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1、实验一聚丙烯/EPDM挤出造粒一、实验目的要求1. 理解双螺杆挤出机的基本工作原理，学习挤出机的操作方法。2. 了解聚烯烃挤出的基本程序和参数设置原理。二、实验原理在塑料制品的生产过程中，自聚合反应至成行加工前，一般都要经过一个配 料混炼环节，以达到改善其使用性能或降低成本等目的。比如色母料的生产、填 料的加入和增强、增韧、阻燃性能的改性塑料生产。传统方法是用开炼机和密炼 机，但是效率低下，不能满足生产提高的需要，随后便产生了单螺杆挤出机，继 而发展了双螺杆挤出机。双螺杆挤出机具有塑化能力强，挤出效率高，耗能低， 混炼效果好，自清洁能力等吸引了塑料行业的注意并取得了迅速发展。另外挤出 机也是塑
2、料生产应用最广泛的机器，使用不同的机头可以挤出不同的产品，如型 材、片材、管材和挤出吹膜等。因而挤出机在塑料加工行业有其它机器无法替代 的重要性。本实验使用双螺杆挤出机挤出物料切粒，是生产色母料的工艺过程，如果在 侧喂料口或者将物料与颜料在捏合机中混合加料，挤出的产品则为色母料，另外 如果换为其它机头即可用于生产各种相应产品。图1同向双螺杆挤出机组的结构示意图1. 机座；2动力部分；3加料装置；4机筒；5排气口； 6机头；7冷却装置；8切粒装置同向旋转双螺杆挤出机组的结构如图所示，与其它挤出设备一样，包括传动 部分、挤压部分、加热冷却系统、电气与控制系统及机架等。由于双螺杆挤出机 物料输送原理
3、和单螺杆挤出机不同，通常还有定量加料装置。鉴于同向双螺杆挤 出机在塑料的填充、增强和共混改性方面的应用，为适应所加物料的特点及操作 的需要，通常在料筒上都设有排气口及一个以上的侧加料口，同时把螺杆上承担 输送、塑化、混合和混炼功能的螺纹制成可根据需要任意组合的块状元件，像糖 葫芦一样套装在芯轴上，称为积木组合式螺杆，其整机也称为同向旋转积木组合 式双螺杆挤出机。挤出机的结构包括以下几个部分：(1)传动部分 传动部分就是带动螺杆转动的部分，它通常由电动机、减速箱和轴承等组成， (2)加料部分加料部分一般由传动部分、料斗、料筒、螺杆等组成。(3)机筒 由于塑料在机筒内经受高温高压，因此机筒的功用为
4、一承压加热室，机筒外 部附有加热设备和温度自控装置及冷却系统(如风冷)。(4)螺杆螺杆是挤出机的核心部件，通过螺杆的转动产生对塑料的挤压作用，塑料在 机筒内能产生移动、增压和从摩擦中取得部分热量、塑料在移动中得到混合和塑 化，粘流态的塑料熔体在被压实而流经模口时，取得所需的形状而定型。挤出机 的规格通常用螺杆直径表示，螺杆的直径D通常为30 200 mm，螺杆直径增大， 加工性提高，所以挤出机的生产率与螺杆直径的平方成正比。长径比L/D大能 改善物料的温度分配，有利于塑料的混合和塑化。(5) 机头和模口通常机头和模口是一整体设备，机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体变 为向模口方向的平行直线运
5、动，并将熔体均匀平稳地导向模口。模口为具有定 截面形状的通道，塑料熔体在模口中流动时取得所需形状并被模口外的定型装置 和冷却系统冷却固化而成型。(6) 排气装置及其机理 排气部分由排料口和抽真空系统组成、原料及主要设备、低密度聚乙烯颗粒料、TE 34型双螺杆挤出机三、原料配方设计：利用聚乙烯改善聚丙烯的韧性，在实际生产中已广泛使用，为了进一步提高改性效果，设计改性配方如下：聚丙烯/低密度聚乙烯/乙丙橡胶（PP/PE/EPR）改性配方名称丙烯低密度聚乙烯乙丙橡胶防老剂用量85105101在此配方中，聚乙烯不但起到改善聚丙烯韧性的作用，同时降低了熔体粘度， 提高了共混物的加工性能；乙丙橡胶作用相容
