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1、一、 塑料挤出成型,第一节 挤出成型概论 第二节 挤出工艺简介,一. 挤出成型：挤出过程是这样进行的：将塑料加热，使之呈粘流状态，在加压的情况下，使之通过具有一定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体，然后通过冷却，使其具有一定几何形状和尺寸的塑料由粘流态变为高弹态，最后冷却定型为玻璃态，得到所需要的制品。 二. 挤出成型在塑料成型加工工业中的地位1. 挤出成型塑料制品产量约占总产量的50%，挤出成型设备产量约占塑料成型机械总产量的30%2. 几乎所有的热塑性塑料和一些热固性塑料均可用挤出 机成型,第一节 挤出成型概论,第一节 挤出成型概论,3. 挤出成型制品多 （1）管、棒、膜、丝、板、
2、网、带等。 （2）各种异型材，如楼梯扶手、塑料门窗等。 （3）中空制品，如桶、灯笼、包装容器等。 （4）电线、电缆等。 （5）为压延成型喂料，造粒等。,第一节 挤出成型概论,三. 挤出成型的优点：1设备制造容易，成本低，塑料加工厂的投资少2可以连续化生产，生产效率高3设备的自动化程度高，劳动强度低4 . 生产操作简单，工艺控制容易5 . 挤出产品均匀、密室，质量高6 . 原料的适应性强，大多数热塑性材料 ，少量热固性材料7 . 生产的产品广泛，可一机多用，同一台挤出机，只需更换辅机，就 可以生产不同制品8. 生产线占地面积小，且生产环境清洁四. 挤出成型的缺点：1不能生产三维尺寸的制品2制品往
3、往需要二次加工,五、挤出机的分类 挤出机的分类：随着挤出机用途的增加，出现了各种挤出机，分类方法很多。 1、 按螺杆数目的多少，可以分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机； 2、 按可否排气，分为排气挤出机和非排气挤出机； 3、 按螺杆的有无，可分为螺杆挤出机和无螺杆挤出机； 4、 按螺杆在空间的位置，可分为卧式挤出机和立式挤出机。,螺杆的结构形式与其三个主要工作区, 加料段：起预热、压实、输送物料的作用，螺槽深度不变 II 压缩段：螺槽深度逐渐变小；起熔融物料、排气体等作用 III计量段（均化段）：螺槽深度通常为常数；起进一步塑化均匀物料、并将其定量定压的送入机头口模的作用。,塑料在挤出机中的状态及
4、流动,固体输送加料段 熔化过程压缩段, 熔膜的形成 熔池的形成 随着螺杆的转动，筒壁上的熔膜被强制刮下来 刮下的聚合物熔体移动到螺杆根部 然后再次被根部扫起来形成旋转运动 在螺纹推进面前方形成一熔池 熔池的扩大 全部熔融,熔体输送计量段（均化段）正流、逆流、漏流、横流,塑料在挤出机中的状态及流动,（1）正流(拖曳流动) ：流体沿着螺槽向机头方向的流动；是螺杆旋转时螺纹斜棱的推力作用造成。,塑料熔体在螺槽中混合流动示意图,熔体在螺槽内的流速分布图,熔体输送计量段（均化段） （2）逆流（压力流动）方向与正流相反；是由机头（压力高）到加料口（压力低）的压力梯度所引起的逆向流动。 （3）漏流和逆流一样
5、，也是由压力梯度引起的。是 产生在螺杆突棱与机筒间隙中的一种压力逆流。漏流的流速比正流和逆流小得多。 （4）横流 沿垂直于螺纹线方向的流动（环流）。横流对物料的混合、热交换和塑化起着重要作用，但对流体总的流动量基本无影响。,塑料在挤出机中的状态及流动,第一节 挤出成型概论,六、挤出工艺过程适用于挤出成型的塑料种类很多，制品的形状和尺寸也有很大差别，但挤出成型工艺过程大体相同，包括原料的干燥、挤出成型、制品的定型与冷却、制品的牵引与卷取(或切割)等。1、原料干燥物料中的挥发份能导致： 影响挤出过程中的塑化. 制品表面产生气泡,表面阴暗. 制品的物理机械性能下降. 一般挥发分含量应低于0.5%.,
6、第一节 挤出成型概论,2、挤出成型当挤出机加热到预定温度即可加料，从原料加入到离开口模获得所需形状的初制品的过程即为挤出成型，成型过程的工艺参数有温度,压力和螺杆转速。同时,温度和螺杆转速又决定了压力的分布。,第一节 挤出成型概论,3、冷却与定型挤出物离开模孔后，仍处在高温熔融状态，还具有很大的塑性变形能力，定型与冷却挤出物的目的，就在于使其通过降温面将形状及时固定下来。定型与冷却若不及时，挤出物往往会在自重的作用下发生变形，从而导致制品截面形状和尺寸的改变。通常只在挤出管材、棒材和异性材时才设置专门的定型装置，而挤出薄膜、单丝和线、细包层物等并不需要专门的定型操作。挤出板材和片材时，挤出物离
