挤出成型技术[业界优制]
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挤出成型加工技术
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1
主要内容
概述 单螺杆挤出机基本结构及作用 挤出成型原理 挤出机的发展
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2
概述
• 挤出成型是使高聚物熔体（或粘性流体）在挤出 机的螺杆
或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型，制品
为具有恒定断面形状的连续型材。
• 用于挤出塑料制品，如管材、片材、各种异型材以及塑料和
加料装置、料筒、螺杆、机头、口模 • 加热系统：采用电阻丝加热，也可电感应加热，
蒸汽或油加热。 • 冷却系统：空冷或水冷，其作用是防止进料口处
的物料过热发粘，出现搭桥现象，使 物料供料不足。另外在紧急停车时， 避免物料过热降解。
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10
机头和口模 螺杆
料筒
加料装置 传 动 装 置
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11
加料装置及作用
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（5）螺旋角 θ＝10°－30°
• 定义：螺纹与螺杆横截面之间的夹角 • θ大，挤出机的生产能力提高，但螺杆对塑料的
剪切挤压作用减小 • θ＝10°－30° • 实验证明： • θ＝30°适合细粉状物料；均化段的挤出产率
提高 • θ＝15°适合方块状物料 • θ＝17°适合圆柱状物料 • 常用螺杆的θ＝17.7°
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14
1 螺杆的结构
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15
如下图
H2
S
H1
θ 计量段 L 3
压料段 L2 螺杆长度 L
H 1 加料段螺槽深度 H 2 计量段落槽深度 θ 螺旋角
D 螺杆直径 e 螺棱宽度 S 螺距
加料段 L1
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16
表征螺杆结构的基本参数
螺杆直径D：Db—螺杆外径 Ds—螺杆根径 D —螺杆平均直径
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8
螺杆式挤出机
借助螺杆旋转时螺纹所产生的推动力将物料推向口模。 这种挤出机中通过螺杆强烈的剪切作用，促进物料的塑 化和均匀分散，同时使挤出过程连续进行，因此可以提 高挤出制品的质量和产量。适用于绝大多数热塑性塑料 的挤出。
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9
单螺杆挤出机基本结构及作用
• 传动系统 • 挤出系统——挤出成型系统的关键部分
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7
柱塞式挤出机 借助柱塞的推挤压力，将事先塑化好的或由挤出机料筒加
热塑化的物料从机头口模挤出成型的。物料被挤完后柱塞退 回，再进行下一次操作，挤出机对物料没有搅拌混合作用。
挤出机能够产生较大的压力，一般来说，其操作是间歇进 行，物料的塑化程度和均匀性不如螺杆式挤出机，因此应用 范围受限制。适用于聚四氟乙烯，超高相对分子质量聚乙烯 等塑料的挤出。
螺杆长度L：L —螺杆有效工作部分长度
L1—加料段长度 L2—压缩段长度 + L3 L3—均化段长度 螺杆长径比L/D
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L= L1 + L2
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2 螺杆的几何参数
(1) 螺杆直径DS 外径：30-300mm之间，常见：60-150mm (2) 螺杆的长径比
一般15-25，以25居多，最大可达45 小：对塑料的混合和塑化不利 大：改善塑料的温度分布，混合均匀，减少挤出时的漏流 和逆流，提高挤出机的生产能力；适应性强，可用于多种塑料 的挤出。 过大：热敏性塑料因受热时间太长而容易分解，螺杆的自 重增加，制造和安装都困难，挤出机的功率消耗增大。
挤出—拉幅成型，双轴拉伸薄膜 （3）产品形状多样 （4）设备简单，投资少，占地面积小
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4
2 挤出成型基本过程
（1）塑化：在挤出机内将固体塑料加热并依靠塑料之间 的内摩擦热使其成为粘流态物料。
（2）成型：在挤出机螺杆的旋转推挤作用下，通过具有 一定形状的口模，使粘流态物料成为连续的型材。
（3）定型：用适当的方法，使挤出的连续型材冷却定型 为制品。
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18
（3）螺杆的压缩比A
定义：加料段第一个螺槽容积：均化段最后一个螺槽 容积，表示物料通过螺杆的全过程被压缩的程 度一般是2－5
获得方法：采用等距变深、等深变距、变深变距螺槽 （4）螺槽深度H
决定塑料的塑化及挤出效率 小：剪切速率高，利于传热和塑化，但挤出生产效率低 热敏性塑料——深槽螺杆 热稳定性较高、熔体粘度低——浅槽螺杆 H1≥0.1 DS H3=0.02－0.06 DS
