第五章挤出成型(六讲)

第一节 单螺杆挤出机的基本 结构及其作用原理
螺杆式挤出原理： 螺杆式挤出原理：物料由料口落入料筒内 旋转着的螺杆螺槽中， 旋转着的螺杆螺槽中，在螺杆旋转推挤力 的作用下沿螺槽向机头方向运动， 的作用下沿螺槽向机头方向运动，并在外 加热和内摩擦生热的作用下由固体逐渐变 为熔融体，定量、定压、定温从机头挤出。 为熔融体，定量、定压、定温从机头挤出。
四、挤出成型设备
• 螺杆式挤出机 —— 连续成型，用途最多。 连续成型，用途最多。 间歇成型，一般不用。 柱塞式挤出机 —— 间歇成型，一般不用。 ）（超高分子量聚乙烯 超高分子量聚乙烯、 （ UHMWPE 、 PTFE ）（超高分子量聚乙烯、聚 四氟乙烯） 四氟乙烯） 单螺杆 单螺杆挤出机 螺杆式挤出机 双螺杆 双螺杆挤出机 多螺杆 行星螺杆挤出机 • 其中以单螺杆最常用，也较为简单。 其中以单螺杆最常用，也较为简单。
3、主要工艺控制参数 、
１）温度：Ａ机筒：分段控制在粘流温度范围 温度：Ａ机筒： ：Ａ机筒 模头：模体Ｔ＞口模Ｔ（分区控制） Ｔ＞口模Ｔ（分区控制 Ｂ模头：模体Ｔ＞口模Ｔ（分区控制） 膜的吹胀和牵引：即压缩空气量（ ２）膜的吹胀和牵引：即压缩空气量（吹胀压力一 MPa 般20~40MPa）的调节和牵引速度与螺杆转速的调节 MP 横向吹胀比（ ）： 横向吹胀比（α）： 膜泡直径与口模直径之比。 大 膜泡直径与口模直径之比。 α大．横向强度提 膜宽，制品厚度小． 小 膜窄。 高，膜宽，制品厚度小． α小．膜窄。用此调膜宽 纵向牵引比（ ）： 纵向牵引比（β）： 牵引膜的线速度与未经牵引膜的线速度之比用 此调膜厚和强度。 大纵向强度提高 膜薄。 大纵向强度提高， 此调膜厚和强度。 β大纵向强度提高，膜薄。 冷却定型：风冷、水冷。有风量、 ３）冷却定型：风冷、水冷。有风量、风环出风角 的调节
4、挤管操作 、 挤管操作步骤如下： 挤管操作步骤如下： • 开车前的检查。（注意开料斗冷却水） 开车前的检查。（注意开料斗冷却水） 。（注意开料斗冷却水 • 料筒、模头预热（注意设定好各区温度）温度 料筒、模头预热（注意设定好各区温度） 达到设定值后再恒温半小时以上。 达到设定值后再恒温半小时以上。 • 清洗料筒、换过滤网。 清洗料筒、换过滤网。 • 以低速开动牵引机、开主机。 以低速开动牵引机、开主机。 • 引管 • 调整（口模同芯度、速度、温度）致稳定挤出 调整（口模同芯度、速度、温度） 合格产品 • 正常生产
第五章 挤出成型
本章重点掌握内容 1、挤出成型的类型及适用产品范围 、 2、挤出成型特点、基本过程与原理 、挤出成型特点、 3、挤出成型工艺过程及其控制因素 、 4、几种制品的挤出工艺 、 ①塑料管材挤出工艺 ②挤出吹塑薄膜工艺 ③挤出流延薄膜工艺 ④塑料板材挤出工艺 ⑤塑料丝挤出工艺
第五章 挤出成型
热风
引 风 、原料的准备和预处理过滤器 机
加热
2 、塑化挤出
• 挤出成型是连续成型工艺，关键是初期的 挤出成型是连续成型工艺， 调整，要调整到正常挤出。 调整，要调整到正常挤出。 主要调整： 主要调整： • 工艺条件：温度（料筒各段、口模） 工艺条件：温度（料筒各段、口模） 速度（螺杆转速、牵引速度） 速度（螺杆转速、牵引速度） • 设备装置：温度控制器 设备装置： 口模尺寸 同心度