6、剂，对提高聚乙烯/聚丙烯共混物 的综合性能有重要作用。四、实验方法及过程分析（一）实验前准备工作依照相关资料了解所使用材料（PP）的熔点和流动特性设定挤出温度：PP的熔点在 164-170，加工温度在210-250.注射加工温度在275.熔融段温度最好在 240.PE 的成型温度在 140-220 之间，将所加工材料用电热干燥。检查料斗确认无异物。检查冷凝水连接是否正常。检查润滑油是否足量。（二）实验过程 开启总电源，按照工艺要求设定各加热段温度： 料筒分为 6 个区，分段加热：区段机头六区五区四区三区二区一区设定温度200210190185180170160等温度达到设定温度并恒温 20mi
7、n 后，往料斗中加入 PP。配比标准配比实际用量（共1500g）PP85100500LDPE101260EPDM5-1060老化剂110用手旋转连轴器看螺杆是否转动灵活。 往冷却水槽通水。开启润滑电机开关，润滑电机启动。 开启切粒装置及风刀。启动主电机，将变频调速器开关转至“on”位置，按向上箭头调节主电机转 速到设定速度：每分钟600转，50Hz。开启喂料电机，并调整至合适转速。等 LDPE 物料从机头挤出长条后，牵引使之通过冷却水槽，然后引至风干系 统风干后切粒。（三）停机 将加料电机转速降为 0，然后关闭加料电机。主机空转l-2min，熔体压力较低后，停主电机。 停止润滑后关闭切粒装置和
8、总电源。注意事项：将加料电机转速降为 0，然后关闭加料电机； 主机空转l-2min，熔体压力较低后，停主电机； 开启主电机前要保证润滑电机启动。 停机时要将主电机和喂料电机调速环降低到零位。如有异常可紧急停机，然后查明故障原因。五、 实验现象分析A、现象：刚开始出料时物料颜色有些发黄，在出料期间线条演戏逐渐转 淡。分析：因为上组做实验后在料筒中留有少量PP,在再次做实验室这些PP 长期处于高温，部分分解，使得开始出料时物料颜色有些发黄；随着留下的物料 不断推出料筒,对新加入的物料影响不断减少；挤出产物正常的变白。B、现象：在拉出的时候线条总是弯曲的且大小不均； 分析：一方面是因为我们的牵引速度
9、不均匀，另一方面由于PP有一定的结 晶度,冷却速度对结晶性能有很大的影响,在冷却时因为冷却的不均匀导致应力 的产生，使得弯曲的产生，同时应力的存在会使得产品的性能降低，本实验因为 只是造粒影响不是很大。同时拉伸速度的不均匀会使得挤出线条受到的拉伸的程 度不一样，线条大小不一样。C、现象：挤出线条中有些小气泡；分析:从料斗中加入的是粒料，空隙中存在空气，在螺杆挤出过程中，空气 未从排气孔中全部排出而包裹在空气中。也可能是物料在高温作用下部分分解， 产生气体包裹在挤出物料之中。六、思考题1、排气孔的作用？ 答：在六区段接近机头处有一个；排气孔，排除熔融过程中的水蒸气以及降 解产生的气体；2、为什么
10、机头的温度比六区段的温度要低一点？ 答：在机头处容积减小，物料流经该处时，速度较大，产生较大的磨檫热， 会使得物料的温度升高，所以温度没有必要射的较高，摩擦生热升高的温度足以 使得物料维持在六区段的温度，甚至更高。3、配方中各组份的作用？ 答：聚丙烯作为基料，聚乙烯不但起到改善聚丙烯韧性的作用， 同时降低了熔体粘度，提高了共混物的加工性能；乙丙橡胶作用相容 剂，对提高聚乙烯/聚丙烯共混物的综合性能有重要作用。4、为什么要对 pp 进行造粒？ 答：装置的挤压造粒机，其作用是将混合好的聚丙烯粉料与加入的添加剂一 起进一步均匀地混合，通过旋转螺杆对树脂的剪切作用，使机械能转化为热能将 树脂充分挤压熔
11、融，最后水下切粒，成为最终的聚丙烯颗粒产品。5、挤出机的参数影响挤出量，怎样影响的？答：直径D：最常见的螺杆直径D为45150毫米。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。长径比：通常为18 25。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大的螺杆适应 性较强，能用于多种塑料的挤出；但L/D过大时，会使塑科受热时间增长而降 解，同时因螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，容易引起料简与螺杆间擦伤，并使 制造加工困难；增大了挤出机的功率消耗。过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不 良；间隙6：料筒内径与螺杆直径差的一半
