塑料成型设备
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材料成型设备
第5章 塑料挤出成型设备
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材料成型设备
第5章 塑料挤出成型设备
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材料成型设备
5.1 概述
➢ 挤出成型：生产具有相同截面形状而长度任意的塑料制品 （如管、棒、板及各种异型材等）的成型加工方法；挤出 成型制品的产量居首位。
5.1.1 塑料挤出成型特点和应用
➢ 特点： 挤出生产过程是连续的； 生产效率高，应用范围广； 投资少，见效快。
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材料成型设备
5.1.4 单螺杆挤出机的技术参数及型号
➢ 单螺杆挤出机的技术参数
• 螺杆直径D（系列：20、30、45、65、90、120、150、 165、200、250、300等）
• 螺杆的长径比L/D
• 螺杆的转速范围
• 主螺杆的电机功率
• 机器的生产能力
• 名义比功率
• 螺杆的主参数（分段、槽深、压缩比、螺距、螺纹升角、 螺纹线数、螺棱宽度、螺槽宽度等）
1. 评价螺杆性能的标准和设计螺杆应考虑的因素 ➢ 螺杆性能评价标准： 塑化质量 产量 名义比功率 适应性 制造的难易
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材料成型设备
➢ 螺杆设计中应考虑的因素：
物料特性及挤出时原料的几何形状、尺寸、温度状况 机头的结构形状和阻力特性 料筒的结构形式和加热冷却情况 螺杆转速 挤出机的用途
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材料成型设备
5.2.2 挤出成型过程的控制参数
➢ 挤出成型过程的参数：温度、压力、挤出速率（或称挤出 量、产量）和能量（或称功率）。
1. 温度
➢ 塑料（粒料或粉料）从玻璃态==> 粘流态，再由粘流态==>玻璃态(制 品)要经历一个复杂的温度变化过程。
➢ 物料的温度轮廓曲线、料筒的温度 轮廓曲线和螺杆的温度轮廓曲线是 不同的。
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2. 常规全螺纹三段式螺杆设计
➢ 全螺纹三段式螺杆：加料段、压缩段、均化段三段螺纹 组成
➢ 螺杆设计：螺杆类型、直径和长径比、螺杆分段及各段 参数、螺杆与料筒间隙的确定等。
（1）螺杆类型的确定
➢ 分类：渐变型和突变型
渐变型：多用于非结晶型塑料的加
工，对物料剪切作用较小，混炼特
性不高，适用于热敏性塑料及部分
的种类、所需的挤出量来确定。
（3）螺杆长径比的确定
➢ 长径比大：螺杆长度增加，塑化质量高；提高螺杆转速可提高挤出 量，挤出机适用性加强，扩大加工范围。但螺杆、料筒的加工和装 配较困难，成本增高。螺杆太长易变形、磨损，影响挤出机寿命。
➢ 常用的长径比范围在20~30之内。
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材料成型设备
（4）螺杆的分段及各段参数的确定 ➢ 加料段：核心是输送能力问题。
螺纹升角φ：从物料最大输送能力出发，φ=17~20°为最佳；实际为 了便于加工，一般取螺纹升程（螺距）S等于螺杆直径Db，此时螺 纹升角φ=17°42ˊ。
螺槽深度h1：要考虑螺杆机械强度和物料的物理压缩比大小。 加料段长度L1：根据经验选取
对非结晶型塑料：L1=（0.1~0.25）L 对结晶型塑料：L1=（0.3~0.65）L
结晶性塑料。
突变型：压缩段较短，对物料有强
烈剪切作用，适用于熔点突变、粘
度低的塑料，如PA、PP、PE等，
对高粘度料易局部过热，不适于
PVC等热敏性塑料的加工。
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（2）螺杆直径的确定
➢ 螺杆直径能表征挤出机挤出能力的大小。 ➢ 螺杆直径大小的确定：一般根据所加工制品的断面尺寸、加工塑料
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3. 挤出速率
➢ 挤出速率：表征设备生产率的高低。 ➢ 影响因素：机头类型、螺杆与料筒结构、螺杆转速、加热冷却系统
和物料的性质等。 ➢ 挤出速率也有波动，它与螺杆转速、螺杆结构、温控系统的性能、
加料情况等有关。
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5.3 挤出机的主要零部件
5.3.1 螺杆
➢ 挤出机的生产能力、塑化质量、熔体温度、动力消耗等， 主要取决于螺杆性能。
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材料成型设备
（4）螺杆的分段及各段参数的确定
➢ 压缩段：进一步压实和熔融物料。
压缩段螺杆参数：螺杆根径变化的渐变度（A）和压缩比（ε）。
A h1 h3 L2
(Db h1)h1
