挤出成型工艺及设备

图11-16 挤出成型示意图 1-转动机构；2-止推轴承；3-料斗；4-冷却系统； 5-加热器； 6- 螺 杆；7-机筒；8-滤板；9-机头孔型
过程: 3
加料 加料段
塑化 压缩段
成型
定型 均化段
机头
均化段
压缩段
加料段 Tf Tg 料 温
FRTP 挤 出 成 型 工 艺
料 温
/℃
/MPa
图11-17
2 影响FRTP性能的因素
1 基体树脂对FRTP性能影响 不同的热塑性树脂，性能差别很大，用纤维增强后，其效果也有很大 差别。 1)力学性能提高2—3倍以上 2)提高热变形温度 3)产品尺寸稳定提高 4)降低线膨胀系数1—3倍 5)对于吸水率影响 6)耐疲劳性能、抗蠕变性能 7)防止开裂 FRTP的耐化学腐蚀性能主要取决于树脂的品种
挤出过程中物料和压力的变化
粒料从料斗进入到挤出机的机筒，在热压作用下发生物理变化， （非化学变化），并向前推进。由于滤板、机头和机筒的阻力，使粒料 压实，排气；与此同时外部热源与和物料摩擦热使粒料受热塑化，变成 熔融粘流态，凭借螺杆推力，定量地从机头挤出，挤出过程中的压力和 温度变化为
机头
均化段
压缩段
松散的粒料被压实、软化，同时把夹带的空气压回到加料口排出。 如图11-19 至压缩段末端，全部物料已转变为粘流态。 压缩比：螺杆在加料口的螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。
3 均化段工作原理
把压缩段送来的熔融物料进一步塑化均匀，使其能定量、定压挤出。 螺杆结构如图11-20
图11-18 塑料在普通螺杆挤出机中的挤出过程简图
挤出成型工艺及设备
挤 出 成 型 工 艺 是 生 产 热 塑 性 复 合 材 料 (Fiber Reinforced Thermo Plastics 简称 FRTP) 制品的主要 方法之一。 工艺过程：先将树脂和增强纤维制成粒料，然后再 将粒料加入挤出机内，经塑化、挤出、冷却定型而成 制品。
• 应用： • 广泛用于生产各种增强塑料管、棒材、异形断面型材等。 • 优点： • 1、能加工绝大多数热塑性复合材料及部分热固 • 性复合材料； • 2、生产过程连续，自动化程度高； • 3、工艺易掌握及产品质量稳定等。 • 缺点： • 只能生产线型制品。
加料段 Tf Tg 料 温
料 温
/℃
/MPa
图11-17
挤出过程中物料和压力的变化
1 加料段工作原理
靠螺纹旋转时产生的轴向分力向前推进。如图11-18 加料段由加料区（料斗）、固体输送区和迟后区所组成。功能是对加 入的料进行压实和输送。 F2向上 F F1向前 粒料在机筒内的运动可以分 解为旋转运动和轴向运动；旋转 运动是由粒料和螺杆的摩擦作用， 被螺杆带动旋转；轴向运动是靠 螺纹旋转时产生的轴向分力向前 推进。
b、机筒 工作过程中压力30～50MPa， 150～300℃
机筒强度需强度高、耐腐蚀、耐磨损；
机筒外采用电阻加热和水冷却。
c、筒端多孔板 使物料由旋转流动变为直线流动，沿螺杆轴方向形成压力，增大塑化的 均匀性。
多孔板的孔径为3～6mm，板厚为直径的1/5。
三、双螺杆挤出机 在“∞”字形机筒内，装有两根互相啮合的螺杆。 双螺杆挤出机的每根可以是整体，也可以加工成几段组装，其形状 可以是平行式，也可以是锥形，两螺杆的旋转方向分为同向和异向两种。
1.1 长纤维粒料生产工艺及设备
• 1.1.1 造粒工艺
•
长纤维粒料是将玻璃纤维束包覆在树脂中间，纤维长 度等于粒料长度。根据纤维在粒料断面的分布情况，分为 三种形式:
d
L
b c
b c
b c
(a)
(b)
(c)
1.1.2 长纤维粒料的生产工艺流程
••
玻璃纤维束 树脂及助剂
包覆机头
挤
出
冷
却
牵
引
切
粒
包
(3)、冷却装置 使挤出的制品充分冷却固化。 (4)、牵引装置
将挤出制品引出，牵引速度的大小对断面尺寸也有一定影响，对生产效率 有一定的影响。
(5)、切割装置 将挤出的制品按要求切断。 (6)、堆放装置 将切断的制品整齐堆放。
三、控制系统
一般是电器控制设备或计算机控制系统。
作用：保证机组正常运行，使设备准确完成各工艺动作。
• • • •
(3)排气式双螺杆挤出机造粒法
•
