第二章 挤出成型

（4）螺杆转速的增大，还可增大料筒内物料所承
受的压力。
3、温度对挤出的影响
（1）物料温度高，熔体粘度 挤出速度 ，生产效率 有利于塑化，熔体的体积流率 。
，
（2）料温过高，挤出物形状稳定性 ，外观会发黄并出现银丝 和气泡，严重时甚至使挤出过程不能正常进行。 （3）降低物料的温度后，熔体粘度和机头所产生的反压均随之增 大，使挤出物变的密实、形状稳定性好。但挤出物离模膨胀效应 明显； （4）料温过低时，会导致物料塑化不良，而且会因熔体粘度过大 而使螺杆的驱动功率急剧增加。
采用
采用 采用
交联聚乙烯管 无规共聚聚丙烯管 (PP-R) ABS管 玻璃钢管(FRP) 铝塑复合管 钢塑复合管
采用 采用 采用 采用 采用 采用
采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用
41
41
挤出管材所用设备有挤出机、机头、定型装置、 冷却槽、牵引设备、切断设备以及扩口设备等。
43
43
配方
拌合
2.2.2 挤出成型设备简介
一、挤出机
单螺杆：加料装置、料筒、螺杆、传动装置等
双螺杆挤出机：主要由料筒、螺杆、加料装臵、传动装臵和 控制装臵等组成。螺杆分噛合和相切、平行和锥形、同向和 反向、整体和组合。
特点： 1、加料容易，单螺杆挤出机靠摩擦输送，双螺杆 挤出机靠正位移输送；强制输送，产生的摩擦热少； 2、塑料在双螺杆挤出机中停留时间短； 3、剪切力大，具有优异的混合、塑化效果； 4、优异的排气性能；机筒可以自动清洁； 5、挤出量稳定，产量高；采用强制定量加料； 6、容积效率非常高。流率对口模压力不敏感。
筛板（多孔板） 作用使物料由旋转运动变为直线运动，增加反 压，支撑过滤网。 过滤网作用是过滤熔融料流和增加料流阻力，以滤出机械杂质和 提高混合和塑化效果。 加工粘度大，热稳定性差的一般不用过滤网。
分流梭作用： 把圆柱形的料流分成圆环形的薄层； 固定芯棒；
通压缩空气
影响机头（口模）设计的主要因素：内部流道设 计、结构材料和温度控制均匀性
干燥设备：烘箱或沸腾干燥器，真空料斗。
二、挤出造型
挤出造型要求：挤出温度均一、形状稳定。 工艺控制依据：塑料的性质和挤出机机头与口模的结 构特点等 调整工艺参数：料筒各加热段和机头与口模的温度及 螺杆的转速等，以控制物料的温度和压力分布 。
1、料筒、机头和口模的温度和压力分布
物料塑化需热量来源（单螺杆挤出机）
树脂 熔体流动速 率g/10min PP 0.15～0.85 LDPE LLDPE HDPE RPVC SPVC SG2/3/4
0.1～5.0 0.2～2.0 0.1～0.5 SG-5
（3）聚合物的可纺性
常规的纺丝方法: 熔体纺丝、湿法纺丝和干法纺丝。 聚合物的可纺性是指材料经成型加工为连续的固 态纤维的能力。 可纺性主要取决于聚合物材料的流变性，熔体 粘度、拉伸比、喷丝孔尺寸和形状、 挤出丝条与冷却介质之间传质和传热速率、熔 体的热化学稳定性等。
（4）聚合物的可延性
非晶或半结晶聚合物在受到压延或拉伸时变形
• 螺杆三段长度分配： 无定形塑料和高度增塑的材料，熔融段短（10%～ 25%）L，甚至不要； 高熔点结晶性塑料（尼龙）熔融段长（30%～60%）L， 其压缩段长度一般为3～5D。 而乙烯基类、改性PS、聚烯烃类逐渐软化的聚合物， 压缩段长度（50%～60%）L。 计量段长度：热敏性物料短甚至不要，聚烯烃类 (20%～25%）L。
wenku.baidu.com、辅机：
定型装臵、冷却装臵、牵引、切割或卷取装臵等， 处理挤出物。 控制生产条件设备：各种电器仪表。
三、挤出机一般操作方法：
开车前换网； 加足润滑油； 趁热拧紧螺栓； 开动机器后加料； 塑料被挤出前不得在口模正前方；
开始慢，后再调整；
停车时机完机内物料或换料停机，膜、片挤出 时在挤出机满载下停机；
挤出机参数
• 直径 螺杆外径，决定了挤出机的生产能力。 • 长径比 螺杆有效长度L与直径之比，L/D大，塑化好，产 生大压力，制品密实；逆流和漏流减少，可提高转速增大 挤出量；难加工的塑料L/D大，热敏性塑料L/D小，塑料多 在25左右。有的达43。橡胶挤出机L/D一般热喂料4～5，冷 喂料8～16，冷喂料排气16～22。