(Db h3)h3
渐变度起着加速熔融的作用，应当使渐变度与固体床的熔融速率相适
应。
压缩比的作用与渐变度相同，将物料压缩，排除气体，建立必要的压 力，使物料加速熔融。设计时几何压缩比应大于物料的物理压缩比 （参见表5-5）。
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5.1.2 塑料挤出成型过程和挤出成型设备的组成
➢ 挤出成型过程： • 塑料（粒状或粉状）==>加热熔融==>挤出模具==>挤出
型坯==>冷却定型==>挤出制品
➢ 挤出主机的组成： • 挤出系统 • 传动系统 • 加热冷却系统 • 机身等
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材料成型设备
➢ 挤出辅机的组成： 机头 定型装置 冷却装置 牵引装置 切割装置 卷取装置等
➢ 温度相对于时间是一个变化的值， 且变化有一定的周期性(称为物料流 动方向的温度波动)。
➢ 垂直于物料流动方向的截面内各点 之间也有温差（称为径向温差）。
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材料成型设备
2. 压力
➢ 压力建立：螺槽深度的改变， 分流板、过滤网和机头等产 生的阻力。
➢ 压力影响因素：塑料材料、 机头、分流板、过滤网的变 化、加热冷却系统的稳定性、 螺杆转速的变化等，其中螺 杆和料筒的结构影响最大。
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5.1.3 挤出机的分类
➢ 按挤出螺杆数量分类
➢ 按螺杆转速分类
无螺杆挤出机（如柱塞 式挤出机）
单螺杆挤出机 双螺杆挤出机 多螺杆挤出机 ➢ 按螺杆的空间位置分类 卧式挤出机 立式挤出机
普通挤出机
高速挤出机 超高速挤出机 ➢ 按挤出系统可否排气
分类 排气式挤出机 非排气式挤出机 ➢ 按设备装配结构分类 整体式挤出机 组合式挤出机
压缩段长度L2：以经验法确定，它与塑料的性质有关。 对于非结晶型塑料：L2=（0.5~0.6）L
• 加热段数等
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➢ 塑料挤出机的型号
材料成型设备
➢ 例：主机SJ-150×20 表示螺
杆直径φ150mm，长径比为
20：1的塑料挤出机。辅机
SJ-FM1700表示上吹法、牵
引辊筒工作长度为1700 mm
的塑料吹塑薄膜辅机，其中
FM为辅机代号。
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5.2 挤出机的工作过程及控制参数
5.2.1 挤出机的工作过程
第5章 塑料挤出成型设备
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第5章 塑料挤出成型设备
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材料成型设备
5.1 概述
➢ 挤出成型：生产具有相同截面形状而长度任意的塑料制品 （如管、棒、板及各种异型材等）的成型加工方法；挤出 成型制品的产量居首位。
5.1.1 塑料挤出成型特点和应用
➢ 特点： 挤出生产过程是连续的； 生产效率高，应用范围广； 投资少，见效快。
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5.1.4 单螺杆挤出机的技术参数及型号
➢ 单螺杆挤出机的技术参数
• 螺杆直径D（系列：20、30、45、65、90、120、150、 165、200、250、300等）
• 螺杆的长径比L/D
• 螺杆的转速范围
• 主螺杆的电机功率
• 机器的生产能力
• 名义比功率
• 螺杆的主参数（分段、槽深、压缩比、螺距、螺纹升角、 螺纹线数、螺棱宽度、螺槽宽度等）
1. 评价螺杆性能的标准和设计螺杆应考虑的因素 ➢ 螺杆性能评价标准： 塑化质量 产量 名义比功率 适应性 制造的难易
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➢ 螺杆设计中应考虑的因素：
物料特性及挤出时原料的几何形状、尺寸、温度状况 机头的结构形状和阻力特性 料筒的结构形式和加热冷却情况 螺杆转速 挤出机的用途
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5.2.2 挤出成型过程的控制参数
➢ 挤出成型过程的参数：温度、压力、挤出速率（或称挤出 量、产量）和能量（或称功率）。
1. 温度
➢ 塑料（粒料或粉料）从玻璃态==> 粘流态，再由粘流态==>玻璃态(制 品)要经历一个复杂的温度变化过程。
➢ 物料的温度轮廓曲线、料筒的温度 轮廓曲线和螺杆的温度轮廓曲线是 不同的。
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2. 常规全螺纹三段式螺杆设计
➢ 全螺纹三段式螺杆：加料段、压缩段、均化段三段螺纹 组成
➢ 螺杆设计：螺杆类型、直径和长径比、螺杆分段及各段 参数、螺杆与料筒间隙的确定等。
（1）螺杆类型的确定
