第六章 挤出成型2.

2.螺旋角（）
螺纹与螺杆横断面的夹角。
随增大，挤出机的生产能力提高，但剪切作用 和挤压力减小
通常在10～30〫之间。
等距螺杆：螺距等于直径， ＝17 〫41’
3.压缩比
螺杆加料段最初一个螺槽容积与均化段最后一个螺 槽容积之比。 表示塑料通过螺杆全长范围时被压缩的倍数。压缩比愈 大，塑料受到的挤压作用愈大 螺槽浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有利于 料筒壁和物料间的传热，物料混合和塑化的效率高，但 生产率降低。 螺槽深时，情况相反。 因此，热敏性塑料，宜用深螺槽螺杆（如PVC）； 熔体粘度高，热稳定性较高的塑料，宜用浅螺槽螺杆
（如PA）。
4.螺杆各段的功能
物料沿螺杆前移时，经历着温度、压力、粘度等的 变化，这种变化在螺杆全长范围内是不同的，根据物料 的变化特征，将螺杆分为以下三段：
① 加（送）料段
将料斗供给的料送往压缩段。
塑料在移动过程中，一般保持固体状态，由于受热 而部分熔化。
挤出结晶聚合物最长，硬性无定形聚合物次之，软 性无定形聚合物最短。 螺槽容积可以保持不变。
传动部分采用整流子电动机、直流电动机 等装置达到无级变速。 螺杆转速为：10～100转/分钟。 设有良好的润滑系统和迅速制动的装置。
四.加料装置
供料一般采用粒料、粉料和带状料等几种。
装料设备通常使用锥形加料斗，其容积至 少能容纳1小时的用料。
料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流。 侧面有视孔和标定计量的装置。 有些料斗带有减压或加热装置、搅拌器、自动上 料或加料装置。
物料受到挤压：压缩比的作用 物料受热：料筒加热+摩擦热
逐渐熔化
(1)熔化过程
相互粘结固体粒子
压缩
紧密堆砌的固体床
料筒热+摩擦热
熔化
当熔膜的厚度大 于料筒与螺棱间隙时， 熔膜被旋转的螺棱刮 下并汇集于熔池。 同时，固体床又 以一定的速度沿Y方向 移向相迁移面，加以 补充形成新的熔膜。
（2）相迁移面
表示螺杆结构特征的基本参数有直径、长 径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺 杆与料筒的间隙等。
1.螺杆的直径（D）长径比（ L/D ） ① 螺杆直径（D）
根据所制制品的形状、大小及需要的生产 率来决定的。
一般45～150mm，螺杆直径增大，加工能 力提高，挤出机的生产率与螺杆直径D的平方 成正比。
挤压系统—心脏 单螺杆挤出机 加热、冷却系统
传动与控制系统
单螺杆挤出机基本结构
一、挤压系统的组成及作用
1、组成—加料装置、料筒、螺杆、机头、口模等

连续稳定地运输（固体、熔体） 熔融、塑化（固体→熔体） 混合、均化（温度、组成分布均匀） 增压—有利于排气、传热，使制品密实
二、螺杆结构参数
产品品种：管、棒、板、丝、膜、异型材等
应用领域：石油、天然气输送、建材、服装等

设备投资少 生产技术容易掌握
二、挤出成型设备
主机部分
以螺杆挤出机为主
挤出成型设备
辅机部分
口模以后的部分
1. 主机、辅机速度
控制系统
匹配； 2. 控温精度保证
第一节 单螺杆挤出机基本结构及作用
挤出设备一般是由挤出机、机头和口模、 辅机等几部分组成的。
机头与挤出机的关系
典型结构
直通式挤管机头
1-芯棒 2-口模 3-调节螺钉 4-分流支架 5-分流器 6-加热器 7-机头体
典型结构
结构类型
结构类型
多层薄膜吹塑机头
a)模内复合 b)模外复合 1-外层树脂入口 2-内层树脂入口 3-压缩空气进口 4-调节螺钉
结构类型
旋转机头
1-芯模 2-口模 3-齿轮 4-空心轴 5-外模支撑体 6-机头螺旋体 7-螺旋 套 8-绝缘环 9-铜环 10-碳刷 11-铜环的输电结构
② 压缩段（迁移段、过渡段）
压实物料，使物料由固体转为熔融体，并排除物料 中的空气。
为适应将物料压实，将气体推回加料段和物料熔化 时体积减小等特点，本段应对塑料产生较大的剪切作用 和压缩，通常使螺槽容积逐渐缩减，缩减的程度由塑料 的压缩率决定。
③ 均化段（计量段）
将熔融的物料，定容（定量）定压地送入机头使其 在口模中成型。
轴向水平运动↑
提高轴向水平运动：

