擠出成型基礎匯總

1、2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型第三章第三章擠出成型擠出成型2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.1 3.1 概述概述3.1.1 擠出成型的基本過程擠出成型的基本過程P61w 利用螺桿旋轉加壓方式，連續(xù)地將塑化好的物料從擠出機料筒中輸送到一定形狀的口模（機頭），使之在熔融狀態(tài)下成型，然后通過牽引裝置連續(xù)地從口模中拉出，并同時進行冷卻定型處理。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型成成型型冷冷卻卻牽牽引引切切斷斷擠出機機頭口模定徑裝置牽引裝置切斷裝置定型定型水水冷冷或或風風冷冷工藝過程工藝過程堆堆放放2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型擠出成型類別擠出成型類別w 塑化

2、方式：塑化方式： 塑化擠出：塑化擠出：物料以固態(tài)喂入擠出機，通過螺 桿從進料口輸送至口模時物料被熔融。 熔體喂料擠出熔體喂料擠出：物料以熔融態(tài)喂入擠出機。 固態(tài)擠出：固態(tài)擠出：物料低于熔點狀態(tài)被擠出。w 連續(xù)擠出連續(xù)擠出，由平穩(wěn)而連續(xù)的物料流成型。 非連續(xù)擠出，非連續(xù)擠出，以周期方式操作。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型用途用途&各種橫截面一定，長度連續(xù)制品。如管、板、棒、片、絲、薄膜、電線電纜的涂覆、異型材等。&塑料的著色、混煉、塑化、造粒及共混改性等。&擠出+吹脹 擠出吹塑 中空吹塑制品&擠出+拉伸 擠出拉幅 拉伸薄膜2022-6-13塑料成型工藝

3、學 擠出成型3.1.2 擠出成型設備擠出成型設備一一.擠出成型設備的組成擠出成型設備的組成（擠出機組） 擠出生產線一般由擠出機、輔機擠出機、輔機組成。擠出機擠出機輔機輔機2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型主機主機w 擠壓系統：螺桿擠壓系統：螺桿+料筒料筒，關鍵部分w 傳動裝置：帶動螺桿轉動w 加熱冷卻系統：溫度控制擠壓系統擠壓系統加熱冷卻加熱冷卻系統系統傳動系統傳動系統2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型輔機輔機P64T機頭（口模）T定型裝置T冷卻裝置T牽引裝置T切割裝置T堆放或卷取裝置控制系統控制系統 2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型二二. . 主要技術參數主要技術參

4、數w 螺桿直徑Dw 長徑比L/Dw 螺桿轉速范圍w Ww Q2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.1.3 3.1.3 擠出成型的特點擠出成型的特點w 生產連續(xù)化w 高效率w 應用廣w 投資少2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.2 3.2 單螺桿擠出原理單螺桿擠出原理w 優(yōu)質優(yōu)質w 高產高產w 低消耗低消耗2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.2.1 3.2.1 擠出理論的準備知識擠出理論的準備知識一、物料通過擠壓系統的運動及物態(tài)變化一、物料通過擠壓系統的運動及物態(tài)變化 擠出過程：擠出過程：P67 （普通單螺桿擠出機） 熱和壓力 固態(tài)物料固態(tài)物料 輸送、塑化輸送、塑化

5、粘流態(tài)粘流態(tài) 擠出擠出 擠壓系統主擠壓系統主要作用？要作用？2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型物料通過螺桿的擠出過程分析：物料通過螺桿的擠出過程分析：a沿螺桿長度方向上物料的壓力上升。沿螺桿長度方向上物料的壓力上升。 螺桿旋轉，物料與螺桿、機筒表面相對運動，形成磨擦作用，物料被強行向前輸送 ；從加料斗到機筒出口方向，螺桿容積變小，物料從大容積空間強行走向小容積空間 ；螺桿前端安裝分流板等阻力元件。 壓力上升，有利于壓實物料，排出氣體，改善熱傳導，加速熔融；物料進入口模成型時，仍有壓力存在，使制品密實，提高光潔度等。a全部完成由固態(tài)向粘流態(tài)轉變。全部完成由固態(tài)向粘流態(tài)轉變。 機筒加熱，物

6、料與螺桿、機筒表面的磨擦熱，靠近機筒的一層物料首先熔融，到達口模前，物料全部熔融，達到成型前的物理狀態(tài)要求。a橫流流動促使熔料的攪拌和混合。橫流流動促使熔料的攪拌和混合。包括輸送、熔融和混合的復雜過程。包括輸送、熔融和混合的復雜過程。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型c螺桿基本職能： 固體輸送、熔融和熔體輸送固體輸送、熔融和熔體輸送c普通螺桿三個區(qū)段： 加料段、壓縮段和計量段加料段、壓縮段和計量段c物料運動和狀態(tài)變化 ： 固體輸送區(qū)固體輸送區(qū) 熔融區(qū)熔融區(qū) 熔體輸送區(qū)熔體輸送區(qū)2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型二、螺桿的幾何參數二、螺桿

