挤出模头设计

离膜膨胀又称出口膨胀现象。 原因：受剪切而被迫舒展的高分子链出孔时突然 自由，高弹形变立即得以恢复。
解决：补偿，估计会膨胀多少，然后扣除。如要 做椭圆，采用近长方形模具
聚合物离模膨胀有以下特点。 1）膨胀比β随熔体剪切速率ý 的增大而增大。 2）在剪切速率ý 恒定的情况下，膨胀比β随 模头长径比(L／DA)的增加而减小，在L/DA 超过某一数值时，β趋于一定值。 3）膨胀总是在速度梯度最大的方向上最大， 也就是在截面尺寸最小的方向上最大
压力对黏度的影响
实际挤出过程中，一种聚合物在正常的加工范 围内，增加压力对黏度的影响和降低温度对黏 度的影响具有等效性 换算因子
3剪来自百度文库速率对黏度的影响
PVC和绝大部分塑料熔体都是假塑性流体，熔体 的黏度（表观黏度）都是随着剪切速率的增大 而降低的，即“剪切变稀”。这种“剪切变稀” 现象主要是由于聚合物熔体流动时，剪切力使 高分子发生取向、伸展（缠结点解开）、变形 或分散等，从而使流动阻力减少造成的 剪切速率对聚合物熔体黏度的影响十分强烈， 高剪切速率下的黏度值可能会比低剪切速率下 的黏度值小几个数量级，而不同种类的聚合物 对剪切速率的敏感性也有很大的差异
塑料熔体的粘性流动
低分子流动
聚合物熔体黏性流动及其黏度的数学模型
影响黏性流动的因素
1 温度对黏度的影响 聚合物熔体的流动黏度受温度的影响十分显著， 一般黏度随着温度的升高而降低。 因为当温度升高时聚合物分子的链段活动能力 增加，熔体的“自由体积”也会扩大，所以聚 合物熔体的流动性增大，黏度降低。 不同的聚合物在不同的温度段，不同的剪切速 率和剪切应力范围内，其黏度受温度影响的敏 感程度是不同的
PVC-U模塑料组分对黏度的影响
(1) PVC树脂本身结构的影响 ：分子量M是影 响聚合物流变性能的最主要因素。聚合物熔体 的黏度随分子量Mw的增加而增大 (2) PVC-U模塑料配方的影响 ： （ PVC-U模塑料需
要稳定剂以防止热降解；需要改性剂以改善抗冲击性能；需要
润滑剂和其他加工助剂，以增加流动性、降低加工温度等）这
挤出模头设计的基本要求
6）流道壁表面需要十分光滑 流道壁表面对于聚合物熔体在流道中的挤出 流动状态会产生很大的影响，所以要求流道 壁表面不但要平整光滑，而且要求粗糙度一 致。不能有缺陷，更不能有死角和毛刺，以 至出现挂料现象
挤出模头的基本结构
要实现挤出模头流道的基本要求 方便加工制造
①挤出模头的稳流段常由多孔板和机颈前半段组成， 也有将机颈前半段和后半段分别设计成机颈和机颈 过渡板两块模板。也可以不使用多孔板，而将机颈 前半段流道设计成长圆柱形流道，起稳流作用。 ②挤出模头的分流段从机颈的后半段开始，包括分 流锥、分流支架板和收缩板。收缩板可以不单独分 割成一块模板，而与预成型板一起组成一块模板 （图5-1）。对于开式型材和半开式型材的挤出模头， 没有分流锥也没有分流支架板（图5-3）。 ③挤出模头的成型段涉及的模板有：模腔板（又称 预成型板）、口模板（又称成型板）和型芯（又称 模芯，开式型材没有模芯）。对于较简单的异型材 模头，也有将预成型板与口模板合为一块模板的做 法。
问题？ 异型材的挤出中心?