螺杆表面光洁度↑；

螺杆中心通冷却水—物料与螺杆表面的摩擦力↓；
料筒内壁光滑↓；


加料段特设纵向沟槽—物料与料筒表面切向摩擦力↑；
2、熔化理论(塑料的熔化过程)
塑料在压缩段从固体状态变成完全熔化状态，同时受到压缩作 用。在该段，物料温升快，物料内摩擦作用大，压缩作用大。 在压缩段塑料由固相→液相转变—相迁移段

3、熔体输送理论

均化段物料是均一的粘流状态，它关系到挤出产量和质量，对该 段主要研究物料的流动—拖曳流动。 螺杆旋转时，由于推挤 作用，塑料沿Z 方向移动， 但由于机头回压，塑料又
有反压流动，使均化段料
流复杂，一般认为，物料 在均化段有四种流动，即
正流、逆流、横流、漏流，
挤出流量是这四种流动的 总和。
Da qm 0.06 A n cos
4、按粘性流体流动理论计算 把挤出机内的物料当粘性流体，把物料的运动看 成是粘性流体流动，来计算生产能力。
均化段熔体的流率：
QV=QV，D-(QV，P+QV，L)
几个假设： 熔体的流动是层流，属于牛顿流动
熔体的温度没有变化，其小度也不变
螺槽容积恒定不变。 为避免物料因滞留在螺杆头端面死角处引起分解， 螺杆头部常设计成锥形或半圆形。 有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体，称为“鱼 雷头”，但也有刻上凹槽或铣刻成花纹的。 鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动脉冲现象的 作用，并能增大物料的压力，降低料层厚度，改善加热 状况，且能进一步提高螺杆塑化效率。
熔化区内固体相和熔体相界面称为相迁移面。熔 化发生在相迁移面上。
（3）熔化长度
从熔化开始到固 体床的宽度降为零为止 的螺槽总长。熔化速度 越高，熔化长度越短。
(4)模型假设

挤出过程是稳定的 固体床是均匀的连续体 塑料的熔融温度范围很窄
(5)熔化理论可归结为

熔化物料的热源:料筒加热+熔膜内摩擦热 这些热量通过熔膜传导到相迁移面 固体粒子在分界面上熔化 沿螺槽深度方向物料的温度分布和速度分布为：
动态变化： 在螺杆和料筒间沿螺槽向前流动。 挤出过程中有：
T、P、η的变化；
化学结构和物理结构的变化。
一、挤出过程和螺杆各段的职能：
塑料在挤出过程中，在螺杆全程中的形变特点和流动情 况是不同的。把塑料在挤出机内的流动沿螺杆往机头方向分三 段来讨论。 加料段：固体输送区，物料形变很小； 压缩段：熔融区，物料压缩形变大，熔融流动次要； 均化段：熔体输送区，熔融流动是主要的。
(1)正流 是物料沿螺槽方向(Z方向) 向机头口模的流动，是均化 段熔体流动的主流，体积流 率以QV，D表示。 (2) 逆流 是物料沿螺槽方向(-Z方向)向 加料口的流动，是受机头、口模 阻力造成的反压流动，体积流率 以QV，P表示。
(3)横流 粘流态物料在螺槽与料筒之 间，沿垂直于水平方向的环流， 是由于螺杆的螺旋状推挤作用造 成的，体积流率QV，T表示
三、单螺杆挤出机生产能力的计算
1、实测法 在挤出机上测定制品从机头口模挤出的线速度， 由此来确定产量，准确直观，但不通用。
qm 60 v G a
2、按经验公式计算 对挤出机生产能力进行多次实际调查、实测， 并分析总结而得，不全面。
qm D n
3
3、按固体输送理论计算 把挤出机内的物料看成是 一个固体塞子，把物料的运 动看成象螺母在螺杆上移动。
第六章
口模成型
概 述
一、挤出成型工艺及其特点
1、挤出成型工艺

管材 片材 板材 吹塑薄膜 电线电缆包覆 纺丝
挤出成型工艺流程
挤出机
口
模
定型装置
收集装置 卷取装置 切割装置
牵引装置
冷却装置
一、挤出成型工艺及其特点
2、挤出成型的特点

