均匀； 4、如需混用两种或以上物料，需搅拌装置。
（一）固体输送理论
如计算固体输送流率，必把料筒转动线速度V= пDn， 该段的物料运动假设为理想化的物理模型。
流率Q = Vp1 F
= πD b n(tgφtgθ ) /( tgφ + tgθ ) F = ∫ (2πR − Pe / sin α )dR
第一节 概述
一、挤出成型的过程 塑料原料
加热相变 挤出主机
塑料熔体
加压
挤出模具（机头） 切割 切割装置
初始形状的连续
定型 冷却（定型）装置
最终形状的连续体
一定规格的制品
二、挤出成型的特点
1、由于挤出过程具有连续性，故可生产任意长度的制品， 并且效率高、易实现生产过程的自动化。 2、应用范围广，能加工绝大多数的热塑性塑料和一些热固 性塑料。 制品成型：管材、板材、棒材、异型材、薄膜、丝、带 等； 原料准备工序：混合、塑化、脱水、着色、造粒、压延 喂料等； 半成品的加工：电缆料、色母料等。 3、由于挤出机结构简单，操作方便，成本低，故投资少， 收效快。
四、新型过滤器：长效，快换，不停机，多功能
五、静态混合器
在螺筒内加装分流、汇合混炼元件，让物料在流动的过 程中实现混 炼、均化的作用， 而不需要螺杆的 转动和螺棱的搅动。 ①Kenics静态混合器 ②Ross静态混合器 ③Sulzer静态混合器
第七节 加料装置
一、料斗的形式 圆形锥底、方形锥底、自热干燥料斗 二、上料方式 人工、鼓风、弹簧、真空（可以除去原料 中的空气和湿气） 三、强制加料结构 1、防止架桥 2、定量施压加料，有搅拌、螺旋、活塞等方式 四、加料装置的基本要求 1、有自动上料装置和计量器； 2、带有预热干燥或抽真空装置； 3、进料均匀； 4、如需混用两种或以上物料，需搅拌装置。
（一）固体输送理论
如计算固体输送流率，必把料筒转动线速度V= пDn， 该段的物料运动假设为理想化的物理模型。
流率Q = Vp1 F
= πD b n(tgφtgθ ) /( tgφ + tgθ ) F = ∫ (2πR − Pe / sin α )dR
管材挤出成型实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解管材挤出成型工艺的基本原理和流程。
2. 掌握挤出机、模具、冷却装置等主要设备的使用方法。
3. 通过实验，观察和掌握管材挤出成型过程中温度、压力、牵引速度等参数对管材质量的影响。
4. 分析实验数据，探讨提高管材成型质量的方法。
二、实验原理管材挤出成型是利用挤出机将熔融塑料通过模具挤出成管状制品的过程。
该过程主要包括以下几个步骤：1. 塑料粒料通过料斗进入挤出机，在螺杆的旋转和加热作用下，熔融并塑化。
2. 熔融塑料通过模具挤出，形成管坯。
3. 管坯经过冷却装置冷却定型，成为具有一定壁厚的管材。
4. 管材通过牵引设备匀速拉出，并按规定长度切断。
三、实验设备与材料1. 实验设备：挤出机、模具、冷却装置、牵引设备、切割设备、温度控制器、压力表等。
2. 实验材料：聚氯乙烯（PVC）粒料。
四、实验步骤1. 准备实验设备，检查各部分工作状态。
2. 根据实验要求，调整挤出机的温度、压力、转速等参数。
3. 将PVC粒料加入料斗，启动挤出机进行加热和塑化。
4. 当挤出机出口处有稳定的熔融塑料流出时，关闭料斗，开始挤出实验。
5. 调整牵引设备的速度，使管材匀速拉出。
6. 观察并记录管材的挤出过程，包括温度、压力、牵引速度等参数。
7. 当管材达到预定长度后，停止牵引设备，切断管材。
8. 收集实验数据，进行分析和总结。
五、实验结果与分析1. 温度对管材质量的影响：温度过高，会导致管材壁厚不均匀、表面出现气泡；温度过低，则会使管材硬度过高、表面出现裂纹。
因此，应控制合适的温度，以保证管材质量。
2. 压力对管材质量的影响：压力过高，会使管材壁厚不均匀、表面出现凹陷；压力过低，则会使管材壁厚过薄、表面出现皱纹。
因此，应控制合适的压力，以保证管材质量。