7、的幾何參數主要參數：主要參數：螺桿直徑D、長徑比L/D、螺槽深度H1和H3、螺距S、螺槽軸向寬度B、螺紋頭數I、螺棱軸向寬度e2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型三、擠出理論的研究方法三、擠出理論的研究方法w 共性問題 模型法固體輸送區(qū)固體輸送區(qū)熔融區(qū)熔融區(qū)熔體輸送區(qū)熔體輸送區(qū)2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.2.2 加料段的固體輸送理論加料段的固體輸送理論w 基本假設基本假設w w w 固體輸送率固體輸送率Q 形成固體塞，充滿螺槽；固體間產生磨擦力，物料與螺桿和機筒表面的摩擦因素不同。固體塞整體在旋轉螺桿和固定的機筒作用下，向螺桿擠出方向運動。公式（2-9）、（2-10）P

8、72Q與與n和和H1成正比，與成正比，與D平方成正比平方成正比2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型對固體輸送方程的討論對固體輸送方程的討論l 輸送角輸送角l 摩擦因數摩擦因數f 2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型輸送角輸送角 當螺桿參數一定時，輸送角影響生產率。當螺桿參數一定時，輸送角影響生產率。 =0時，Q=0，固體塞同螺桿一起轉動， 而不沿螺桿軸向前進。 時，Q 。物料受旋轉螺桿的推擠作用向前移動，分解為： 旋轉運動旋轉運動+ 軸向水平運動軸向水平運動2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型摩擦因數摩擦因數f f&固體塞與螺桿的摩擦因素減小，與機筒的摩擦因素增加，可

9、提高固體輸送率。&物料與螺桿間摩擦力物料與料筒間摩擦力，物料才沿軸向前進。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型w 控制螺桿與機筒的表面加工?？刂坡輻U與機筒的表面加工。w 提高螺桿表 面光潔度，涂聚四氟乙烯樹脂w 機筒表面開設縱向溝槽。w 控制螺桿與機筒的溫度控制螺桿與機筒的溫度w 高聚物與金屬的摩擦因素是溫度的函數，金屬溫度增加，摩擦因素增加，達到極大值后又逐漸下降。w 如加工PE，調整固體輸送段的機筒溫度近110 ，（PE與金屬的摩擦因素最大）， 螺桿溫度為50 （摩擦因素最?。 螺紋升角螺紋升角 最佳螺紋角在1720間，一般設計使螺桿外徑與螺距相等， = 17 41?4w

10、 物料壓力物料壓力2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型固體輸送段的功率計算固體輸送段的功率計算w 固體輸送段能量消耗：機筒表面、螺桿根徑處表面及螺棱上因摩擦摩擦作用而消耗的能量，壓力升高的耗能。 D n L1 fb W Pm ew w 增大螺桿直徑、提高螺桿轉速、加長固體輸送段，提高機筒加料段的摩擦因素及加寬螺槽寬度，所消耗的功率增加。固體輸送段消耗能量較大，占總耗能固體輸送段消耗能量較大，占總耗能60%2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.2.3 壓縮段的熔融理論壓縮段的熔融理論 壓縮段的作用：壓縮段的作用：多長螺桿壓縮多長螺桿壓縮段才能完全熔段才能完全熔化塑料？化塑料？202

11、2-6-13塑料成型工藝學 擠出成型 螺槽中物料由固態(tài)轉化為熔融態(tài)的物理過程：螺槽中物料由固態(tài)轉化為熔融態(tài)的物理過程：* *熔化在固液分界面處發(fā)生熔化在固液分界面處發(fā)生* *熔融區(qū)固體與熔融體共存熔融區(qū)固體與熔融體共存* *熔融從相變點熔融從相變點A A開始，固相寬度減小，液相寬開始，固相寬度減小，液相寬度增大，至度增大，至B B點，固相消失，螺槽充滿熔料。點，固相消失，螺槽充滿熔料。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型熔膜熔膜厚度超過間隙厚度超過間隙被刮落被刮落螺棱推進面前側形成熔螺棱推進面前側形成熔池池冷熱固體粒子組成固體床冷熱固體粒子組成固體床P872022-6-13塑料成型工藝學

12、 擠出成型數學分析數學分析w 根據相遷移理論推導得固相分布函數，用以分析螺桿性能，設計螺桿。螺桿熔化區(qū)長度螺桿熔化區(qū)長度ZT式（2-42f）P892022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型應用例應用例p94w 設計生產PP扁絲的90擠出機的分離型螺桿。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型影響擠出生產能力和熔融區(qū)長度的因素影響擠出生產能力和熔融區(qū)長度的因素*物料性質影響物料性質影響(熱性能、流變性能、密度) 比熱容小、熱導率和密度高，熔化潛熱和熔化溫度低，所需熔融長度ZT較小，在相同的ZT下，能獲得較高生產能力。P95 例：加工PP螺桿比HDPE的需較長熔融段。生產率生產率流率流率G熔融區(qū)

