挤出成型

根据挤出过程的理论和实践证明，增加料 筒内表面的摩擦系数可提高塑料的输送能力，因 此，挤出机料筒的加料段内开设有纵向沟槽和靠 近加料口的一段料筒内壁做成锥形。轴向沟槽的 数量与料筒直径的大小有关。槽数太多，会导致 物料回流使输送量下减。槽的形状有长方形的、 三角形的或其他形状的。 料筒的冷却 料筒冷却方法有风冷和水冷两种。风冷的特 点是冷却比较柔和、均匀、干净，但风机占有空 间体积大，其冷却效果易受外界气温的影响。 与风冷相比，水冷的冷却速度快、体积小、成本 低。但易造成急冷，水一般都未经过软化处理， 水管易出现结垢和锈蚀现象而降低冷却效果或被 堵塞、损坏等。
（6）螺纹棱部宽E E太小会使漏流增加，产量降低 （7）螺杆与料筒的间隙 其大小影响挤出机的生产 能力和物料的塑化。 图7-3
螺杆冷却
螺杆冷却的目的是利于物料的输送，同时 防止塑料因过热而分解。通入螺杆中的冷却介质 为水或空气。在最新型挤出机上，螺杆的冷却长 度是可以调整的。根据各种塑料的不同加工要求， 依靠调整伸进螺杆的冷却水管的插入长度来提高 机器的适应性。 要求：螺杆表面光洁，温度要低一些。
第六章 挤出成型
挤出成型
单螺杆挤出机的基本结构 挤出成型原理 挤出成型工艺与过程
挤出产品：薄膜（包装膜、农膜）
挤出产品：管材
挤出产品：片材产品，其他产品
波纹管
板片材挤出机
气垫片
挤出成型过程分两个阶段进行。 第一阶段将物料加热塑化，使呈粘流状态并在加压下 通过一定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体； 第二阶段将这种连续体用适当的方法冷却、定型为 所需产品。
3. 熔体输送理论 对应均化段 粘流态物料，物料在螺槽中的流 动看成四种类型的流动所组成。 A.正流 是物料沿螺槽方向向机头的流动，均化段熔 体的主流。 B.逆流 沿螺槽与正流方向相反的流动，它是由机头、 过滤网等对物流的阻碍所引起的反压流动，又称 压力流动，引起生产能力的损失。 正流与逆流的综合称为净流。 C.横流 物料沿X轴Y轴二方向在螺槽内往复流动， 环流。 D.漏流 物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向向 料斗方向的流动。
6.1.2
挤出成型原理
（1）固体输送（主要发生在加料段） * 依靠力： 压力流动 拖曳流动 * W. H. Darnell 等认为，料 筒与螺杆间的固体离子连续整 齐地排列着，并塞满了螺槽， 形成“弹性固体”。 受力情况： Fs — 螺杆对 固体塞的摩擦力，推力； Fb — 料筒对固体塞的摩擦 力，阻力。 Fbz — Fb 在Z轴方向上的分力。
2、料筒 料筒作为挤压系统的组成部分，和螺杆共 同完成对塑料的固体输送、熔融和定量定压输送 作用。料筒的结构形式关系到热量传递的稳定性 和均匀性，并影响固体输送率。 由于塑料在塑化和挤压过程中温度可达250 度，压力达到55MPa，料筒的材质必须具有较高 的强度、坚韧和耐腐蚀。料筒通常是由钢制外壳 和合金钢内衬共同组成。衬套磨损后可以拆除和 更换。衬套和料筒要配合好，以保证整个料筒壁 上热传导不受影响，料筒和衬套间不能相对运动， 又要保证能方便地拆出。
双螺杆
销钉冷喂料螺杆
螺杆头部
四. 机头和口模 机头是口模和料筒的连接部分，口模是制 品的成型部件，通常总称为机头。 机头和口模的组成部件有过滤网、多孔板、分流 器、模芯等部件。 作用为： 1.使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动 2.产生回压，使物料进一步均化。 3.产生必要的成型压力 P122，图6-5
其中： N— 螺杆转数， Φ— 展开后的螺线角， Φ+θ=90o ， l—螺杆转动一周物料移动距离的轴向投影。
故，
Dh( D h) Ntg tg Q tg tg
2
∴， 故 N↑，D↑，h↑，Q↑
第二节 挤出成型原理 一. 挤出理论 1. 固体输送理论
固体输送理论是以固体对固体的静摩擦静力 为基础建立起来的，物料向前推移过程中，由于 物料与螺杆、物料与机筒之间的摩擦以及粒料相 互之间的碰撞和摩擦，同时挤出机由背压等影响， 物料不可能呈现像自由质点那样的螺旋运动。在 机筒和螺杆之间的这些由于受热而粘连在一起的 固体粒子，是一个一个地连续地整齐地排列着、 并塞满了螺槽，形成所谓“固体塞”即弹性固体。
B. 机头与口模：
★ 组成： 滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等。 ★ 作用：机头将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行 直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并导入口模。口模 给予塑料熔体所需的形状。
二、辅助设备 挤出机辅助设备大致可分为以下三类： 1、挤压前物料处理的设备(如预热、干燥等)一般 用于吸湿性塑料。干燥设备有烘箱或沸腾干燥器 等。有的干燥设备直接设置在加料斗上。 2、挤出物的处理设备如用作冷却、牵引、卷取、 切断和检验设备。 3、控制生产条件的设备指各种控制仪表，如温度 控制器、电动机启动装置、电流表、螺杆转数表 和测定机头压力的装置等。 以上三类设备不仅随制品的种类。对制品质 量的要求及自动化程度不同而异，而且每一类设 备又有许多的形式。

