挤出成型基础.
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物料压力
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
固体输送段的功率计算
固体输送段消耗能量较大，占总耗能60%
固体输送段能量消耗：机筒表面、螺杆根径 处表面及螺棱上因摩擦作用而消耗的能量， 压力升高的耗能。
D n L1 fb W Pm ↑
ew ↑
增大螺杆直径、提高螺杆转速、加长固体输送段，提 高机筒加料段的摩擦因素及加宽螺槽宽度，所消耗的 功率增加。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.2.3 压缩段的熔融理论
压缩段的作用：
多长螺杆压缩 段才能完全熔
化塑料？
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
螺槽中物料由固态转化为熔融态的物理过程：
*熔化在固液分界面处发生 *熔融区固体与熔融体共存 *熔融从相变点A开始，固相宽度减小，液相宽
度增大，至B点，固相消失，螺槽充满熔料。
第三章
挤出成型
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.1 概述
3.1.1 挤出成型的基本过程P61 利用螺杆旋转加压方式，连续地将塑化
好的物料从挤出机料筒中输送到一定形状的 口模（机头），使之在熔融状态下成型，然 后通过牵引装置连续地从口模中拉出，并同 时进行冷却定型处理。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
工艺过程
塑
成
化
型
挤机 出头 机口
模
2020/8/28
定型 冷 却
牵 引
切 断
堆 放
定水
牵
径冷
引
装或 置风
装
冷
置
塑料成型工艺学 挤出成型
切 断 装 置
挤出成型类别
塑化方式：
塑化挤出：物料以固态喂入挤出机，通过螺
杆从进料口输送至口模时物料被熔融。
熔体喂料挤出：物料以熔融态喂入挤出机。 固态挤出：物料低于熔点状态被挤出。
连续挤出，由平稳而连续的物料流成型。
非连续挤出，以周期方式操作。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
用途
各种横截面一定，长度连续制品。如管、板、棒 片、丝、薄膜、电线电缆的涂覆、异型材等。
塑料的着色、混炼、塑化、造粒及共混改性等。
挤出+吹胀 挤出吹塑
中空吹塑制品
挤出+拉伸
挤出拉幅
拉伸薄膜
2020/8/28
辅机P64 控制系统
机头（口模） 定型装置 冷却装置 牵引装置 切割装置 堆放或卷取装置
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
二. 主要技术参数
螺杆直径D 长径比L/D 螺杆转速范围 W Q
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.1.3 挤出成型的特点
生产连续化 高效率 应用广 投资少
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.2 单螺杆挤出原理
优质 高产 低消耗
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.2.1 挤出理论的准备知识
一、物料通过挤压系统的运动及物态变化
挤出过程：P67 （普通单螺杆挤出机）
热和压力
固态物料
输送、塑化
粘流态 挤出
挤压系统主 要作用？
2020/8/28
Q与n和H1成正比，与D平方成正比
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
对固体输送方程的讨论
输送角 摩擦因数f
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
输送角
物料受旋转螺杆的推挤作用向前移动，
分解为： 旋转运动+ 轴向水平运动
当螺杆参数一定时，输送角影响生产率。
θ=0时，Q=0，固体塞同螺杆一起转动， 而不沿螺杆轴向前进。
共性问题
模型法
固体输送区 熔融区
熔体输送区
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.2.2 加料段的固体输送理论
基本假设
形成固体塞，充满螺槽；固体间产生磨 擦力，物料与螺杆和机筒表面的摩擦因
素不同。
固体塞整体在旋转螺杆和固定的机
固体输送率Q 筒作用下，向螺杆挤出方向运动。
公式（2-9）、（2-10）P72
机筒表面开设纵向沟槽。
控制螺杆与机筒的温度
高聚物与金属的摩擦因素是温度的函数， 金属温度增加，摩擦因素增加，达到极大值后 又逐渐下降。