3. 牵引速度对管材质量的影响：牵引速度过高，会使管材壁厚不均匀、表面出现裂纹；牵引速度过低，则会使管材出现松弛、变形。
因此，应控制合适的牵引速度，以保证管材质量。
塑料成型工艺学第五章 挤出成型
✓ 螺杆的压缩比(ε): 定义：指螺杆加料段第一个螺槽容积与计量段最后一个螺槽容积之比。
对于常用的等距不等深螺杆的压缩比常用加料段和计量段螺槽的横截面积 之比来表示。
几何压缩比 ：
D2 d12 D2 d32
D1h1 D3h3
工厂常用式 ε=0.93 h1/h3来表示。
41
✓ 熔化过程:图3-6-11为固体物料在螺槽中的熔化过程示意图。
进入熔融段后, 粒子受热发
生粘连, 但粒子间界面仍然很清
楚。由于热、力的作用使粒子
发生变形, 粒子间的空隙逐渐被
填充, 如图所示。从图可以看出,
粒子中心的颜色接近固体颜色,
粒子周边的颜色半透明, 接近熔
体颜色, 这表明粒子中心部分的
温度低于周边温度, 同一粒子内
部存在温度差。因此对每一个
粒子而言, 其熔融过程是从外向
● φ ↑， θ ↑ 。
37
✓ 影响加料段送料量的因素：
●适当提高N和H; ●采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结 构； 在加料段料
筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）； ● 冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小
fs ）一等螺杆Ra=0.8μm,优等0.4μm。 ● 在螺杆中心通冷却水，以降低螺杆表面的摩擦系数
✓ 圆孔口模：
主要用来生产棒材、单丝造粒，口模平直部分长度和 直径比小于10；
✓ 扁平口模：
一般用来生产厚度小于0.25mm的膜或板材；
✓ 环形口模：
一般用来生产管材、管状薄膜、吹塑用型胚以及电线 电缆；
✓ 异形口模：
主要用来挤出不同横截面的制品。
21
✓ 过滤板（网）的作用：
●使物料由螺旋运动转变为平直运动； ●过滤杂质和未熔化好的塑料颗粒； ●使物料受到较大的剪切作用，以利于塑料塑化均匀； ●使料筒和机头定位。
第七章挤出成型
高分子材料成型加工
2.熔化理论 它是研究塑料在挤出机螺杆的熔融段内固态 转变为熔融状态的过程，并建立在热力学、 流变学基础上的一种理论。它对于了解塑化 的情况，指导螺杆熔融段的设计，控制工艺 条件以保证制品的质量是很重要的。然而， 由于塑料在熔融段的多相性，其变化过程复 杂，该理论尚处于发展阶段，在这里作简单 的介绍。
高分子材料成型加工
（1）正流Qv,D 塑料熔体在料筒和螺杆之间沿着螺槽方向朝 机头方向的流动。它是由旋转螺杆的挤压所 造成的，其体积流量用Qv,D表示。
高分子材料成型加工
（2）逆流Qv,p 其流动方向与正流相反，它是由机头、多孔 板、过滤板等阻力引起的压力梯度所造成， 又称为压力倒流，其体积流率以Qv,p表示。
高分子材料成型加工
1.固体输送理论该理论是以固体对固体的摩擦 静力平衡为基础建立起来的。为研究方便，假 定：
①物料与螺槽和料筒内壁紧密接触，形成具有弹性的固体塞， 并以恒定的速度移动； ②固体塞与料筒表面、螺槽底面和侧面的摩擦因数是一个常数， 可取不同值； ③忽略料筒与螺棱之间的间隙，螺槽是矩形的并且深度不变， 固体塞的密度不变。
高分子材料成型加工
3.3 均化段 计量段 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，并定量定压的 通过机头口模挤出成型。一般无压缩作用。 4.螺杆形式： 普通螺杆：采用等距变深、等深变距、变深 变距螺槽 高效专用螺杆 L/ DS 大、熔融效率低、塑化混合均匀
高分子材料成型加工
高分子材料成型加工
熔融区物料剖面
熔膜
熔池
固体床
高分子材料成型加工
熔化过程 压缩 料筒热＋摩擦热 体床 --------------------- 熔化