13、長度熔融區(qū)長度ZT2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型工藝條工藝條件影響件影響p轉速和流率轉速和流率G 增大n，導致G和增大， G高則要求 加長ZT， 高則要求減小ZT。 無背壓設備：無背壓設備：n ， ZT （一種設備上n不能過高） 增背壓設備：增背壓設備： n ， ZT （提高n，需設背壓設備）p機筒溫度機筒溫度Tb和固體塑料初溫和固體塑料初溫Ts Tb ，利于物料供熱和熔融；但過高，不良影響 Ts ， ZT ；但過高，固體輸送能力。漸變螺桿，熔融區(qū)縮短漸變螺桿，熔融區(qū)縮短。（螺槽變淺，壓實物料，利熔融）漸變度要適合固體床變化漸變度要適合固體床變化 (漸變度太大，固體床破裂，影響質量

14、)影響擠出生產能力和熔融區(qū)長度的因素影響擠出生產能力和熔融區(qū)長度的因素螺桿幾螺桿幾何參數何參數2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.2.4 3.2.4 均化段的熔體輸送理論均化段的熔體輸送理論一、螺槽中熔體流動的速度分布一、螺槽中熔體流動的速度分布 粘性流體，拖曳流動 基本假設基本假設 螺桿展開平面靜止 機筒展開平面以速度vb=Dn平移。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型 直角坐標系：直角坐標系： x軸與螺紋線垂直； y軸為螺槽深度方向； z為沿螺槽前進方向。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型z z向速度向速度w 流體沿螺槽Z方向的流動速度包括：式（式（2-47）凈流凈

15、流（Z向的實際流動）：由正流和逆流合成。 正流正流逆流逆流 沿Z軸的負向流速，由壓力梯度引 起，與螺槽深度成二次曲線關系。沿Z軸的正向流速，由機筒對流體的拖曳作用 而來，與螺槽深度成正比。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型 z z向體積流率向體積流率 截流比截流比a= Qp/ Qd a=-1, Q=0,機頭關閉，完全截流，“死點”； -1 -1a a0 0，正常擠出，正常擠出 a=0， Qp=0，壓力梯度為0，螺桿前端無 阻力， 機頭完全打開； a0, Qp為正值，Q Qd。加料段處建 立很高的壓力，使壓力沿螺桿前方 逐漸下降，生產率。 Q= Qd+ Qpw正流流量Qdw逆流流量Qp。

16、2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型x x向速度分布向速度分布w 橫流速度。w 造成流體的循環(huán)流動，影響物料的混合、塑化，而與流率無關。漏流漏流 由反壓力引起，在螺桿與機筒間隙中 沿著 螺桿軸向軸向向加料斗方向流動。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型二、擠出機的工作點：二、擠出機的工作點：擠出壓力擠出壓力生生產產率率螺桿特性線：螺桿特性線：反映擠出機生產率Q與p的關系。 當當Q=0 ，pmax ，出口關閉。，出口關閉。P104口模特性線口模特性線：反映機頭口模的流率與壓力的關系。螺桿與機頭一起工作，螺桿螺桿與機頭一起工作，螺桿的流率、壓力與口模的流率、的流率、壓力與口模的流率、壓

17、力應相等。兩者的交點即壓力應相等。兩者的交點即為擠出機的工作點。為擠出機的工作點。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型均化段小結均化段小結 物料在均化段實際流動： 正流，正流，沿Z軸的正向流速，與螺槽深度成正比。 逆流，逆流，沿Z軸的負向流速，與螺槽深度成二次曲線關系 橫流：橫流：循環(huán)流動，影響混合、塑化，與流率無關。 漏流：漏流：在螺桿與機筒間隙中 ，沿著螺桿軸向向加料斗方向流動?？傒斔土髀剩篞=Qd-Qp-QL 正流正流+ +逆流逆流+ +橫流橫流+ +漏流漏流2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型三、均化段生產率影響因素三、均化段生產率影響因素w 機頭壓力機頭壓力w 螺桿轉速螺

18、桿轉速w 均化段螺槽深度均化段螺槽深度h h3 3w 計量段長度計量段長度L L3 3w 螺桿與機筒間隙螺桿與機筒間隙2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型w機頭壓力影響均化段生產率機頭壓力影響均化段生產率 （公式（公式2-61） 正流流率與壓力無關，逆流和漏流流率與壓力成正比。因此，壓力增大（使用高阻力機頭），生產率減小，但對物料的混合和塑化有利。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型螺桿轉速與生產率的關系螺桿轉速與生產率的關系P105w但靠增加轉速提高生產率有限度。但靠增加轉速提高生產率有限度。 n，剪切生熱 ，T ， ，Qp ，QL ，生產率增長緩慢； n，剪切速率，熔體破裂，質