如加工PE，调整固体输送段的机筒温度近 110℃ ，（PE与金属的摩擦因素最大）， 螺杆温度为50 ℃（摩擦因素最小）。
螺纹升角φ
最佳螺纹角在17°~20°间，一般设计使螺 杆外径与螺距相等， φ= 17° 41ٰ
全部完成由固态向粘流态转变。
机筒加热，物料与螺杆、机筒表面的磨擦热，靠 近机筒的一层物料首先熔融，到达口模前，物料全部 熔融，达到成型前的物理状态要求。
2020/8横/28 流流动促使熔塑料料成型的工艺搅学 挤拌出成和型混合。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
2020/8/28
螺杆基本职能： 固体输送、熔融和熔体输送
塑料成型工艺学 挤出成型
3.1.2 挤出成型设备
一.挤出成型设备的组成（挤出机组）
挤出生产线一般由挤出机、辅机组成。
挤出机
辅机
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
主机
挤压系统：螺杆+料筒，关键部分
传动装置：带动螺杆转动
加热冷却系统：温度控制
挤压系统
2020/8/28
加热冷却 系统
塑料成型工艺学 挤出成传型 动系统
普通螺杆三个区段： 加料段、压缩段和计量段
物料运动和状态变化 ： 固体输送区 熔融区 熔体输送区
塑料成型工艺学 挤出成型
二、螺杆的几何参数
主要参数： 螺杆直径D、长径比L/D、螺槽深度H1和H3、螺距S、 螺槽轴向2020宽/8/28度B、螺纹头数塑料I成、型工螺艺学棱挤出轴成型向宽度e
三、挤出理论的研究方法过螺杆的挤出过程分析：
包括输送、熔融和混合的复杂过程。
沿螺杆长度方向上物料的压力上升。
螺杆旋转，物料与螺杆、机筒表面相对运动，形 成磨擦作用，物料被强行向前输送 ；从加料斗到机筒 出口方向，螺杆容积变小，物料从大容积空间强行走 向小容积空间 ；螺杆前端安装分流板等阻力元件。 压力上升，有利于压实物料，排出气体，改善热传导， 加速熔融；物料进入口模成型时，仍有压力存在，使 制品密实，提高光洁度等。
θ ↑ 时，Q ↑ 。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
摩擦因数f
固体塞与螺杆的摩擦因素减小，与机筒的摩 擦因素增加，可提高固体输送率。
物料与螺杆间摩擦力＜物料与料筒间摩擦力，
物料才沿轴向前进。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
控制螺杆与机筒的表面加工。
提高螺杆表 面光洁度，涂聚四氟乙烯树脂
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
固体输送段的功率计算
固体输送段消耗能量较大，占总耗能60%
固体输送段能量消耗：机筒表面、螺杆根径 处表面及螺棱上因摩擦作用而消耗的能量， 压力升高的耗能。
D n L1 fb W Pm ↑
ew ↑
增大螺杆直径、提高螺杆转速、加长固体输送段，提 高机筒加料段的摩擦因素及加宽螺槽宽度，所消耗的 功率增加。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.2.3 压缩段的熔融理论
压缩段的作用：
多长螺杆压缩 段才能完全熔
化塑料？
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
螺槽中物料由固态转化为熔融态的物理过程：
*熔化在固液分界面处发生 *熔融区固体与熔融体共存 *熔融从相变点A开始，固相宽度减小，液相宽
度增大，至B点，固相消失，螺槽充满熔料。
第三章
挤出成型
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.1 概述
3.1.1 挤出成型的基本过程P61 利用螺杆旋转加压方式，连续地将塑化
好的物料从挤出机料筒中输送到一定形状的 口模（机头），使之在熔融状态下成型，然 后通过牵引装置连续地从口模中拉出，并同 时进行冷却定型处理。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
工艺过程
塑
成
化
型
挤机 出头 机口
模
2020/8/28
定型 冷 却
牵 引
切 断
堆 放
定水
牵
径冷
引
装或 置风
装
冷
置
塑料成型工艺学 挤出成型
切 断 装 置
挤出成型类别
塑化方式：
塑化挤出：物料以固态喂入挤出机，通过螺
杆从进料口输送至口模时物料被熔融。
熔体喂料挤出：物料以熔融态喂入挤出机。 固态挤出：物料低于熔点状态被挤出。
连续挤出，由平稳而连续的物料流成型。
非连续挤出，以周期方式操作。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
用途
各种横截面一定，长度连续制品。如管、板、棒 片、丝、薄膜、电线电缆的涂覆、异型材等。
