塑料薄膜的挤出加工技术探讨

单螺杆挤出机的基本结构
螺杆
单螺杆挤出机的基本结构
１、螺杆几何结构参数
螺杆直径D：Db－螺杆外径 Ds－螺杆根径
螺杆长度L：L－螺杆有效工作部分长度 分为： L1－加料段长度 L2－压缩段长度 L3－均化段长度
螺杆长径比L/D
单螺杆挤出机的基本结构
１、螺杆几何结构参数
螺槽宽度：B－螺槽轴向宽度 W－螺槽法向宽度
结晶塑料的冷却定型 非结晶塑料的冷却定型 定型模具的设计应考虑不同材料的工艺要
求
挤出成型工艺
牵引
与挤出速度的配合，消除挤出物胀大，制 品适度取向可增加纵向强度，不同制品应采 取不同的控制方法。
后处理:减少内应力--热处理和调湿处理。 截面尺寸大的制品（内外冷却不平衡）－ 热处理
控温热电偶，保证挤出温度。加热一般分三 至五段，常用电阻或电感应加热，也有采用 远红外线加热的。冷却一般用风冷或水冷。 一般用耐磨、耐腐蚀、高强度的合金钢成碳 钢内村合金钢来制造。 内壁光滑，但料斗座处内壁可加纵向沟槽等。
单螺杆挤出机的基本结构
料筒
单螺杆挤出机的基本结构
螺杆
作用：螺杆是挤出机的关键性 部件，通过它 的转动，料筒 内的物料才能发生移动，受到 剪切作用，得到增压和部分的 摩擦热量，混匀后定量定压地 输送到机头而成型 。
能够定时定量自动上料或加料的装置。 关于“架桥”现象（强制下料装置）
单螺杆挤出机的基本结构
Hale Waihona Puke Baidu料筒
作用：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。
单螺杆挤出机的基本结构
料筒
受热受压的金属圆筒。 在料筒的外面设有分段加热和冷却的装置及
吹塑薄膜挤出成型—机头
吹塑薄膜挤出成型--机头
其它：还有旋转式机头等提高薄膜厚薄均匀度。
机头工艺条件的设定：机头周边温度一致， 温控要求严格，加工前间隙应仔细调节芯棒 与口模间隙。
吹塑薄膜挤出成型—吹胀牵引
吹胀比α ：吹胀后管膜直径与口模直径之比，决 定了薄膜横向的力学性能
牵伸比β ：管膜牵引速度与挤出速度的比值，决 定了薄膜的纵向力学性能。
四、 板材挤出成型
板材挤出工艺流程
板材挤出成型
该套装置可用于生产板、片、平膜 通常：0.25mm以下称为膜，
0.25~1mm称为片材， 1mm以上称为板材。
板材挤出成型
板材挤出特点：
板材宽度方向上厚薄均匀度的保证： 狭缝机头流道的设计要使熔体在口模宽度
方向上应以相同速度挤出； 宽度方向上熔体温度应严格控温
加料
调整 挤出成型
(后处理) 卷取(切割) 挤出制品
牵引
冷却
定型
挤出成型工艺
挤出机及机头口模的加热：生产的稳定性，设备 的保护 ① 一般温度从低→高，根据不同高聚物，设 定加料段，熔融段，计量段，机头口模温度 ② 保温时间应充分
挤出成型工艺
温度对塑化质量的影响：来源于加热和 剪切摩擦热。
T↑η ↓,有利于塑化（尤其对于温敏型塑 料）,降低熔体压力，挤出物形状稳定性差, 易热分解
吸湿性材料，为尽快达到吸湿平衡－调湿 处理
三、 吹塑薄膜挤出成型
薄膜的成型方法有; 挤出吹塑、压延、流延、挤出拉幅等 吹塑即在挤出型坯内通入压缩空气吹胀
后成型。
吹塑薄膜挤出成型
树脂品种：PE,PVC,EVA,PP,PA，PET， PVA等
该法生产薄膜简单、经济 薄膜经双向拉伸，强度高 厚度均匀度较差 受冷却定型控制，生产速度较低 各种包装，农业地膜，大棚膜等
单螺杆挤出机的基本结构
多孔板与过滤网
作用：增大塑化反压；熔体由螺旋运动变为 直线运动；过滤杂质及未塑化的物料。（电 缆，透明制品，薄膜，医用管等）
单螺杆挤出机的基本结构
2.2 单螺杆挤出机的辅机
机头和口模
机头：料筒和口模的连接体。 口模：制品截面的成型部件。 包括：分流器支架，口模，芯模(芯棒)
五、树脂
天然树脂的使用可以追溯到古代，但现代塑料工业形 成于1930年， 近80年来获得了飞速的发展。 树脂这一名称是由树木分泌出的脂质而得的。人 类最早使用的天然树脂是松香、虫胶等。天然树脂的 生产受到地区的限制而产量不大，质量也不高，使用 受到限制。人们为了寻求天然树脂的代用品，1846 年用纤维素（棉花）和硝酸制得硝酸纤维素，将潮湿 的硝酸纤维素和樟脑混合，制成虫胶的代用品，于 1872年建厂生产。虽然从发现至今已有一百余年， 但目前仍在广泛使用，常用名称为赛璐珞， 如乒乓 球、玩具、梳子、钮扣等。
吹塑薄膜厚度δ ：
b
b-机头口模环形间隙的宽度
吹塑薄膜挤出成型--冷却
冷凝线（冻结线，冷却线）：
PE等结晶型薄膜冷却时，薄 膜透明区与浑浊区的交界线。
冻结线的高低与冷却速度的 关系，影响透明度及制品力 学性能。
吹塑薄膜挤出成型—冷却
吹塑薄膜—结构、层数与性能
为了发挥各种原料的性能，薄膜可为多层结构， 如三层共挤农膜： 外层：以耐老化、防尘为主（MLL 助剂） 中层：以保温、流滴为主（EVA 助剂） 内层：以流滴减雾为主(EVA 助剂） 又如三层复合基材膜： 内层要加MLL，提高热封性 外层要电晕且用无或低添加剂的原料 提高粘结性
二次成型：中空吹塑成型、热成型、拉 幅薄膜成型……等
二、塑料制品的挤出成型
挤出成型是使高聚物的熔体(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， 所得的制品为具有恒定截面形状的连 续型材.