19、量 w當機頭和螺桿的幾何尺寸一定時，當機頭和螺桿的幾何尺寸一定時， n n與生產率成正比。與生產率成正比。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型均化段螺槽深度均化段螺槽深度h h3 3與生產率與生產率w正流正流QdQd正比于正比于h h3 3一次方，逆流一次方，逆流QpQp正比于正比于h h3 3三次方。三次方。w 低阻力機頭選用深螺槽螺桿，高阻力機頭選用淺螺槽螺桿。w 淺螺槽螺桿的特性線較平坦，壓力變化對生產率的影響較小，對不同阻力的機頭適應較好。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型計量段長度計量段長度L L3 3影響生產率影響生產率 （L3 增加， QP、 QL成正比地減少， Q

20、d無影響）w L L3 3 ，Q Q L3 增加，螺桿特線趨于平坦。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型螺桿與機筒間隙對生產率影響螺桿與機筒間隙對生產率影響 QL與間隙三次方成正比。與間隙三次方成正比。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型四、均化段流動理論對功率消耗的分析四、均化段流動理論對功率消耗的分析均化段功率消耗包括：A、物料在螺槽中運動所消耗功率；B、物料在螺棱和機筒間隙運動所消耗的功率。*均化段功率消耗值，可估算螺桿全長所消耗功率。均化段功率消耗值，可估算螺桿全長所消耗功率。* *功率的變化規(guī)律功率的變化規(guī)律P110P1102022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.3

21、 3.3 螺桿式擠出機的結構及選用辦法螺桿式擠出機的結構及選用辦法基本職能：基本職能：使擠出物在質量、數量和能耗方面滿足和達 到生產要求。選用擠出機考慮因素選用擠出機考慮因素l 擠出物質量。擠出物質量。外觀、混合程度、擠出物溫度的均勻外觀、混合程度、擠出物溫度的均勻度、擠出壓力的穩(wěn)定性等。度、擠出壓力的穩(wěn)定性等。如徑向溫差、軸向溫度波動影響制品尺寸和性能，低溫擠出。l 物料種類和性質物料種類和性質l 原料組成和產品種類原料組成和產品種類 樹脂+助劑；半成品、成品；通用型、專用型2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.3.2 擠出機的擠壓系統擠出機的擠壓系統一、普通單螺桿的結構一、普通單螺

22、桿的結構全螺紋，三段2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（1）普通螺桿的主要形式）普通螺桿的主要形式w 等距變深螺桿等距變深螺桿P113 加料段至均化段逐漸變淺 等距漸變 加料段和均化段等深，熔融段逐漸變淺 等距突變：螺槽變化的軸向長度（3-5）Dw 等深變距：等深變距：橡膠加工w 變深變距：變深變距：最大壓縮2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（2）普通螺桿形式的確定）普通螺桿形式的確定w 主要根據物料的物理性能和進入螺桿時物料的具體情況而定。P114w 非結晶物料非結晶物料，熔融溫度范圍大，采用等距漸變螺桿。如硬PVCw 結晶物料結晶物料，熔融溫度范圍窄，采用等距突變螺桿。如L

23、DPE2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型 （3）普通螺桿的主要參數及選擇）普通螺桿的主要參數及選擇 螺桿直徑螺桿直徑Dw 螺桿基本參數之一，常表示擠出機規(guī)格。w 根據制品的斷面尺寸和所要求的生產率，確定D。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型長徑比長徑比L/D和螺桿分段和螺桿分段w 長徑比（長徑比（L/D） ： 決定螺桿體積容量的主要因素，影響熱量從料筒壁傳給物料的速率。 有效工作長度取決于物料經過多長歷程，才達成型所需的粘流態(tài)。 增大長徑比，改善塑料的溫度分布，混合更均勻，漏流和逆流減小，生產能力提高，是發(fā)展方向。一般為25。 但太大不宜擠熱敏性塑料，制造和安裝困難。 選擇依據

24、：選擇依據：物料的物理性質和制品性能要求。 難加工的，如含氟塑料，需較大長徑比。 粒料造粒，L/D較??；粉料造粒，L/D較大。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型螺桿分段：螺桿分段： 表2-6w 加料段：加料段：長48D；螺槽深，0.100.15D。w 主要功能：從加料斗截取物料傳送給壓縮 段，同時使物料受熱。w 壓縮段：壓縮段：螺槽深度逐漸減小。w 主要功能：使塑料受熱和前移，逐漸壓實并軟化為連續(xù)的熔體，將夾帶的空氣由加料段排出。w w 計量段：計量段：長度為610D，深度為0.0250.06D。w 主要功能：使熔體進一步塑化均勻，并使料流定量、定壓由機頭和口模的流道擠出。2022-6