• 挤出制品的质量决定于工艺条件，关键在于塑化情 挤出制品的质量决定于工艺条件， 取决于温度和剪切情况）： 况（取决于温度和剪切情况）： 料筒外的加热 温度 螺杆对物料的剪切产生的摩擦热（主要） 螺杆对物料的剪切产生的摩擦热（主要） T ↑ ， η↓ ，利于塑化， T ↑↑ ，挤出物形状稳定 利于塑化， 性差；易分解，制品质量下降。 性差；易分解，制品质量下降。 T ↓ ， η↑ ，机头压力 ↑ ，制品致密，形状稳定， 制品致密，形状稳定， 易出现离模膨胀效应， 易出现离模膨胀效应， T ↓↓ ，塑化差，质量差。 塑化差，质量差。 利于塑化， 转速 n ↑ ，剪切 ↑ ，利于塑化， η↓ ，但料筒中物 料的压力 ↑ 。
• 工艺过程： 工艺过程： • 塑料熔体经环隙型口模挤出成薄壁管状体 经牵引机牵引上升至一定距离后， 经牵引机牵引上升至一定距离后，通过导 向夹板被牵引辊夹持，在离开口模和牵引 向夹板被牵引辊夹持， 辊之间的一段距离内通过模芯中心孔所通 入的压缩空气将挤出的管状体吹胀成泡状 体 ，外表用鼓风机经风环将空气吹向表面 冷却后，由夹持辊引离。 冷却后，由夹持辊引离。 • 原料准备 塑化挤出 吹胀冷却 夹持 上牵引 下牵引 收卷
• • • • •
三、挤出成型基本过程
• 基本过程最主要的是三个步骤： 基本过程最主要的是三个步骤： • 1 、 塑化 在挤出机内将固体塑料加热并依靠塑料之间的内 摩擦热使其成为粘流态物料。 摩擦热使其成为粘流态物料。 • 2 、成型 在挤出机螺杆的旋转推挤作用下， 在挤出机螺杆的旋转推挤作用下，通过具有一定 形状的口模，使粘流态物料成为连续的型材。 形状的口模，使粘流态物料成为连续的型材。 • 3 、定型 用适当的方法， 用适当的方法，使挤出的连续型材冷却定型为制 品。
（2）吹塑薄膜的挤出 ） 原料： 薄膜吹塑机 、 原料： PVC、HDPE、LDPE、PP、PS等 、 、 、 等 工艺特点： １．工艺特点： 工艺：上吹法．下吹法． 工艺：上吹法．下吹法．平吹法 薄膜可用压延、流延拉伸、 薄膜可用压延、流延拉伸、吹
塑等生产，其中吹塑最经济， 塑等生产，其中吹塑最经济， 优点：Ａ、薄膜厚度、宽度可调； 优点：Ａ、薄膜厚度、宽度可调； 它要 ：Ａ、薄膜厚度 求设备和工艺简单， 求设备和工艺简单，且一台设备可 Ｂ、无需整边装置 无需整边装置； Ｂ、无需整边装置； C、胶料损失少 、 在适当范围内调整薄膜的宽度和厚度。 在适当范围内调整薄膜的宽度和厚度。 Ｄ、纵横 双定向． 纵横－ Ｄ、纵横－双定向．强度高 E、同一模头能生产多种规格的膜 、 缺点： Ａ、冷却速度慢 透明度低． 冷却速度慢， 缺点： Ａ、冷却速度慢，透明度低． Ｂ、宽度偏差 宽度偏差。 Ｂ、宽度偏差。 C、厚薄均匀性低。 、厚薄均匀性低。
