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1、第六章 塑料的一次成型,一、挤出成型 二、注射成型 三、压制成型 四、压延成型 五、其它成型方法（含铸塑、模压烧结、传 递模塑、泡沫塑料成型）,塑料的一次成型与二次成型,1、一次成型： 塑料配料 加热(Tm或Tf以上) 粘流态 流动、成型和冷却硬化（或交联固化） 所需形状,2、二次成型： 一次成型塑料成品 加热(TgTm或Tf之间) 类橡胶态 通过外力作用 形变 简单形状 冷却定型 产品,一次成型,二次成型,挤出成型 注射成型 模压成型 铸塑成型 模压烧结成型 传递模塑 压延成型 中空吹塑成型 热成型 拉幅薄膜成型 冷成型,塑料加工方法,塑料加工工程未来发展热点,高效化,高速化,精密化,WP公
2、司的远程控制,36吨/小时产量的设备,可注射万分之一克的精密注射机,一、挤出成型,一）概述,1、挤出成型概念,也称挤压模塑或挤塑，即借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。,应用范围：能成型所有热塑性塑料和某些热固性塑料。,生产的制品：管材、板材、薄膜、线缆包覆物及塑料与其它材料的复合材料等。还可以用于塑化造粒、着色和共混等。,挤出制品占热塑性塑料制品的4050。,管材挤出生产线,2、挤出成型分类,1）按塑化方式分：,（1）干法：靠加热,（2）湿法：仅用于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素等。 用溶剂将塑料充分软化。,（1）连续式
3、：,螺杆式挤出机,单螺杆,双螺杆,原理：借助螺杆旋转产生压力和剪切力，使物料充分塑化和混合均匀，通过型腔（口模）而成型。,2）按加压方式分：,（2）间歇式：,柱塞式挤出机,原理：借助柱塞压力，将事先塑化好的物料挤出口模而成型。,二）挤出设备,组成：一般是由挤出机、机头和口模、辅机等几部分组成的。,1、螺杆挤出机,组成：挤出机由挤出装置（螺杆和料筒）、传动机构和加热冷却系统等主要部分组成。,1）单螺杆挤出机,单螺杆挤出机是由一根阿基米德螺杆在加热的料筒中旋转构成的。大小一般用螺杆直径来表示。,单螺杆挤出机,基本结构,控制单元 Control unit 加料装置 Feeding unit 驱动装置
4、 Driving unit 料 筒 Barrel 螺 杆 Screw 口 模 Die,2）单螺杆挤出机基本组成,（1）传动装置,带动螺杆转动的部分。通常由电动机、减速箱和轴承等组成。,基本要求： A.要求螺杆转速稳定，不随螺杆负荷的变化而变化，以保证制品质量均匀一致。 B.在不同的场合下，又要求螺杆能变速，以达到一台设备能适应挤出不同塑料或不同制品的要求。,挤出机常见的传动形式,直流电动机摆线针轮减速器,调速电动机无级变速器,整流子电动机涡轮减速箱,油压电动机齿轮减速,C.传动部分采整流子电动机、直流电动机等装置达到无级变速。 D. 螺杆转速为：10100转/分钟。 E.设有良好的润滑系统和迅
5、速制动的装置。,(2)加料装置,A.供料一般采用粒料、粉料和带状料等几种。,B.装料设备通常使用锥形加料斗，其容积至少能容纳1小时的用料。,C.料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流。 侧面有视孔和标定计量的装置。,加料方式： 重力上料 强制上料,普通料斗,真空料斗,D.有些料斗带有减压或加热装置、搅拌器、自动上料或加料装置。,搅 拌 加 料 器,螺 旋 加 料 器,变 量 加 料 器,强制喂料料斗 Forced-feed hopper,(3)料筒,A.材料要求：为一金属圆筒，一般用耐温耐压、强度较高、坚固耐磨、耐腐的合金钢或内衬合金钢的复合钢筒制成。目前多采用38CrMoAl和Xaloy合金
6、. B.功能：塑料的塑化和加压过程。压力可达3050MPa, 温度150410. C.组成：外部设有分区加热和冷却装置。 加热：电阻、电感或其它方式。 冷却：风冷或水冷。,机筒的结构形式,(1)整体式：便于加热，冷却系统的设置与拆装，而且加热在轴向分布上较为均匀。,单螺杆挤出机整体式料筒,锥形双螺杆挤出机整体式料筒,平行双螺杆挤出机的组装式机筒,(2)组装式：由几段机筒组装而成，各段用法兰 螺栓联接在一起，破坏了机筒加热 的均匀性，增加了热损失。,(3)瓣合式：机筒由两瓣组装而成，用螺栓联接 在一起，便于螺杆拆卸和研究。但 同样破坏了机筒加热的均匀性，增 加了热损失。,平行双螺杆挤出机 的瓣合