25、-13塑料成型工藝學 擠出成型均化段螺槽深度均化段螺槽深度h3和壓縮比和壓縮比w 螺槽深度螺槽深度h3 ：影響塑料塑化和擠出效率等 h3小，在相同n下，剪切速率、傳熱大，塑化好，效率減小；熱敏性塑料（如PVC）宜用深槽，熔體粘度低熱穩(wěn)定性高（如PA）宜用小h3。 淺槽的對不同壓力的機頭口模適應強， 深槽多用于機頭壓力較低，高產，軟質料。*壓縮比：壓縮比： 作用： 幾何壓縮比：大于物理壓縮比。 塑料加工，一般取25 實現方法：2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型螺紋導程、螺旋升角和螺紋頭數螺紋導程、螺旋升角和螺紋頭數w 螺旋升角影響物料輸送能力。如螺旋角大，生產能力增加，但剪切作用減小。為

26、制造方便，等距螺桿通常取t=D，螺旋角為1741。w 塑料用的螺桿多采用單頭螺桿。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型螺紋斷面形狀和螺桿頭部結構螺紋斷面形狀和螺桿頭部結構w 螺紋斷面形狀螺紋斷面形狀多為矩形和鋸齒形。w 螺棱頂面寬度一般為0.080.12D。太大，動力損耗升，局部過熱；太小，消弱螺棱強度，漏流多，產量降。w 螺桿頭部：螺桿頭部： 螺槽中螺旋運動口模中直線運動 一般呈鈍尖的錐形，避免物料在螺桿頭部停滯過久而引起分解。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型二、新型螺桿二、新型螺桿w 普通螺桿普通螺桿存在問題： 加料段：加料段：加大固體輸送量 熔融段：熔融段：保證塑化質量

27、均化段：均化段：定壓、定量輸送熔體，均化w 普通螺桿普通螺桿解決辦法： （1）提高n，減小h （2）提高機筒溫度 （3）增大L/D2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（1）分離型螺桿）分離型螺桿w 熔融段上附加副螺紋，其外徑略小于主螺紋外徑，副熔融段上附加副螺紋，其外徑略小于主螺紋外徑，副螺紋與機筒的間隙螺紋與機筒的間隙只許熔料通過，固相粒不能通過。只許熔料通過，固相粒不能通過。w 液相螺槽由窄變寬，與均化段螺槽相通；固相螺槽由液相螺槽由窄變寬，與均化段螺槽相通；固相螺槽由寬變窄，與加料段末端相通。寬變窄，與加料段末端相通。w 促進固相和液相盡快

28、分離。促進固相和液相盡快分離。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（2） 分散混煉元件分散混煉元件w 設置在普通螺桿的某一部位，將凝聚或團聚的物料有效分散。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型三、排氣式擠出機的結構及工作過程三、排氣式擠出機的結構及工作過程w 機筒上開設一個或多個排氣口，逸出揮發(fā)物。w 二階螺桿。w 工作原理：工作原理：P132排氣段螺槽較排氣段螺槽較深，相對于機深，相對于機筒排氣口。筒排氣口。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型四、雙螺桿擠出機結構及工作原理四、雙螺桿擠出機結構及工作原理 2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型雙螺桿擠出機類型雙螺桿擠出機

29、類型 w 嚙合程度嚙合程度 嚙合：嚙合：部分嚙合，全嚙合 非嚙合非嚙合w 旋轉方向旋轉方向 同向 反向（異向）*軸線關系軸線關系 平行 錐形2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型五、螺桿及料筒的磨蝕問題及材質的選擇五、螺桿及料筒的磨蝕問題及材質的選擇w (1)旋轉螺桿與料筒相接觸引起的磨損w （2）物料特性影響，如填料，硬度越 大，粒子尺寸越大，磨蝕越嚴重。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型六、擠壓系統其它部分及操作六、擠壓系統其它部分及操作1、進料口、進料口 在料筒上，起進料作用。 進料口處可水冷卻，防止聚合物過早升溫，加強輸送效果。2、分流板和過濾網、分流板和過濾網分流板作用：

30、分流板作用：P148過濾網作用：過濾網作用：過濾雜質； 增加或減少濾網層數可起調節(jié)機頭壓力的作用，以獲得不同的混合程度和成型效果。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.3.3 擠出機的加料系統擠出機的加料系統 加料口和上料部分w 上料部分作用：上料部分作用：將物料輸送到加料斗， w 保證加料斗中的物料充足。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.2.4 擠出機的傳動系統w 使螺桿按所要求的轉速轉動，并保持穩(wěn)定的螺桿轉速。w 為螺桿的根部提高所需的扭距，滿足一定負載下轉動情況。w 螺桿轉速可調，適應不同物料和制品、工藝條件變化等。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.3.5

