高分子材料成形工艺 挤出成形解析
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13
普通机筒：内壁光滑，加料段可设轴向沟槽 机筒结构形式：整体式和组装式
整体式机筒：装配精度高，加热冷却系统易设
置与拆装，加热轴向分布均匀，但整体加工精 度高
组装式机筒：几段组装，优点是可改变长度，
实现多用途，但分段破坏机筒加热均匀性并增 加热损失，加热冷却系统不便设置与维护
14
2. 螺杆
表面高硬度和光洁度，减小表面摩擦力 与机筒间隙很小，通过止推轴承悬支，与机筒
其他：波状型、剪切型、强冷输送型、空心型和 组合型等形式
通常15~30
17
L／D大：改善料温分布，利于混合塑化，减少 漏流逆流，提高产能
L／D过大：物料受热时间增长易降解，自由端
易与机筒擦伤
L／D过短：易出现物料混炼和塑化不良
18
③压缩比（A） 定义：一般2~5 A越大：物料受挤作用越大，排气能力越大，
但太大，螺杆强度下降 A值选择取决于成形聚合物种类和形态
长（如PVC成形100%）
结晶型聚合物：一般约（3~5）D，熔融温度范
围很窄者（如PA）很短甚至仅1D
26
螺纹形式：等矩变深、等深变矩或变深变矩等
➢ 等矩变深螺杆：渐变型和突变型两种
突变螺杆：压缩段较短，通常4~5D；
剪切作用大，适于黏度低和熔点明显
渐变螺杆：剪切作用较小，无定形聚
合物多采用，特别适于热敏性聚合物
图5.4 鱼雷头结构
24
（2）螺杆功能
普通螺杆功能段：加料段、压缩段和均化段 加料段：输送固体料并预热，固态，无压缩
通常采用等深等螺矩的深槽螺纹 结晶型聚合物：较长（约60%~65%） 无定形聚合物：较短（约10%~25%）
25
压缩段：熔融物料，螺槽容积逐渐减小
无定形聚合物：较长（约55%~65%），有的很
聚合物种类不同，所要求压缩比不同 粉料选择A值较大，粒料选择A值较小
19
④螺槽深度（h） 螺槽深浅与物料热稳定性、螺杆塑化效率及压
缩Baidu Nhomakorabea有关 螺槽浅：剪切作用较大，利于传热，混合塑化
效率高 热敏性聚合物（如PVC）：宜用深槽 熔体黏度低和热稳定性较高（如PA）：宜用浅
槽
20
⑤螺旋角（ ）和螺距（s）
27
均化段（计量段）：均化并定量定压输送
一般无压缩，常采用等矩等深的浅槽螺纹 足够长度使料流稳定，通常约20%~25%
需要注意：螺杆结构功能区段与挤出过程物 料运动及物态变化区域尽量吻合
28
（3）高效型螺杆
用途：混炼、着色等工艺和某些特种聚合物（普 通螺杆塑化混合不理想、挤出稳定性差等）
主要：分离型、屏障型、分流型、分配混合型和 排气型
螺距决定螺旋角并影响螺槽容积 物料形态不同，加料段螺旋角不同
粉料采用30°时螺杆产能最高，方块料
宜约15°，圆柱料宜约17°
等距不等深螺杆：常取螺距等于直径，螺旋角 17°42′
21
⑥螺棱宽度（e） 定义：一般取0.08~0.12D
e：太小使漏流量增加致产量降低；太大增加动
力消耗和有局部过热危险
22
⑦螺杆与机筒间隙（δ） 定义：通常控制δ0.1~0.6mm
δ会影响产能，随δ增大，漏流和逆流增大，产率
降低
23
⑧螺杆头部形状
原则：熔料由螺旋流动变直线流动，避免物料 滞留螺杆头端面死角，锥形或半圆形
鱼雷头：典型。与机筒间隙常为均化段深度 40%~50%，因此降低料层厚度，提高塑化效率， 进一步混合均化和稳压作用
（有的国家50%以上）
按可否排气：非排气型（普遍）和排气型
7
按空间布置：卧式和立式，多为卧式 按用途：成形用、混炼造粒用和供料用
其它用途：喂料、混料、塑化造粒及树
脂共混和复合等
8
5.1.1 挤出过程及功能 5.1.2 单螺杆挤出机 5.1.3 双螺杆挤出机 5.1.4 特殊辅助设备
9
5.1.1 挤出过程及功能
挤出过程：固体输送区、熔融区和熔体输送区 主要功能：①连续、稳定地输送物料；②固料
塑化成熔料并排气；③均化熔体
10
机筒加热区
迟
冷却料斗区
滞
区
固体输送区
固体床
熔池 熔融区
熔体输送区
11
5.1.2 单螺杆挤出机
构成：加料、挤出、加热冷却、传动和控制等 挤出系统：主体，包括机筒、螺杆、机头和口
中心线吻合 （1）螺杆几何结构参数 几何结构参数：直径、长径比、压缩比、螺距、
螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒间间隙、螺头 形状等
15
图5.3 普通螺杆结构示意图 —加料段螺槽深度 —计量段螺槽深度 D—螺杆直径
—螺旋角 L—螺杆长度 e—螺棱宽度
16
①直径（D） 通常30~200mm，最常见65~150mm 挤出机规格：采用螺杆直径表示 ②长径比（L／D） 定义：工作部分有效长度与直径之比 国标L／D系列：15、20、25、30等，最大达43，
模等，最核心是螺杆 一、挤出系统 1．机筒 机筒（料筒）：内压可达100MPa或更高，温度
一般150~300℃
12
14