应用:管材、片材、板材、吹塑薄膜、
电线电缆包覆、纺丝等
塑料的混合、塑化造粒、着色等
塑料制品的挤出加工技 术探讨
主讲：冯玉敏 青岛宏达 常务副总 高工 青岛大学 硕导
郝际臣 青岛宏达 总工 高工
一、塑料制品加工技术简介
加工成型是将各种形态的塑料(粉料、粒料、 溶液和悬浮体)，制成所需形状或坯件的过 程。
一次成型：挤出成型、注射成型、模压 成型、压延成型、铸塑成型、模压烧结 成型、 传递模塑、发泡成型等
加热冷却系统
挤出机冷却包括：料筒的冷却，螺杆的冷却， 料斗座的冷却。
单螺杆挤出机的基本结构
料筒的冷却
单螺杆挤出机的基本结构
螺杆的冷却：目的是利于物料的输送，同时防止
塑料因过热而分解
单螺杆挤出机的基本结构
料斗座的冷却：
防止“架桥”，保 证进料通畅，并防止挤 压部分的热量传到止推 轴承和减速箱，保证挤 出机的止常工作。
塑料
随着合成树脂的出现和大量应用，根据其 特性分通用塑料、工程塑料和特种塑料， 通用塑料有五大品种，即聚乙烯、聚丙烯、 聚氯乙稀、聚苯乙烯及ABS。它们都是热 塑性塑料。
PE的加工与应用
1.LDPE可采用多种方法加工，但主要还是采用熔融 加工方法。LDPE加工特点：
非极性聚合物，吸水性极低，加工时不需要预先 进行干燥 热稳定性较好，加工时可加入抗氧剂；
吹塑薄膜挤出成型—工艺流程
管坯挤出，吹胀，冷却，牵引，卷取
平挤上吹 平挤下吹 平挤平吹
薄膜挤出成型
吹塑薄膜挤出成型
设备设计及工艺控制的关键
薄膜均匀度的提高 冷却速度的提高
吹塑薄膜挤出成型—机头
机头
吹塑薄膜挤出成型—机头
机头
薄膜厚度均匀， 不会产生 “偏 中”现象。分流 器支架有3～4条 筋，薄膜的合流 线较多，机头内 部空腔较大，积 料多，对热敏性 塑料(如PVC等) 不适
熔体破裂， 可增加螺杆L/D，改善口模条件
挤出成型工艺
成型（机头口模处）: 通过温度和挤出流量控制挤出型坯的外观。 黏度，弹性，挤出物胀大，熔体破裂，鲨 鱼皮．．．
挤出成型工艺
冷却定型:防止形变，固定尺寸 工艺条件(温度，冷却速度)的设定考虑： 高聚物的聚集态结构及制品外观 (结晶， 取向，内应力)；
挤出机大小一般用螺杆直径的大小表示:SJ-65-25
单螺杆挤出机的基本结构
单螺杆挤出机的基本结构
加料装置
向挤出机料筒连续供料的装置－料斗。 料斗的底部与料筒连接处是加料孔，该处有
截断装置。 加料孔周围有冷却夹套 料斗的侧面有玻璃视孔及标定计量的装置。 其它：预热干燥和真空减压装置，搅拌器及
0.93h1 h3
t－螺距
螺槽深度H(h)：h1,h2,h3－分别为加料段，压缩段，均 化段螺槽深度
螺杆几何压缩比ε :加料段第一个螺槽容积与均化段最后一 个螺槽容积之比。
螺旋角Φ
单螺杆挤出机的基本结构
螺杆
单螺杆挤出机的基本结构
２、螺杆的分段
加料段（固体输送段） 压缩段（熔融段） 均化段（计量段）
板材挤出成型
板材挤出特点：
板材光洁度，平整度： 三辊压光机：表面光滑，尺寸精度高，可
调速，调温。 冷却：板材的缓慢冷却可减少内应力及翘
曲变形；压光机与机头的距离等。
板材挤出成型
板材挤出特点：
板材的应用实例
冰箱板材： GPPS\HIPS\PEPS三层共挤板材 光亮、吸拉、耐141B
游艇板材： 抗UV ABS层\ABS层
结晶度较高，成型收缩率大，一般为l．5％～ 2．0％；