31、 擠出機的加熱冷卻系統擠出機的加熱冷卻系統加熱：加熱：使擠出機達到正常啟動的溫度，并保證正常操作所需的溫度。 擠出中，物料熔融由料筒外部加熱和螺桿旋轉導致聚合物磨擦生熱和粘性生熱的熱量造成。機械能提供熱量占總能量70%80%，加熱器提供的能量占20%30%。冷卻：冷卻：防止料溫過高，發(fā)生過熱分解或粘度下降明顯等。但冷卻造成能量損失，應盡可能減少。 擠出成型溫度用機筒溫度近似表示，根據所用塑料品種和制品形狀尺寸確定；2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型 一、擠出機加熱和冷卻（料筒） 電加熱、載體加熱 空氣冷卻（鼓風機強制）、水冷卻二、料斗座冷卻 水冷三、螺桿的加熱與冷卻 單獨控溫 2022

32、-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.4 擠出成型過程擠出成型過程w 物理變化2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.4.1 模內模內 成型成型 機頭（口模、模頭）是成型部件。w 作用：作用：熔體從模內流過時，從螺旋運動變?yōu)榉€(wěn)定的直線流動；建立壓力，使制品密實；產生回壓，使物料進一步均化，提高制品質量。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型一、模內速度分布和溫度分布一、模內速度分布和溫度分布w 熔體粘度高，且粘度隨 溫度而變化。w 存在不均勻的速度梯度，在模頭產生不均勻的溫度分布。w 降低模頭流率或擴大模頭的流道，以降低剪切速率，從而降低溫度

33、增高和不均勻性。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型二、擠出物膨脹w 表現為熔體在模內所受形變的彈性回復。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型三、模內流動的不穩(wěn)定性三、模內流動的不穩(wěn)定性w 鯊魚皮和熔體破裂是模內流動不穩(wěn)定性的典型現象。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.4.2 冷卻定型冷卻定型w 定型工藝：定型工藝：對已形成制品初步形狀的擠出物起尺寸精整和固定的作用。w 冷卻工藝：冷卻工藝：使制品充分冷卻，達到外觀和各種性能要求。w 低溫擠出是發(fā)展方向。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.4.3 擠出成型中的聚合物結晶擠出成型中的聚合物結晶w 應用例P162

34、3.4.3 擠出成型中的聚合物分子取向擠出成型中的聚合物分子取向2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.5 幾種制品的擠出工藝幾種制品的擠出工藝w 預熱和干燥開動螺桿加料調整定型冷卻牽引（后處理）擠出制品擠出制品粒狀或粉狀料粒狀或粉狀料擠出機加熱擠出機加熱擠出成型擠出成型卷取卷取(切割切割)擠出工藝流程擠出工藝流程2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型*原料的準備和預處理原料的準備和預處理w 水份,含水量0.5%w 影響制品質量因素：氣泡、表面晦暗無光、出現流紋、力學性能下降w 除機械雜質*擠出成型擠出成型 調整工藝參數料筒各加熱段和機頭口模的溫度、 轉速（控制料筒內物料的T和P分布

35、） 口模尺寸、同心度、牽引裝置 控制擠出機離模膨脹和保持形狀的穩(wěn)定性 *定型與冷卻定型與冷卻 熱塑性塑料擠出物離開口模后仍處于高溫熔融 狀態(tài)，具有很大的塑性變形能力，應立即定型和冷卻。 否則自重-變形-凹陷、扭曲2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型*制品的牽引和卷取制品的牽引和卷取w 離模后, 熱收縮和離模膨脹雙重效應w 截面和口模形狀不一致。w 要連續(xù)均勻地將擠出物引出w 幫助擠出物及時離開口模，連續(xù)性w 調整擠出物截面尺寸和性能w后處理后處理 熱處理和調濕處理2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型 w 一般來說，加料段的溫度不宜過高，而壓縮段和計量段的溫度可取高一些，機頭溫度必須

36、控制在塑料的熱分解溫度以下，且能保證熔體具有良好的流動性。w 徑向溫差：對成型質量產生不良影響，如殘余應力，表面無光。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型壓力壓力w 塑料在成型過程中所需要的擠出壓力，主要用于克服在機筒、螺槽、多孔板、過濾網、機頭和口模等一系列零部件的運動阻力以及自身內部的粘性磨擦。 w 擠出壓力的大小，對于成型物料的塑化及它們在成型過程中的流動均有重要影響。生產中必須根據塑料品種和制品類型確定合理數值外，還應盡量避免出現波動或隨時間發(fā)生周期性變化。w 防止擠出壓力波動或周期性變化的主要措施：防止擠出壓力波動或周期性變化的主要措施：w 合理地控制螺桿轉速w 保證加熱和冷卻

37、裝置的溫控精度。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型擠出速度擠出速度w 指單位時間內由擠出機從機頭口模中擠出的塑料量或制品長度，公斤/小時或米/分鐘表示，代表擠出成型生產的實際生產效率實際生產效率。w 在擠出機、螺桿結構和機筒條件一定的情況下，使用不同的塑料品種或不同的機頭口模成型不同制品時，擠出速度之間會有很大差異，所以設計機頭口模時，一定要注意機頭口模需要的生產效率必須與擠出機允許使用的生產效率相適應。w 當塑料品種和擠出制品一定的情況下，擠出速度僅與螺桿轉速有關。調整螺桿轉速是控制擠出調整螺桿轉速是控制擠出速度的主要措施之一。速度的主要措施之一。2022-6-13塑料成型工藝學 擠

