塑料挤出成型

第一节 挤出成型概论
第一节 挤出成型概论
二、塑料工业中的单螺杆挤出机
θ
加料段
压缩段
计量段
螺杆几何参数
1. 2. 3.
4.
5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
螺杆直径 螺杆长度 螺杆长径比 加料段长度及其螺槽深度 压缩段长度及其螺槽深度 计量段长度及其螺槽深度 几何压缩比 螺纹升角 螺间距 螺棱宽度 螺杆头部形状

切割设备
切割设备
管材成型用设备

卷取设备——用于软管
管材成型用设备

扩口装置
管材成型用设备
管材成型用设备
管材成型用设备
管材成型用设备
挤管操作规程
①挤出设备的预热：开机时的料筒、机头和口模 温度一般应比正常操作温度高10～20℃，口模 处的温度应略低，以利消除管材中的气泡，防 止挤出时管材因自重而下垂，温度过低又将影 响挤出速度及制品的光泽。 ②螺杆转速的调整： 螺杆转速应由零缓慢增加至预定挤出量。 ③校验同心度： 调整管材、定径套、冷却器之间的同心度； ④进入牵引机： 由引管或靠人工将管坯引入牵引机，牵引速度 也应由慢到快，直至达到规定的速度。
直角式
① 大小口径的管材均适用
② 机头结构较复杂
③ 无分流器支架、无熔接 痕
④ 定型段长度可以较短
偏置式
① 大、小口径的管材 均可适用 ② 机头结构较复杂 ③ 没有分流器支架， 没有熔结痕 ④ 心轴易加热、定型 段较短
两层共挤机头
三层共挤机头
管材成型用设备
定型装置：外径定型和内径定型 种类 ① 真空定径：管外抽真空使管材外表面吸附在定型 套内壁冷却定型； ② 内压定径：管内加压缩空气，使管材外表面贴附 在定型套内表面冷却定型； ③ 顶出法：不用牵引设备、直接将管材顶出成型的 方法，其芯模平直部分比口模长约10～50mm； ④ 内径定型：在具有很小锥度的芯模延长轴内通冷 却水，靠其外径确定管材内径并冷却定型，常用 于直角机头和侧向式机头。
四、双螺杆挤出机
锥形异向非啮合双螺杆挤出机
非啮合双螺杆挤出机的特点




非啮合双螺杆挤出机是两螺杆间的中心距大于 两螺杆半径之和的双螺杆挤出机 非啮合双螺杆挤出机物料输送特性和单螺杆类 似，其行为恰如两台单螺杆挤出机，但挤出量 小于单螺杆挤出机的两倍，且存在物料从一螺 杆交换至另一螺杆的可能性； 正向输送特性小于单螺杆，所以混合性能较好， 主要用于混合、排气、化学反应 不适合用于型材的挤出。
第五章
塑料挤出成型
第一节 挤出成型概论
一、概述 1.定义： 挤出机中通过加热、加压而使塑料以流 动状态通过口模成型的方法 2.挤出生产线的组成： 主机：将塑料熔融并挤出的挤出机 辅机：机头、口模、冷却系统、牵引系 统和卷取系统或切割系统。
挤出生产线举例——薄膜
挤出生产线举例——薄膜
挤出生产线举例Βιβλιοθήκη Baidu—管材
啮合双螺杆挤出机的特点



全啮合封闭的异向旋转双螺杆挤出机中 物料基本处于正位移输送状态，停留时 间分布函数曲线很窄，近于塞流分布； 螺槽封闭，又使物料无相互间的交换； 又由于螺杆异向旋转，对物料提供的剪 切力也较小，故混合效果较差 全啮合型转速低，可用于挤出制品；而 纵横向均有间隙型的双螺杆挤出机，转 速可提高，可用于配混用途。
挤出工艺过程
2.压力： 适当提高压力可提高挤出熔体混合均匀性和稳 定性，使制品致密，可通过机头上设置的多孔 板、过滤网来调节压力； 过高的机头压力导致较低的挤出量。 3.螺杆转速 转速↑，剪切作用↑，η↓，产量↑，有利于 混合和塑化，但功率消耗↑。 三、冷却与定型 四、牵引与切割 五、后处理
（一）塑料管材的挤出成型
（一）塑料管材的挤出成型
（一）塑料管材的挤出成型
（一）塑料管材的挤出成型
（一）塑料管材的挤出成型
塑料管材挤出工艺流程 1.原料的预处理 2.挤出成型 3.后处理 4.检验入库

