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1、第五章 挤出成型extrusion molding,第一节 概述 挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑.是借助螺杆和柱塞的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法. 特点: 连续化,效率高,质量稳定 应用范围广 设备简单,投资少,见效快 生产环境卫生,劳动强度低 适于大批量生产,2. 适用的树脂材料 绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等 3.应用：塑料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树
2、脂掺和等。 4. 几种典型制品的生产线 挤出管材和异型材的生产、挤出片材、棒材生产、电缆包覆、挤出吹塑薄膜、挤出中空吹塑,挤出管材生产,管材挤出的辅助设备,挤出线缆包覆成型,挤出吹塑薄膜,挤出中空吹塑成型,第二节 单螺杆挤出原理,挤出过程：预处理料加料在螺杆中熔融塑化口模挤出定型冷却牵引切割 要使制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件： 熔体的输送速率=固态物料的熔化速率 沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率=挤出机生产率,一. 固体输送理论1假设条件：,物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），恒速移动； 略去及物料重力、密度变化的影响； Hf恒定，压力是螺槽长度的函数； 螺杆不动，料筒以的速
3、度移动； 螺槽为矩形 为分析方便，将一个螺距内的螺杆做平面展开,当螺杆转动一周，设物料固体塞中的一点由A运动到B点。 物料的输送速率是单位时间内从螺杆轴向截面所输送的物料体积，其值等于螺槽在轴向的投影面积A与物料在轴向的运动速度Vpl的乘积。,2.公式推导,3.讨论,4提高Qs的措施, 适当提高N和H; 采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结构；在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）； 冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小fs）一等螺杆Ra=0.8m,优等0.4,二.熔融理论,压缩段物料固-液共存 1目的： 预测螺槽中任一点未熔化物料量 熔化全部物料所需螺杆长度 熔融与螺杆参数、物
4、料特性、工艺参数间的关系 2冷却试验和熔融机理 冷却试验：本色料+35%着色料挤出稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒取出螺杆、剥下物料切断螺旋带状料并观察截面形状 现象： 熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态 固液两相有一明显分界线 固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处,熔融机理：加料段压实逐渐熔融成一层熔膜超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池固体床减小直至物料完全熔融,三.熔体输送理论,将螺杆、料筒展开，料筒与螺杆的相对速度Vb被分解为平行于螺槽方向的分速度Vbx和垂直于螺槽方向得分速度Vbz,使熔体产生了不同方向的流动，从而实现了熔体的输送和混合。 1.假设P123 2. 熔体输送、混合机理 在机