第七章-挤出成型
5、螺杆的选用
（1）材料
对结晶型塑料：突变型螺杆
对无定型塑料：渐变型螺杆
等距不等深
等距不等深
（2）L/D
对硬塑料，塑化时间长，L/D大些；对粉末料，要求多 塑化一些时间， 应L/D大；对结晶型塑料， L/D大。
（3）A 根据不同的塑炼选用不同的压缩比。
例：硬料，A小；软料，A大。
（硬质PVC，A=2~3; 软质PVC，A=3~4）
▲ 料筒内壁光滑；
▲ 加料段特设纵向沟槽－物料与料筒表面的切向摩擦力
第二十四页，编辑于星期三：十六点 二十六分。
2、熔化理论（塑料的熔化过程）
塑料在压缩段是从固体状态到完全熔化状态，同时要受 到压缩作用，在该段，物料温升快，物料内摩擦作用大， 压缩作用大。
在压缩段塑料由固相 液相转变
物料受到挤压：压缩比的作用
螺杆的直径D
螺杆的压缩比A
螺杆角 θ
螺杆与料筒的间隙
螺杆的长径比L/Ds 螺槽深度H 螺纹棱部宽度E
第九页，编辑于星期三：十六点 二十六分。
▲ 螺杆的直径D
代表挤出机的规格。D ，挤出机的生产能力 。
▲ 螺杆的长径比L/Ds （15～25） 影响挤出机的产量和挤出质量（衡量塑化效率）。
L/Ds ，塑料的停留时间 ，混合塑化效果 。
如果忽略环流（QT）的影响，则均化段熔体的输送量（流率） 为：
Q=QD－(QP＋QL)
与螺杆的结构参数、T、P、 有η 关。
宏观上看只有物料沿螺杆螺槽的轨迹运动。 图7-19
第三十三页，编辑于星期三：十六点 二十六分。
三、单螺杆挤出机产生能力的计算
1、实测法
在挤出机上测出制品从机头口模中挤出的线速度，由此来确 定产量，准确实观不通用。
第8章_塑料挤出成型
• 在塑料被挤出之前，任何人均不得处于口模的正前方。塑 料挤出后，即须将挤出物慢慢引上冷却和牵引设备，并开 动这些设备。然后根据控制仪表的指示值和对挤压制品的 要求，将各部分作相应的调整，以便整个挤出操作达到正 常的状态。 • 停车时，一般都将挤出机内的塑料尽可能挤完，以便下 次操作。遇热稳定性差的塑料时，一定要将机内物料挤完， 以免损害设备。必要时可用软聚氯乙烯或含无机场料较多 的聚苯乙烯和聚乙烯等塑料通过最后挤出来清理料筒和螺 杆。但不必通过机头、口模和粗滤器，这些部件是在拆除 后进行清理的。挤出薄膜或板材时，也有在挤出机满载的 情况下停车的。采用这种方法应防止空气进入料简，以免 物料氧化而在继续生产时影响制品的质量。 清理挤出设备时，只能采用铜丝刷、铜刀和压缩空气吹 管等工具。一般很少用溶剂来清理。若需要采用，最好用 四氢化荼，但成本较高。滤网可用火烧的方法处理。 挤压时应注意的安全项目有：电、热、机械的转动和笨重 部件的装卸等。拆除时应先拆出螺杆，后拆料筒，而安装 时则应先装料筒，后装螺杆。
• 辅机 • 控制系统 对主、辅机的操作（温度、速度 等），完成动作之间的切换。
挤出机型号规格表示
塑料 螺杆公称直径
SJ-90×25B
挤出机 螺杆长径比
改 型
挤出成型的优点：设备简单，投资少 连续生产，效率高 自动化生产，劳动强度低 操作简单，容易控制 产品均匀密实，质量高 产品广泛，一机多用 占地少，环境清洁
挤压系统的作用： • 输送（连续、稳定） • 塑化（将固态→熔融）—成型的必要条件 • 混合（使物料在组分与温度上均匀一致） • 增压（使物料从常压升至几十个MPa) 有理论
固体与固体的摩擦静力平衡为基础，认为物料与螺槽 和料筒内壁所有面紧密接触，形成具有弹性的固体塞 子，并以一定的速度流动。 物料受螺杆旋转产生的推挤作用向前运动，可分解为 螺旋运动和轴向水平运动。
单螺杆挤出理论(熔体输送理论)
1.1
第三节 单螺杆挤出理论
定义截流比：a＝Qp/Qd
Qp
i Wh3
121
P z
a QP h32 ( P )
Qd 61 Vbz z
（12）
第三节 单螺杆挤出理论
P z
61
Vbz h32
( QP ) Qd
将（13）式代入Vz分布（6）式，得
Vz
=