将树脂和纤维分别加入排气式双螺杆挤出机的加料孔 和进丝口，玻璃纤维被左旋螺杆及捏合装置所破碎，在料 简内纤维和树脂混合均匀，经过排气段除去混料中的挥发 性物质，进一步塑炼后经口模挤出料条，再经冷却、干燥 (水冷时用)，然后切成粒料。粒料中的纤维含量，可由调 整送入挤出机的玻纤股数和螺杆转速来控制。 • 单螺秆挤出机主要是靠机头压力产生均质熔体， • 双螺抨挤出机完全是靠螺杆作用使树脂充分塑化，并 与纤维均匀复合。 • 因此，它除具有排气式单螺杆挤出造粒的优点外，比 单螺杆挤出机更有效地挤出造粒和利用松散物料。
最大切粒长度（3mm）
最大切粒长度（3mm） QLJ-3 、SQ200
1.2 短纤维粒料生产工艺
• 1、短纤维粒料生产方法有三种： • (1) 短切纤维原丝单螺杆挤出法 • 将短切玻璃纤维原丝与树脂按设计比例加入到单螺杆 挤出机中混合、塑化、挤出条料，冷却后切粒。对于粒料 树脂，要重复2—3次才能均匀。对于粉状树脂，则可一次 挤出造粒 。 • 优点： • 纤维和树脂混合均匀，能适应柱塞式注射机生产。 • 缺点： • 玻璃纤维受损伤较严重；料筒和螺杆磨损严重；生 产速度较低；劳动条件差，粉状树脂和玻璃纤维易飞扬。
评价挤出机，从两个方面考虑： (1)生产能力的高低，适用范围是否广泛 (2)应具有较完善的控制系统
2 挤出机辅机
由机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置和堆放装置组成
(1)、机头
机头的型孔决定制品断面的形状，不同的制品可更换。 (2)、定型装置 其作用是稳定挤出型材的形状，一般采用冷却式压光法。
4 FRTP管挤出成型工艺
1 挤管工艺
FRTP管的成型条件与普通塑料管工艺基本相似，只是成型温度要提 高10-20℃。
物料在主机内塑化完全后，经虑板、分流器和型孔初步定型，经过 定径套初步冷却定型，进入冷水槽硬化，再经牵引装置引出，定长切断。 成型过程中，不断由模心通入压缩空气，保证管材挤出后的尺寸稳定。
5.2 挤出机主机 一、分类及构造 螺杆式 单螺杆式
普通型
双螺杆式
按工作原理分
无螺杆式 排气式
高速自热型
按排气状况分
分段组合式
造粒挤出机 按用途分 混炼挤出机 超高分子量挤出机 立式挤出机 安装位置分 卧式挤出机
目前用的最广泛的是卧式单螺杆和双螺杆挤出机。
二、单螺杆挤出机（前11-25图）
其基体结构包括
SJSZ系列锥形双螺杆挤出机
2、设备 生产短纤维粒料的主要设备是挤出机和造粒机头，它不需要单独的牵引和切 粒机。 A、挤出机 B、造粒机头 长纤维粒料的造粒是采用冷切法，其原因是不使纤维从粒料中抽出，短 纤维粒料的造粒是采用热切法。因为从机头挤出来的料条中纤维已经很短， 可以不经冷却直接通过造粒机头造粒。构造见P296
e、螺杆转速 同向旋转转速可达 300转/分 双向旋转转速可达 8～50转/分 f、双螺杆的中心距A 0.7～1 Ds （Ds－螺杆外径） 单螺纹、双螺纹、三头螺纹（来复线根数） g、螺杆转向 目前国内多采用双向旋转式，可加工硬度较大的塑料混合料。 h、螺杆与机筒的间隙 0.3～2 mm 小直径螺杆取大值，大直径取小值。（大直径不易变形）
SJ系列单螺杆挤出机
(2)单螺杆排气式挤出机回挤造粒法
• 将长纤维粒料加入到排气单螺杆挤出机中，回挤一次 造粒。如果粒料中挥发物较少，则可用普通挤出机回挤造 粒。 优点： 生产效率高；粒料质地密实，外观质量较好；劳动条 件好，无玻璃纤维飞扬。 缺点： 用长纤维粒料二次加工．树脂老化几率增加；粒料外 观及质量不如双螺杆排气式挤出机造粒好。如果考虑到长 纤维造粒过程；其工序多，劳动生产率低。
界面问题
表面：把物体与空气接触的面叫该物体的表面。
液体表面——液体与饱和了的空气所接触的面。
固体表面——固体与它接触的空气面。
界面：把几个不同相相互交界部分叫“界面”。 界面包括表面，比表面范围大。
3 FRTP挤出成型工艺 定义：
挤出成型需要完成粒料输运、塑化和在压力作用下使熔融物料通 过机头口模获得所要求的断面形状制品。
• 牵引和切粒一般是在一台机器上完成，牵引机构是由 两对牵引辊完成，第一对牵引辊的牵引速度比第二对辊低， 从而保证两道牵引辊之间有一定的张力，防止料条堆积， 但张力不能过大，否则会将料条拉断。 • 切粒是用切刀将料条连续不断地切成所需要长度的粒 料。