12、称间隙6,它能影响挤出机的生产能 力，随6的增大，生产率降低.通常控制6在o.1 o.6毫米左右为宜。6 小, 物料受到的剪切作用较大，有利于塑化，但6过小，强烈的剪切作用容易引起物 料出现热机械降解，同时易使螺杆被抱住或与料筒壁摩擦，而且， 6太小时， 物料的漏琉和逆流几乎没有，在一定程度上影响熔体的混合。影响挤出量的还有螺槽深度，螺旋角，螺槽宽度等。6、结合螺杆的三段论，分析塑料在塑化过程中的熔融情况？答：根据物料的变化特征可将螺杆分为加（送）料段、压缩段和均化段。加料段的作用是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。加料段的长度随塑料种类不同，可
13、从料斗不远处 起至螺杯总长75止。压缩段（迁移段）的作用是压实物料，使物料由固体转化为熔融体，并排除物 料中的空气；为适应将物料中气体推回至加料段、压实物料和物料熔化时体积减 小的特点，本段螺杆应对塑料产生较大的剪切作用和压缩。为此，通常是使螺槽 容积逐渐缩减，缩减的程度由塑料的压缩率（制品的比重/塑料的表观比重）决 定。压缩比除与塑料的压缩率有关外还与塑料的形态有关，粉料比重小，夹带的 空气多，需较大的压缩比（可达45），而粒料仅253。均化段（计量段）的作用是将熔融物料，定容（定量）定压地送入机头使其在口 模中成型。均化段的螺槽容积与加料段一样恒定不变。为避免物料因滞留在螺杆 头端面死角处
14、，引起分解，螺杆头部常设计成锥形或半圆形；有些螺汗的均化段 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、消除流动时脉动（脉冲）现象的作用，并随增大物料的压力， 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。本段可为螺杆全 长20一25。与料筒表面接触的固体粒子，由于料筒的传导热和摩擦热的作用，首先熔化，并形成一层薄膜，称为熔膜，这些不断熔融的物料，在螺杆杆与料筒的相对运动的作用下，不断向螺纹推进面汇集，从而形成旋涡状的流动区，称为熔池（简称液相），而在熔池的前边充满着受热软化和半熔融后粘结在一起的固体粒子，和尚未完全熔结和温度较低的固体
15、粒子，和统称为固体床（简称固相）。熔融区内 固相与液相的界面称为迁移面，大多数熔化均发生在此分界面上，它实际是由固 相转变为液相的过渡区域。随塑料往机头方向的输送，熔融过程逐渐进行。7、在造粒过程中，为什么要过水浴，优点和缺点各有哪些？答：本实验所要的是造粒成型，由于熔体在刚挤出时呈现粘流态，如果不 用冷水冷却，在牵引的时候就较难且易使两条物料粘在一起这对造粒来说会产生 麻烦。故要进行冷水冷却。但由于没有足够的时间进行链的解取向和链缠绕出的 产品会有较大的内应力8、利用螺杆挤出机进行混合，最大的优点是什么？答：单螺杆挤出机主要优点是：结构简单、加工制造及维护成本低、操作 方便、生产效率高、挤出过程连续、见效快、具有很高的性能价格比。 双螺杆挤出机有平行双螺杆和锥型双螺杆之分，从转向上又分为同相与反向两 种，具有挤出产量高、混合效果好等优点，在橡胶、塑料和食品加工方面得到迅 速推广，发展较快。与双螺杆挤出机相比，单螺杆挤出机的主要缺陷之一就是混 合效果较差。但是双螺杆挤出机的传动以及控制系统较单螺杆挤出机结构复杂， 成本也较高，其发展速度又受到经济条件的制约。9、单螺杆和双螺杆挤出机的最大区别是什么？为什么双螺杆挤出机