异型材的挤出中心
异型材的挤出中心即挤出系统中心线与挤出中 的异型材截面的交点 ①选择异型材横截面的重心作为挤出中心 ②选择异型材横截面外形的中心作为挤出中心 ③选择异型材横截面的主要型腔的中心，作为 挤出中心
异型材挤出的方位
异型材挤出方位的选择主要取决于型材牵引夹持 的需要和定型模型腔的型板分块加工的有关要求 异型材牵引几乎都是采用履带式牵引装臵，牵引 力是通过两根履带的橡胶块夹持型材来传递的。 为便于稳定地夹紧型材，又不至于让夹紧力造成 形状还没有完全稳定的异型材有大的变形，要求 异型材在挤出生产线上的上下两个面最好能为平 行面。 这就决定了大部分塑料门窗主型材在挤出生产线 上都是以可视面为上下面，而且，为方便型坯进 入定型模，常让面积较小的一个可视面在下边
影响挤出模头结构设计的主要因素
1 异型材的截面形状 挤出模头流道的复杂程度，主要是由于异型材 截面的复杂情况决定的。 异型材截面上功能块和空腔数目越多，截面形 状就越复杂，挤出模头的流道也会更加复杂。 异型材截面面积的均匀分布，有利于模头中料 流的均匀分流，容易实现均匀挤出。
2 挤出模塑料的配方
挤出模头设计的基本要求
5）要让型材坯料在离开模头之前有足够的纯剪 切流动过程 目的是让料流在纯剪切流动的过程中尽可能 充分地实现弹性松弛，使得在模头流道的前 段熔体弹性效应对出口型坯的影响减至最小 程度。 即模头流道出口前都要有一段足够长的平直 段（或称成型段）。但是，平直段长度也绝 不是越长越好。平直段长，会增大背压，增 加功耗；
PVC-U模塑料熔体的性能，是由其复杂的配方 体系所决定的。模塑料配方不但决定着塑料熔 体的黏度，而且也影响着塑料熔体的弹性效应， 因此是影响挤出模头结构设计的重要因素。 挤出模塑料配方对挤出模头设计的影响，还 可能是这样的情况：对于一个已经实现均匀出 料的挤出模头，这时若模塑料的成分出现波动， 就会改变模塑料的黏弹性状况，破坏原先流道 保证的均匀出料的平衡状态。因此，挤出模头 的结构设计需要对模塑料成分的波动有更好的 适应性，能让均匀出料的平衡状态在型材挤出 过程中保持稳定。
3熔体破裂
聚合物熔体在挤出 过程中，挤出速度 有一个极限值。大 于此极限值时，随 着速度不断增大， 可观察到挤出物光 滑的表面逐步出现 无光、粗糙、结节 以至扭曲等现象这 些现象统称熔体破 裂现象
4 壁滑移
在聚合物熔体流动中熔体黏附于流道的壁面， 对于硬质PVC在超过某一临界剪切应力时，这 些熔体会沿模壁滑移 在挤出模头设计中，让模头的工作点不落到可 能产生壁滑移的流动区域是十分必要的。 拐角处熔体流动就容易出现引起熔体破裂的黏 滑效应或材料滞留现象
挤出模头设计的基本要求
4）流道的变化应尽量平缓 流道壁面曲线应呈流线型，不能有突变。引起 料流方向改变的扩张或收缩角的半角的角度， 一般要求不大于12°。 流道变化的过程，应尽可能做到均匀，或只 是让熔体料流平缓地加速；要避免出现料流 减速的现象。这样做的目的都是为了减轻熔 体料流中的高分子链段可能产生的弹性变形 的程度，使得弹性效应所引起的离模膨胀等 不利影响减至最低，而让熔体破裂等现象产 生的可能性趋于零
3 挤出机的性能
挤出机机型和规格不同，机筒和螺杆的结构 等方面都存在有差异。这些差异会影响被塑 化的模塑料的结构形态，及其所表现出来的 熔体黏弹性性能
4 型材挤出的速度
塑料异型材挤出的速度是挤出模具（包括模头和定型 模）设计的一个十分重要的参数。对于模头来说，随 着挤出速度的提高，熔体剪切速率γ，将提高，体积流 量Q将增加，模头压力降△p将增大。剪切速率γ 的提 高也将改变熔体的黏弹性状况，很明显，分流引起的 拉伸流动会强烈；熔体入口效应、离模膨胀等弹性现 象也都会增强，超过一定界限（临界剪切速率Y。）还 将会出现熔体破裂现象。因此，在较低挤出速度下已 获得平衡（料坯均匀挤出，截面形状正确）的挤出模 头，提高挤出速度后，将可能失去平衡，出现出料不 均现象和型坯形状的畸变
对于推拉窗框型材可以有两种方法来夹持 型材的夹持方法不同，定型模型腔的型板分块 方式会有改变。这对型腔板的加工、水气路的 布臵和定型模的操作影响很大，直接影响到挤 出模具的制造成本和作业稳定性，所以是挤出 模具设计时首先要考虑的问题。
口模截面图 设计