• 有些加料斗还配备真空装置或加热装置，以便防止物料从空 气中吸收水分。有些料斗有振动搅拌器，并能自动上料与加 料。
• 料斗底部有冷却夹套，防止“架桥”。 • 主要是指料斗，大多数设备用的加料斗是圆锥形的，其容量
至少要求能容纳1h的用料。底部有截断装置，以便调整和切 断料流。侧面有玻璃视镜和标定计量的装置。
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12
料筒
作用：输送、塑化、压缩 工作温度：180-290℃ 压力：≤55MPa 设有分段加热和冷却装置 制造材料：耐磨、耐腐蚀、高强度的合金钢等 料筒除了可以用45号钢、40Cr、38CrMoAL外，还可以 用铸钢和球墨铸铁制造。带衬套的加料段可以用优质 铸铁制成。
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螺杆
（1）作用：输送、挤压、剪切 （2）用耐热、耐腐蚀、高强度的合金钢制作 （3）表面高硬度、高光洁度 （4）转速10-120 rpm、无级变速
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20
（6）螺杆与料筒的间隙 δ
δ大，生产效率低，剪切作用小，不利于热传导， 不利于物料的熔融和混合 δ小，剪切作用大，容易引起物料热力学降解 小直径螺杆δ＝0.005 DS 大直径螺杆δ＝0.002 DS δ＝0.1-0.65mm
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21
3 螺杆的作用
• 连续稳定地运输（固体、熔体） • 熔融、塑化（固体→熔体） • 混合、均化（温度、组成分布均匀） • 增压—有利于排气、传热，使制品密实
其它材料的复合物等，也常用于塑料的着色、混炼、塑化、
造粒及塑料的共混改性等。
• 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
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3
1 挤出成型的特点
（1）操作简单，工艺易控，可连续化、工业化、自动化生产， 生产效率高、应用范围广。 （2）挤出—吹塑成型，中空吹塑制品
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5
挤出成型工艺流程
加料——在螺杆中熔融塑化——机头口模挤出 ——定型——冷却——牵引——切割（卷曲）
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6
3 挤出成型设备 螺杆式挤出机 连续成型，用途最多。 柱塞式挤出机 间歇成型，一般不用。
螺杆式挤出机
单螺杆 双螺杆 多螺杆
单螺杆挤出机 双螺杆挤出机 行星螺杆挤出机
其中以单螺杆最常用，也较为简单。
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1
主要内容
概述 单螺杆挤出机基本结构及作用 挤出成型原理 挤出机的发展
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2
概述
• 挤出成型是使高聚物熔体（或粘性流体）在挤出 机的螺杆
或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型，制品
为具有恒定断面形状的连续型材。
• 用于挤出塑料制品，如管材、片材、各种异型材以及塑料和
加料装置、料筒、螺杆、机头、口模 • 加热系统：采用电阻丝加热，也可电感应加热，
蒸汽或油加热。 • 冷却系统：空冷或水冷，其作用是防止进料口处
的物料过热发粘，出现搭桥现象，使 物料供料不足。另外在紧急停车时， 避免物料过热降解。
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机头和口模 螺杆
料筒
加料装置 传 动 装 置
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加料装置及作用
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（5）螺旋角 θ＝10°－30°
• 定义：螺纹与螺杆横截面之间的夹角 • θ大，挤出机的生产能力提高，但螺杆对塑料的
剪切挤压作用减小 • θ＝10°－30° • 实验证明： • θ＝30°适合细粉状物料；均化段的挤出产率
提高 • θ＝15°适合方块状物料 • θ＝17°适合圆柱状物料 • 常用螺杆的θ＝17.7°
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1 螺杆的结构
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如下图
H2
S
H1
θ 计量段 L 3
压料段 L2 螺杆长度 L
H 1 加料段螺槽深度 H 2 计量段落槽深度 θ 螺旋角
D 螺杆直径 e 螺棱宽度 S 螺距
加料段 L1
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表征螺杆结构的基本参数
螺杆直径D：Db—螺杆外径 Ds—螺杆根径 D —螺杆平均直径
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8
螺杆式挤出机
借助螺杆旋转时螺纹所产生的推动力将物料推向口模。 这种挤出机中通过螺杆强烈的剪切作用，促进物料的塑 化和均匀分散，同时使挤出过程连续进行，因此可以提 高挤出制品的质量和产量。适用于绝大多数热塑性塑料 的挤出。
