第六章_挤出机

2、主要形式：普通型、新型。
普通型包括：
（1）等距变深螺杆 塑料和 纺丝挤 出机多 采用这 种形式。
2）等深变距螺杆
橡胶挤出机多采用双螺纹等深变距螺杆。
（3）变深变距螺杆
加工很复杂，采用不多。
3、主要参数
（1）螺杆直径（D）－螺杆的外径
设计时由产量确定，直径越大，则生产 能力越大。 Ds－螺杆直径，Db－ 机筒直径。二者公 称尺寸相同，可用D表示。
（2）长径比（L/D）
长径比是指螺杆工作长度L与外径之比。
（3）螺杆的分段
进料段（ L1 ）、压缩段（L2)：也称熔融段。
计量段（L3)：也称均化段
（4）螺槽深度
螺槽深度是指螺纹外半径与其根半径 之差。
等深变距螺杆：螺槽深度用h表示。
等距变深螺杆：
进料段：h1，一般为定值； 计量段：h3，一般也是定值； 压缩段： h2，由小变大。
(二)机筒
1、机筒的结构形式
整体式：易保证精度，易装配，热量分布均匀， 大多数挤出机采用。 分段式：易加工、不易保证装配精度、热量分 布不均匀，用于实验性挤出机和排气挤出机。 衬套式：节省贵重金属。
2、机筒的加热冷却
橡胶挤出机：载体加热冷却。
塑料挤出机和纺丝挤出机一般采用电加热。
4、材料和要求
（二）新型螺杆
1、分离型螺杆
设计这类螺杆的指导思想是：改变常规 全螺纹三段螺杆在压缩段熔融过程中固 液相共存于同一螺槽的状况，将已熔融 的物料与未熔融的物料尽早分离，从而 促进未熔融的物料更快熔融。
2、屏障型螺杆
3、分流型螺杆
4、组合螺杆
最大特点是适应性强，专用性也强，易于获得 最佳的工作条件，在一定程度上解决了“万能” 与“专用”之间的矛盾.
5、计量段长度
增大L3 可减少反流和漏流的流量，在其它条件 相同时，相对地提高了产量。另外，计量段较 长的螺杆，其工作特性较硬。
第三节
新型螺杆和排气挤出机
一、新型螺杆
（一）常规全螺纹三段螺杆存在的主要问题
（ 1 ）不能保证固体床在消失之前始终以最大 的面积与机筒相接触；（2）固体床破裂； （ 3 ）已熔融的物料由于保持与机筒的接触而 过热。 结果：导致温度、塑化极不均匀以及由此造成 的物料粘度等不均匀，压力、产量波动大，尤 其是在高转速情况下，这些弊端更为突出。
（一）整体结构
组成：挤压（螺杆、机筒）、传动（原动机、
变速及减速机构）、加热冷却系统。
塑料挤出机与橡胶挤出机的区别：第一，结构
和主要参数不同。结构：橡胶挤出机多为等深 变距螺杆，而塑料挤出机多为等距变深螺杆； 橡胶挤出机多为普通三段螺杆，而现代塑料挤
出机一般采用新型螺杆。参数：长径比、压缩 比不同。第二，加热冷却系统不同。橡胶挤出 机为载体加热或冷却（加热和冷却系统为同一 套装置），塑料挤出机为电加热，机筒冷却系 统：进料口水冷，其它多为风冷，螺杆为水冷。
原动机两种：电动机、液压马达。
传动方式： 1、感应电动机－机械变速（主要用于橡胶挤出机） 电动机不能变速，由机械变速装置实现变速。
齿轮减速箱（有级，橡胶挤
出机常用） 机械变速装置 无级变速器 （较少采用）
2、交流整流子电动机无级变速
常用调速范围为1：3
3、直流电动机无级调速
调速范围一般在1：10以上，是目前国内外 采用最广泛的变速电动机，也是挤出机采 用最多的电动机。
3Leabharlann Baidu螺杆直径
产量接近与螺杆直径的平方成正比，在一定条 件下，适当地增大螺杆直径是提高挤出机生产 能力的一个重要途径。
4、螺槽深度
对挤出量而言，螺槽深度存在一个最佳值， 并非越深越好。而h3 较小的螺杆，螺杆特性 线斜率绝对值较小，即螺杆特性较硬，挤出 稳定性较好。浅的h3 ，物料受到的剪切作用 大，有利于它在计量段的进一步塑化和均化， 但过浅的h3 可能会引起热敏性物料的分解。
分类：单螺杆、双螺杆、无螺杆。 冷喂料、热喂料（仅橡胶挤出机）。 卧式、立式。 普通螺杆挤出机、新型螺杆挤出机。 普通挤出机、排气挤出机。
二、挤出成型设备的组成
主机、辅机、控制系统
（一）主机（挤出机）
（1）挤压系统（2）传动系统（3）加热冷却系统
（二）辅机 包括：(机头)、定型装置、冷却装置、 牵引装置、卷取或堆放装置。
4、电磁调速交流异步电动机（滑差电机）
调速比： 1 ： 5 和 1 ： 10 两种，要配备稳压装置， 否则，由于受外电网干扰，准确性差。
5、液压马达无级调速
传动特性软，可起过载保护作用；体积小。但 制造精度要求很高，这在一定程度上限制了它在 挤出机上的应用。
二、主要零部件
（一）螺杆
1、材料 要求：强度和刚度；耐高温、耐化学腐蚀性、 耐磨性。 材料：目前我国常用的螺杆材料有45号钢、 40Cr、38CrMoAl等。
高压容器，与螺杆要求一样，硬度要
求更高。
（三）机头－挤出机的成型部件