1.原料的预处理

干燥 计量 配混 计量 上料
2.挤出成型

塑料熔融挤出 机头成型 定径套定型 冷却 牵引
3.后处理

印刷 切割 扩口
4.检验入库

检验 入库
管材成型用塑料种类


PE PP PVC ABS PA PTFE等
管材成型用设备
挤出机 ① 类型：单螺杆挤出机或双螺杆挤出机 ② 大小：管材与螺杆横截面积之比 PVC粒料：0.25~0.4 流动性好的塑料品种：0.35~0.4 流动性差的塑料品种：0.25~0.3 注：仅适用于单螺杆挤出机。
内压法定径
真空法外定径
真空定型
真空定型
管材成型用设备
① ②
冷却 水槽 喷淋水箱
冷却喷淋水箱
管材成型用设备
① ②
牵引装置 滑轮式； 履带式（适用于大口径、薄壁管材）
履带式牵引机
履带式牵引机
管材成型用设备
切割 ① 自动圆锯切割机 ② 行星式自动切割机 注：切割装置应该在切割时能够随管 材一起移动，切割完成后应能返 回原位
挤管工艺参数的控制

②



温度控制 螺杆温度 降低螺杆温度可以提高产量； 对于热敏性材料降低螺杆温度可以防止螺杆因摩 擦热升温过高引起管材内壁毛糙 适当降低螺杆温度可使塑料塑化良好，管材内壁 的光洁度好； 但螺杆温度过低，物料的反压力增加，产量会大 幅度地降低，甚至会发生物料挤不出而造成螺杆、 轴承损坏等事故； 螺杆冷却时应控制出水温度不低于70～80℃。
管材 薄膜（挤出、流延） 板材 扁丝
挤出工艺过程
一、原料干燥 使水分含量在0.5%以下。 二、挤出成型 挤出过程工艺控制要点： 1.温度（来自加热和摩擦热） 提高温度有利于降低粘度、提高产量； 过高的温度导致挤出物形状稳定性差、制品收 缩率大、制品发黄、有气泡等质量问题； 料温低，塑化质量差、产量低、功率消耗大。
第一节 挤出成型概论
三、塑料在挤出机中的状态及流动 1.物料在挤出机中的运动变化过程 加料段：进入机的塑料随着螺杆的旋转被螺纹 强制地向机头方向推进并建立压力； 压缩段：随着螺槽深度变浅，塑料在此段被压 实并将物料间的气体从加料口排出； 同时物料在此段也逐渐熔化； 计量段：塑化后的物料在此段进一步被剪切、 混合、均化后挤出； 机头：挤出机挤出的熔体经过滤网、多孔板、 机头后经冷却定型后得制品。

分类 1.啮合式 ① 啮合式同向旋转双螺杆挤出机 ② 啮合式异向旋转双螺杆挤出机 2.非啮合式 ① 非啮合式同向旋转双螺杆挤出机 ② 非啮合式异向旋转双螺杆挤出机（未用）
四、双螺杆挤出机

双螺杆挤出机的结构
啮 合 式 异 向 旋 转 双 螺 杆 挤 出 机
四、双螺杆挤出机

双螺杆挤出机的结构
啮 合 式 异 向 旋 转 双 螺 杆 挤 出 机
计量段计算结果分析
Q = AN - BΔP/η
计量段螺槽深度与螺杆特性间的关系：
1.深度大：螺杆特性软
2.深度小：螺杆特性硬
螺杆与口模的关系
螺杆与口模的关系
螺杆：Q = AN - BΔP/η
口模：Q = ｋΔP/η
螺杆与口模的关系
螺杆与口模的关系
料温线 塑化质量线
最低产量线
新型螺杆
四、双螺杆挤出机

尽量减小螺杆和塑料间的摩擦系数 尽量增大机筒和塑料间的摩擦系数 选用最佳螺纹升角（升角有增大趋势）
固体塞理论结果讨论
熔融段第一段：延迟区
熔融段第一段：延迟区
熔融段第二区：熔池区
熔融段第三区：环流区
特 点 ： 出 现 下 熔 膜
熔融段第四区：固相破碎区
计量段：熔体输送区
计量段：熔体输送区
挤出生产线举例——管材
挤出生产线举例——管材
五层共挤片材生产线
扁丝生产线
第一节 挤出成型概论
一、概述 3.主要原料： 几乎所有的热塑性塑料都可挤出成型 4.主要产品 成品：管材、薄膜、板材（或片材）、棒材、 丝、异型材、电线电缆等； 半成品：为其它工艺提供塑化的物料 对材料进行改性

挤管用挤出机举例
挤管用挤出机举例
挤管用挤出机举例
挤管用挤出机举例
管材成型用设备

挤管机头 直通式； 直角式； 偏置式 。
直通式
① 结构简单、制造容易、 成本低，料流阻力小
② 适用于生产中、小口 径管材； ③ 采用外径定径、芯模 加热困难及定型段长
④ 由分流器支架产生的 熔合纹较难消除
四、双螺杆挤出机