穿线 管
排污 管
采用 采用 采用 采用 采用 采用
采用
采用
采用 采用 采用
管材种类 聚 乙 烯 管 系 列 HDPE
市政 市政 建筑 建筑 室外 热水 雨水 穿线 排污 给水 排水 给水 排水 燃气 供暖 管 管 管 采用 采用 采用
MDPE LDPE 螺旋缠绕管
双壁波纹管
采用 采用
采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用
6、原料的适应性强几乎所有热塑性塑料都能用 于挤出，用量最大的是PVC、PE、PP，其次是 PS、PMMA、醋酸纤维素、乙烯-醋酸乙烯共聚 物、ABS、聚酰胺、聚碳酸酯和聚甲醛等。 7、所生产的产品广泛，可一机多用 8、生产线占地面积小，生产环境清洁
9、不能生产具有三维尺寸制品
10、制品往往需要二次加工。
间歇式挤出所用设备为柱塞式挤出机。
柱塞式挤出机的主要成型部件是加热料筒和 施压柱塞，当其成型制品时，是将一部分物料加 进料筒，借助料筒的外部加热塑化并依靠柱塞的 推挤将其挤出机头的模孔之外，加进的一份物料 挤完后，柱塞退回，再加新的一份物料后进行下 一步推挤操作，是不连续的，而且无法使物料受 到搅拌混合，使塑化料的温度均匀性差，目前很 少采用。
2.1.1
一、挤出方法简介
概述
挤出成型是高分子材料在挤出机中通过加热、 加压而使塑料以流动状态通过口模成型的方法。
应用最早的成型方法之一，应用最广泛。目前 塑料制品的三分之一是用挤出方法生产的。
二、挤出成型特点
1、设备制造容易，成本低 2、可以连续化生产效率高 3、设备自动化程度高，劳动强度低 4、生产操作简单，工艺容易控制 5、挤出产品均匀密实，质量好
PPO
2~3.5
PA
3
• 一般粉料大于粒料，挤出薄壁制品大于厚壁制品。 • 橡胶挤出机热喂料1.3 ～1.4，冷喂料1.6 ～1.8.
螺杆分段
加料段、压缩段（塑化段）、计量段（均化段、挤出段） 加料段是自塑料入口向前延伸的一段距离，其长度为 4D~8D。 塑料为固体状态。 压缩段是螺杆中部的一段。塑料由粒状固体逐渐被压实并软化 为连续熔体。 均化段是螺杆的最后一段，其长度为6D~10D。使物料进一步 塑化均匀，定压定量的将料流由机头和口模流道挤出。
三、挤出分类
1、按挤塑过程中成型物料塑化方式
干法挤塑是依靠电加热将固体物料转变成熔 体，塑化和挤出可在同一设备上进行，挤出塑性 连续体的定型只是简单的冷却操作。 湿法挤塑的物料要用溶剂将其软化，软化和 挤塑要在两个设备中各自独立完成，而定型处理 要有脱出溶剂的操作。
2、按挤出时加压方式分
连续式挤出所用设备为螺杆式挤出机。
四、牵引、卷取和切断
牵引的目的
（1）帮助挤出物及时离开模孔，避免在模孔外造成堵
塞与停滞，而不致破坏挤出过程的连续性 ; （2）为了调整型材截面尺寸和性能。 卷取和切断根据用户长度或重量要求而定。硬质型材 从牵引装臵送出，达到一定长度切断堆放；软质型材在卷
取到给定长度或重量后切断。
2.2.4 几种制品的挤出工艺
造粒 定径套定径
挤出机 挤出
冷却 包装
管机头成型 牵引
定长锯割
检验
硬质聚氯乙烯管生产工艺流程图
(一)管材挤出工艺分析
（1）挤出机(主机）
单螺杆挤出机，用PE、PP、PVC等热塑性塑料粒料，生产管 材；双螺杆挤出机可直接用配制的PVC粉料生产。 根据管材直径大小选择挤出机螺杆直径的大小；用管材横 截面积与螺杆的截面积之比0.25～0.40，流动性好的取大值， 相反取小值。根据塑料性能选择螺杆的结构。 挤出管材常用树脂选择如下表：
三、定型与冷却
定型与冷却的目的：通过降温而将形状及时固定下来。如果不
及时，挤出物往往会在自重作用下发生变形，从而导致制品 形状和尺寸的改变。
一般，定型与冷却同时进行，定型只不过是在限制挤出物 变形的条件下的冷却。 管、棒、异形材：专门的定型装臵； 薄膜、单丝、电线电缆包覆物：不需要专门定型装臵； 板材和片材时：压平辊 冷却不匀和降温过快，都会在制品中产生内应力并使制品变形。
外加热：螺杆三段职能不同，所需热量相差较大，所
以料筒外部的加热器应分段加热。