1、机头的作用
（1）使熔融物料由螺旋运动变为直线运动；
（2）产生必要的成型压力，以保证制品的密 实； （3）使物料进一步塑化均化；
（4）成型制品。
2、机头的分类
（1）按用途分：橡胶挤出机：内胎机头、胶 管机头、胎面机头、电缆机头； 塑料挤出机：吹膜机头、挤管机头、挤板机 头、挤异型材机头、吹塑中空制品机头、造 粒机头…；
二、排气式挤出机 用途：排出熔体中夹带的气体。
为保证挤出机的正常运转，第一、二 计量段的挤出量必须相等。如果第一计量 段的挤出量大于第二计量段挤出量时，物 料必然在排气口溢出，反之，挤出不稳定， 制品致密性差。
（5）压缩比ε 螺杆进料段第一个螺槽容积与计量段最后一个 螺槽容积之比。 对等距变深螺杆， ε＝0.93h1/h3
（6）导程（t)、螺距(s)与升角(φ) t=ns , t=πDtgφ，
对单螺纹螺杆，t=s
s =πDtgφ 为了便于加工， 通常取t=D，此时 tgφ=1/π φ =17°40’。
压缩段：
作用：对物料进行加热、压缩、熔融和排气。 物料状态：固液共存。
计量段： 作用：对物料进行进一步的塑化和均化， 保证其以恒定的压力、流量和温度从机头
挤出。
物料状态：熔融态。
二、产量分析
（一）产量计算
1、理论公式
挤出量Q＝QD-Qp-Ql
五点假设：第一，计量段中物料是已完全熔融的等温 状态的牛顿流体，它在螺槽中的流动为层流流动；第 二，熔体的压力仅仅是沿螺槽方向的函数；第三，熔 体不可压缩，其密度不变；第四，螺槽宽度与深度之
比大于 10 ；第五，将螺杆和机筒分别展为两个大平面， 并设螺杆平面静止而机筒平面以vb=πDn的速度平移。
挤出量Q＝QD-Qp-Ql
2、经验公式 Q=βd3n
3、按挤出半制品线速度计算
Q=60vgα
（二）影响生产能力的因素 1、螺杆转速
通过增加n来提高Q是最简单和有效的方法。但n的增加是
有一定限度的，因为(1)n过高时物料受到过强的剪切作用， 易产生过热分解；(2)n的增加使物料在挤出机中流经时间 缩短，固相物料来不及充分熔融和均化，从而导致熔体质 量下降。(3)转速增加，功率消耗也相应增大。
主机一般是通用的，同一挤出机安装不 同的机头就可以挤出不同的制品，而辅
机是专用的，不同的制品（因此有不同
的机头）用不同的辅机。
（三）控制系统
由各种电器、仪表和执行机构组成。
三、规格与技术特征
规格：以汉语拼音及螺杆直径表示。
XJ-150,SJ-90,VC,VD
第二节 基本结构
一、整体结构及传动系统
第六章 螺杆挤出机
第一节 概 述
挤出成型的特点：连续、高生产率、广用途、低 成本。
一、挤出机的用途与分类
橡胶：压型、过滤、生胶的塑炼、金属丝的包胶、 再生胶的脱硫、也可用于胶料的造粒、压片和混 炼等。
塑料：管、棒、板、薄膜、单丝、电线、电缆、 异型材、中空制品等，也可用于塑料的造粒和 混合等。 合成纤维：作为纺丝联合机（前纺）的单元机， 其作用是对纺丝切片进行熔融、塑化、均化， 为纺丝装置提供合格的纺丝熔体。
纺丝挤出机与塑料挤出机的差异： 相同：螺杆参数基本相同；加热系统相同；机 筒进料口与塑料挤出机一样采用水环冷却。 不同：机筒除进料口采用水环冷却外，其它部 分一般不设冷却系统；进料斗为密封料斗。
（二）传动系统
组成：原动机、调速装置、减速器。 作用：转动螺杆，使其按工艺条件正常运转。
要求：能调速、有一定的调速范围。
2、机头压力 （1）螺杆特性曲线
B+C越小，则螺杆特性曲线越平，即螺杆特性 越硬，挤出越稳定。
（2）
机头特性线
Q=Kp/μ
对机头特性线，p增加，则Q增加，；对 螺杆特性线，p增加， Qp和Ql增大，则Q 降低。对同一台挤出机而言，在正常工作 情况下，从螺杆和机头挤出的物料必定相 同，故挤出机的工作点必定是螺杆与机头 特性线的交点。
纺丝挤出机：
普通组件：压力小于9.8MPa,
高压组件：压力大于等于29.4MPa。
3、机头的结构
第三节 工作原理与产量分析
一、工作原理
进料段： 作用：对物料进行输送、压实、预热。 物料状态：固态。
需解决的核心问题：提高对固体物料的输送能 力。
解决办法：适当加大进料段螺槽深度、进料段 机筒开设纵向沟槽、进料段采用锥形机筒
纺丝挤出机机头（纺丝组件）：长丝组件、 短纤维组件。
（2）按机头与螺杆的相对位置分：
直向机头－机头内料流的方向与挤出机轴向一 致。
横向机头（直角机头）－制品离开机头的方向 与螺杆轴线成90度。 斜向机头（斜角机头）－制品离开机头的方向 与螺杆轴线成一定角度。
(3)按机头内压力的大小分：
橡胶挤出机和塑料挤出机： 低压机头：压力小于4MPa； 中压机头：压力在4－10MPa之间； 高压机头：压力高于10MPa。