挤出成型PPT课件

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1、第四章挤出成型 挤出成型是使高聚物的熔体 或粘性 流体 在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作 用下通过具有一定形状的口模而连续成 型的方法 所得的制品为具有恒定断面 形状的连续型材 挤出成型是高分子材 料加工领域产量较大 生产率高 适应 性强 用途最广泛的成型加工方法 挤 出机的产量仅次于注射机 在塑料高分 子加工机械中产量占第二位 singlesingle screw extruder screw extruder Feeding cooling Sensor ports 2 standard others optional Screw back pressure sensor optional c

2、ollars for heating and cooling 1 挤出成型特点 适合于所有高分子材料的加工 几乎能 成型所有的热塑性塑料 也能加工少数热固 性塑料 塑料挤出的产品多 有管材 板材 棒材 片材 薄膜 单丝 电线电缆包覆 层 各种异型材以及塑料与其他材料的复合 物等 挤出工艺还可用于塑料的着色 混炼 塑化 造粒 及塑料的共混改性等 以挤 出为基础 配合吹胀 拉伸等技术则发展成 为挤出 吹塑成型和挤出 拉幅成型制造中 空吹塑制品和双轴拉伸薄膜制品 挤出成型特点 橡胶的挤出成型通常称压出 压出是使 胶料通过压出机连续地制成各种不同形 状半成品的工艺过程 广泛用于制造轮 胎的胎面 内胎

3、胶管及各种断面形状 复杂或空心 实心的半成品 也可用于 包胶操作 在合成纤维生产中 螺杆挤 出熔融纺丝 是从热塑性塑料挤出成型 发展起来的连续纺丝成型工艺 在合成 纤维生产中占有重要的地位 2 挤出成型分类 根据物料塑化方式不同 挤出成型可分 为干法挤出和湿法挤出两种 干法挤出 是靠外加热将物料变成熔体 塑 化与挤出在挤出机内完成 制品的定型处理 为简单的冷却固化 湿法挤出 物料的塑化是通过有机溶剂对物料 的作用 使其成为粘流状态 塑化是在挤出 机以外预先完成的 制品的定型处理是依靠 溶剂的挥发而固化 湿法挤出的优点是物料 塑化均匀 可以避免物料成型时的热降解 但溶剂回收麻烦 环境污染大 目前

4、仅用于 挤出成型 纤维素塑料等不能加热塑化的少数几种塑料 的加工 3 挤出设备分类 螺杆式挤出机和柱塞式挤 出机 前者为连续式挤出 后者为间歇式挤 出 螺杆式挤出机又分单螺杆挤出机和多螺杆挤 出机 目前单螺杆挤出机是生产上用得最多 的挤出设备 多螺杆挤出机中双螺杆挤出机 近年来发展最快 挤出设备分类 柱塞式挤出机借助于柱塞的推挤压力 将事 先塑化好的或由挤出机料筒加热塑化的物料 从机头口模挤出成型的 物料挤完后柱塞退 回 再进行下一次操作 生产是不连续的 而且挤出机对物料几乎没有混合作用 故生 产上较少采用 但由于柱塞能对物料施加很 高的推挤压力 所以可应用于熔融粘度很大 及流动性极差塑料的加

5、工 如聚四氟乙烯和 硬质聚氯乙烯管材的挤出成型 4 1单螺杆挤出机基本结构及作用 组成 挤出系统 传动系统 加热和冷 却系统及控制系统等 挤出系统是挤出机的关键部分 对控制 挤出制品的质量和产量起着重要作用 挤出系统通常包括 加料装置 料筒 螺杆 机头和口模等 单螺杆挤出机结构示意图 4 1 1加料装置 挤出成型的供料一般是粒料 粉料和带状 料 单螺杆挤出机通常使用粒料 双螺杆挤 出机可加粉料或粒料 橡胶挤出机 压出机 一般加带状料 加料装置的作用是保证向 挤出机料筒连续供料 加料装置 料斗 形 状通常呈漏斗状 有圆锥形和方锥形两种 料筒连接料斗的部分称为料斗座 料斗座带 有冷却水套 防止高温

6、料筒的热量传向料斗 避免料斗中的料因受热而产生 架桥 现象 为了加工吸水性物料 料斗还可设预热干燥 装置 为了加强搅拌或防止粉料的 架桥 现象 料筒 可在料斗内设置搅拌器 为了减轻操作工的 劳动强度 料斗可采用定时自动上料装置 4 1 2料筒 料筒 机筒 的结构比较简单 是一个受热 受压的金属圆筒 螺杆在料筒内旋转 将 物料向机头方向输送并将物料压实 在输送 过程中物料受到来自料筒的外加热和物料与 物料之间物料与螺杆 料筒的摩擦热的作用 熔融 熔融的物料被定量 定压 定温地挤 出机头 为了使挤出的物料密实 挤出机 料筒结构 料筒 料筒 料筒内必须有一定的压力 由机头阻力和螺 杆的压缩比等产生