Vy bz h3
1 +
Q
3p
Qd
1 -
y
h3
Vz=f(a, y)
（13） （14）
第三节 单螺杆挤出理论
四、熔体输送理论
（一）牛顿流体的理论模 型
1、建立数学模型
（2）流场分析 a、建立坐标系
b、分析
V = Vx , 0,Vy
Vx f1(y) Vz f2 (y)
Vx ≠ 0, Vz ≠ 0
y
y
第三节 单螺杆挤出理论
四、熔体输送理论 应变速率张量
0
VX y
0
VX y
螺槽中的速度分布：
V V h y bz y 1 dP y 2 （6）
h z
3
2 dz 3
V Vx
bx
y
2
3
y
h h 3
3
（11）
第三节 单螺杆挤出理论
（4）速度分布的讨
论 a、螺槽中Vz的分布
由（7）式知：
QZ
iVbz Wh 3 2
iWh
3 3
12η1
( P ) Z
Qd
i VbzWh3 2
Qd Qp QL
π2D2h3sincos n
2
πDh33sin2 ΔP π2D2δ3tg ΔP
第二节挤出过程和挤出理论
（一）挤出过程
• 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。
• 1、加料段---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，胶料
开始被压实。
• 2、压缩段 • 1)由于阻力,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。
筒上的沟槽深度变化、螺距的改变）
b.分流板、滤网Biblioteka 口模产生的阻力， c.压力的建立是挤出成型制品的重要条件
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）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，如右图所示。
L／Ds－一螺杆的长径比 L —— 螺杆的长度（螺杆的有效工 作长度）
P 一--螺纹头数i·
B ——螺纹槽的轴向宽度
Bb——机筒内表面处螺纹槽的轴向 宽度
Bs——螺杆螺纹槽根处的轴向宽度
B(r)——螺杆螺纹槽在任意半径处
的轴向宽度 W(r)---- 垂 直 于 螺棱的任意半 径处的螺槽宽度 Wb——机筒内表面处垂直于螺棱的 螺槽宽度 Ws——螺杆根径处垂直于螺棱的螺 槽宽度
（二）参变量
描写这一过程的参量有温度、压力、流率（或挤出 量、产量）和能量（或功率）。有时也用物料的 粘度，因其不易直接测得，而且它与温度有关， 故一般不用它来讨论挤出过程。
1、温度
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。
率波动、温度波动、压力波动。这些波 动也是评价挤出质量、挤压系统好坏的 标准之一。
• 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。
• 1、加料段---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，胶料
开始被压实。
• 2、压缩段 • 1)由于阻力,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。
筒上的沟槽深度变化、螺距的改变）
b.分流板、滤网Biblioteka 口模产生的阻力， c.压力的建立是挤出成型制品的重要条件
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）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，如右图所示。
L／Ds－一螺杆的长径比 L —— 螺杆的长度（螺杆的有效工 作长度）
P 一--螺纹头数i·
B ——螺纹槽的轴向宽度
Bb——机筒内表面处螺纹槽的轴向 宽度
