实验五 热塑性塑料挤出造粒实验

实验五热塑性塑料挤出造粒实验

一、实验目的

1) 通过本实验使学生了解双螺杆挤出机的结构组成及工作原理，熟悉挤出成型的原理，了解挤出工艺参数对塑料制品性能的影响。

2) 掌握挤出成型的基本操作，熟悉塑料改性的方法。

二、实验用品

1）仪器SHJ-20B双螺杆挤出机，切粒机

挤出机技术参数如下：螺杆直径：20 mm。长径比L/D：40。螺杆转速：0～600 r/min；产量：0.7～6 kg/h；电机功率：3 KW；加热功率：3.3 KW

2）原料聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）100份，碳酸钙20～30份或纳米二氧化硅1～5份，硅烷偶联剂0.5份

三、实验原理

1）挤出成型原理及应用。热塑性塑料的挤出成型是主要的成型方法之一，塑料的挤出成型就是塑料在挤出机中，在一定的温度和一定压力下熔融塑化，并连续固定截面的模型，得到具有特定断面连续型材的加工方法。不论挤出造粒还是挤出制品都分两个阶段，第一阶段，固体状树脂原料在机筒中，借助于料筒外部的加热螺杆转动的剪切挤压作用而熔融，同时熔体在压力的推动下被连续挤出口模；第二阶段是被挤出的试样冷却后失去塑性变为固体即制品，可为条状、板状、棒状、管状等。

2）塑料造粒。合成出来的树脂大多数呈粉末状，粒径小成型加工不方便，而且合成树脂中又经常需要加入各种助剂才能满足制品的要求，为此就要将树脂与助剂混合，制成均匀颗粒，这步工序称作“造粒”。树脂中加入功能性助剂可以造功能性母粒，造出的颗粒是塑料成型加工的原料。

使用颗粒成型加工的主要优点有：①颗粒料比粉料加料方便，无需加制加料器；②颗粒料比粉料密度大，制品质量好；③挥发物及空气含量较少，制品不容易产生气泡；④使用功能性母料比直接添加功能性助剂更容易分散。

塑料造粒可以使用辊压法混炼，塑炼出片后切粒，也可以使用挤出塑料，塑化挤出条后切粒。本实验采用挤出水冷却后切粒造粒的工艺。

四、实验内容

1）配料。用电子称量所需原料，将各种原料经手工初步搅匀后，加入高速混合机中，

关闭高速混合机顶门和侧管，开动混合机搅拌2 min，在搅拌下打开侧管用塑料袋接料，关闭混合机，清理混合机内腔。

2）了解挤出塑料（PE或PP）的熔融指数，设定挤出温度控制范围。

3）检查挤出机的各部分，确定设备正常，接通电源，加热，通冷却水。待螺杆各段预热到要求温度时，保温10 min。

4）开动主机。在转动下先加少量塑料，注意进料和电流计情况。开动切粒机和风冷机，待有熔料挤出后，将挤出物用手（戴上手套）和镊子慢慢引上冷却牵引装置，同时经过切粒机切粒并收集粒料。

5）挤出平稳，继续加料，控制温度等工艺条件，维持正常操作。

6）试验完毕，待模头不再有熔体流出时，关闭主机，整理各部分。

五、注意事项

1）实验前，检查料斗中是否有异物，检查设备是否正常，清理设备现场，严格防止金属杂质、小工具等落入进料料斗中。在操作或者维修过程中切记工具不能随便乱放。

2）塑料熔体在挤出前，任何人不得站在机头的正前方，防止高压熔体射出伤人。

3）清理设备和机头时，切忌损坏螺杆和口模等处的光洁表面。

4）挤出过程中，要密切注意工艺条件的变化，一旦稳定后，不得随意改动；如果发现不正常现象立即停车，进行检查排除毛病后再恢复实验。

5）制品刚刚流出口模，温度很高，防止烫伤。

六、实验记录

1、实验药品和配方

名称、牌号、生产厂家、用量

2、实验条件

（1）挤出机加热温度：机身

（2）螺杆转速：0-40rpm

（3）切粒机转速：（0-20 rpm）

七、思考题

1）挤出机的主要结构有哪些部分组成？

答：挤出机的主要结构包括：

传动系统：由电机、减速机构和轴承等组成。保证挤出过程中螺杆转速恒定。

加料装置：采用加料斗，有切断料流、标定料量等作用。

料筒：料筒一般由高强度、耐磨、耐腐蚀的合金制成，用于塑料的混合、塑化和加压。

螺杆：螺杆式挤出机的关键部件，通过螺杆的转动，料筒内的物料才能发生移动。螺杆的几何参数：长径比、螺槽深度等，都会对螺杆的工作有影响。

机头和口模：其结构的好坏，对志平的产量和质量影响很大，其尺寸根据流变学和实践经验确定。

2）为什么要对高分子树脂进行造粒？

答：合成出来的树脂大多数呈粉末状，粒径小成型加工不方便，而且合成树脂中又经常需要加入各种助剂才能满足制品的要求，为此就要将树脂与助剂混合，制成均匀颗粒，这步工序称作“造粒”，造出的颗粒则是塑料成型加工的原料。

使用颗粒成型加工的主要优点有：①颗粒料比粉料加料方便，无需加制加料器；②颗粒料比粉料密度大，制品质量好；③挥发物及空气含量较少，制品不容易产生气泡；④使用功能性母料比直接添加功能性助剂更容易分散。

3）影响挤出物均匀性的主要原因有哪些？怎样影响？如何控制？

答：影响塑料挤出的工艺参数主要有：温度、熔体压力及熔体的输送速度。

温度：提高温度可以降低熔体的粘度，改善熔体的流动性，但熔体温度过高，使挤出的熔体强度过低，出现细颈等现象，挤出物不均匀。应在既能挤出光滑而均匀的挤出物，又不会使传动系统超载的前提下，为保证挤出物强度，应尽可能采用较低的加热温度。

熔体压力：进入机头的熔体压力要均匀。适当提高挤出机内熔体的压力，可使物料混炼均匀，挤出物也均匀。

同时，为保证挤出物的均匀性，熔体的输送速度与切粒机的牵引速度要相适应，且保持恒定。

熔融指数是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。其测试方法是先让塑料粒在一定时间(10分钟)内、一定温度及压力(各种材料标准不同)下，融化成塑料流体，然后通过一直径为2.095mm圆管所流出的克(g)数。