7、因此料筒必须能承受 一定压力 教材介绍最高可达55Mpa 所以 料筒应具有足够的强度和刚度 对于单螺杆 挤出机生产过程中一般压力没有教材所说的 那么高 大概在10Mpa以下 在进行料筒设 计时除了考虑要承受压力外 还要考虑热惯 性 一般实际厚度要大于承受压力所要求的 厚度 料筒 根据所对应职能区的不同 料筒的加 热冷却系统也分段设置 通常分三至四段 机头加热 机头不冷却 一般分两段 所以控制柜上通常有5 6组温度控制仪表 冷却一般采用风冷或水冷 冷却的目的 是防止料筒内物料过热降解和停车时对料 筒内的物料快速冷却 由于部分物料在高温下具有腐蚀性 有些 填料和增强材料对料筒有磨损 所以料筒 的材

8、料宜采用高强度的合金钢或双金属料 筒 4 1 3螺杆 螺杆是挤出机最主要的部件 1 螺杆的结构 常规普通单螺杆挤出机全螺纹螺杆 等距 变深 一般分三段 第一段为加料段 固体输 送段 该段槽深最深且不变 第二段压缩段 熔融段 槽深由深变浅 第三段均化 计 量段 槽深最浅且不变 有些螺杆内部有孔 可通冷却水冷却螺杆 冷却螺杆的目的有两个 一是使螺杆表面温度 略低于料筒温度 防止物料粘附其上 有利于 物料的输送 二是防止螺杆因长期运转与塑料 摩擦生热而损坏 螺杆 螺杆 螺杆的几何结构参数 螺杆结构主要参数 2 螺杆的几何结构参数 1 螺杆直径DS 指其外径 通常在30 200mm 之间 最常见的是4

9、5 150mm 螺杆的直径大 挤出机的产量高 所以挤出机的规格型号常 一螺杆的直径表示 如挤出机型号SJ 45 表 示塑料挤出机螺杆直径45mm 国标规定的螺杆 直径系列是 30 45 65 90 100 120 150 200mm 2 螺杆的长径比L DS 指螺杆工作部分的有效 长度与直径DS之比 L DS大能提高挤出机的生 产能力 有利于物料的混合 螺杆的适应性强 螺杆的几何结构参数 但加工安装困难 不适于热敏性物料的加 工 L DS小对塑料的混合塑化不利 目前 螺杆长径比有增大的趋势 3 螺杆的压缩比A 指螺杆加料段第一个 螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积 之比 一般约等于H1 H3

10、 H1 H3分别为加 料段和均化段槽深 该压缩比也称为几 何压缩比 物理压缩比是指塑料在熔融状 态下的密度于固体松散状态下的密度之比 螺杆的几何结构参数 挤出机的几何压缩比应大于物理压缩比 粉 状塑料的相对密度小 夹带空气多 螺杆的 压缩比应大于粒状料 螺杆的压缩比一般是 通过螺槽的等距变深 等深变距和变距变深 的方法来实现的 国内一般采用等距变深的 方法实现螺杆的压缩比 4 螺槽深度H 一般螺槽的深度H1 H2 H3 分别表示三段的槽深 H3小时挤出机对物料 的剪切速率大 有利于传热和塑化 但挤出 生产率低 H3大则反之 H3大适于加工热敏 性物料 如HPVC 的加工 H3小的浅槽螺杆 螺杆

11、的几何结构参数 可加工熔体粘度低和热稳定性好的塑料的挤 出成型 5 螺旋角 是螺纹与螺杆横截面之间的 夹角 角大 挤出机的产量高 但螺杆对 塑料的挤压和剪切作用减小 角一般在 10 30 之间 螺杆中沿螺纹走向 螺旋角 大小有所变化 根据挤出理论和实验证明 30 最适合细粉状料 15 适于方块 料 17 则适于圆柱料 在均化段 30 时 挤出机产率最高 在实际生产 螺杆的几何结构参数 过程中 一般取17 7 此时螺杆直径等于 螺距 DS LS 螺杆的机加工比较方便 6 螺棱部分宽度E 螺棱宽度E太小会使漏流增 加 产量降低 E太大会增加螺棱上的功率消 耗 螺棱上的物料过热的危险 传热量大 剪切