5、头阻力下，产生了沿螺杆方向的压差，另外由于螺杆和料筒有间隙，使熔体有四种形式的流动：正流、逆流、环流和漏流。,正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz产生沿螺槽向机头方向的流动。由于螺杆转动，塑料在螺杆根部与机筒间形成相对运动造成的，决定挤出量的大小 逆流（反流）Qp，与Qd相反的流动。由机头、多孔板等阻力元件对熔体的反压力造成，也叫压力流，随机头压力的升高而增加 横流（环流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽内与正流垂直的流动。对总挤出量影响不大，可忽略不计，但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用 漏流Ql，由机头阻力元件引起的物料反向流动，沿螺杆与料筒间隙向加料口方向流动，可降低挤出
6、量。正常情况很小0.10.6mm，Ql小，但磨损严重时，Ql的增加与平方成正比。,3.挤出量的计算 若忽略漏流,4.讨论（影响挤出量的因素）,四挤出机的工作状态,1螺杆特性线，挤出机稳定后 A,B为常数， 只与螺杆结构尺寸有关，是一组与螺 杆转速相对应的斜率为负值的平行直线，称螺杆特性线 2口模特性曲线 熔体通过机头和口模时的流动方程为 K为阻力系数（口模常数），仅与口模形状和尺寸有关， 为口模两端压差 给定螺杆和口模时，N一定, 压差及Qm也确定下来了,这样可求出指定挤出机配合不同口模时的挤出量.,3.挤出机工作曲线 螺杆、口模特性已知，n选定后，可找出挤出机工作点C 当螺杆或口模改变一项，
7、C点改变，可得到相应的熔体输送速率和机头压力,第三节 常用机头和口模形式,机头：机头和口模常连为一体,通称机头,包括过滤网、多孔板、分流梭（有时与模芯结合为一个部件）、模芯、口模等 机头的作用： 改变熔融物料的流动方向，使其由螺旋变为直线运动； 产生必要的压力使制品密实；使物料进一步塑化均匀；成型制品。,滤网screen，过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片叠在一起的30120目不锈钢网组成，用多孔板支承。 多孔板（筛板、分流板）厚度为螺杆直径的1/31/5，上边钻有36mm的中间疏、两边密的同心圆孔，距螺杆头部0.1D,即约为计量段一个螺槽容积，太大易积料分解，
8、太小料流不稳定。 分流器（鱼雷头），将圆柱形料流变为薄环状并便于进一步加热塑化。大型分流器内设加热器，支架用以支承分流器及芯棒，同时使料流分束以加强搅拌，小型分流器与芯棒做为一体。,挤管机头 1.直通式 熔体在机头中流动方向与螺杆轴向一致 结构简单易制造 适于硬、软PVC,PE,PA,2.直角式 熔体在机头中流动方向与螺杆轴向垂直 从料筒流出的熔体绕过芯模再向前流动，会产生一条分流痕，流动阻力小，料流稳定，出料均匀，但其结构复杂，占地面积大。 适于PP、PE及尺寸要求严格的管材,3.旁侧式 熔体经过一个近似直角的过渡区才流入机头 阻力大，结构更复杂。,上述几种机头由于存在分流器支架,会产生熔接
9、线,影响制品外观及质量 消除熔接线的方法: 适当加大口模平直段(成型段)长； 增大分流器支架与出料口的距离；使进口角(扩张角)大于出口角(收缩角)； 加大机头进口处截面与出口截面比; 采用异型芯棒(目的是增大料流阻力).,4.筛孔板式：(生产聚烯烃类大管时,可克服自重产生的薄厚不均现象) 无分流梭和芯模,物料经筛孔板进入口模成型段 可保证物料充分熔融、塑化 无熔接痕，强度高，结构紧凑，占地面积小。,二.板（片材）机头,口模由引流道、分配腔和模唇组成 1.支管式 为将圆柱状流体变为扁平的矩形截面且有相等流速的流体，要设置一个纵向切口为管状的分配腔，其作用是对熔体稳压、分流，使其均匀地挤出宽幅制品
10、。 优点是结构简单，制造容易；可调幅宽；温度易控制；体积小，重量轻,2.鱼尾形：熔体从中部进入沿扇形扩展开来 优点是物料呈流线型流动；物料停留时间短，适用的温度范围 广；结构简单 缺点是鱼尾形部分扩张角不可过大（避免中心处压力速度太大造成中心出料多两端少）；不能生产宽幅制品 3.衣架式：分配腔为两根直管递减的支管并有一个扩张角可 大至160170的型腔，（吸收了支管式和鱼尾形机头的优点） 优点是支管小，缩短了物料在机头内的停留时间；扇形型腔提高了制品的薄厚均匀性，制品幅宽可达45m,4.螺杆分配式：在直支管式机头模腔中插入一根旋转的分配螺杆 分配螺杆的作用是将模腔内的熔体进一步塑化并沿宽度方向