38、出成型 w 當擠出速度在生產過程中波動時，會損害制品形狀和尺寸精度，為保證擠出速度均擠出速度均勻勻，需要：w 設計與制品相適應的螺桿結構和尺寸w 嚴格控制螺桿轉速.w 嚴格控制擠出溫度、防止因溫度波動而引起的擠出壓力和熔體粘度的變化，從而導致擠出速度變化w 注意料斗的加料情況，保證加料速度不出現非正常的變化。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型 牽引速度牽引速度w 牽引速度要與擠出速度相配合。w 牽引比=牽引速度/擠出速度1（略大于）w （1）消除由離模膨脹引起的制品尺寸變化w （2）拉伸制品，適度大分子取向w 冷卻定型時間相適應2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.5.1 管材

39、的擠出管材的擠出1-機頭；2-定型；3-冷卻；4-牽引；5-切割；6-卷?。ɑ蚨逊牛?；2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型1-機頭；2-定型；3-冷卻；4-牽引；5-切割；6-卷?。ɑ蚨逊牛?022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型一一.聚氯乙烯硬管聚氯乙烯硬管w 1、擠管設備 （1）擠出機 單螺桿：單螺桿：D=30200mm，等距漸變型， L/D=1525，壓縮比=2.02.6 雙螺桿雙螺桿:平行異向,錐形, 可免去粉料造料環(huán)節(jié)。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（2）管機頭）管機頭w 類型：按物料在擠出機和機頭流動方向關系w直通（平式）機頭w直角機頭w偏心機頭2022-6-

40、13塑料成型工藝學 擠出成型硬管機頭結構硬管機頭結構w 分流器及其機架分流器及其機架 使塑料流體逐漸形成環(huán)形，并使料層變薄，利于塑料進一步均勻塑化。 分流器支架作用：支撐分流器及芯模。 支架與機頭連接，支架上有支撐筋，塑料流過時，被支撐筋分開再匯合，可能形成熔接痕熔接痕，影響管材強度。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型口?？谀 口模與芯模的平直部分為管材成型部分。w 口模負責管材外表面；w 芯模負責管材內表面，芯模與分流器同心，保證料流均勻分布。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型機頭的調節(jié)機頭的調節(jié)w 裝機頭時需調節(jié)芯模與口模同心。w 調節(jié)螺栓調節(jié)機頭壁厚均勻度。2022-6

41、-13塑料成型工藝學 擠出成型 定型裝置定型裝置w 定外徑定外徑 真空法P171w 定內徑P172內壓法P1702022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型冷卻水槽冷卻水槽w 使管材充分冷卻，防止變形，達到或接近室溫。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型牽引裝置牽引裝置w 均勻將管材引出，并調節(jié)管壁厚度。w滾輪式w履帶式切割裝置切割裝置2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型(2)擠管工藝擠管工藝w 例：硬PVC管w思考：思考：雙螺桿擠出機生產PP制品的工藝流程和加工條件。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型1-機頭；2-定型；3-冷卻；4-牽引；5-切割；6-卷?。ɑ蚨逊牛?0

42、22-6-13塑料成型工藝學 擠出成型擠出管材的擠出管材的熔接縫（熔接痕）熔接縫（熔接痕）2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型熔體強度熔體強度2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型二二.聚氯乙烯軟管聚氯乙烯軟管w 加增塑劑。w 流動性好，成型容易。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型三三.PE管管w PE結晶 ，熔體粘度較低，熔體彈性較大，加工穩(wěn)定性好，擠出膨脹率大，收縮率較大。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.5.2 塑料異型材的擠出塑料異型材的擠出P179w 截面不規(guī)則，長度連續(xù)截面不規(guī)則，長度連續(xù)w 異型材分類異型材分類 封閉中空異型材封閉中空異型材 半封閉中

43、空異型材半封閉中空異型材 開式異型材開式異型材 實心異型材實心異型材 復合異型材復合異型材w 封閉中空異型材在長度方向帶有連續(xù)空腔，可以采用壓縮空氣的方法保證冷卻定型。形狀閉合部分都理解為管的變形，不閉合部分都理解為板材的變形，所以可以把型材看作管材和板材的組合型材。w 工藝流程和設備與管材成型相似，制品的截面形狀設計和口模設計至關重要。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.5.3 擠出板材與片材擠出板材與片材w 厚度厚度 板材1mm； 片材 0.25-1mmw 寬度：寬度：一般1-1.5m，最寬可達4mw 生產方法：生產方法：擠出、壓延、層壓、澆注、流涎w 擠出法優(yōu)點：擠出法優(yōu)點：使