12、热大 7 螺杆与料筒的间隙 的大小影响挤出机 的生产能力和物料的塑化 值大 生产效 率低 不利于热传导 剪切速率低 不利于 物料的熔融和混合 过小 剪切速率大 螺杆的几何结构参数 易引起物料过热降解 对螺杆 料筒的加工 和安装要求高 3 螺杆的作用 挤出加工时 螺杆的运转对物料产生下列三 个作用 1 输送物料 螺杆转动时 物料在旋转的同时 受到轴向力的压力 向机头方向流动 2 塑化物料 螺杆与料筒配合使物料接触传 热面不断更新 在料筒的外加热和螺杆的剪 切摩擦热的作用下 物料逐渐软化 熔融 螺杆的作用 为粘流态 3 混合均化作用 螺杆与料筒和机头 配合产生剪切作用和物料垂直螺棱方向 的流动以及

13、漏流 使物料进一步混合 并定量定压由机头挤出 螺杆各功能区示意图 4 螺杆的形式 为了满足加工不同塑料的要求 设计 了不同形式的螺杆 螺杆一般分为普通 螺杆和高效专用型螺杆 新型螺杆 1 普通螺杆 是指常规全螺纹三段螺 杆 这种螺杆应用最广泛 普通螺杆中 又以等距变深螺杆应用最多 根据压缩 段 熔融段 长度的大小 普通螺杆又 分为通用型螺杆 渐变型螺杆和突变型 螺杆三种 普通螺杆形式 a 渐变型螺杆的压缩段较长 有的 螺杆 如加工聚氯乙烯的螺杆 螺杆全 长均起压缩作用 这样的螺杆即为渐变 型螺杆 这种螺杆适于加工非晶型塑料 b 突变型螺杆的压缩段很短 压缩 段长度为3 5DS 这种螺杆适于加工

14、 熔融温度范围窄的结晶型塑料 普通螺杆形式 c 通用型螺杆的压缩段长度介于渐变 型和突变型螺杆之间 适于大多数物料 的加工 2 高效螺杆 新型螺杆 将在后面章节一部分介绍 渐变型 突变型螺杆 普通螺杆存在的问题 a 熔融段固体床与熔池同处一个螺槽中 降低 了熔融效率 挤出产量不高 熔池不断增 宽 固体床逐渐变窄 减少了固体床与料筒 的接触面积 从而减少了料筒传给固体床的 热量 b 固体床过早解体形成固体床碎片 固体床破 碎 造成熔融速度缓慢 普通螺杆存在的问题 c 固体床过早破碎 还造成一部分物 料得不到彻底熔融 另一部分物料过 热 导致物料温度不均匀 d 压力波动 温度波动和产量波动大 e

15、普通螺杆往往不能适应一些特殊物 料的加工或进行混炼 着色等工艺 解决普通螺杆存在问题的一些做法 1 从工艺的角度 a 提高螺杆转速以提高生产力 转速过高 物料在料筒的停留时间短 物料在均 化段前不能全部熔融 同时压力波动大 b 提高料筒温度 促使残余固态物料熔融 对于热敏性物料加工温度不能太高 同时也增加了辅机冷却系统的负担 由 于温度高 制品冷却过程中会产生很大 内应力 解决普通螺杆存在问题的一些做法 2 从螺杆结构角度 改进加料段结构 解决输送效率低的问题 设置加料螺杆 料筒加料段开设沟槽 IKV系 统 增大螺杆长径比以提高生产能力和挤出物质 量 但长径比大 挤出机的制造安装困难 上述措施

16、未能从根本上改变普通螺杆螺杆存 在的问题 因此人们针对普通螺杆的缺陷 研制了几种新型高效螺杆 几种典型的高效螺杆 1 分离型螺杆 针对常规螺杆因固液 相共存于同一个螺槽中所产生的缺点 在熔融段采取措施 采用主附螺纹 开 设熔体槽等 将已熔物料与未熔的固 相尽早分离 促使未熔物料更快地熔融 已熔物料不再承受导致过热的剪切 从而获得低温挤出 并在保证塑化质量 的前提下提高挤出量 具体有BM型和熔 体槽型两种 分离型螺杆 分离型螺杆工作示意图 螺杆 其它类型的分离型螺杆 分离型螺杆 几种典型的高效螺杆 2 屏障型螺杆 基本结构 在一段外径等于螺杆直径的圆 柱上交替开出数量相等的进出料槽 进料 槽出口在轴线方向是封闭的 出料槽入口 在轴线方向也是封闭的 两组槽隔一相间 将进料槽和出料槽隔开的棱面与料筒的 间隙大小为 屏障型螺杆 几种典型的高效螺杆 工作原理 螺杆工作时 物料从熔融段进 入均化段后 含有未熔融的固体颗粒到达 屏障型混炼段时 被分成若干股料进入屏 障混炼段的进料槽 熔融料和粒度小于 的故相碎片才能越过间隙进入出料槽 粒 度较大的固相碎片被屏障挡住并继续熔融 塑化不良的小颗粒在通过间