螺杆转动和物料的剪切摩擦热，当挤出正常时剪切摩
擦热往往成为主要的热源。
2、螺杆转速对挤出的影响
（1）增大螺杆的转速，可强化物料的剪切作用，
提高料温； （2）也有利于物料的充分混合与均匀塑化； （3）对大多数热塑性塑料还可显著降低粘度；
第二章 挤出成型
2.1 热塑性塑料加工性能
2.2 挤出成型
2.1 热塑性塑料加工性能
（1）聚合物的可挤压性
可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得一 定形状并保持这种形状的能力。 在料筒、辊筒、模具 衡量聚合物可挤压性的物理量是熔体的粘度 (剪切粘度和拉伸粘度)。 影响因素：分子结构、相对分子质量和组成等 高分子性质，温度、压力等成型条件有关。
一、 管材的挤出
塑料管道种类与应用
管材种类 聚 UPVC 氯 乙 CPVC 烯 单壁波纹 管 管(SWP) 系 芯层发泡 列 管(PSP)
螺旋消音 管 双壁波纹 管(DWP) 螺旋缠绕 管 径向筋管
市政 给水 采用 采用
市政 排水 采用
建筑 给水 采用 采用
建筑 排水 采用
室外 燃气
热水 供暖
雨水 管 采用
螺杆结构
渐变型、突变型、分离型（BM）、屏障型、销钉型、 波型、组合型等。
渐变型
突变型
分离型
屏障型
混合型
机头与口模的组成部件。
机头和口模包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模 和机颈等部件组成。 机头主要作用：使熔料由螺旋运动变为直线运动；产生 一定压力，使制品密实；使物料进一步塑化均匀；成型 制品外形。 口模是成型成型制品横截面部件。
软PVC （粒料） 3~4
软PVC （粉料） 3~5 PE PS 纤维素塑料 PMMA PP 3~4 2~4 1.7~2 3 2.5~4
PC
聚砜（膜） 聚砜（片） 聚砜（管、型材） PA-6 PA-66 PA-11
2.5~3
3.7~4 2.8~3 3.3~3.6 3.5 3.7 2~8（2.6~4.7）
的能力称为可延性，
利用聚合物的可延性，通过压延和拉伸工艺可生
产片材、薄膜和纤维。 聚合物的可延性取决于材料产生塑性变形的能力 和应变硬化作用。 形变能力与固态聚合物的长链结构和柔性(内因) 及其所处的环境温度(外因)有关：而应变硬化作 用则与聚合物的取向程度有关。
2.2 挤出成型
• • • • 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 概述 挤出设备简介 挤出制品的生产工艺流程 几种挤出制品生产工艺举例
（2）聚合物的可模塑性
聚合物在温度和压力作用下发生形变并在模具型腔 中模制成型的能力，称为可模塑性。
注射、挤出、模压等成型方法对聚合物的可模塑性 要求是：能充满模具型腔获得制品所需尺寸精度， 有一定的密实度，满足制品合格的使用性能等。 可模塑性主要取决于聚合物本身的属性(如流变性、 热性能、物理力学性能以及热固性塑料的化学反应性 能等)，工艺因素(温度、压力、成型周期等)以及模 具的结构尺寸。
清洁时用铜制工具；
滤网可用火烧。 拆卸时，先拆螺杆后拆料筒。
2.2.3 挤出制品生产工艺
粉状和粒状 热塑性塑料 预热和干燥
加料 调整 挤出成型 定型 冷却 牵引
挤出机加热
开动螺杆 卷取（切割） 后处理 挤出制品
挤出成型工艺流程图
一、成型物料的预处理
包括干燥、预热、着色、混入各种添加剂。
干燥必要性：物料中若有水分和低分子物（溶剂和单 体）的量超过允许的限度，高温下，一方面会因其挥 发成气体而使制品表面失去光泽和出现气泡与银丝等 外观缺陷；另一方面可能促使聚合物发生降解与交联 反应，导致熔体的粘度出现明显的波动。 通常含水量在0.5％以下。
L
D
压缩比
挤出制品的密度与加料时物料的表观密度
之比。由螺槽逐渐缩小实现。加料段初始螺槽容积
与计量段最后螺槽容积之比称几何压缩比。
作用：保证计量段供料充足，使挤出过程中物料易
于升温，向加料段排除掺杂的空气保证挤出制品质
量均匀、致密 。
塑料适用的螺杆压缩比
硬PVC（粒料） 硬PVC（粉料） 2~3 2~5 ABS POM 1.6~2.5 2.8~4