7、开口模后立即引进一对压平辊，也是为了定型与冷却。,第一节 挤出成型概论,4、牵引和切割 在挤出成型时，牵引的目的有保持挤出物的稳定性；消除离模膨胀引起的尺寸变化；使制品产生一定程度的取向,改进轴向强度和刚度。挤出成型时，卷取和切割操作的作用在于使材料的长度或重量满足客户要求。硬质材料从牵引装置送出，达到一定长度后切割；软质材材料在卷取到给定长度或重量后切断。,第一节 挤出成型概论,5、后处理（热处理和调湿处理）在挤出成型大截面尺寸的管材、棒材和异型材时，常出挤出物内外冷却降温速度相差较大而使制品内具有较大的内应力。具有较大内应力的挤塑制品在成型后应及时进行热处理以消除内应力，否则存放过程中或机
8、械加工时会出现裂纹，严重时制品开裂。PA之类吸湿性强的挤出制品，在空气中使用或存放的过程中因吸湿而明显膨胀，但这种吸湿膨胀过程需要很长时间才能达到平衡，为加速这类挤塑制品的吸湿平衡，常需在成型后进行凋湿处理。,第一节 挤出成型概论,热处理一般是将制品在加热介质中慢侵升温到一定温度，并保持一定时间然后再缓慢冷却至室温。热处理温度以高于使用温度10一20，或低于塑料的热变形温度10一20为宜，热处理时间由制品的厚度和聚合物分子结构决定。目的：1.使得链段解取向而整链不解取向，既有高强度又有高弹性。2.恢复其结晶结构，降低制品的收缩率调湿处理是将制品浸入沸水中或其它水溶液中加热一段时间，快速使制品吸
9、湿达到平衡。然后缓慢冷却至空温，调湿处理的温度、时间主要由塑料的品种、制品的形状和壁厚等因素来决定。,第一节 挤出成型概论,七、挤出工艺参数 挤出过程的参量有温度、压力、流率（或挤出量、螺杆转速）和能量（或功率）。有时也用物料的粘度，因其不易直接测得，而且它与温度有关，故不用。 1、温度挤出过程中物料从加人料斗到最后成型为制品是经历了一个复杂的温度过程 （玻璃态-粘流态-高弹态-玻璃态）,1）热量来源 根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热量的来源主要有两个： a.物料与物料之间物料与螺杆、料筒之间的剪切、摩擦产生的热量， b.料筒外部加热器提供的热量。 2）温度的调节 温度的调节是靠挤出机的
10、加热冷却系统和控制系统进行的。一般说来， a.加料段-低温输送。为加大输送能力，不希望加料段温度升得过高，相反有时要冷却； b.压缩段和计量段高温熔融。为了促使物料熔融，均化，物料要升到较高的温度,3）温度波动MD方向的温度不均匀性（轴向温度波动）沿物料流动方向温度的波动情况，我们称之为物料流动方向的温度波动（一般文献上记作MD方向的温度不均匀性）。波动情况因测试点不同会有不同。有的波动达10左右。TD方向的温度不均匀性（径向温差）我们还会发现，垂直于物料流动方向的截面内的各点之间的温度有时也不一致，我们称之为径向温差（一般文献中记作TD方向的温度不均匀性）。有的螺杆其头部的径向温差竟达10以
11、上。,对挤出质量的影响-精密制品用精确温度控制当然，我们往往只是对在机头处或螺杆头部测得的这种温度变化感兴趣，因为它们直接影响挤出质量。MD方向的温度波动和TD方向的温差，给制品质量带来非常不良的后果，制品产生残余应力、各点强度不均匀、表面灰暗无光泽等。产生这种波动和温差的原因很多，如加热冷却系统不稳定，螺杆转数的变化等，但以螺杆设计的好坏影响最大。,第一节 挤出成型概论,2、压力 1）压力的建立挤出成型时，沿料筒轴线方向，在物料内部就要建立起不同的压力a.压缩比的存在（螺槽深度的改变、料筒上的沟槽深度变化、螺距的改变）b.分流板、滤网和口模产生的阻力，c.压力的建立是挤出成型制品的重要条件压力的建立也是物料得以经历物理状态变化、得到均匀密实的熔体、并最后得到成型制品的重要条件之一。,第一节 挤出成型概论,2）影响压力的因素影响各点压力数值和压力轮廓曲线形状的因素很多：a.机头、分流板、滤网的阻力，b.加热冷却系统，c .螺杆转数，d.螺杆和料筒的结构。,第一节 挤出成型概论,3）压力波动对制品的影响 若深入研究每一压力测示点的压力，也会发现，压力随着时间发生周期性的波动，这种波动对制品的质量同样有不利影响。螺杆、料筒的设计、螺杆转数的变化、加热冷却系统的不稳定性都是产生压力波动的原因。努力的方向应当是减少、消除这种波动。,