➢ 分类：渐变型和突变型
渐变型：多用于非结晶型塑料的加
工，对物料剪切作用较小，混炼特
性不高，适用于热敏性塑料及部分
的种类、所需的挤出量来确定。
（3）螺杆长径比的确定
➢ 长径比大：螺杆长度增加，塑化质量高；提高螺杆转速可提高挤出 量，挤出机适用性加强，扩大加工范围。但螺杆、料筒的加工和装 配较困难，成本增高。螺杆太长易变形、磨损，影响挤出机寿命。
➢ 常用的长径比范围在20~30之内。
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（4）螺杆的分段及各段参数的确定 ➢ 加料段：核心是输送能力问题。
螺纹升角φ：从物料最大输送能力出发，φ=17~20°为最佳；实际为 了便于加工，一般取螺纹升程（螺距）S等于螺杆直径Db，此时螺 纹升角φ=17°42ˊ。
螺槽深度h1：要考虑螺杆机械强度和物料的物理压缩比大小。 加料段长度L1：根据经验选取
对非结晶型塑料：L1=（0.1~0.25）L 对结晶型塑料：L1=（0.3~0.65）L
结晶性塑料。
突变型：压缩段较短，对物料有强
烈剪切作用，适用于熔点突变、粘
度低的塑料，如PA、PP、PE等，
对高粘度料易局部过热，不适于
PVC等热敏性塑料的加工。
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（2）螺杆直径的确定
➢ 螺杆直径能表征挤出机挤出能力的大小。 ➢ 螺杆直径大小的确定：一般根据所加工制品的断面尺寸、加工塑料
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3. 挤出速率
➢ 挤出速率：表征设备生产率的高低。 ➢ 影响因素：机头类型、螺杆与料筒结构、螺杆转速、加热冷却系统
和物料的性质等。 ➢ 挤出速率也有波动，它与螺杆转速、螺杆结构、温控系统的性能、
加料情况等有关。
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5.3 挤出机的主要零部件
5.3.1 螺杆
➢ 挤出机的生产能力、塑化质量、熔体温度、动力消耗等， 主要取决于螺杆性能。
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（4）螺杆的分段及各段参数的确定
➢ 压缩段：进一步压实和熔融物料。
压缩段螺杆参数：螺杆根径变化的渐变度（A）和压缩比（ε）。
A h1 h3 L2
(Db h1)h1
(Db h3)h3
渐变度起着加速熔融的作用，应当使渐变度与固体床的熔融速率相适
应。
压缩比的作用与渐变度相同，将物料压缩，排除气体，建立必要的压 力，使物料加速熔融。设计时几何压缩比应大于物料的物理压缩比 （参见表5-5）。
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5.1.2 塑料挤出成型过程和挤出成型设备的组成
➢ 挤出成型过程： • 塑料（粒状或粉状）==>加热熔融==>挤出模具==>挤出
型坯==>冷却定型==>挤出制品
➢ 挤出主机的组成： • 挤出系统 • 传动系统 • 加热冷却系统 • 机身等
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材料成型设备
➢ 挤出辅机的组成： 机头 定型装置 冷却装置 牵引装置 切割装置 卷取装置等
➢ 温度相对于时间是一个变化的值， 且变化有一定的周期性(称为物料流 动方向的温度波动)。
➢ 垂直于物料流动方向的截面内各点 之间也有温差（称为径向温差）。
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2. 压力
➢ 压力建立：螺槽深度的改变， 分流板、过滤网和机头等产 生的阻力。
➢ 压力影响因素：塑料材料、 机头、分流板、过滤网的变 化、加热冷却系统的稳定性、 螺杆转速的变化等，其中螺 杆和料筒的结构影响最大。
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5.1.3 挤出机的分类
➢ 按挤出螺杆数量分类
➢ 按螺杆转速分类
无螺杆挤出机（如柱塞 式挤出机）
单螺杆挤出机 双螺杆挤出机 多螺杆挤出机 ➢ 按螺杆的空间位置分类 卧式挤出机 立式挤出机
普通挤出机
高速挤出机 超高速挤出机 ➢ 按挤出系统可否排气
分类 排气式挤出机 非排气式挤出机 ➢ 按设备装配结构分类 整体式挤出机 组合式挤出机
压缩段长度L2：以经验法确定，它与塑料的性质有关。 对于非结晶型塑料：L2=（0.5~0.6）L
• 加热段数等
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➢ 塑料挤出机的型号
材料成型设备
➢ 例：主机SJ-150×20 表示螺
杆直径φ150mm，长径比为
20：1的塑料挤出机。辅机
SJ-FM1700表示上吹法、牵
引辊筒工作长度为1700 mm
的塑料吹塑薄膜辅机，其中
FM为辅机代号。
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5.2 挤出机的工作过程及控制参数
5.2.1 挤出机的工作过程