热塑性塑料挤出造粒实验

热塑性塑料挤出造粒实验

1.实验目的

了解热塑性塑料的挤出工艺过程以及造粒加工过程；

掌握热塑性塑料挤出及造粒加工设备及操作规程。

2.实验原理

2.1 挤出成型工艺原理

挤出成型是热塑性塑料成型加工的重要成型方法之一，热塑性塑料的挤出加工是在挤出机的作用下完成的重要加工过程。在挤出过程中，物料通过料斗进入挤出机的料筒内，挤出机螺杆以固定的转速拖曳料筒内物料向前输送。通常，根据物料在料筒内的变化情况，将整个挤出过程分成三个阶段。

在料筒加料段，在旋转着的螺杆作用下，物料通过料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实。物料在加料段内呈固态向前输送。

物料进入压缩段后由于螺杆螺槽逐渐变浅，以及靠近机头端滤网、分流板和机头的阻力而使所受的压力逐渐升高，进一步被压实；同时，在料筒外加热和螺杆、料筒对物料的混合、剪切作用所产生的内摩擦热的作用下，塑料逐渐升温至粘流温度，开始熔融，大约在压缩段处全部物料熔融为粘流态并形成很高的压力。

物料进入均化段后将进一步塑化和均化，最后螺杆将物料定量、定压地挤入机关。机头中口模是成型部件，物料通过它便获得一定截面的几何形状和尺寸，再通过冷却定型、切断等工序就得到成型制品。

2.2 热塑性高分子材料造粒概述

合成树脂一般为粉末状，粒径较小，松散、易飞扬。为便于成型加工，需将树脂与各种助剂混合塑炼制成颗粒状，这个工序称为造粒。造粒的目的在于进一步使配方均匀，排除树脂颗粒间及颗粒内的空气，使物料被压实到接近制成品的密度，以减少成型过程中的塑化要求，并使成型操作容易完成。

一般造粒后的颗粒料较整齐，且具有固定的形状。颗粒料是塑料成型加工的原料，用颗粒料成型有如下优点：加料方便，不需强制加料器；颗粒料密度比粉末料大，制品质量较好；空气及挥发物含量较少，制品不易产生气泡。造粒工序对于大多数单螺杆挤出机生产塑料挤出制品一般是必须的，而双螺杆挤出机可直接使用捏合好的粉料生产。

热塑性物料的造粒可分冷切法和热切法两大类。冷切法又可分拉片冷切、挤片冷切、挤条冷切等几种；热切法则可分干热切、水下热切、空中热切等几种。造粒的主要设备是混炼式挤出机或塑炼机（开炼机或密炼机）和切粒机。除拉片冷切法用平板切粒机造粒外，其余都是用挤出机造粒。挤出造粒有操作连续，密闭，机械杂质混入少，产量高，劳动强度小，噪音小等优点。

常见树脂适用的造粒方法见表1。无论何方法，均要求粒料颗粒大小均匀，色泽一致，外形尺才不大于3～4mm ，因为如果颗粒尺才过大，成型时加料困难，熔融也慢。造粒后物料形状以球形或药片形较好。

表1 常用树脂适用的造粒方法

注：○—最适宜；△—尚可；╳—不适宜 2.3 本实验主要开展的工作

挤条冷切是热塑性塑料最普遍采用的造粒方法，设备和工艺都较简单，即混合料经挤出机塑化后成圆条状挤出，圆条经风冷或水冷后，通过切粒机切成圆柱形颗粒。本实验采用PP 制品配方料，利用双螺杆挤出机，采用挤出成型工艺挤出圆条状制品，再利用切粒机冷切成圆柱形颗粒。 3.实验仪器及药品 3.1 实验仪器

双螺杆挤出机，南京杰恩特机电有限公司；切粒机；高速混合器；冷却水槽；烘箱等。其中挤出机的组成与结构如简图1所示。

图1. 双螺杆挤出机结构简图

3.2 实验药品

本实验试样采用PP与ABS复合，其参考配方如下：

挤出造粒前需先对原材料进行混合和干燥。

4.实验步骤

4.1 实验前准备

（1）按参考配方设计配方称取物料，利用高速混合器对物料进行混合，将混合好的物料利用烘箱进行烘干处理。

（2）将挤出机、机头、料斗以及切粒机等等清理干净，并安装完毕。将冷却水槽和挤出机冷却水连接好，先通冷却水冷却挤出机进料口。

4.2 挤出工艺参数的确定

（1）挤出机加热温度。挤出机操作温度按五段控制，机身部分三段，机头部分两端。机身：加料段160℃～170℃，压缩段220℃，计量段220℃；机头：机颈：190℃～200℃，口模：190℃～200℃。

（2）螺杆转速。0～40rpm，一般先在较低的转速下运行至稳定，待有熔融的物料从机头挤出后，在继续提高转速。

（3）切粒机转速。0～20rpm，视挤出圆条的速度，逐渐调节。

4.3 测试操作

（1）开始各段预热，待各段加热达到规定温度时、应对机头部分的衔接锁环再次检查，并将其拧紧、准备向挤出机中加入物料。

（2）开动主机，在慢速（10rpm）运转下先少量加pp清洗料，并随时注意转矩、压力显示仪表，待清洗料熔料挤出后，观察其颜色变化，待挤出物无杂质及其他颜色变化时，可加入实验料。

（3）加入实验料后，逐渐提高螺杆转速，同时注意转矩、压力显示仪表。待熔料挤出平稳后，开启切粒机，将挤出圆条通过冷却水槽后慢慢引入切粒机进料口，慢慢调节切粒机转速以与挤出速度匹配。待挤出及切粒过程正常后，正式开启记录对应的转矩值、压力值等工艺参数。

（4）依次改变螺杆转数：10、15、20、25、30rpm。在每个转速下，在稳定挤出情况下，截取3min之挤出物造粒颗粒，分别称量，同时记录其对应的转矩值、压力值。

（5）实验完毕，关闭各测量记录系统及切粒机。逐渐减速停车，趁热立即清理机头、挤出料筒内残留的PP 料，降低挤出机加热温度，用LDPE树脂清理料筒。

5 实验记录

5.1

5.2 实验条件

仪器设备型号、生产厂家：

螺杆长径比：

挤出机加热温度：

螺杆转速：

平稳挤出时的压力:

平稳挤出时的切粒机转速：

5.3 测试结果

（1）画出挤出造粒工艺流程图。

（2）对挤出造粒的颗粒进行性能和外观分析。

6.思考题

1. 挤出机的主要结构由哪几部分组成？

2. 根据物料在料筒内的变化情况，将整个挤出过程分成几个阶段？各个阶段的作用什

么？