口模截面图（简称为口模图形）是挤出模头流道出口 的截面形状（图5-7），是由挤出模头的型芯（包括 型芯镶件）和口模板（亦称成型板）两种零件构成的。 口模图形确定了型芯（包括内筋）的外形和口模板的 内腔尺寸，是挤出模头上最关键的尺寸。正确的口模 图形是挤出模头设计的基本要求之一。
塑料表观黏度的影响PV C-U挤出模塑料的熔体 黏度，可以减小挤出模头的阻力，降低挤出加 工过程的能耗。 温度少许的波动就可能导致熔体黏度很大的变 化，这对挤出模头的稳定作业是很不利的。 对PVC-U模塑料来说，因为PVC是热敏性树脂， 在考虑加工温度时，还需要特别考虑由热量引 起的热降解问题
2）要让型材坯料均匀地挤出 在模头出口处，料流截面上各部分的平均流 速相等。否则，在同样的牵引速度下，离开 模头后的型坯各部分的形状就会产生不一样 的变化——“稳” 薄壁型材——截面形状复杂——壁厚也并不 完全相等——异型材的各种功能块结构大多 数不是规范的几何形状。 要想获得均匀的流速分布，必须对各部分流 道中的流动阻力进行调整
挤出模头设计的基本要求
1）要有正确的出口截面形状
从模头挤出的异型材型坯的截面形状——不 是产品的最终截面形状——近似 型坯挤出模头后受牵引经过气隙进入定型模 中，其至少还将受到3种不能忽略的作用：离 模膨胀、拉伸变形和冷却收缩，这些作用将 会改变型坯截面的形状和尺寸
挤出模头设计的基本要求
2 离膜膨胀
聚合物熔体挤出物的尺寸和截面形状与挤出口模不同， 有明显的胀大，这一现象被称为巴拉斯( Barus)效应， 又称为离模膨胀(Die Swell)或出口膨胀。 离模膨胀用膨胀比口来表示： ①由于入口效应等原因造成熔体流动收敛，对高分子 链产生拉伸作用，形成可恢复的弹性形变，在挤出模 头中来不及松弛，离开口模后才得以恢复，从而引起 离模膨胀，故又称此为记忆效应，好像是高分子记忆 着入口前的形状。 ②聚合物熔体在模头内剪切流动亦伴随有弹性形变， 由于剪切应力和法向应力差也会使分子链的构象发生 改变，导致弹性形变。在熔体离开口模后，弹性形变 回复，造成离模膨胀。
5 挤出模头的制造工艺
制造工艺强烈地影响着挤出模头的结构设计， 满足同一种异型材挤出成型的流道基本要求， 可以设计出很多种可行的挤出模头结构形式。 模板厚度的选择、分流的结构设计和各分流道 的流量调节方式等都可以有所不同，许多考虑 都是为了能够适应不同的加工制造工艺的要求
挤出模头结构设计
1 异型材在挤出生产线上的坐标位臵 在异型材挤出模头的设计中，首先要考虑的是异型材 在挤出生产线上的坐标位臵 挤出模头安装后，其中心线应该是挤出机的挤出系统 中心线的延长线。因此，确定了挤出型坯（即异型材） 在挤出模头上的坐标，也就确定了异型材在挤出生产 线上的坐标位臵
些添加剂的存在对模塑料的流动性能产生了复 杂的影响。其中以润滑剂的影响最为显著，
聚合物的粘弹性现象——1）入口效应
入口效应(Entry Effect)是指聚合物熔体在通过 截面急剧变化的入口区时，会产生特别大的压 力降即入口压力损失△pE 入口效应被总结为聚合物熔体中弹性的能量储 存，即在流道收缩面大分子沿流线敛集方向， 取向拉伸，以弹性变形能的形式消耗能量。 在PVC-U挤出模头的实践中，一般认为保持 入口半角α小于12°是有利的
5 多层流动
在多股聚合物熔体汇 合形成的多层流动中， 会出现两种现象：囊 包和界面不稳定 囊包现象是指，当两 股熔体并行流动时， 低黏度的熔体总是试 图包围高黏度的熔体。 界面不稳定现象与囊 包现象无直接的关系， 因为在相同材料的合 流共挤出中也会发生 分界面不稳定现象
两层熔流汇合后，流道在二维方向上的变动 （扩张或收缩）会在分界面上产生正应力，这 对分界面有正负两方面的影响。 扩张型流道对不稳定有较强的加剧作用，而收 缩型流道对流动有稳定作用。有经验指出，分 流筋的流出角约8°，对界面稳定最有利
挤出模头设计的基本要求
3）需要产生适当的背压 挤出机螺杆与螺筒之间的模塑料，只有 在一定的压力下才能实现塑化的要求，该 压力称为背压。 背压的大小主要是由模塑料料流通过 模头流道时产生的压力降(△p)所决定 的。背压过低会导致模塑料塑化不良， 不能保证制品的物理性能；而背压高将 消耗更多的动力，过高还可能对设备造 成过度的磨损，甚至损坏 影响背压的因素------