7、式机筒,(4)螺杆,关键部件，直接关系到挤出机的应用范围和生产率。,A.功用： 螺杆的转动 挤压作用 塑料产生移动、增压和从摩擦取得部分热量 混合和塑化 熔体在被压实而流经口模 取得所需形状。,B.螺杆的种类： 因塑料品种繁多、性质各异而需不同种类螺杆。,C.表示螺杆结构特征的基本参数 主要有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等。 D.螺杆材料 高强度、耐热、耐腐蚀合金钢。,(2)螺杆的主要参数,、螺杆的直径（D）与长径比（ L/D ）, 螺杆直径（D）,螺纹的公称直径，表示挤出机的大小规格，目前国内广泛使用为30mm、45mm、65mm、90mm、120mm、15
8、0mm、180mm的挤出机，螺杆直径增大，加工能力提高， 挤出机的生产率与螺杆直径D的平方成正比。,螺杆直径与制品尺寸的关系,定义：螺杆工作部分有效长度与直径之比。 常见的长径比有15、20、25、30等，长径比加大后，螺杆长度增加，物料相对停留时间增加，塑化更充分均匀，但加工难度增大，故应为求在较低长径比的条件下获得优质高产。, 长径比（L/D）,L/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机的生产能力。,L/D大，螺杆适应能力强，能用于多种塑料的挤出。,但L/D过大，使塑料受热时间增长而降解； 螺杆自重增加，自由端挠曲下垂， 引起料筒与螺杆间擦伤，使制
9、造 加工困难，增大功率消耗。,过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。,、螺旋角（）,定义：螺纹与螺杆横断面的夹角。 随增大，挤出机的生产能力提高，但剪切作用和挤压力减小； 通常在1030之间。 等距螺杆：螺距等于直径， 17 41,、压缩比,定义：螺杆加料段最初一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。 内涵：表示塑料通过螺杆全长范围时被压缩的倍数。压缩比愈大，塑料受到的挤压作用愈大。,螺槽浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有利于料筒壁和物料间的传热，物料混合和塑化的效率高，但生产率降低。（粘度低、热稳定高的塑料适用，如PA料） 螺槽深时，情况相反。（热敏性塑料适用，如PVC）,压缩比获得方法：
10、等矩不等深 等深不等矩 不等距不等深 复合型螺杆,普通螺杆的压缩比：,、螺杆的结构形式,渐变型：等距不等深,渐变型：等深不等距,突变型,鱼雷头螺杆,螺杆构造（Screw Construction）,螺杆功能段,固体输送段 (Solid Convey Zone) 熔融段 (Melting Zone) 均化段 (Homogenizing Zone),加料段 (Feeding Zone) 压缩段 (Compressing Zone) 计量段 (Metering Zone),螺杆结构段,螺杆各段的作用,加料段：自物料入口向前延伸的一段称为加料段，在加料段中，物料依然是固体，主要作用是使物料受压，受热前
11、移，螺槽一般等距等深。 融化段：压缩段是指螺杆中部的一段，物料在这一段中受热前移并压实熔化，同时也能排气，压缩段的螺槽体积逐渐减小。 均化段：螺杆最后一段，均化段的作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量，定压由机头流道均匀挤出，这段螺槽截面是恒等的，但螺槽深度较浅。,、螺杆各段的功能, 加（送）料段,将料斗供给的料送往压缩段。,塑料在移动过程中，一般保持固体状态，由于受热而部分熔化。,要求：挤出结晶聚合物最长，硬性无定形聚合物次之，软性无定形聚合物最短。,螺槽容积可以保持不变。, 压缩段（迁移段、过渡段）,作用：压实物料，使物料由固体转为熔融体，并排除物料中的空气。,要求：为适应将物料压实，