一、概述 挤出成型在高分子材料加工领域中，是一个变化众 多，用途最广，比重最大的成型工艺。 挤出过程（原理）是使高分子材料经挤出机塑化成 使高分子材料经挤出机塑化成 熔体在挤出机的螺杆挤压作用下， 熔体在挤出机的螺杆挤压作用下，通过具有一定形状的 口模而连续挤出成型后再经冷却定型而成为具有恒定口 模截面形样的连续型材。 模截面形样的连续型材。 橡胶挤出—— 压出 挤出成型 合成纤维 —— 螺杆挤出纺丝 热塑性塑料挤出 塑料挤出 热固性塑料挤出 三大合成材料的挤出，没有本质上的区别，所用设 备、加工原理、工艺大同小异。挤出以塑料为多，故本 章主要讨论塑料的挤出成型。
成型前准备 机筒预热 加热塑化 挤出成型
切牵 割引 机
加大型真空定径箱
真空定径
3、主要控制因素 主要控制因素 温度：主要有挤机温度和定径温度， ① 料筒温度：分三段三到四个区 温度：主要有挤机温度和定径温度，主要是保 证塑化，挤管的温度比挤压其它制品均低。 证塑化，挤管的温度比挤压其它制品均低。 牵引速度略大于挤出速度： 控制：加料段：熔点以下；塑 挤出机温度分为多个控制区 一般有三大区。 温度分为多个控制区： 挤出机温度分为多个控制区：一般有三大区。 • 消除出口膨胀； 化段：粘流温度靠近粘流温度 ② 转化点；均化段：保持塑化温 定径冷却 使管材沿径向取向，增加强 • 目的： 目的 保证几何尺寸稳定； 度； 度； ：保证几何尺寸稳定； 方法：用定径套。 方法：用定径套。 图 5-46 图 5-47 • 注意：牵引速度影响管径和 机头温度：有法兰区、弯管区 定径温度： 壁厚。所以可通过调速调管 定径温度：使离开定径套的管材温度降至热变形温 等，保持塑化温度； 度以下。也要控制好真空度或充气压力。 度以下。也要控制好真空度或充气压力。 径。 牵引还要注意控制好牵引机对管 模头温度：根据模头结构大小 ③ 可分为多个区：如模一、模二、 牵引 主要是调整好速度 子的夹紧力要适当，太大，会使 管径变形，太小，会出现“打滑”， ， 牵引速度要均匀，牵引速度依赖于挤出速度。 牵引速度要均匀，牵引速度依赖于挤出速度。 模口区等。模口区一般低于均 影响正常引出，无法正常生产。 。 化段，控制较低。 化段 牵引速度要略大于挤出速度。 要略大于挤出速度 牵引速度要略大于挤出速度
• （1）管材的挤出 管材的挤出（P101 图 5-8） 管材的挤出
挤出成型的主要原料有： PVC 、 PE 、 PP 、 ABS 、 PA 、 PC 等。
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1、管材挤出过程 、管材挤出过程
挤管模头有： 挤管模头有： 直通式 定径 水槽冷却 牵引 切割或收卷 偏移式（转角式） 偏移式（转角式） 所用挤出机， 所用挤出机 管材一般不需后处理 ，应根据管材 直角式 直径和所需挤出量、 直径和所需挤出量、原料 2、挤出设备及装置 、 品种确定。 品种确定。同时考虑扩大 挤出机、模头、定型装置、冷却水槽、牵引设备、切割装 再生产的需要。 再生产的需要 置，关键部件是机头口模和定型装置。
挤出机加热 →开动螺杆 → 开动螺杆 卷取（切割） 型→ 冷却 → 牵引 → 卷取（切割） → 后处理 → 制品