Bs——螺杆螺纹槽根处的轴向宽度
B(r)——螺杆螺纹槽在任意半径处
的轴向宽度 W(r)---- 垂 直 于 螺棱的任意半 径处的螺槽宽度 Wb——机筒内表面处垂直于螺棱的 螺槽宽度 Ws——螺杆根径处垂直于螺棱的螺 槽宽度
（二）参变量
描写这一过程的参量有温度、压力、流率（或挤出 量、产量）和能量（或功率）。有时也用物料的 粘度，因其不易直接测得，而且它与温度有关， 故一般不用它来讨论挤出过程。
1、温度
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。
率波动、温度波动、压力波动。这些波 动也是评价挤出质量、挤压系统好坏的 标准之一。
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1、熔体输送的机理
1）、无限平行平板模型
为了方便研究问题，假定： a、将计量段螺槽展开 并认为螺槽为浅螺 槽，即 H3/D<0.09； b、螺槽静止不动，机 筒转动；
挤出理论
c、将机筒展开为一无
限大平板，且该平 板运动速度为Vb；
V b= π D bn
d、Vb的方向与展开的 螺槽方向成θ 角。 则有：
3 2
D tan P 1 P 2 12e ' f L3
2 2 3 f
P 1 P 2 n L f 3
其中
1 2 2 D H sin cos 2
DH sin
3 2
——正流流率常数
12
——倒流流率常数
挤出理论
对于方程Q=KΔP/η，K、η皆为常数。因此上式实际 是Q与ΔP的线性方程式。 我们可以得到如图所示的直线簇，直线OD即为口模 特性线。
其斜率为：K/ η 对给定的口模，压力越高，流过口模的流量越大。
挤出理论
3）挤出机的综合工作点： 将螺杆特性线和口模特性线在同一个坐标中画出， 两组直线相交的点即为挤出机的综合工作点：
挤出理论
3）螺杆深度H与生产能力的关系：（H与Q） 正流流量Qd正比与H，倒流流量Qp正比与H3
可见，太深的螺杆深度是有害的。
H存在一个最佳值。 4 ） 螺 杆 均 化 段 长 度 L3 与 生 产 能 力 的 关 系 ： （L3与Q） 倒流流率Qp和漏流流率QL与L3成反比。也就是说，
增加L3，有助于Q的提高。
Vbx=π Dbnsinθ Vby=π Dbncosθ
挤出理论
2)、熔体在螺槽内的运动分析
熔体在螺槽中的流动有以下几种运动合成：
a、正流（拖曳流）： 是由物料受机筒的摩擦拖曳引起的，最大处速度为 Vbz， 起到挤出物料的作用，流量用Qd表示。
b、倒流（压力流）
由机头、口型等阻力
元件产生的压力引起 的回流。方向与正流 方向相反，流量为QP
在C点处， Q机头=Q螺杆。 综合工作点会因螺杆转速的改变而改变。 综合工作点会因机头口模的改变而改变。
挤出理论
6．影响挤出机生产能力的主要因素 1）螺杆转速与生产能力的关系（n与Q） 由公式： Q n P f
可知，n与Q成正比关系。 在挤出机各方面都允许的情况下，提高转速n是 提高挤出机生产能力的最有效的途径。 2）螺杆直径与生产能力的关系：（D与Q） Q与D2成正比关系。 即：D的小量增加，Q就会大幅度提高。
挤出理论
5、挤出机的综合工作点
前面我们讨论了物料在螺杆中的流动理论。要想 了解整个挤出过程的特性，还必须将螺杆和机头
联合起来讨论，为此我们引入了以下几个概念：
螺杆特性线---挤出机产量与挤出压力的关系；
口模特性线---机头产量与机头压力的关系；
挤出机的综合工作点---螺杆特性线与口模特性线
的交点
实际上螺槽中熔体 的总的流动是这几 种流动的总和。 挤出机的生产能力 即： Q=Qd-Qp-QL
挤出理论
2、基本假设： • a. 牛顿型流体，并已全部熔融且等温； • b. 流动是稳定的； • c. 压力只在X、Z方向上变化； • d. 流体不可压缩---内部无流动； • e. 重力忽略； • f. 机筒运动，螺杆相对静止。
挤出理论
3．生产率的基本方程