图5.2 单螺杆挤出机的结构示意图 1－机座 2－电动机 3－传动装置 4－料斗 5－料斗冷却区 6－料筒 7－料筒加热器 8－热电偶控制点 9－螺杆 10－过滤网和多孔板 11－机头加热器 12－机头 13－挤出物 14－风机
3
5.1 挤出成形设备 5.2 挤出成形原理 5.3 挤出成形工艺 5.4 挤出成形的发展
4
5.1 挤出成形设备
设备：核心是挤出机，辅助有前辅助和后辅助
前辅助：输送、粉碎、混合和干燥等设备 后辅助：定形装置、冷却装置、牵引装置、
切断装置和控制装置等 挤出机类型：螺杆式和柱塞式
螺杆式是连续式，柱塞式是间歇式，普遍使
第五章 挤出成形
挤出成形制品：横截面恒定 （塑化方式）挤出工艺：干法和湿法两种
干法：熔体物料，塑化和定形主要传热 湿法：溶液物料，塑化和定形主要传质
2
应用：最重要成形方法。几乎所有热塑和部分热 固，50%以上制品
特点：效率高、质量稳定、易连续化和自动化、 设备及操作简单、劳动强度小等，宜批量生产
用螺杆式
5
柱塞式：①没有搅拌混合作用，很少
采用；②但挤出压力可很高，适于熔融 黏度很大、流动性极差的塑化物料 （PTFE和硬PVC管材）
其他类型挤出机：无螺杆（如磨盘、鼓式、弹 性熔体和端面混炼等），但很少采用
6
按螺杆数目：单螺杆、双螺杆和多螺杆（如三螺 杆、四螺杆…甚至八螺杆等）
单螺杆用得最多，双螺杆现已很广泛
普通机筒：内壁光滑，加料段可设轴向沟槽 机筒结构形式：整体式和组装式
整体式机筒：装配精度高，加热冷却系统易设
置与拆装，加热轴向分布均匀，但整体加工精 度高
组装式机筒：几段组装，优点是可改变长度，
实现多用途，但分段破坏机筒加热均匀性并增 加热损失，加热冷却系统不便设置与维护
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2. 螺杆
表面高硬度和光洁度，减小表面摩擦力 与机筒间隙很小，通过止推轴承悬支，与机筒
其他：波状型、剪切型、强冷输送型、空心型和 组合型等形式
通常15~30
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L／D大：改善料温分布，利于混合塑化，减少 漏流逆流，提高产能
L／D过大：物料受热时间增长易降解，自由端
易与机筒擦伤
L／D过短：易出现物料混炼和塑化不良
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③压缩比（A） 定义：一般2~5 A越大：物料受挤作用越大，排气能力越大，
但太大，螺杆强度下降 A值选择取决于成形聚合物种类和形态
长（如PVC成形100%）
结晶型聚合物：一般约（3~5）D，熔融温度范
围很窄者（如PA）很短甚至仅1D
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螺纹形式：等矩变深、等深变矩或变深变矩等
➢ 等矩变深螺杆：渐变型和突变型两种
突变螺杆：压缩段较短，通常4~5D；
剪切作用大，适于黏度低和熔点明显
渐变螺杆：剪切作用较小，无定形聚
合物多采用，特别适于热敏性聚合物
图5.4 鱼雷头结构
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（2）螺杆功能
普通螺杆功能段：加料段、压缩段和均化段 加料段：输送固体料并预热，固态，无压缩
通常采用等深等螺矩的深槽螺纹 结晶型聚合物：较长（约60%~65%） 无定形聚合物：较短（约10%~25%）
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压缩段：熔融物料，螺槽容积逐渐减小
无定形聚合物：较长（约55%~65%），有的很
聚合物种类不同，所要求压缩比不同 粉料选择A值较大，粒料选择A值较小
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④螺槽深度（h） 螺槽深浅与物料热稳定性、螺杆塑化效率及压
缩Baidu Nhomakorabea有关 螺槽浅：剪切作用较大，利于传热，混合塑化
效率高 热敏性聚合物（如PVC）：宜用深槽 熔体黏度低和热稳定性较高（如PA）：宜用浅
槽
20
⑤螺旋角（ ）和螺距（s）
27
均化段（计量段）：均化并定量定压输送
一般无压缩，常采用等矩等深的浅槽螺纹 足够长度使料流稳定，通常约20%~25%
需要注意：螺杆结构功能区段与挤出过程物 料运动及物态变化区域尽量吻合
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（3）高效型螺杆
用途：混炼、着色等工艺和某些特种聚合物（普 通螺杆塑化混合不理想、挤出稳定性差等）
主要：分离型、屏障型、分流型、分配混合型和 排气型
螺距决定螺旋角并影响螺槽容积 物料形态不同，加料段螺旋角不同
粉料采用30°时螺杆产能最高，方块料
宜约15°，圆柱料宜约17°
