板材挤出工艺-靳文涛

适于大批量生产
板材挤出流程
打包 检验 裁切 腹膜 牵引 压延 挤出 熔融 干燥
一条完整的板材生产线
原料干燥
大部分挤 出工艺都需 要对原料进 行干燥干燥 的目的:去除 树脂原料中 的水分.根据 原料特性,干 燥温度和时 间各不相同
挤出机原理
固体进料的挤 出过程，塑料要 经历固体——弹 性体——粘性液 体的变化，变动 的温度、压力， 状态变化和流动 行为十分复杂， 挤出理论应用最 广的是—— 固体输送理论、 熔融理论 熔体输送理论
说明
1、从纯粹加工的角度来看，降低分子量肯定有利于改善材料的流动性， 橡胶行业采用大功率炼胶机破碎、塑炼胶料即为一例。但分子量降低后 必然影响材料的强度和弹性，因此需综合考虑。
2、不同的材料，因用途不同，加工方法各异，对分子量的要求不同。总体来看， 橡胶材料的分子量要高一些（约105~ 106 ），纤维材料的分子量要低一些（约104）， 源自文库料居其中。
双螺杆挤出的特点
单螺杆和双螺杆输出过程差异
管材挤出成型示意
JIN WENTAO wt_jin@163.com 2014-03-07
螺杆排布分段与温度设定
一 ，加料段

A螺杆排布思路有：

a深槽正向螺纹

b中等螺槽大导程正向螺纹，且螺槽容积由大变小，即螺纹导程由大向小渐变。
B、温度设定思路
a不宜太高，影响物料在此段输送和受剪切的； 也不宜太低，螺杆受力过大或卡 死 b一般略接近熔融，按梯度排列。
螺杆排布分段与温度设定
二，压缩段
A、螺杆排布：
． 物料在此段要达到的目的是:
使加工物料获得物理变化和部分化学变化所需的能量， 分布均匀和初步分散,做到组分均质化、粘度接近。 ．一般要求物料承受较大的剪切和机筒传热，使之熔融 B、温度设定
a温度太低，树脂半融，到后段包覆性差；温度太高，树脂流动提高，混炼与剪切作用变小，甚至
挤出成型是借助螺杆的挤压作用 ，受热熔化的塑料，强行通过口模而成为具
有恒定截面的连续型材。 ： 绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料都可以通过挤出成型，如PVC、PS、
PMMA,PET,ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树
脂等 挤出成型的特点:
连续化,效率高,质量稳定 应用范围广 生产环境卫生,劳动强度低
B、温度设定 1、据基料和玻纤含量不同而不同。 2、略筒于基料熔点范围内。
固体输送理论

假设条件：
①物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），以恒速移动；
②略去物料重力、密度变化的影响； ③磨擦系数恒定，压力是螺槽长度的函数； ④螺槽为矩形

经过分析可看出物料的运动类似螺母运动。 提高固体输送的措施 ① 适当提高螺杆转数N和螺槽深度H; ② 采用锥形结构料筒；在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）；
熔体输送能力的分析