根据前面的假设，分析和建立物理模型，用流体
力学的分析方法，通过下面的积分式就可以导出目
前应用于单螺杆挤出机均化段的流率计算公式：
Q
H
0
W0VZ 源自ydx挤出理论• Q=Qd-Qp-QL
1 2 2 DH sin P 1 P 2 D H sin cos n 2 12 L3
求导，并求 出H：
6Q L3 H H 最佳 1 P 2 sin W P
将H最佳代入n的表达式，可得n最低
n最低=3Q/πDWHcosθ
挤出理论
3）在给定转速下达到最高产量时的最佳螺槽深度和 螺旋角。 由流率公式，在δf=0时，QL=0。即有：
1 2 2 DH sin P1 P2 Q D H sin cos n 2 12 L3
挤出理论
如下图，我们称AB为螺杆的特性线。它是一组相互 平行的直线族，随螺杆n转速的改变而改变。
螺杆的特性线是挤出机的重要特性之一，它表示螺 杆均化段熔体的流率与压力的关系。随着机头压力 的升高，挤出量降低，而降低的快慢决定于螺杆特 性线的斜率。
挤出理论
2）口模特性线 挤出机机头是挤出机的重要组成部分，是物料流经 并获得一定几何形状、必要尺寸精度和表面光洁度 的部件。对于熔体在机头内的流动规律的研究是非 常重要的。 假定熔体为牛顿流体，当其通过机头时，其流率方 程为： Q=KΔP/η 式中： K—口模常数，仅与口模尺寸和形状有关。 ΔP—物料通过口模时的压力降 η ---物料的粘度
D tan
2 2 3 f
12e '
——漏流流率常数
挤出理论
4．由流率公式得出的结论： 1）挤出机可能的最高（危险）压力(忽略δf) 挤出机的最高危险压力产生于断流(Q=0)的情况 由流率公式，令Q=0，δf=0。则有：
Pmax
cos P1 P2 6 Dn 2 L3 H sin
由上式可以看出，对于高粘度物料和大直径螺杆， 采用高转速是很危险的。
挤出理论
2) 在给定产量时的最佳螺槽深度和最低螺杆转速 由流率公式， P P 2 Q DH 3 sin 2 1 12 L3 且δf=0知 n
1 2 2 D H sin cos 2
1 3
• 将上式对H
这也正是现代挤出机L/D不断加大的原因。
挤出理论
5）螺杆与机筒间隙δ与生产能力的关系：（δ与Q） 漏流QL正比于δ3，即δ增加，Q明显降低。 当螺杆经长时间使用，δ增大后，应及时修复或更 换，否则会影响挤出能力。 6）机头压力与生产能力的关系：（ΔP与Q） 正流Qd 与ΔP 无关，倒流Qp 和漏流QL与ΔP 成正比。因 此，ΔP增加，会使生产能力降低。 但是，增大ΔP，有助于物料的塑化，提高制品的质量。 因此在实际生产中，经常在机头处装设孔板、过滤网 等，增大机头压力。
挤出理论
1）螺杆特性线： 挤出机均化段的流率方程如下：
Q n P f
由上式可知：α、β、γ、L3是与螺杆几何参数相关的 常数，η.ηf 也是常数。因此上述方程实际上成了Q与 △P的线性方程。 其直线的斜率为： f
正流 Vb
Vb 机筒表面 y x z 螺杆表面 倒流
挤出理论
c.横流（环流）： 由垂直于螺棱方向的分速度Vbx引起（如图)， 使物 料在螺槽内产生翻转运动。方向与Vbx方向相同，对 生产能力没有影响，但能促进物料的混合、搅拌和 热交换，流量Qc=0
挤出理论
d. 漏流： 由机筒与螺棱间隙 δ 处形成的倒流。方向沿螺杆轴 线方向，并由机头向后。流量用 QL 表示。对提高挤 出机流量起反作用。
3 2
上式分别对H和θ求导，即可求出H最佳 和θ最佳
这时，θ最佳=30°。
（由于是牛顿流体，所以与实际17º 40´有区别）
挤出理论
4）截流比a (忽略δf)： a=Qp/Qd 称为截流比，它反映了挤出机的实际工作 状态。 因Q= Qd-Qp，所以有： Q/ Qd= (Qd –Qp) )/ Qd =1- Qp/ Qd=1-a 当a=1时， Q=0，Qd=Qp 代表机头完全关闭，完全截流状态。 当0<a<1时 Q=Qd-Qp 代表挤出机正常工作状态。 当a=0时， Q=Qd 代表机头完全打开的状态。