等距不等深螺杆：常取螺距等于直径，螺旋角 17°42′
21
⑥螺棱宽度（e） 定义：一般取0.08~0.12D
e：太小使漏流量增加致产量降低；太大增加动
力消耗和有局部过热危险
22
⑦螺杆与机筒间隙（δ） 定义：通常控制δ0.1~0.6mm
δ会影响产能，随δ增大，漏流和逆流增大，产率
降低
23
⑧螺杆头部形状
原则：熔料由螺旋流动变直线流动，避免物料 滞留螺杆头端面死角，锥形或半圆形
鱼雷头：典型。与机筒间隙常为均化段深度 40%~50%，因此降低料层厚度，提高塑化效率， 进一步混合均化和稳压作用
（有的国家50%以上）
按可否排气：非排气型（普遍）和排气型
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按空间布置：卧式和立式，多为卧式 按用途：成形用、混炼造粒用和供料用
其它用途：喂料、混料、塑化造粒及树
脂共混和复合等
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5.1.1 挤出过程及功能 5.1.2 单螺杆挤出机 5.1.3 双螺杆挤出机 5.1.4 特殊辅助设备
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5.1.1 挤出过程及功能
挤出过程：固体输送区、熔融区和熔体输送区 主要功能：①连续、稳定地输送物料；②固料
塑化成熔料并排气；③均化熔体
10
机筒加热区
迟
冷却料斗区
滞
区
固体输送区
固体床
熔池 熔融区
熔体输送区
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5.1.2 单螺杆挤出机
构成：加料、挤出、加热冷却、传动和控制等 挤出系统：主体，包括机筒、螺杆、机头和口
中心线吻合 （1）螺杆几何结构参数 几何结构参数：直径、长径比、压缩比、螺距、
螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒间间隙、螺头 形状等
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图5.3 普通螺杆结构示意图 —加料段螺槽深度 —计量段螺槽深度 D—螺杆直径
—螺旋角 L—螺杆长度 e—螺棱宽度
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①直径（D） 通常30~200mm，最常见65~150mm 挤出机规格：采用螺杆直径表示 ②长径比（L／D） 定义：工作部分有效长度与直径之比 国标L／D系列：15、20、25、30等，最大达43，
模等，最核心是螺杆 一、挤出系统 1．机筒 机筒（料筒）：内压可达100MPa或更高，温度
一般150~300℃
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图5.2 单螺杆挤出机的结构示意图 1－机座 2－电动机 3－传动装置 4－料斗 5－料斗冷却区 6－料筒 7－料筒加热器 8－热电偶控制点 9－螺杆 10－过滤网和多孔板 11－机头加热器 12－机头 13－挤出物 14－风机
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5.1 挤出成形设备 5.2 挤出成形原理 5.3 挤出成形工艺 5.4 挤出成形的发展
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5.1 挤出成形设备
设备：核心是挤出机，辅助有前辅助和后辅助
前辅助：输送、粉碎、混合和干燥等设备 后辅助：定形装置、冷却装置、牵引装置、
切断装置和控制装置等 挤出机类型：螺杆式和柱塞式
螺杆式是连续式，柱塞式是间歇式，普遍使
第五章 挤出成形
挤出成形制品：横截面恒定 （塑化方式）挤出工艺：干法和湿法两种
干法：熔体物料，塑化和定形主要传热 湿法：溶液物料，塑化和定形主要传质
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应用：最重要成形方法。几乎所有热塑和部分热 固，50%以上制品
特点：效率高、质量稳定、易连续化和自动化、 设备及操作简单、劳动强度小等，宜批量生产
用螺杆式
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柱塞式：①没有搅拌混合作用，很少
采用；②但挤出压力可很高，适于熔融 黏度很大、流动性极差的塑化物料 （PTFE和硬PVC管材）
其他类型挤出机：无螺杆（如磨盘、鼓式、弹 性熔体和端面混炼等），但很少采用
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按螺杆数目：单螺杆、双螺杆和多螺杆（如三螺 杆、四螺杆…甚至八螺杆等）
单螺杆用得最多，双螺杆现已很广泛