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单螺杆挤出机基本结构及作用
• 传动系统 • 挤出系统——挤出成型系统的关键部分
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柱塞式挤出机 借助柱塞的推挤压力，将事先塑化好的或由挤出机料筒加
热塑化的物料从机头口模挤出成型的。物料被挤完后柱塞退 回，再进行下一次操作，挤出机对物料没有搅拌混合作用。
挤出机能够产生较大的压力，一般来说，其操作是间歇进 行，物料的塑化程度和均匀性不如螺杆式挤出机，因此应用 范围受限制。适用于聚四氟乙烯，超高相对分子质量聚乙烯 等塑料的挤出。
螺杆长度L：L —螺杆有效工作部分长度
L1—加料段长度 L2—压缩段长度 + L3 L3—均化段长度 螺杆长径比L/D
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L= L1 + L2
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2 螺杆的几何参数
(1) 螺杆直径DS 外径：30-300mm之间，常见：60-150mm (2) 螺杆的长径比
一般15-25，以25居多，最大可达45 小：对塑料的混合和塑化不利 大：改善塑料的温度分布，混合均匀，减少挤出时的漏流 和逆流，提高挤出机的生产能力；适应性强，可用于多种塑料 的挤出。 过大：热敏性塑料因受热时间太长而容易分解，螺杆的自 重增加，制造和安装都困难，挤出机的功率消耗增大。
挤出—拉幅成型，双轴拉伸薄膜 （3）产品形状多样 （4）设备简单，投资少，占地面积小
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2 挤出成型基本过程
（1）塑化：在挤出机内将固体塑料加热并依靠塑料之间 的内摩擦热使其成为粘流态物料。
（2）成型：在挤出机螺杆的旋转推挤作用下，通过具有 一定形状的口模，使粘流态物料成为连续的型材。
（3）定型：用适当的方法，使挤出的连续型材冷却定型 为制品。
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（3）螺杆的压缩比A
定义：加料段第一个螺槽容积：均化段最后一个螺槽 容积，表示物料通过螺杆的全过程被压缩的程 度一般是2－5
获得方法：采用等距变深、等深变距、变深变距螺槽 （4）螺槽深度H
决定塑料的塑化及挤出效率 小：剪切速率高，利于传热和塑化，但挤出生产效率低 热敏性塑料——深槽螺杆 热稳定性较高、熔体粘度低——浅槽螺杆 H1≥0.1 DS H3=0.02－0.06 DS
• 有些加料斗还配备真空装置或加热装置，以便防止物料从空 气中吸收水分。有些料斗有振动搅拌器，并能自动上料与加 料。
• 料斗底部有冷却夹套，防止“架桥”。 • 主要是指料斗，大多数设备用的加料斗是圆锥形的，其容量
至少要求能容纳1h的用料。底部有截断装置，以便调整和切 断料流。侧面有玻璃视镜和标定计量的装置。
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料筒
作用：输送、塑化、压缩 工作温度：180-290℃ 压力：≤55MPa 设有分段加热和冷却装置 制造材料：耐磨、耐腐蚀、高强度的合金钢等 料筒除了可以用45号钢、40Cr、38CrMoAL外，还可以 用铸钢和球墨铸铁制造。带衬套的加料段可以用优质 铸铁制成。
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螺杆
（1）作用：输送、挤压、剪切 （2）用耐热、耐腐蚀、高强度的合金钢制作 （3）表面高硬度、高光洁度 （4）转速10-120 rpm、无级变速
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（6）螺杆与料筒的间隙 δ
δ大，生产效率低，剪切作用小，不利于热传导， 不利于物料的熔融和混合 δ小，剪切作用大，容易引起物料热力学降解 小直径螺杆δ＝0.005 DS 大直径螺杆δ＝0.002 DS δ＝0.1-0.65mm
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3 螺杆的作用
• 连续稳定地运输（固体、熔体） • 熔融、塑化（固体→熔体） • 混合、均化（温度、组成分布均匀） • 增压—有利于排气、传热，使制品密实
其它材料的复合物等，也常用于塑料的着色、混炼、塑化、
造粒及塑料的共混改性等。
• 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
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1 挤出成型的特点
（1）操作简单，工艺易控，可连续化、工业化、自动化生产， 生产效率高、应用范围广。 （2）挤出—吹塑成型，中空吹塑制品
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5
挤出成型工艺流程
加料——在螺杆中熔融塑化——机头口模挤出 ——定型——冷却——牵引——切割（卷曲）
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3 挤出成型设备 螺杆式挤出机 连续成型，用途最多。 柱塞式挤出机 间歇成型，一般不用。
螺杆式挤出机
单螺杆 双螺杆 多螺杆
单螺杆挤出机 双螺杆挤出机 行星螺杆挤出机
其中以单螺杆最常用，也较为简单。
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