第二节 挤出过程和挤出理论 之二 挤出理论
挤出理论
2.3.3 熔体输送理论
常规的全螺纹单螺杆均化段的熔体输送理论已得 到很好的发展，与其他两个理论相比，它建立的 最早。
1953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 行了修正，下面简要介绍：
挤出理论
1）、无限平行平板模型
为了方便研究问题，假定： a、将计量段螺槽展开 并认为螺槽为浅螺 槽，即 H3/D<0.09； b、螺槽静止不动，机 筒转动；
挤出理论
c、将机筒展开为一无
限大平板，且该平 板运动速度为Vb；
V b= π D bn
d、Vb的方向与展开的 螺槽方向成θ 角。 则有：
3 2
D tan P 1 P 2 12e ' f L3
2 2 3 f
P 1 P 2 n L f 3
其中
1 2 2 D H sin cos 2
DH sin
3 2
——正流流率常数
12
——倒流流率常数
挤出理论
对于方程Q=KΔP/η，K、η皆为常数。因此上式实际 是Q与ΔP的线性方程式。 我们可以得到如图所示的直线簇，直线OD即为口模 特性线。
其斜率为：K/ η 对给定的口模，压力越高，流过口模的流量越大。
挤出理论
3）挤出机的综合工作点： 将螺杆特性线和口模特性线在同一个坐标中画出， 两组直线相交的点即为挤出机的综合工作点：
挤出理论
3）螺杆深度H与生产能力的关系：（H与Q） 正流流量Qd正比与H，倒流流量Qp正比与H3
可见，太深的螺杆深度是有害的。
H存在一个最佳值。 4 ） 螺 杆 均 化 段 长 度 L3 与 生 产 能 力 的 关 系 ： （L3与Q） 倒流流率Qp和漏流流率QL与L3成反比。也就是说，
增加L3，有助于Q的提高。
Vbx=π Dbnsinθ Vby=π Dbncosθ
挤出理论
2)、熔体在螺槽内的运动分析
熔体在螺槽中的流动有以下几种运动合成：
a、正流（拖曳流）： 是由物料受机筒的摩擦拖曳引起的，最大处速度为 Vbz， 起到挤出物料的作用，流量用Qd表示。
b、倒流（压力流）
由机头、口型等阻力
元件产生的压力引起 的回流。方向与正流 方向相反，流量为QP
在C点处， Q机头=Q螺杆。 综合工作点会因螺杆转速的改变而改变。 综合工作点会因机头口模的改变而改变。
挤出理论
6．影响挤出机生产能力的主要因素 1）螺杆转速与生产能力的关系（n与Q） 由公式： Q n P f
可知，n与Q成正比关系。 在挤出机各方面都允许的情况下，提高转速n是 提高挤出机生产能力的最有效的途径。 2）螺杆直径与生产能力的关系：（D与Q） Q与D2成正比关系。 即：D的小量增加，Q就会大幅度提高。
挤出理论
5、挤出机的综合工作点
前面我们讨论了物料在螺杆中的流动理论。要想 了解整个挤出过程的特性，还必须将螺杆和机头
联合起来讨论，为此我们引入了以下几个概念：
螺杆特性线---挤出机产量与挤出压力的关系；
口模特性线---机头产量与机头压力的关系；
挤出机的综合工作点---螺杆特性线与口模特性线
的交点
实际上螺槽中熔体 的总的流动是这几 种流动的总和。 挤出机的生产能力 即： Q=Qd-Qp-QL
挤出理论
2、基本假设： • a. 牛顿型流体，并已全部熔融且等温； • b. 流动是稳定的； • c. 压力只在X、Z方向上变化； • d. 流体不可压缩---内部无流动； • e. 重力忽略； • f. 机筒运动，螺杆相对静止。
挤出理论
3．生产率的基本方程
根据前面的假设，分析和建立物理模型，用流体
力学的分析方法，通过下面的积分式就可以导出目
前应用于单螺杆挤出机均化段的流率计算公式：
Q
H
0
W0VZ 源自ydx挤出理论• Q=Qd-Qp-QL
1 2 2 DH sin P 1 P 2 D H sin cos n 2 12 L3
求导，并求 出H：
6Q L3 H H 最佳 1 P 2 sin W P
