挤出机和挤出成型工艺

挤出成型工艺和挤出机

1.挤出成型工艺

1.1 挤出成型工艺：

在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模（即机头）成型的方法称挤出成型或挤塑。是塑料重要的成型方法之一。

1.2 挤出成型的特点：

①设备成本低，制造容易，投资少，上马快。

②生产效率高，挤出机的单机产量较高，产率一般在几公斤～5吨/小时。

③连续化生产。能制造任意长度的薄膜、管、片、板、棒、单丝、异型材以及塑料与其他材料的复合制品等。

④生产操作简单，工艺控制容易，易于实现自动化。占地面积小，生产环境清洁，污染少。

⑤可以一机多用。挤出机也能进行混合、造粒。

1.3 挤出成型可分为两个阶段：

第一阶段是使固态塑料变成粘性流体（即塑化），并在加压情况下，使其通过特殊形状的口模，而成为截面与口模形状相仿的连续体。

第二阶段则是用适当的处理方法使挤出的连续体失去塑性状态而变为固体，即得到所需制品。

1.4 挤出成型工艺分类：

干法（熔融法）—通过加热使塑料熔融成型

①塑化方式

湿法（溶剂法）—用溶剂将塑料充分软化成型（CN、CA及纺丝）

连续式：

螺杆式挤出机，借助螺杆旋转产生的压力和剪切力，使

物料充分塑化和均匀混合，通过口模而成型，可进行连

续生产。

②加压方式

间歇式：

柱塞式挤出机，借助柱塞压力，将事先塑化好的物料

挤出口模而成型。仅用于粘度特别大，流动性极差的

塑料。如：PTFE，成型温度下，粘度为1010～1014

泊（一般熔融塑料的粘度范围为102～108泊）；

HUMWPE等。柱塞可提供很大的压力，但形状不能

太复杂，不能加分流梭。间歇式生产。

2. 挤出设备

塑料的挤出，绝大多数都是热塑性塑料，而且又是采用连续操作和干法塑化的。故在设备方面多用螺杆式挤出机。螺杆式挤出机有单、双（或多螺杆）之分。大部分用单螺杆挤出机，只是粉料，RPVC 95%以上都用双螺杆挤出机。

2.1 单螺杆挤出机

2.1.1 单螺杆挤出机的组成：

由传动系统、加料系统、挤压系统、机头和口模以及加热与冷却系统等组成。

2.1.1.1 传动系统：

作用是在给定的工艺条件（如：机头压力、螺杆转数、挤出量、温度等）下使螺杆具有必要的扭矩和转数均匀地回转而完成挤出过程。由电动机、减速机构和轴承组成。

（1）、要求：

①正常操作状态下，螺杆的转数都应维持不变，以防止挤出量的波动，以保持制品质量的稳定。

②不同场合下（材料的粘度大小、螺杆所受的扭矩大小）要求螺杆的转数能够变化（否则扭矩太大，螺杆易弯曲、断裂），以便用一台挤出机挤压不同的制品和不同的塑料。应无级调速。

③应设有良好的润滑系统和迅速制动系统。如遇意外，马上停机。

2.1.1.2 加料系统：

上料有人工上料和自动上料两种（鼓风上料、弹簧上料和真空上料）。

①供料的形式有粒料、带状料和粉料等几种。加料装置一般常用加料料斗。料斗的容量至少能容纳一小时的用料。加料斗内应有切断料流、标定料量和卸除余料等装置。

②在减压下加料，即真空加料装置。特别适用于加工易于吸湿的塑料和粉料（PA、PC），防止粉料飞扬。

③料斗必须保证物料以一定的重量速率（不是体积速率）进入螺杆中塑化。在许多挤出机上物料的进料依靠重力。在料斗上设置电磁动器可以消除“架桥”现象。在料斗中设置搅拌器或螺旋输送强制加料器可克服此缺点。

④在加料口周围设有冷却夹套，借以排除高温料筒向料斗传热。否则，料斗中的塑料会因升温而发粘，以致引起加料不均或料流受阻。

2.1.1.3 挤压系统：由螺杆和料筒组成。

①螺杆：螺杆是关键性部件，是挤出机的心脏。

根据在挤出机中物料的三种状态变化过程及螺杆各部位的工作要求，通常将挤出机的螺杆分为：加料段L1（固体输送段）、压缩段L2（熔融段）和计量段L3（均化段）三段。

由于一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物的分散性、熔体温度、动力消耗等主要取决于螺杆的性能。因此设计最佳螺杆是很重要又颇难的问题，螺杆的几何参数对螺杆的工作特性有重大的影响，必须合理设计和选用。

（A）直径D和长径比L/D

直径D是一个重要参量，它是表征挤出机挤出量大小的参数之一。

qv=ßDs3n

式中qv为生产能力（kg/h）；Ds为螺杆直径（cm）；n为螺杆转数（r/min）；ß为经验出料系数，取值范围为0.003～0.007。

螺杆直径与所生产制品尺寸之间的关系

螺杆直径30 45 65 90 120 150

硬管直径3-30 10-45 20-65 30-120 50-130 80-300

薄膜直径50-300 100-500 400-900 700-1200 700-2000 700-3000

挤板宽度400-800 700-1200 1000-1400 1200-2500

L/D：螺杆的有效长度与其直径之比。

根据加工物料的性能和制品质量的需求来考虑，以前L/D=20～26；现在L/D=24～36；最大的可达43。L/D=25，可得到较高的产率。同时又避免了熔体过热和热敏性料降解。

（B）螺杆各段的作用及参数的设定

按塑料在螺杆上的运转情况可分为加料、压缩和计量三个区域，螺杆在这三个区的作用是不同的。

（a）加料段（供料段、固体输送段）

自塑料入口向前延伸的一段螺杆称为加料段，在加料段中物料依然是固态。它的主要作用是使物料受热、受压、前移。螺槽容积可以维持不变，等距等深。加料段的输送能力与螺槽深度H1及该段的长度L1有关。