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1、实验B聚丙烯填充复合材料挤出造粒实验一、实验目的1. 了解挤出成型的原理，理解挤出工艺参数对塑料制品性能的影响；2. 了解挤出机的基本结构及各部分的作用，掌握挤出成型基本操作；3. 学会分析和处理挤出成型过程中出现的问题。二、实验原理挤出成型是最重要的高分子材料成型方法之一，在塑料工业中占有重要的地 位，挤出成型塑料制品产量占所有塑料制品总产量的一半以上。利用挤出成型方 法，配合特定的成型附件，如口模等，可以生产管材、棒材、板材、异型材、丝、 薄膜、线缆包覆物等多种塑料制品。也可用于塑料的混合、着色、掺合等。由于双螺杆挤出机具有强制送料、螺杆长径比大等特点，常用于复合材料的 塑炼混合，而单螺杆
2、挤出机主要用于制品生产及PVC类材料的复合。三、塑料造粒合成出来的树脂大多数呈粉末状，粒径小造成成型加工不方便，而且合成树 脂中又经常需要加入各种助剂才能满足制品的要求，为此就要将树脂与助剂混 合，制成颗粒，这步工序称作“造粒”。树脂中加入功能性助剂还可以制备各种 功能性母粒。使用颗粒料成型加工的主要优点有：（1）颗粒料比粉料加料方便，无需强制 加料器；（2）颗粒料比粉料密度大，制品性能好；（3）挥发物及空气含量较少， 制品不容易产生气泡；（4）使用功能性母粒比直接添加功能性助剂更容易分散。塑料造粒可以使用辊压法混炼，塑炼出片后切粒，也可以使用挤出法混炼， 塑炼挤出料条后进行切粒。本实验采用挤
3、出冷却后造粒的工艺。四、挤出成型原理及应用热塑性塑料的挤出成型是主要的成型方法之一，塑料的挤出成型就是塑料在 挤出机中，在一定的温度和一定压力下熔融塑化，并连续通过有固定截面积的模 型，得到具有特定断面形状连续型材的加工方法。不论挤出造粒还是挤出制品， 都分为两个阶段，第一阶段，固体状树脂原料在机筒中，借助料筒外部的加热和 螺杆转动的剪切挤压作用而熔融，同时熔体在压力的推动下被连续挤出口模；第 二阶段是被挤出的塑料失去塑性变为固体制品，可为条状、片状、棒状、筒状等。 因此，应用挤出的方法既可以造粒也能够生产型材或异型材。各种挤出制品的生产工艺大体相同，一般包括原材料的准备、预热、干燥、挤出成型
4、、挤出物的定型与冷却、制品的牵引与卷取（或切割），有些制品成型后 还需要经过后处理，基本流程工艺见图B-1。.粒状或粉状热塑性塑料丽和干燥卜I挤出机加规|开动螺相-犀页|卷取（切割）|届处理）|一挤出制品,:,图B-1挤出工艺流程图挤出工艺控制参数包括挤出温度（料筒、机头）、挤出速率、口模压力、冷却 速率、牵引速率、拉伸比等。对于单螺杆挤出机而言，物料熔融所需的热量主要 来自料筒外部加热，挤出温度应在塑料粘流温度（Tm、Tf）至热分解温度范围之间， 温度设置一般从加料口至机头呈逐渐升高，最高温度较塑料热分解温度Td低15C 以上。各段温度设置变化范围不超过60 C。挤出温度高，熔体塑化质量较高
5、， 材料微观结构均匀，制品外观质量较好，但是挤出产率较低，能源消耗量大，所 以挤出温度在满足制品质量要求的前提下应尽可能低。挤出速率同时对塑化质量 和挤出产率起决定作用，对给定的设备和制品性能来说，挤出速率可调的范围则 已定，过高的增加挤出速率，常会因物料在挤出机中停留时间过短造成塑化不良 导致制品质量下降。五、实验原料及设备1. 原料聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，加工助剂及功能性助剂。2. 实验设备SJ-30单螺杆挤出机，切粒机等。挤出机的结构组成见图B-2、B-3。挤出机的技术参数如下：螺杆直径 D： 33mm，长径比L/D： 25，螺杆转速：11-100r/min，产量： 0.7-6.3kg
6、/h，电机功率：3kW，加热功率：3.3kW。挤出机各部分结构的作用如下：（1）传动装置。由电动机、减速机构和轴承组成。具有保证挤出过程中螺杆转速恒定、制品 质量的稳定以及保证能够变速作用。（2）加料装置。无论是粒状、粉状和片状，加料装置都采用加料斗。加料斗内应有切断料流、 标定料量和卸载余料等装置。图6T 单螺杆脐出机结构示意图机彪之电动札图b-2挤出机结构示意图格跖8-热电偶控福点, 山 H好小，队歹，似 口iW：JN盼而 *,仇只心出物图B-3挤出机结构示意图(3) 料筒。料筒是挤出机的主要部件之一，塑料的混合、塑化和加压过程都在其中进行。 挤压时料筒内的压力可以达到55Mpa，工作温度
