挤出成型设备的研究现状及发展

挤出成型设备的研究现状及发展

摘要：本研究的主要目的探究近年来挤出成型设备的发展概况。本文详细的描述了关于单螺杆挤出机和特种挤出机的发展历程、相关研究的侧重的方向、及其现阶段的研究现状。同时文章指出现阶段的挤出机的发展趋势。

关键词：挤出成型；挤出机；

中图分类号:文献标识码: 文章编号：

Research status and development of extrusion equipment

(School of Mechanical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031, China)

Abstract：The main purpose of this study is to investigate the development of extrusion equipment in

recent years. This paper describes in detail the development process of single screw extruder and special extruder, the direction of related research and the current research situation. At the same time, the article points out the development trend of extruder in the present stage.

Key words:extrusion molding; extruder

1引言

挤出成型又称挤塑,将物料加热熔融成粘流态,借助螺杆挤压作用,推动粘流态的物料,使其通过口模而成为截面与口模形状相仿的连续体的一种成型方法。

挤出成型是聚合物加工中出现较早的一门技术，在塑料加工中占有重要的地位。经过100多年的发展，挤出成型制品已占塑料制品总量的1乃以上。在广泛的生产实践中，挤出成型的理论和技术得到不断的深化和拓展；可加工的聚合物种类、制品结构和制品形式越来越多；挤出工艺得到不断的发展；挤出成型的设备得以不断改进和创新,设备越来越大型化、高效率化、精密化、智能化及专用化；计算机技术在挤出成型加工中的应用越来越广泛、深人。

挤塑的优点是可挤出各种形状的制品,生产效率高,可自动化、连续化生产;缺点是热固性塑料不能广泛采用此法加工,制品尺寸容易产生偏差。生产的产品有管、棒、丝、薄膜、板、电线电缆的包覆材、异型材、中空制品等。

挤出成型技术作为聚合物加工技术之一,是伴随聚合物加工工业的发展而发展的。挤出成型的发展历程可以分为三个阶段:

(l)萌芽时期1845年,R.Brooman最早用挤出成型法生产包覆电线。当时的挤出机为柱塞式,操作由手动逐步过渡到机械式和液压式,生产过程是间歇式的。

(2)杆式挤出机阶段19世纪so年代后,开始出现螺杆式挤出机,由德国开始批量制造,并不断地发展和改进螺杆结构。这时期的挤出机螺杆长径比为3一5,难以满足热塑性塑料塑化的要求,只适合于生产橡胶制品。

(3)现代挤出机时代1935年德国PaulT比ster 公司制造出第一台热塑性挤出机,从此挤出机发展到了一个新阶段即现代挤出机时代。这一阶段的特征是挤出机采用直接电加热,空气冷却、自动温控的装置和无级变速的传动装置,螺杆的长径比开始

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超过10。

现代挤出机技术的出现和进一步的发展,使得可加工的聚合物种类、制品结构、制品形式越来越多,挤出工艺不断改进,成型设备不断出新,研究开发新产品、新工艺的手段不断加强。目前用挤出成型法可以生产出各种各样的制品,除传统的vPC管材,包覆电缆,PPS、PP和BAS片材、板材以外,还有vPC型材、交联聚乙烯管材、铝塑复合管、PP一R 管材、双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜、多层共挤复合

膜,各种发泡制品等。此外,可以运用挤出加工手段制备改性聚合物材料。此间发展的新技术有共混增强、增韧技术,辐射改性技术,纳米复合技术,以及其它一些新型改性技术。在设备方面,出现了各种结构与功能的挤出机和生产线:如混炼型螺杆、排气式挤出机,双螺杆、多螺杆挤出机,反应式挤出机,组合式挤出机,以及适应高分子材料物理与化学特性而建立的成型装置和具备各种制品所需的专门功能、能够实施成型步骤的挤出生产线辅机等,以追求简便、控制精确、节能高效,清洁生产为目标而不断改进的新型设备。

2普通螺杆挤出机

单螺杆挤出机,最早是三段式螺杆。根据塑料结晶型与非结晶型,有突变型螺杆和渐变型螺杆之分。单螺杆挤出机另有输送、均化、混炼、排气、反应以及发泡等功能;在结构上具有更换螺杆方便,制造安装容易、造价低等优点。但是,随着高分子材料科学的发展,各种工程塑料及其共混合金的不断涌现,各种挤出制品,例如粒、线、片、板、管、膜、波纹管、异型材以及多层复合制品的开发,已再不是只用改变长径比、压缩比所能满足要求的了,而必须研制多种新型螺杆。至今,此类螺杆已有200多种。新型螺杆虽然如此之多,但有代表性的,按结构特征和功能分类有以下十种：(1)屏障型螺杆;(2)分流型螺杆;(3)分离型螺杆;(4)变流道螺杆;(5)沟槽型螺杆;(6)排气型螺杆;(7)剪切锥螺杆:(8)强冷输送螺杆;(9)空心螺杆;(10)分段螺杆。

图1 卧式单螺杆挤出机

近年来,粉状树脂、添加剂、填充剂日益增多。用粉料加工更为经济;因为粉料易着色、易加添加剂,更易配混“塑料合金”。但用单螺杆进行混炼会更加困难,有人为了解决单螺杆的粉料输送问题而发展双螺杆，同时双螺杆比产量相同的单螺杆所消耗的功率要低。

到现在双螺杆挤出机已有很大的发展,实际性的发展要比理论性的发展更为迅速。意大利LMP1938年首先制造用于生产硬PVC的双螺杆挤出机,1939年提供给德国I·G Farben集团。目前,商业化的双螺杆挤出机已有多种:①按旋转方向分,有异向旋转和同向旋转的;②按啮合程度分,有啮合型和非啮合型的;③按轴线方向分,有平等的和锥形的;④按转速分,有高速和低速的;⑤按结构分,有整体式的和组合式的。其中,比较典型的平行双螺杆挤出机有啮合型异向旋转双螺杆;啮合型同向旋转双螺杆(高速型一与低速型);非啮合型异向旋转双螺杆(“错列型”与“并列型”);在锥形双螺杆中,只有啮合型异向旋转双螺杆。

尽管双螺杆挤出有很好的混炼性能,特别更适宜加工硬聚氯乙烯粉料或混炼“塑料合金”,但是仍被一些问题困扰着,例如当混配硬聚氯乙烯切割造粒时,条状口模会造成很大的反压,致使剪应力增大。为了不使其过热分解,机器只好在低转速下工作,这是不经济的。因此,一些具有很好混炼性能的双螺杆挤出机,却往往受到最终制品的口模压力困扰。不能充分发挥其性能。例如,ZSK混炼机用于加工高粘度热敏性塑料时,采用条状口模,产量很低,若提高转速,反压过高,温升也增高,出现降解。这就促进了近代“联合型挤出机”又称“串联挤出机”、“多阶挤出机”、“紧密型连续挤出机”的发展。

“联合型挤出机”最有代表性的是“双阶挤出机”,它是由两个独立段组成;第一阶挤出机用于混炼;第二阶挤出机与口模相连,实现稳定挤出。这样,不仅发挥了各自的功能,而且增加了物料流动的热历程和工艺控制环节。例如

WernerandPlerderer