任务1-3 PVC造粒

项目一PVC造粒

任务1-3 PVC造粒

知识目标：

1.了解挤出设备

2.挤出过程

3.影响挤出的因素

4.挤出操作规程

能力目标：

1.单螺杆挤出机认识辨别能力

2.双螺杆挤出机认识辨别能力

3.方法能力

4.社会能力

一、挤出设备

挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加工机械的重要机台之一。

1.挤出成型设备（挤出机）的组成

主机——挤出机

挤压系统

组成：料简和螺杆

作用：塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立的压力下，被螺杆连续地定压、定量、定温地挤出机头。

传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。

加热冷却系统：它的作用是通过对料筒(或螺杆)进行加热和冷却，保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。

图1-2-1 挤出造粒机组

二、挤出过程

塑料由料斗进入料筒以后，在旋转着的螺杆作用下，通过料筒内壁表面的摩擦作用向前输送和压实。塑料在加料段内呈固态向前输送。当物料进入压缩段后由于螺槽逐渐变浅以及滤网分流板和机头的阻力而使所受的压力逐渐升高，进一步压实。同时在料筒外加热和螺杆料筒对物料的混合剪切作用所产生的内摩擦热的作用下，物料逐渐升温至粘流温度，开始熔融，大约在压缩段处全部物料熔融为粘流态并形成很高的压力。塑料进入均化段后将进一步塑化，最后螺杆将物料定量定压地挤入机头。

1．挤出过程中的物态变化

塑料随温度的三态变化

玻璃态、高弹态、粘流态。这三种物理状态在一定条件下会相互转化。玻璃化温度：玻璃态转化为高弹态的温度称为玻璃化温度，用T g表示；

粘流温度（也称熔融温度）：高强态转化为粘流态的温度称为粘流温度，用T f（或用T m表示；

分解温度：塑料温度高到一定程度发生分解的温度，称为分解温度，用T d 表示。图1-1-7 为塑料在恒压下随温度变化的三态图。

图1-1-7 恒压下热塑性塑料的三态图

塑料在T f～T d之间粘流态下进行加工。PE：T f～T d的温度范围越宽，

成型过程的操作就越容易进行；PVC：T f～T d的范围越窄，挤出成型就越困难。

挤出过程中的物态变化

图1-1-8 常规全螺纹螺杆的三个职能区

几个职能区：

固体输送区、熔融区和熔体愉送区，如图1-1-8。可将螺杆分成三个基本职能区，即加料段、压缩段、计量段。

加料段

作用：将塑料压实、并向前输送；

料的形状：在加料段塑料呈固体颗粒状，加料段末端，塑料因受热变软。

压缩段

作用：是使塑料进一步被压实、塑化，并使逐渐被熔融的塑料内夹带的气体压出．从加料口处排除，并提高塑料的热传导性，使其温度继续升高。为使塑料被压实塑化，该段的螺槽是逐渐变浅的。

料的形状：固体与熔体共存

计量段(又称均化段)

作用：塑料进一步被塑化均匀，再被定压、定量、定温地挤出。

该段的螺槽容积可以是不变的或逐渐变小，一般该段的螺槽容积是不变的。

料的形状：熔体

2.固体输送理论

--研究固态物料在挤出机螺杆加料段中的流动变化的规律

(1)物料在加料段的运动分析—简化为旋转运动和轴向运动

物料与螺杆摩擦力大于料与料筒摩擦力；

物料与料筒轴向摩擦力越小越好；

物料与螺杆摩擦力越小越好；

物料与料筒切向摩擦力越大越好。

(2)提高固体输送效率的途径：

f 料与料筒切向＞f 螺杆与料

利用料与钢摩擦系数随温度↓而减小，冷却螺杆加料段；机械加工要求：螺杆光洁度高，料筒低。

选择合理的螺旋角Φ：S＝D、Φ＝17º41′，粉料30º，方料15º。

加料段料筒内壁开一些纵向沟槽。

带有纵向沟槽、外冷却的锥形套。

熔融理论

--研究物料在挤出机螺杆压缩段中由固态转化为粘流态的变化的规律

由Z．Tadmor 和I．Klein 提出并建立的熔融理论模型为当今研究熔融过程的理论。

图1-1-9 骤冷料筒实验取料

图1-1-10 螺槽内塑料熔融模型

第19 个螺距全部黑色，至此，螺槽中的塑料应基本成为粘性熔体，进入熔体输送区。

图1-1-10 螺槽内塑料熔融模型，图示了熔膜的形成；和熔池的形成。在压缩段中，固体粒子和熔体共存，固相和液相有分界面，熔融自 A 点开始，到 B 点结束。A、B 两点称为相变点。AB两点之间的轴向距离叫做熔融长度Z T。

熔融过程模型

Z．Tadmor 和I．Klein 在冷却实验基础上，提出并建立了熔融过程模型，如图1-1-10所示。

（2）结论

固体料熔化过程是在螺杆压缩段（熔融段）进行；

料熔化过程反映固相宽沿螺槽方向距离而变化的规律：

X/W＝f（Z）

式中：

X—螺槽中固相宽度；

W--螺槽宽；

Z—料沿螺槽运动方向。

固相宽沿螺槽方向距离而变化规律决定于螺杆参数、物料性能、操作工艺条件。

a.等深螺槽

固相分布函数：

X/W＝［1－ψ/2H×Z］

＝［1－ΦW H0/2G H×Z］2

式中：

H－槽深

ψ－熔化系数：ψ＝ω0/G/H0

ω0－料熔融起点处的初始熔化速率

G/H－单位槽深质量流动速率

H0－料熔化起始处槽深

G－稳定流动时的质量流动速率

熔融段总长度Z T：

∵X＝0

∴Z T＝2H/ψ＝2G/Φ

式中：

φ－一有因次的比值

式中：

V bx－料筒内表面在X 方向的速度

ρm－熔融物料密度

μ－熔融物料的表观粘度

C s－固相塑料的比热

T m－塑料的熔点

T s－固体粒料的温度（室温）

T b－料筒温度

K m－液相塑料的导热系数

V j－料筒内表面以V b－V sz合成速度

λ＃－修正后的当量潛热

λ＃＝λ＋C m（TA V－Tm）

式中：