7、一般为180-250C，因此料筒是 受压和受热的容器，通常由耐高强度、坚韧耐磨和耐腐蚀的合金钢制成，料筒设 有分区加热和冷却的装置，而且各自附有热电偶和自动仪表等。(4) 螺杆。螺杆是挤出机的关键部件。一般的螺杆结构如图4-3所示。图B-4螺杆结构示意图H1-送料段螺槽深度；H2-计量段螺槽深度；D-螺杆直径；Q-螺旋角；L-螺杆长度； e-螺棱宽度；S-螺距通过螺杆的转动，料筒内的塑料才能发生移动，得到增压和部分热量（摩擦 热）。螺杆的几何参数，诸如直径、长径比、各段长度比例以及螺槽深度等，对 螺杆的工作特性均有重大影响，以下对螺杆的几何参数和作用，作简单的介绍。螺杆直径和长径比是螺杆的基本
8、参数之一，螺杆直径常用以表示挤出机大小 的规格，根据所制制品的形状大小和生产率确定。长径比是螺杆特性的重要参数， 增大长径比可使塑料塑化的更均匀。螺杆按照塑料在螺杆上运转的情况划分为送料、熔化和计量三个区段。在送 料段中，塑料受热软化、压缩前移，但依然是固体形状，一般送料段是等距等深 的落槽深度（H1）不小于0.1D，螺距（S）为1D-1.5D。螺杆中部为熔化段，塑 料在这段中，除受热和前移外，已由颗粒状固体逐渐软化为连续的熔化段，同时 还夹带的空气向送料段排出。熔化段（压缩段）一般为渐变，落槽逐渐缩小，其 程度由塑料的压缩比决定，压缩比为1.55。低密度聚乙烯、软聚氯乙烯和聚酰 胺的压缩比为
9、2-3；聚苯乙烯和硬聚氯乙烯的为2.54.5，高密度聚乙烯和聚丙 烯为3-5。压缩段的长度也与物料的性能有关，其长度为515D。计量段（均化 段）是螺杆的最后一段。其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。这段螺槽的截面可以使恒定的，但比前两段的都小，其螺 槽深度（H2）为0.02。.06D，计量段的长度与塑料的种类有关，一般为47D。（5）口模和机头机头是口模与料筒之间的过渡部分，其长度和形状随所用所料的种类、制品 的形状加热方法及挤出机的大小和类型确定。机头和口模的好坏，对制品的产量 和质量影响很大，其尺寸根据流变学和实践经验确定。六、准备工作1. 原材料准备，
10、计算树脂及各种助剂的配比，称量。2. 详细观察、了解挤出机和辅机的结构，工作原理，操作规程等。3. 了解挤出材料的物理特性（如熔体流动速率等），根据实验原料特性，初 步设定挤出机各段加热温度及螺杆转速，以及其他工艺条件。七、实验步骤1. 挤出机预热升温。依次接通挤出机总电源和料筒加热开关，调节加热各 段温度仪表设定值至操作温度。当预热温度升至设定值后，恒温3060min。2. 打开水阀，检查冷却水系统是否漏水。3. 开动主机。将主电动机调速旋钮调至零位，然后启动主电动机。调速过 程要缓慢、均匀，转速逐渐升高、要注意主电动机电流的变化，一般在较低的转 速（如2030r/min）下运转几分钟，在转
11、动的情况加入少量塑料待有熔融的物 料从机头挤出后，再继续提高转速。4. 启动喂料系统。首先将喂料机调速按钮调至零位，关闭料斗下方出料闸 板，将塑料原料加入到料斗中，然后启动喂料电动机，调整喂料电动机的转速， 并打开出料闸板，在调速过程中密切注意主电动机电流的变化，要适当控制喂料 量（由喂料电机的转速决定），以避免挤出机负荷过大；随着主机转速的提高， 喂料量可适当增加。5. 待有熔料挤出后，将挤出物用手（戴上手套）和镊子慢慢引上冷却牵引 装置，同时开动切粒机并收集产物。挤出平稳，继续加料调整各部分，控制温度 等工艺条件，维持正常操作。6. 观察挤出料条形状和外观质量，记录挤出物均匀、光滑时的各段
12、温度、 主机转速和电流，喂料转速等工艺参数，记录一定时间内的挤出量，计算产率， 重复加料，维持操作1h。7. 实验完毕，将喂料机和主机转速调为零，关闭喂料挤和主机，趁热消除 机头中残余塑料，整理各部分。8. 记录实验用挤出机的技术参数（温度、螺杆转速、加料速度、主机电流、 牵引速度），实验用原料及操作工艺条件，并计算挤出产率；9. 取样测定造粒前后的熔融指数性能八、实验报告实验报告应包括下列内容：（1）原材料牌号、生产厂家和日期；（2）实验设备型号、生产厂家和主要性能参数;(3) 实验工艺参数记录表；(4) 实验操作步骤及工艺调节；(5) 实验现象记录及原因分析；(6) 材料性能和外观分析；(7) 对实验的改进意见；九、注意事项1. 熔体被挤出之前，任何人不得在机头口模的正前方。挤出过程中，严防金属 杂质、小工具等物落入进料口中。2. 清理机头口模时，只能用铜刀，铜棒等工具，切忌损坏螺杆和口模等处的光 洁表面3. 挤出过程密切注意工艺条件的稳定，不得任意的改动，若发现电流突增应立 即停机检查原因，进行检查处理之后在恢复实验。十、思考题1. 试样性能检测结果，分析产物性能与原料工艺参数及实验设备操作的关系2. 影响产物均匀性的主要原因有哪些？怎样影响？如何控制？3. 在实验中，应控制那些条件才能保证得到质量较好的样品及制品？4.