生产效率高—连续操作
适用范围广，产品品种多 原料体系：塑料、橡胶、纤维
p

A和B只与螺杆的结构尺寸有关。
如果考虑熔体的非牛顿性，若略去漏流项QV,L,得到：
qV
2 D2 nH sin cos
2

DH m2 sin m1
(m 2)2m1
P K L
m
(2)
比较(1)、(2)两式可以看出，第一项完全相同，第 二项不同，说明聚合物熔体的流变性能与逆流项有关。
qV K
P

这是通过原点的直线方程。 如果口模尺寸不同，K值不同， 斜率不同，可以作出一系列直 线—口模特性曲线。
螺杆特性曲线与 口模特性曲线的交点 是挤出机的综合操作 点。
利用这种图，可 以求出指定挤出机在 不同转速下，配合不 同的机头口模时的挤 出量。
五、挤出流率的影响因素 1、机头压力P与流率qV的关系
② 长径比（L/D） 螺杆工作部分有效长度与直径之比。
通常为18～25。
L/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混 合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机 的生产能力。
L/D大，螺杆适应能力强，能用于多种塑料的挤 出。
但L/D过大，使塑料受热时间增长而降解；
螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，引起料筒与 螺杆间擦伤，使制造加工困难，增大功率消耗。 过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。
此段的螺槽宽度与深度之比>10
根据：物料在螺杆中的速度分布；螺杆的几何 尺寸；熔体在管道中的流动方程式。 计算：三种流动的流率：
qV
2 D 2 nH sin cos
2
DH 3 sin 2 p 2 D 2 3 tgp (1) 12L 12EL
简化得：
qV An B
(4)漏流 塑料熔体在螺杆与料筒的间隙 中流动，是沿螺杆轴向的流动，是 由于机头、口模的反压造成的，体 积流率QV,L表示
熔体在均化段作组流动，挤出量QV是上述四种流 动综合的结果。 如果忽略环流(QV，T)的影响，则均化段熔体的输 送量(流率)为：
QV=QV，D-(QV，P+QV，L)
与螺杆的结构参数、T、P、η 有关。 宏观上看只有物料沿螺杆螺槽的轨迹运动。
七、挤出机的辅助设备
1.原料输送、干燥等预处理设备； 2.定型和冷却设备，如定型装置、水冷却装 置、空气冷却装置； 3.用于连续地、平稳地将制品接出的可调速牵 引装置； 4.成品切断和辊卷装置； 5.控制设备等。
第三节
挤出成型原理
热塑性塑料在挤出过程中的变化： 静态变化：
固体 弹Байду номын сангаас体 粘流(熔融)体的形变
四、螺杆和机头(口模)的特性曲线
螺杆特性曲线：
qV An B 由式： P

A、B为常数，η与温度有关。给定挤出机，在等温条件 下操作，用不同的螺杆速率n,可作Qv-p坐标图，得一系 列具有负斜率的平行直线-螺杆特性曲线。
而塑料熔体通过机头和口模时的体积流率，可以根据牛顿 流体在简单圆管中的流动方程来表示：
五.料筒
挤出机的主要部件之一。
为一金属圆筒，一般用耐温耐压、强度较 高、坚固耐磨、耐腐的合金钢或内衬合金钢的 复合钢筒制成。 塑料的塑化和加压过程都在其中进行。 外部设有分区加热和冷却装置。 加热：电阻、电感或其它方式。 冷却：风冷或水冷。
六.机头和口模
机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体转变为平 行直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并将熔体均匀而 平稳地导入口模，赋予必要的成型压力，使塑料易于成 型和取得制品密实。 口模为具有一定截面形状的通道，塑料熔体在口模 中流动时取得所需形状，并被口模外的定型装置和冷却 系统冷却硬化而成型。
5.螺杆的结构形式
①渐变型：等距不等深
②渐变型：等深不等距
③突变型
④鱼雷头螺杆
5.2.1 螺杆挤出机
三、传动装置
带动螺杆转动的部分。通常由电动机、 减速箱和轴承等组成。 在挤出过程中，要求螺杆转速稳定，不 随螺杆负荷的变化而变化，以保证制品质量 均匀一致。 但在不同的场合下，又要求螺杆能变速， 以达到一台设备能适应挤出不同塑料或不同 制品的要求。
二、挤出理论 1、固体输送理论
加料段的主要作用是固体输送。
塑料：未熔化、疏松的固体，表面发粘结块，形变不大。
物料沿螺槽 的向前运动 旋转运动—物料与螺杆的摩擦作用力 轴向水平运动—螺杆旋转时的轴向分力
螺杆表面的摩擦力大
物料
料筒表面的切向摩擦力小
旋转运动↑
螺杆表面的摩擦力小
物料
料筒表面的切向摩擦力大