第一节 单螺杆挤出机基本结构及作用 单螺杆挤出机由传动系统、挤出系统、加热 和冷却系统、控制系统等组成。图6-1. P118 传动部分：通常由电动机、减速箱和轴承等组 成。要求螺杆转速稳定，螺杆转速范围一般为10100转/分钟，而电机转速在1000转/分，故要配备 减速箱。
单螺杆挤出机
单螺杆挤出机
3. 螺杆的作用 （1）输送物料 （2）传热塑化物料 （3）混合均化物料 根据物料在螺杆的全场范围各段是不同的。
螺杆分为三段
A. 加料段 对料斗送来的塑料进行加热，为固体 状态。加料段的长短随塑料的品种而异，结晶型 的塑料 占全长60-65%，无定型 10-15% 加料段对塑料无压缩作用，为等深等距。
B. 压缩段 相迁移段 ，挤压和剪切，螺槽容积逐渐 减少。 等深不等距： 螺杆加工困难。 等距不等深 最多一种。长短与加料段相反。 P222 图7-4 C. 均化段 计量段 将塑化的物料在螺槽和机头的 回压作用下，进一步搅拌塑化均匀。为等深等距 渐变型、突变性。 4. 螺杆的形式 见P222-223图7-5 7-6
（3）均化段 — 熔体输送： 设： Q1— 送料速率； Q2— 压缩段熔化速率； Q3— 均化
段挤出速率。 当 Q1 ≥Q2 ≥Q3 ，均化段为控制区，操作平稳；若 Q1<Q2<Q3，供料不足。 ★ 流态：① 正流（QD）；② 逆流（机头、口模的反 压引起的反压流动， QP ）；③ 横流（环流， QT ）；④ 漏流（QL）
物料受螺杆旋转时的推挤作用向前移动可 以分解为旋转运动和轴向水平运动，旋转运动是 由于物料和螺杆之间的摩擦力作用被转动的螺杆 带着运动，轴向水平运动是由于螺杆旋转时螺杆 斜棱对物料的推力产生的轴向分力使物料沿螺杆 的轴向移动，旋转运动和轴向运动的同时作用的 结果，使物料向机头方向前进。 固体塞的移动是旋转运动还是轴向水平运动 优势，主要取决于螺杆表面和料筒表面与物料之 间的摩擦力的大小，只有物料与螺杆之间的摩擦 力小于物料与机筒之间的摩擦力时，物料才能沿 轴向移动；否则，物料将与螺杆一齐转动。为了 提高固体输送效率，应降低物料与螺杆之间的摩 擦系数，提高物料与机筒之间的摩擦系数。 方法：螺杆应光滑，通冷却水；机筒开沟槽。
物料
压缩比
物料 PP ABS POM PA6 PA66
压缩比 3.7-4 1.8 4 3.5 3.7
硬PVC（粒 ） 2.5 硬PVC （粉） 3-4 PE 3-4 PS 2-2.5 PMMA 3
（4）螺槽深度h 影响塑料的塑化及挤出效率， h小时，对塑料可产生较高的剪切速率，有利 于传热和塑化，但挤出生产率降低。因此，对 热敏性塑料（如PVC）宜用深槽螺杆，而熔体 粘度低和热稳定性较高的塑料（如PA等）宜 用浅槽螺杆。 （5）螺旋角θ 螺纹与螺杆截面之间的夹角， 随着θ 的增大，挤出机的生产效率提高，但螺 杆对塑料的挤压剪切作用减少，通常介于 10°-30°之间。出于机械加工方便，一般取 17.7°。
（2）熔化过程
① 整个熔化过程：
② 一个螺槽中固体物料的熔化过程：
热传导 固体物料充满螺槽 →→→→ 形成熔膜→→
当熔膜厚度>δ →→→→→→→→→→ 螺纹刮下熔体进入熔池 （δ—螺杆与料筒间隙） →→ 因熔池中的熔体挤压而使固体床形变，径向 加厚，固体进入熔膜以补充熔体流入熔池 →→ 不断往复逐渐熔化。
3 2 Dh sin P D hN cos sin QP QD 12L ， 2
当Fbz=Fs=0时，物料不发生任何移动； Fbz<Fs，螺 杆带动物料转动而不移动。 流动的基本条件：Fbz>Fs Q=V· va Q— 单位时间内固体物料的流动体积； va—物料前进 速度；V—螺槽截面积。
V

D 4
2Hale Waihona Puke ( D 2h)2

，
DN va l N ctg ctg
挤出设备有螺杆挤出机和 柱塞式挤出机
挤出成型
定义：在挤压作用下物料受热熔化，强行通
过口模，截面恒定，连续型材。 适用：所有的热塑性塑料，部分热固性塑料， 可生产管、薄膜、线缆包复物及其型材 占热塑性塑料制品：40~50% 挤出机可用于混合、造粒和着色、共混
第六章 挤出成型


第 六章 挤出成型
挤出成型是高分子材料加工领域中变化最多， 生产率高、适应性强、用途广泛、所占比重最
大的成型加工方法。
挤出成型又称挤出模塑，是塑料重要 的成型方法之一，绝大多数热塑性塑料均可用此 法成型。 这种成型方法的特点是具有很高的生产率且能 生产连续的型材，如管、棒、板、薄膜、丝、电 线、电缆以及各种型材，还可用来混合、塑化、 造粒和着色等。
加料段的固体送料量Q与螺杆几何尺寸的关系：
Dh( D h) N tan tan Q tan tan