11、均匀分布；压力沿横截面各点一致，挤速均匀；减少机头内积料的可能性 优点：生产能力高，制品均匀；可以发泡成型，易成型宽、厚板材；机头内料温易控制；可连续运转 缺点是加工困难，成本高；分配螺杆旋转，使料流到口模区变为直线运动的距离短，易在制品中留下波浪形痕迹,三.吹膜用机头,芯棒式：（侧进料）料流在芯棒处分为两股，再沿芯棒尖的斜刀口处汇合，向模口呈薄管挤出，芯棒中通压缩空气吹胀。 优点是机头内通道间隙小，存料少，物料不宜过热分解，适于加工PVC料；只有一条熔接线；加工方便。 缺点是芯棒尖处易积料；压力作用到芯棒尖上，易偏中，造成制品不均匀开裂。,2.十字形：（中心进料）PP,PE等热稳料 优点是压
12、缩比可大到78，无偏心 缺点是有分流器支架，存在34条熔接线（可在支架上方开设缓冲槽改善）,3.螺旋式：存在渐变的48条螺纹形流道，物料逐渐由螺旋变为轴向运动，再自环形间隙挤出膜管 优点是无熔接线；芯棒不偏心，成型稳定，厚薄均匀；芯棒粗，不易变形 缺点是加工复杂,4.旋转式 芯棒和口模各自能单独旋转 优点是使厚度不均匀性被平均分配到整个圆周上，卷取平整；消除了熔接线 缺点是加工、控制复杂,四.异型口模,板接式,PP ,PE，结构简单，但波动大； 流线型，硬PVC,造价高， 加工难度大。,第四节 挤出机的加热冷却系统,一.加热 料筒熔融段和机头外部 方式有电、液体和蒸汽加热。 二.冷却 螺杆加料
13、段逆向通冷却水以加大输送能力 加料口下方用冷却水冷却，防止热量传向传动侧烧坏电机，并防止料斗中“架桥” 料筒非工作侧用鼓风机带走过多的热量防止物料分解。,第五节 几种制品的挤出工艺,一.管材的挤出（棒材、板材、异型材挤出类似） (一)挤出流程及主要辅助设备 常见的是圆管，材料有PE、PP、PCPA软质PVC、ABS,国内以PE、PP、软质PVC、ABS等为主，是国际公认的金属管替代品，也是绿色节能产品 1.生产流程:机头挤出，冷却定型、冷却、牵引、切割或卷曲,2.定型(定径) 作用：将机头挤出材料的形状稳定下来，得到更为精确的截面形状、尺寸和表面粗糙度，有内定径和外定径法两种 (1)内径定径法
14、 一般用于直角机头上，连在口模芯模上内通冷却水，定型套有0.6%1%锥度，长80300mm,外径比管材内径大2%4%，利于收缩后尺寸在控制范围内并保证管材内壁粗糙度,(2)外定径法（我国常用方法） 真空定径：管外抽真空而将管外壁吸附在冷却定型套内壁上 内压法定径：管内加压缩空气，管外加冷却定型套,4.牵引装置,橡胶带式 滚轮式 履带式,（二）几种管材生产工艺,1.PE管材 优点突出，成型加工容易，具有良好的韧性、无毒、耐腐蚀、耐寒性和电性能 广泛用于自来水管、煤气管、排污管、灌溉管、化工管道及电线绝缘套管 LDPE挤出时温度分五段控制 机身：供料段90100，压缩段100140，计量段1401
15、60；机头：分流器140160，模口140160 HDPE温度一般较LDPE高20 另定型套水温3050 一般PE管材口模温度低于料筒最高温度，原因是：熔体粘度低，成型温度范围宽，降低温度利于成型，使制品更密实；利于定型，提高生产率；节约能源。,2.PP管材 无毒、耐腐蚀、强度高、耐热性好、重量轻 广泛用作腐蚀性化工液体和气体的输送管，农田排灌管 普通PP性能缺陷很大，一是低温脆性大，二是耐老化性差，一般要改性处理，常用改性配方如下： PP 100 HDPE 1020 抗氧剂1010 0.51 CaCO3 10 工艺温度 机身：供料段165，压缩段180，计量段220；机头：一区230，二区2
16、20，口模195 一般采用外定径法(真空定径或内压外定径法),3.硬质PVC管材 耐腐蚀、绝缘性好 主要做输送流体及做电线套管等 生产工艺 挤出(粒料)温度：机身依次为100120，120140，140160，分流器160180，口模180190，机头185190 螺杆转速：直径为45mm的单螺杆挤出机转速为2040r/min 牵引速度：比挤出速度快1%10% 螺杆冷却：材料流动性差，螺杆温度偏高会粘料，适当降低螺杆温度可使塑料与螺杆间的摩擦系数降低，减少摩擦生热，防止物料分解。冷却介质用水,二.双向拉伸薄膜的平挤,生产流程 挤出-冷却-预热- 纵向拉伸-再冷却-横向拉伸热处理-切边卷取 挤出后的厚片先急冷，目的是控制结晶度5% 预热：将温度调整到熔点以下 纵向拉伸后再冷却的目的：使结晶停止并固定分子的取向结构；张紧厚片防止其回缩,工艺示例 PP:薄膜厚度1060m，挤出温度250270，流延温度3040，纵向拉伸温度125145、拉伸比4.56.0，横向拉伸温度160170，拉伸