为化学惰性材料，为提高可印刷性，一般对其表 面进行处理，如火焰处理和高压放电处理，以提 高表面浸润性。
PE的加工与应用
LDPE的常用加工方法：挤出和注塑，其他方法还 有压塑、层合、粉末喷涂、滚塑、真空成型及发 泡成型等。
挤出 挤出成型是利用挤出机使树脂在一定温度和 压力下熔融、混炼、挤出，并通过机头部的模口 形成各种形状断面的薄膜、管材、片材、型材， 再经冷却得到 成品，挤出成型还可制成粒状、纤 维、片、板、棒、中空异型材，包覆材料(电线电 缆)等产品。挤出机可以是单螺杆，也可以是双螺 杆，根据加工制品不同，可选用不同螺杆直径和 长径比。
单螺杆挤出机的基本结构
加料段（固体输送段）：
要求：塑料保持固态，输送要稳定（温度， 料筒结构）
长度：高聚物的结构（结晶型，非结晶性， 模量）
螺槽体积：等距等深
单螺杆挤出机的基本结构
压缩段（熔融段）
要求：熔化，压缩，排气 长度及压缩比：物料状态，高聚物的结构
（结晶型，非结晶性，模量），制品结构 螺槽容积逐渐减少
T↓η ↑,机头压力↑，制品密实，挤出物形 状稳定性好，功率消耗大，挤出膨胀较严重， 通过增加牵引速度减少膨胀引起的壁厚增加。 温度过低，影响塑化效果。
挤出成型工艺
剪切作用（螺杆转速n）对塑化质量的影响： n↑,剪切作用↑，摩擦热↑，有利于塑料的混合
与塑化（尤其对于剪敏性塑料），产量↑ 。 n过高，受热时间缩短，塑化不充分，挤出不稳定，
单螺杆挤出机的辅机
单螺杆挤出机的辅机
机头和口模
机头口模的设计： 熔体的粘弹性（挤出物胀大，熔体破裂等｝ 高聚物的热稳定性 足够的压力保证
单螺杆挤出机的辅机
定型冷却设备：保证制品的冷却定型，制品结构 的均匀性，提高效率。
定型设备 冷却设备
根据不同制品的要求设计。
单螺杆挤出机的辅机
牵引、切割或卷取
挤出机
口模
定型装置
收集装置
牵引装置
冷却装置
切割装置 卷取装置
挤出设备
2.1 单螺杆挤出机的基本结构
单螺杆挤出机的基本结构
单螺杆挤出机的基本结构
单螺杆挤出机的基本结构
挤压系统的组成及要求
1、组成：加料装置、料筒、螺杆、机头、口模等 2、要求： ������ ������ 连续稳定地输送（固体、熔体） ������ ������ 熔融（固体→熔体） ������ ������ 混合、塑化（温度、组成分布均匀） ������ ������ 增压（排气、传热，使制品密实）
牵引装置：速度连续、平稳可调，加紧力适 当
切割或卷取 根据不同制品的要求设计。
2.3 单螺杆挤出机的控制系统
要求：温控的精确度，各种设备运转的稳定 性，减少波动，保证制品的内在、外观质量 和尺寸的精度。
2.4 挤出成型工艺
挤出成型工艺流程图
粒状或粉状热塑性塑料 预热干燥
挤出机加热
螺杆启动
1、塑料制品的挤出成型特点
生产效率高—连续操作 适用范围广，产品品种多：
原料体系：塑料、橡胶、纤维 产品品种： 管、棒、板、丝、膜、异型材 等 应用领域：石油、天然气输送、建材、服 装等 设备投资少 生产技术容易掌握 制品精密程度差
2、挤出成型的设备
挤出成型的过程中使用的设备
单螺杆挤出机的基本结构
均化段（计量段）
要求：加强剪切，塑化均匀，定量，定压 挤出
螺槽体积不变：深度最浅 长度：高聚物结构（结晶型，非结晶型，
热敏型）
单螺杆挤出机的基本结构
加热冷却系统
挤出机加热方法有：载热体加热、电阻加热 和电感应加热等
根据料筒长度和 工艺要求分段加热
单螺杆挤出机的基本结构