塑料的着色、混炼、塑化、造粒及共混改性等。
挤出+吹胀 挤出吹塑
中空吹塑制品
挤出+拉伸
挤出拉幅
拉伸薄膜
2020/8/28
辅机P64 控制系统
机头（口模） 定型装置 冷却装置 牵引装置 切割装置 堆放或卷取装置
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
二. 主要技术参数
螺杆直径D 长径比L/D 螺杆转速范围 W Q
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.1.3 挤出成型的特点
生产连续化 高效率 应用广 投资少
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.2 单螺杆挤出原理
优质 高产 低消耗
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.2.1 挤出理论的准备知识
一、物料通过挤压系统的运动及物态变化
挤出过程：P67 （普通单螺杆挤出机）
热和压力
固态物料
输送、塑化
粘流态 挤出
挤压系统主 要作用？
2020/8/28
Q与n和H1成正比，与D平方成正比
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
对固体输送方程的讨论
输送角 摩擦因数f
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
输送角
物料受旋转螺杆的推挤作用向前移动，
分解为： 旋转运动+ 轴向水平运动
当螺杆参数一定时，输送角影响生产率。
θ=0时，Q=0，固体塞同螺杆一起转动， 而不沿螺杆轴向前进。
共性问题
模型法
固体输送区 熔融区
熔体输送区
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
3.2.2 加料段的固体输送理论
基本假设
形成固体塞，充满螺槽；固体间产生磨 擦力，物料与螺杆和机筒表面的摩擦因
素不同。
固体塞整体在旋转螺杆和固定的机
固体输送率Q 筒作用下，向螺杆挤出方向运动。
公式（2-9）、（2-10）P72
机筒表面开设纵向沟槽。
控制螺杆与机筒的温度
高聚物与金属的摩擦因素是温度的函数， 金属温度增加，摩擦因素增加，达到极大值后 又逐渐下降。
如加工PE，调整固体输送段的机筒温度近 110℃ ，（PE与金属的摩擦因素最大）， 螺杆温度为50 ℃（摩擦因素最小）。
螺纹升角φ
最佳螺纹角在17°~20°间，一般设计使螺 杆外径与螺距相等， φ= 17° 41ٰ
全部完成由固态向粘流态转变。
机筒加热，物料与螺杆、机筒表面的磨擦热，靠 近机筒的一层物料首先熔融，到达口模前，物料全部 熔融，达到成型前的物理状态要求。
2020/8横/28 流流动促使熔塑料料成型的工艺搅学 挤拌出成和型混合。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
2020/8/28
螺杆基本职能： 固体输送、熔融和熔体输送
塑料成型工艺学 挤出成型
3.1.2 挤出成型设备
一.挤出成型设备的组成（挤出机组）
挤出生产线一般由挤出机、辅机组成。
挤出机
辅机
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
主机
挤压系统：螺杆+料筒，关键部分
传动装置：带动螺杆转动
加热冷却系统：温度控制
挤压系统
2020/8/28
加热冷却 系统
塑料成型工艺学 挤出成传型 动系统
普通螺杆三个区段： 加料段、压缩段和计量段
物料运动和状态变化 ： 固体输送区 熔融区 熔体输送区
塑料成型工艺学 挤出成型
二、螺杆的几何参数
主要参数： 螺杆直径D、长径比L/D、螺槽深度H1和H3、螺距S、 螺槽轴向2020宽/8/28度B、螺纹头数塑料I成、型工螺艺学棱挤出轴成型向宽度e
三、挤出理论的研究方法过螺杆的挤出过程分析：
包括输送、熔融和混合的复杂过程。
沿螺杆长度方向上物料的压力上升。
螺杆旋转，物料与螺杆、机筒表面相对运动，形 成磨擦作用，物料被强行向前输送 ；从加料斗到机筒 出口方向，螺杆容积变小，物料从大容积空间强行走 向小容积空间 ；螺杆前端安装分流板等阻力元件。 压力上升，有利于压实物料，排出气体，改善热传导， 加速熔融；物料进入口模成型时，仍有压力存在，使 制品密实，提高光洁度等。
θ ↑ 时，Q ↑ 。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
摩擦因数f
固体塞与螺杆的摩擦因素减小，与机筒的摩 擦因素增加，可提高固体输送率。
物料与螺杆间摩擦力＜物料与料筒间摩擦力，
物料才沿轴向前进。
2020/8/28
塑料成型工艺学 挤出成型
控制螺杆与机筒的表面加工。
提高螺杆表 面光洁度，涂聚四氟乙烯树脂