44、用設備簡單，生產成本低， 成品沖擊強度高，但厚度均勻性較差w 塑料品種塑料品種：PVC、PE、PP、ABSw 分類：分類：單(多)層板、平板、波紋板、發(fā)光板2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型(1)生產線組成生產線組成1-機頭；2-定型定型:三輥壓光機，（冷卻定型、一定牽引作用。）3-冷卻；4-牽引；5-切割；6-卷取（或堆放）2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型(2)板、片機頭的形成板、片機頭的形成w 狹縫機頭：多孔板、連接器w （流道由圓錐過渡到狹縫矩型）w 三輥壓光機：將擠出的板材壓光和降溫,w 并準確調整板材的厚度.w 冷卻導輥：由10多個直徑50毫米的圓輥組成 2022-

45、6-13塑料成型工藝學 擠出成型（3）板材、片材的擠出成型工藝）板材、片材的擠出成型工藝w 機頭口模溫度機頭口模溫度w 根據塑料品種和制品特征確定w 比前端機筒溫度稍高（5-10）w 過低：表面欠光澤，容易開裂w 過高：分解，氣泡w 扁平口模：熔體沿口模寬度方向有均勻的速 度分布。w 設置阻流器使熔體流動速度均勻w 分配螺桿機頭：在扁平的機頭口模中間加入一條 螺桿，借螺桿的輸送作用把熔體均勻分散到口模。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型 壓光輥的溫度和轉速壓光輥的溫度和轉速w 適當加熱，保證板坯以適當的冷卻速度成型w 稍低：不粘輥 w 過高：粘輥w 口模出料一定時，板材最終厚度由壓光輥

46、轉速來控制。w 拉伸取向w 壓光輥的線速度與擠出速度相適應，稍快10-25%。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型壓光輥溫度硬PVCLDPEPPABS上70-8040-5070-7570-85中80-9060-7570-7580-90下60-7050-6055-6090-1002022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.5.4 吹塑薄膜吹塑薄膜w 板材1mmw 片材 0.25-1mmw 薄膜薄膜0.25mmw 薄膜生產方法：壓延、擠出+吹塑、流誕、雙向拉伸w 吹塑優(yōu)缺點：w 塑料品種：PP、PE、PVC、PS、PA、EVA、PVA等2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型1-機頭；2

47、-定型；3-冷卻；4-牽引；5-切割；6-卷取（堆放）2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型一、工藝流程一、工藝流程w 平擠上吹：應用最廣w 平擠平吹w 平擠下吹2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型二、吹膜設備二、吹膜設備w （1）擠出機 單螺桿擠出機 生產率受冷卻和牽引速率控制2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（2）機頭w 與擠管相似，只是間隙比管材的小一些w 0.03-0.05mm薄膜 模隙寬度0.4-0.8mm, w 平直部分7-17mmw 直通式平吹（水平直通式）w 直角式上吹和下吹（直角直通式）w 旋轉機頭2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（3）冷卻裝置）冷

48、卻裝置w 冷卻速度的快慢直接關系生產效率w 多采用風冷和水冷P1962022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（4）人字板）人字板w 穩(wěn)定膜泡，將其逐漸夾扁而引入牽引輥。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（5）牽引裝置）牽引裝置 一對牽引輥牽引（6）導向輥和展平輥 完全冷卻薄膜，展平。（7）卷取裝置2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型三、工藝控制三、工藝控制（1）成型溫度 控制物料在粘流態(tài)的最佳熔融粘度。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型w （2）厚度調節(jié)）厚度調節(jié)w 口模與芯棒間隙 調整螺栓w 螺桿轉速w 2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型 由風量調節(jié)調整厚度由

49、風量調節(jié)調整厚度w w 吹塑薄膜的厚度w 機頭口模環(huán)形縫隙寬度bw 吹脹比 =吹脹后膜泡直徑/口模直徑w 拉伸比 =牽引速度/擠出速度b2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型（3）吹脹比和拉伸比吹脹比 =吹脹后膜泡直徑/口模直徑 ，橫向強度， 光學性能，沖擊強度拉伸比=薄膜牽引速度/管坯擠出速度 拉伸比，縱向強度 吹脹比和拉伸比是決定最終薄膜尺吹脹比和拉伸比是決定最終薄膜尺寸和性能的重要參數。寸和性能的重要參數。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型3.5. 5 擠出流延平膜和雙向拉伸薄膜擠出流延平膜和雙向拉伸薄膜w w 擠出吹塑：簡單、便宜w 擠出流延平膜擠出流延平膜：厚度均勻性好，生產速度快，效率高，光學性能好。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型一、擠出流延平膜成型工藝一、擠出流延平膜成型工藝w 生產流程：P203擠出機 充分熔融：充分熔融：L/D=2530，分離型螺桿并 帶混煉頭。 穩(wěn)定擠出：穩(wěn)定擠出：嚴格控制溫度和螺桿轉速， 控制粘度，使擠出量穩(wěn)定。2022-6-13塑料成型工藝學 擠出成型二、雙向拉伸薄膜二、雙向拉伸薄膜w 將擠出成型