12、将气体推回加料段和物料熔化时体积减小等特点，本段应对塑料产生较大的剪切作用和压缩，通常使螺槽容积逐渐缩减，缩减的程度由塑料的压缩率决定。, 均化段（计量段）,将熔融的物料，定容（定量）定压地送入机头使其在口模中成型。,螺槽容积恒定不变。,为避免物料因滞留在螺杆头端面死角处引起分解，螺杆头部常设计成锥形或半圆形。 有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体，称为“鱼雷头”，但也有刻上凹槽或铣刻成花纹的。,鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动脉冲现象的作用，并能增大物料的压力，降低料层厚度，改善加热状况，且能进一步提高螺杆塑化效率。,5.2.1 螺杆挤出机,螺杆三段长度的分配比例,(5)机头和口模,机头
13、的作用是将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并将熔体均匀而平稳地导入口模，赋予必要的成型压力，使塑料易于成型和取得制品密实。,口模为具有一定截面形状的通道，塑料熔体在口模中流动时取得所需形状，并被口模外的定型装置和冷却系统冷却硬化而成型。,机头与口模的组成部件包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等部件。,（1）圆孔口模,挤出塑料圆棒、单丝和造粒。具有圆形出口的横截面。,典型的一维流动，同心圆上的轴向流速是相同。,出口具有狭缝形的横截面。,具有分配腔,直管式口模：聚烯烃、聚酯,鱼尾形口模：无死角，熔体粘度 高，热稳定性差,衣架式口模：停留时间一致，硬 PVC
14、,（2）扁平口模,挤出法生产平膜和片材。,（3）环形口模,挤出管子、管状薄膜、吹塑用型坯、涂布电线。,出口具有环形截面。,由口模套和芯模组成，有,支架式,直角式,螺旋芯模式,储料缸式,（4）异形口模,异型制品（型材）：从任一口模（异形口模）挤出而得到具有不规则截面的半成品。,有中空和开放式两大类。,二）双螺杆挤出机,指在一根两相连孔道组成截面的料筒内由两根相互啮合或相切的螺杆组成的挤出装置。,双螺杆结构设计的差别：,（1）啮合还是非啮合；,（2）对啮合螺杆：同向转动还是反向转动；,（3）螺杆是圆柱形还是锥形；,（4）压缩比的实现是靠：螺纹高度或导程； 根径由小变大或外 径由大变小； 螺纹头数变
15、化。,（5）螺杆是整体的还是组合的。,螺杆类型：,（1）Colombo螺杆：,螺杆分为三段，每一段有一混合室。 加料段的外径和螺距最大； 压缩段次之； 均化段为最小。 同一段中，螺杆是等径等距的。,（2）锥形双螺杆,向外反向转动。 从加料段到计量段，螺杆的外径和根径均匀地由大到小变化。 螺杆各部分的长度、螺纹头数、螺槽数、螺棱宽度、螺棱形状等均有变化。,（3）组合型双螺杆,由不同数目的具有不同功能的螺杆元件按一定要求和顺序装到带导键或三角形芯轴上组合而成的。 可以连续输送、塑化、均化、加压、排气。,（4）非啮合型双螺杆,类似两根平行单螺杆在料筒中转动，但两根螺杆反向转动并相切。 分为单阶和双阶
16、两种形式。,三）挤出机的辅助设备,1.原料输送、干燥等预处理设备；,2.定型和冷却设备，如定型装置、水冷却装置、空气冷却装置；,3.用于连续地、平稳地将制品接出的可调速牵引装置；,4.成品切断和辊卷装置；,5.控制设备等。,四）挤出机的一般操作方法,1.开车前准备的工作；,2.机器运行开始的工作；,3.停车时的工作；,4.清理设备。,注意：电、热、机械转动、笨重部件装卸等。,三、 挤出成型原理,一） 固体输送,以固体对固体的摩擦力静平衡为基础。,假设：,（1）物料与螺槽和料筒内壁所有边紧密接触，形成固体塞或固体床，并以恒定的速率移动；,（2）略去螺棱与料筒的间隙，物料重力和密度变化等的影响；,（3）螺槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度的函数，摩擦系数与压力无关；,（4）螺槽中固体物料像弹性固体塞一样移动，受周围的螺杆和料筒表面之