• 1 • 粒状或粉状塑料含有水份，成型前需预热 粒状或粉状塑料含有水份， 和干燥。 和干燥。 干燥要求： ： 热 干燥要求加热器 热 热 风 风 风 干 一般塑料：水份 < 0.5% 一般塑料： 干 燥 烘 鼓风机 系 高温下易水解的塑料，如尼龙（ PA ）、 燥 高温下易水解的塑料，如尼龙（ 料 统 （ PET ） ：水份 < 0.03% 斗 过滤器 预热和干燥的 ： 干燥，热风干燥。 、 ， 干燥，热风干燥。
挤出成型适用的产品范围 挤出成型的塑料制品都是连续的型材 。 如 ：管材、棒材、板材、片材、带、薄膜、 单丝、电线电缆包层 、异型材等。 另外也用于挤出吹胀中空成型和双轴拉伸 成型。 • 还用于塑料上色，混炼，塑化造粒，共混 改性等。 挤出产品
二、工艺特点
1、连续成型，产量大，生产效率高。 、连续成型，产量大，生产效率高。 2、制品外形简单，是断面形状不变的连续型材。 、制品外形简单，是断面形状不变的连续型材。 3、制品质量均匀密实，各向异性小，尺寸准确性较好。 、制品质量均匀密实，各向异性小，尺寸准确性较好。 4、适应性很强： 、适应性很强： 外所有热塑性塑料。 几乎适合除 PTFE 外所有热塑性塑料。 只要改变机头口模，就可改变制品形状。 只要改变机头口模，就可改变制品形状。 可用来塑化、造粒、染色、共混改性， 可用来塑化、造粒、染色、共混改性， 也可同其它方法混合成型。 也可同其它方法混合成型。 此外，还可作压延成型的供料。 此外，还可作压延成型的供料。挤出压延 5、设备简单，占地少，投资小，见效快。 、设备简单，占地少，投资小，见效快。
柱塞式挤出原理： 柱塞式挤出原理：物料加入料筒后用柱塞推 至料筒前部加热区在外加热的作用下逐渐变 为熔体，然后用柱塞加压使熔体从机头推出。 为熔体，然后用柱塞加压使熔体从机头推出。 挤出机结构图
橡胶用挤出机
第三节 挤出成型工艺
• 一、挤出工艺流程
配料→混合 原料预处理 →配料 混合 配料 混合→ 成型前准备 → 计量加料 →挤出成型 调整 → 定 挤出成型→调整 挤出成型
4 、牵引拉伸及后处理 牵引拉伸及后处理
牵引拉伸目的： 牵引拉伸目的 • 消除离模膨胀效应， • 引离。 • 牵引速度 > 挤出速度 5、后处理 5 后处理 主要是热处理（ Tg ～ Tf 间热定型）目的： 主要是热处理 • 提高尺寸稳定性 • 减少热收缩率（解取向） • 消除内应力
二、几种制品的挤出工艺
3 、定型和冷却 （同时进行） 同时进行）
• 管材、异型材 —— 独立的定型装置 管材、 板材、片材——压辊定型 板材、片材 压辊定型 薄膜、单丝、 无需定型装置， 薄膜、单丝、线缆包覆 —— 无需定型装置，直接冷却定 型。 定型方法： 定型方法： 管材：定径套（外径定型、内径定型） 管材：定径套（外径定型、内径定型） 原理：管坯内外形成压力差。使管外紧贴于套内壁冷却。 原理：管坯内外形成压力差。使管外紧贴于套内壁冷却。 冷却速度： 冷却速度： 硬质塑料：慢些，以避免内应力。软质塑料、结晶塑料： 硬质塑料：慢些，以避免内应力。软质塑料、结晶塑料： 快些。 熔体粘度低） 快些。 （熔体粘度低） • （问题 ：如何控制冷却速度？2：为何硬塑慢，软塑要快 问题1：如何控制冷却速度？ ：为何硬塑慢， 些？）