熔体的输送 Q = Qd - Qp - Ql, 实际的流动形式为：熔体沿螺槽螺旋 前进。类似弹簧缠绕在螺槽内。

忽略Ql，经计算熔体输送能力为：
① ② ③
P↑-Q↓，机头阻力加大，产量下降。 N↑-Q↓，转数提高，剪切提高。 D↑-Q↑↑，直径增加，产量明显增加，所以要得到高的产量， 这是最有效的手段之一。 L↑-Q↑，挤出稳定性增加。 螺槽深度h增加，挤出稳定性下降。
冷却进料段防止物料提前软化；
③ 冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小fs）
熔融理论
1、研究目的：
① ② ③
预测螺槽中未熔化物料量 熔化全部物料所需螺杆长度 熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系
2、冷却试验和熔融机理： 冷却试验：本色料+3~5%着色料挤出——稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒——取出 螺杆、剥下物料——切断螺旋带状料并观察截面形状 3、现象： ① 熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态 ② 固—液两相有一明显分界线 ③ 固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处 4、熔融机理： 加料段压实——逐渐熔融成一层熔膜——超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池——固
④ ⑤
螺杆转速
转速越高，剪切越大，将分散相均匀分散于基体之中；剪切越大，分
散相尺寸越细，但转速过大，摩擦大易引起热降解，同时停留时间变 短，混合不均。 转速越低，剪切越小，分散不均匀，同时停留时间长，对易分解聚合 物不利。 转速与螺杆结构都是与剪切分散有关，因此必须两者作为整体考虑。
一、影响高分子流体剪切粘度的因素
剪切速率和剪切应力的影响
高分子流体在加工中主要表现为“剪切变稀”效应。该效应对高分子材料加 工具有重要意义。由于实际加工过程都在一定剪切速率范围内进行（见表1）， 因此掌握材料粘-切依赖性的“全貌”对指导改进高分子材料加工工艺十分必要。
表1 各种加工方法对应的剪切速率范围
加工方法 压制 开炼 密炼 挤出 剪切速率/ s-1 100-101 5X101-5X102 5X102-103 101-103 加工方法 压延 纺丝 注射 剪切速率/ s-1 5X101-5X102 102-105 103-105
3、塑料中，用于注射成型的树脂分子量应小些，用于挤出成型的树脂分子量可大 些，用于吹塑成型的树脂分子量可适中。 4、橡胶工业中常用门尼粘度表征材料的流动性，塑料工业中常用熔融指数或流动 长度表征塑料的流动性，其实也是作为最简单的方法用来判断材料相对分子量的 大小。一般橡胶的门尼粘度值大，表示流动阻力大，相对分子量高；塑料的熔融 指数大，表示流动性好，相对分子量小。
出现高温降解，其设定原则：

1、据基料不同和玻纤含量不同； 2、扣除螺杆剪切输入的热量，略高于基料熔点范围内；

3、熔融段后段（即玻纤加入口）熔体流动状况。
螺杆排布分段与温度设定
三 熔融段
A、螺杆组分排布 物料在此段要达到的目的是：
1. 细化分散，形成理想的尺寸和结构。 2. 注意保护成品理想的结构不被破坏。
挤出机的作用是通过强制喂料使得树脂在机筒 中充分熔融,带排气功能的螺杆可以在此过程中 抽走大部分水分及低分子
渐变螺杆和突变螺杆
渐变螺杆——全长均起压缩作用。 突变螺杆——压缩段很短，甚至一个螺距。 （结晶型塑料，熔融温度范围窄，如尼龙等）
单螺杆结构图
单螺杆结构参数
1）螺杆的几何结构参数 直径、长径比、压缩比、螺槽深度、 螺旋角、间隙等 a．螺杆直径Ds——外径 （30~200mm），最常见 60~150mm，随Ds↑→生产能力↑ 所以，挤出机规格常以Ds表示。 b．长径比（L/DS） L/DS以25居多。
衣架式模头结构
多层共挤模头
板、片、膜的区分
三辊压延机
三辊压延机是板材生产线最为 主要的部分,通过压延我们可 以使得熔融态的树脂形成我 们想要的固态并具有一定的 规格以及想要的表面外观
不同形态的辊架结构
压延成型原理
压延操作条件
双螺杆挤出机的结构
双螺杆挤出机的结构
1、双螺杆挤出机主要由传动系统、加料系 统、塑化系统、加热与冷却系统、控制系统 等组成。 2、挤出系统主要由料筒、螺杆、多孔板和 过滤网组成。
体床减小——直至物料完全熔融
熔体输送理论
1、熔体有四种形式的流动： 正流：
正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，沿螺槽向机头方向的流动。由于螺杆转动，塑料在螺杆根 部与机筒间形成相对运动造成的，它决定挤出量的大小；
逆流：
逆流（反流）Qp，与Qd相反的流动。由机头、多孔板等阻力元件对熔体的反压力 造成，也叫压力流，随机头压力的升高而增加；
环流：
横流（环流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽内与正流垂直的流动。对总挤出量影响 不大，可忽略不计，但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用；
漏流：
漏流Ql，由机头阻力元件引起的物料反向流动，沿螺杆与料筒间隙向加料口方向流 动，可降低挤出量。正常情况很小0.1～0.6mm，Ql小，但磨损严重时，Ql的增加与 平方成正比。
实验条件和生产工艺条件的影响 （温度T；压力p；剪切速度或剪切应力σ 等）
影 响 因 素
大分子结构参数的影响 （平均分子量；分子量分布；长链支化度等）
物料结构及成分的影响 （配方成分，如添料、软化剂等）
二 实验条件和生产工艺条件的影响 1、温度和压力的影响
图1 PMMA的粘度与温度和压力的关系
总的规律：温度升高时，物料粘度下降；压力升高时，物料粘度上升。