将H最佳代入n的表达式，可得n最低
n最低=3Q/πDWHcosθ
挤出理论
3）在给定转速下达到最高产量时的最佳螺槽深度和 螺旋角。 由流率公式，在δf=0时，QL=0。即有：
1 2 2 DH sin P1 P2 Q D H sin cos n 2 12 L3
挤出理论
如下图，我们称AB为螺杆的特性线。它是一组相互 平行的直线族，随螺杆n转速的改变而改变。
螺杆的特性线是挤出机的重要特性之一，它表示螺 杆均化段熔体的流率与压力的关系。随着机头压力 的升高，挤出量降低，而降低的快慢决定于螺杆特 性线的斜率。
挤出理论
2）口模特性线 挤出机机头是挤出机的重要组成部分，是物料流经 并获得一定几何形状、必要尺寸精度和表面光洁度 的部件。对于熔体在机头内的流动规律的研究是非 常重要的。 假定熔体为牛顿流体，当其通过机头时，其流率方 程为： Q=KΔP/η 式中： K—口模常数，仅与口模尺寸和形状有关。 ΔP—物料通过口模时的压力降 η ---物料的粘度
D tan
2 2 3 f
12e '
——漏流流率常数
挤出理论
4．由流率公式得出的结论： 1）挤出机可能的最高（危险）压力(忽略δf) 挤出机的最高危险压力产生于断流(Q=0)的情况 由流率公式，令Q=0，δf=0。则有：
Pmax
cos P1 P2 6 Dn 2 L3 H sin
由上式可以看出，对于高粘度物料和大直径螺杆， 采用高转速是很危险的。
挤出理论
2) 在给定产量时的最佳螺槽深度和最低螺杆转速 由流率公式， P P 2 Q DH 3 sin 2 1 12 L3 且δf=0知 n
1 2 2 D H sin cos 2
1 3
• 将上式对H
这也正是现代挤出机L/D不断加大的原因。
挤出理论
5）螺杆与机筒间隙δ与生产能力的关系：（δ与Q） 漏流QL正比于δ3，即δ增加，Q明显降低。 当螺杆经长时间使用，δ增大后，应及时修复或更 换，否则会影响挤出能力。 6）机头压力与生产能力的关系：（ΔP与Q） 正流Qd 与ΔP 无关，倒流Qp 和漏流QL与ΔP 成正比。因 此，ΔP增加，会使生产能力降低。 但是，增大ΔP，有助于物料的塑化，提高制品的质量。 因此在实际生产中，经常在机头处装设孔板、过滤网 等，增大机头压力。
挤出理论
1）螺杆特性线： 挤出机均化段的流率方程如下：
Q n P f
由上式可知：α、β、γ、L3是与螺杆几何参数相关的 常数，η.ηf 也是常数。因此上述方程实际上成了Q与 △P的线性方程。 其直线的斜率为： f
正流 Vb
Vb 机筒表面 y x z 螺杆表面 倒流
挤出理论
c.横流（环流）： 由垂直于螺棱方向的分速度Vbx引起（如图)， 使物 料在螺槽内产生翻转运动。方向与Vbx方向相同，对 生产能力没有影响，但能促进物料的混合、搅拌和 热交换，流量Qc=0
挤出理论
d. 漏流： 由机筒与螺棱间隙 δ 处形成的倒流。方向沿螺杆轴 线方向，并由机头向后。流量用 QL 表示。对提高挤 出机流量起反作用。
3 2
上式分别对H和θ求导，即可求出H最佳 和θ最佳
这时，θ最佳=30°。
（由于是牛顿流体，所以与实际17º 40´有区别）
挤出理论
4）截流比a (忽略δf)： a=Qp/Qd 称为截流比，它反映了挤出机的实际工作 状态。 因Q= Qd-Qp，所以有： Q/ Qd= (Qd –Qp) )/ Qd =1- Qp/ Qd=1-a 当a=1时， Q=0，Qd=Qp 代表机头完全关闭，完全截流状态。 当0<a<1时 Q=Qd-Qp 代表挤出机正常工作状态。 当a=0时， Q=Qd 代表机头完全打开的状态。
第二节 挤出过程和挤出理论 之二 挤出理论
挤出理论
2.3.3 熔体输送理论
常规的全螺纹单螺杆均化段的熔体输送理论已得 到很好的发展，与其他两个理论相比，它建立的 最早。
1953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 行了修正，下面简要介绍：
挤出理论