双螺杆挤出机的结构
啮 合 式 锥 形 异 向 旋 转 双 螺 杆 挤 出 机
四、双螺杆挤出机

双螺杆挤出机的结构
啮合式锥形异向旋转双螺杆挤出机
啮合异向锥形双螺杆挤出机


螺杆为锥形，相互啮合且旋转方向相反 螺距或螺槽深度分为渐变和不变型； 对物料的正向输送作用较好，当螺杆间 间隙设计合理时，还可以有较好的剪切 塑化作用，有利于获得塑化均匀的熔体 压缩比较大，对熔体有较好的压密作用 温度调节性能较好，并且螺杆特性曲线 较硬，可以用于热敏性物料的加工。
挤管操作规程
⑤工艺参数的调节： 开车后不断调节工艺参数至管材符合相应 的质量要求； ⑥管材质量检验： 操作人员及检验人员依据国家标准或客户 标准对产品进行检测； ⑦注意生产过程中的问题 对于易产生内应力的管材应保持冷却水一 定的水温
挤管工艺参数的控制
①


温度控制 挤出机温度控制 制品的具体配方； 挤出机的型号； 机头结构； 螺杆转速； 设备温控系统的误差。
第一节 挤出成型概论
一、概述 6.挤出机的种类 螺杆式挤出机 柱塞式挤出机 7.挤出用物料的种类 干法 湿法 8、挤出成型发展趋势 大型化、高速化、自动化。
第一节 挤出成型概论
二、塑料工业中的单螺杆挤出机
挤压系统
传动系统
加热冷却及 控制系统
第一节 挤出成型概论
二、塑料工业中的单螺杆挤出机
加料段（固体输送）
加料段第一阶段流动模型
结果分析： 螺槽中物料运动速度分布曲线
结果分析： 机筒与塑料摩擦系数对产量影响
结果分析： 螺杆与塑料摩擦系数对产量影响
结果分析： 螺槽深度对产量影响
结果分析： 螺纹升角对产量影响
结果分析： 机筒与塑料摩擦系数对压力影响
加料段第二阶段流动模型
固体塞理论结果讨论
单螺杆和双螺杆挤出机的区别



单螺杆挤出机中物料输送是拖曳机理， 而双螺杆挤出机是正向位移型输送； 单螺杆挤出机中物料的速度场是明确的， 而双螺杆挤出机中流动场很复杂； 双螺杆挤出机流场复杂导致混合充分、 热传递良好、熔融能力大、排气良好、 物料的温度均匀性好。
五、典型制品的挤出成型工艺

四、双螺杆挤出机

双螺杆挤出机的结构
啮合异向双螺杆挤出机特点



两螺杆螺槽间的间隙较小，具有研磨型啮合 作用，可实现较正向的输送特性； 螺杆间隙设计较小时，允许的螺杆转速较小 （20~40r/min），正向输送特性好，主要应 用于型材挤出； 螺杆间隙设计较大时，允许的螺杆转速较高 （100~200r/min），正向输送特性小，主要 用于配混、连续化学反应及特种聚合物加工。
四、双螺杆挤出机
啮 合 式 同 向 旋 转 双 螺 杆 挤 出 机
啮合同向双螺杆挤出机特点


可分为低速型和高速型两种； 低速型啮合同向双螺杆挤出机的正向输送特性 较好，物料停留时间短，混合效果一般，主要 用于型材挤出，如紧密啮合型同向双螺杆挤出 机； 高速型啮合同向双螺杆挤出机正向输送特性稍 差，停留时间分布宽，挤出量不稳，主要用于 特种聚合物的加工操作，如配混、改性等，如 自洁型双螺杆挤出机，速度最高可达600r/min。
挤管工艺参数的控制
③

温度控制 冷却水温度 在塑料管材挤出过程中，冷却水的温度 控制对管材质量有直接的影响。如果水 温较高时，可用过冷却水，以增强冷却 效果 ； 对于易产生内应力的管件应控制冷却水 的温度。
挤管工艺参数的控制

①

②
速度控制 螺杆转速 提高螺杆转速可提高产量； 单纯提高螺杆转速会造成塑料塑化不良， 管材内壁毛糙，管材强度下降。 牵引机速度 牵引机的速度一般稍快于挤出速度 可以通过调节牵引速度微调管材的壁厚。
第一节 挤出成型概论
一、概述 5.挤出成型的特点 设备制造容易，投资少，产品质量高； 设备自动化程度高，生产连续，效率高； 生产操作简单，工艺控制容易，劳动强度低； 设备适用于大多数的热塑性塑料和部分热固性 塑料，并且只要更换生产线辅机，就可以生产 出不同的制品或半成品； 生产线的占地面积小，且生产环境清洁