冷切造粒机组
本机组主要由塑料挤出机、冷却水槽、刀式吹干机、 切粒机、振动筛五个单元组成，总长约 12米，适用于 PVC， PE等及其它工程塑料造粒。
装
制
品
1.1.3 生产长纤维增强粒料的设备布置工艺形式
4
5 6 3
2
7 1
图11-1
增强粒料设备平面布置简图
图11-2 增强粒料设备立面布置图
1.1.4 机头
3
4 2 1 5
6
玻璃纤维通过型芯中的导纱孔进入机头型腔与熔融的树脂混合。
1.1.4.1 型芯构造形式
分瓣式
套管式
迷宫式
1.1.5 牵引和切粒
1、FRTP粒料生产工艺及设备
• 短纤维增强 FRTP 是将玻璃纤维或其它纤维 ( 长 0.2 一 7mm) 均匀地分布在热塑性树脂基体中的一种复合材料，其 生产工艺一般都要经过造粒和成型两个过程。 • 长纤维：3-13mm ，纤维平行于粒料 • 长度方向排列。
• 增强粒料
•
短 纤 维：0.25-0.5mm,纤维和树脂无规 • 混合 • 长纤维粒料生产的制品其力学性能较高，短纤维粒料则用 于生产形状复杂的薄壁制品。
一般规律是纤维越长，制品强度越高。试验表明，当玻纤长度小于 0.04mm时，纤维不起增强作用。
纤维在制品中的分散状况对制品性能影响较大。一般来讲，纤维分散 越均匀，机械强度和热性能就越好，弹性模量也有明显的增加，所以要保 证纤维尽可能分散均匀。
(3)玻璃纤维表面处理对CM性能影响 玻纤表面处理情况对FRTP性能影响很大。处理后，力学性能有明显的 提高。表11-5。
（1）、加料装置 一般为锥形漏斗，其大小能容纳1小时用料为宜。料斗内装有阀门， 定量计算，卸除余料等装置。
（2）、挤压系统
包括螺杆、机筒、端头多孔板。
a、螺杆 （图11-26）
加料段L1，压缩段L2，均化段L3 (通常螺杆) 分为六段。 其它工艺参
螺槽越来越浅。 图11-27 排气式螺杆 数见 P307
为使粒料沿轴向运动，采取的措施有： 1、提高螺杆的表面光洁度，使其高于机筒表面光洁度。 2、加料段的料筒温度高于螺杆温度（因为粒料熔融前与钢铁的摩擦系数随温 度升高而增大） 3、机筒表面开设纵向槽沟。
在加料段的末端，由于摩擦热的作用，与机筒内壁接触的粒料已达到粘 流温度，并开始熔融。
2 压缩段工作原理
2 纤维含量对FRTP性能的影响
各种树脂品种的FRTP的最佳纤维含量不同。
3 纤维质量对性能的影响
(1)纤维直径对性能的影响 一般来讲，纤维直径越细，强度越高，但有时相差不大，可能是因 为纤维细强度高，但同样含量纤维用在CM中，弱界面也随之增加，加工 过程中纤维磨损严重，强度损失也较大。
(2)纤维长度和分散状态对性能影响
1
机筒
螺杆
5
4
3
2
图11-19 固体物料在螺槽中的熔融过程 1-熔膜；2-熔池；3-迁移面（分界面）；4-熔结的固 体粒；5-未熔结的固体粒子
δ z h D x
t
y
图11-20 螺杆几何构造 (1)正流 (2)逆流 (3)横流
φ
W
e
(4)漏流
作业：1、长纤维的造粒工艺； 2、挤出机螺杆压缩段的功用； 3、纤维质量对FRTP性能的影响。
2 成型条件
见表11-7，P303
3 挤管过程中注意事项
(1)温度高10—20℃； (2)型孔温度比机头温度稍低；
(3)开车时要慢转；
(4)开始时不要加足料； (5)不使制品产生内应力和气泡。
5 挤出成型设备
1 挤出成型机组组成
挤出机主机、辅机和控制系统组成。
1.1 挤出机主机组成 (1)挤压系统 (2)传动系统 (3)加热和冷却系统
（1）双螺杆挤出机的特点
a、由摩擦产生的热量较少； b、物料受到的剪切力比较均匀； c、输出能力较大，挤出量比较稳定； d、机筒可以自动清洗。
MSSJ-30～120/25单螺杆挤出机系列
锥形双螺杆挤出机
移动式挤出机系列（专用型）
平行螺杆积木块
往复式螺纹块
平行积木式螺杆
（2）螺杆的主要参数 a、螺杆直径 45～400mm，国产最大250mm； b、螺杆长径比 一般为7～8，最长可达36； c、螺槽深度 可以取较大的螺槽深度，可以超过0Βιβλιοθήκη Baidu06D d、螺纹厚度 P308计算公式