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1、 6.1.1 6.1.1 挤挤塑成型塑成型过程过程第六章第六章 塑料挤出机塑料挤出机l挤出成型挤出成型：也称挤出模塑或挤出成型，也称挤出模塑或挤出成型，挤出成型是挤出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分热塑性塑大部分热塑性塑料料和橡胶都能用此法进行加工。和橡胶都能用此法进行加工。 l应用应用：热塑性塑料，由挤出制成的产品都是热塑性塑料，由挤出制成的产品都是连续的连续的型材型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆等，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆等l热固性塑料热固性塑料：仅限于少数几种塑料，且挤出制品的仅限于少数几种塑料，且挤出制品的种类也有限。种类也有限
2、。 l挤出过程：分为两个阶段：挤出过程：分为两个阶段：第一个阶段第一个阶段是使固态塑料塑化是使固态塑料塑化( (即变成粘即变成粘性流体性流体) )并在加压情况下使其通过特殊形状的并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面口模而成为截面与口模形状相仿的连续体与口模形状相仿的连续体；第二阶段第二阶段则是用适当的处理方法使挤出则是用适当的处理方法使挤出的连续体失去塑性状态而的连续体失去塑性状态而变为固体变为固体，即得所，即得所需制品。需制品。l塑化的方式：塑化的方式：挤出工艺可分挤出工艺可分干法干法和和湿法湿法两种两种 ：干法的塑化是靠加热干法的塑化是靠加热将塑料变成熔体，将塑料变成熔体，而塑化
3、和加压可在同一个设备内进行。而塑化和加压可在同一个设备内进行。 湿法的塑化湿法的塑化则是则是用溶剂将塑料用溶剂将塑料充分充分软软化化，因此塑化和加压必须分为两个独立的，因此塑化和加压必须分为两个独立的过程，而且定型处理必须采用比较麻烦的过程，而且定型处理必须采用比较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。 l加加压方式：压方式：分为连续和间歇两种。分为连续和间歇两种。连续式所用设备为螺杆挤出机。连续式所用设备为螺杆挤出机。间歇式为柱塞式挤出机。柱塞式挤出机间歇式为柱塞式挤出机。柱塞式挤出机的主要部件是一个料筒和一个由液压操纵的的主要部件是一个料筒和一个由液压操
4、纵的柱塞。柱塞。l螺杆数量螺杆数量单螺杆挤出机单螺杆挤出机，使用最多；，使用最多；双螺杆挤出机双螺杆挤出机，使用比较多；，使用比较多；多螺杆挤出机多螺杆挤出机，兼有塑炼功能，使用不多。，兼有塑炼功能，使用不多。 挤出成型的特点挤出成型的特点与其它成型方法相比，挤出成型有下述特点：与其它成型方法相比，挤出成型有下述特点：1 1、 生生产产过过程程是是连连续续的的，因因而而其其产产品品都都是是连连续续的的；-可连续化生产可连续化生产2 2、 生产效率高生产效率高, ,一台一台200200挤出机挤出机700kg700kg/ /小时，德国小时，德国500500挤出机挤出机20t/20t/小时。小时。3
5、 3、 应用范围广，应用范围广，能生产管材、棒材、板材、薄膜、能生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材，以及中空制品等；单丝、电线、电缆、异型材，以及中空制品等；4 4、 投资少，收效快投资少，收效快 。5 5、结构简单，易操作。、结构简单，易操作。6 6、挤出成型在挤出机上进行、挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加挤出机是塑料成型加工机械的重要机台之一。工机械的重要机台之一。 为使成型过程得以进行，一台挤出机一为使成型过程得以进行，一台挤出机一般由下列各部分组成：般由下列各部分组成： 1. 1.主机主机 2. 2.辅机辅机 3. 3.控制系统控制系统 6.1.2 6.1.
6、2 挤出机的组成与分类挤出机的组成与分类1 1、主机、主机挤压系统：挤压系统： 主主要要由由料料筒筒和和螺螺杆杆组组成成。塑塑料料通通过过挤挤压压系系统统而而塑塑化化成成均均匀匀的的熔熔体体，并并在在这这一一过过程程中中所所建建立立的的压压力力下，被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。下，被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。 l传动系统：传动系统： 它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。 l加热冷却系统：加热冷却系统： 其其功功用用是是通通过过对对料料筒筒（或或螺螺杆杆）进进行行加加热热和和冷冷却却，保保证证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。成型过程在工艺
7、要求的温度范围内完成。l加料系统加料系统2 2、辅机、辅机机机头头（口口模模、芯芯架架等等）：它它是是制制品品成成型型的的主主要要部部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。 定定型型装装置置：它它的的作作用用是是将将从从机机头头中中挤挤出出的的塑塑料料的的既既定定形形状状稳稳定定下下来来并并对对其其进进行行精精整整，从从而而得得到到更更为为精精确确的的截截面面形形状状、尺尺寸寸和和光光亮亮的的表表面面。通通常常采用冷却和加压的方法达到这一目的。采用冷却和加压的方法达到这一目的。 冷冷却却装装置置：由由定定型型装装置置出出来来的的塑塑料料在在此此
8、得得到到充充分分的冷却，获得最终的形状和尺寸。的冷却，获得最终的形状和尺寸。 牵牵引引装装置置：其其作作用用为为均均匀匀地地牵牵引引制制品品。并并对对制制品品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。3 3、控制系统（检测和控制）、控制系统（检测和控制）挤挤出出机机的的控控制制系系统统：它它由由各各种种电电器器、仪仪表表和和执执行行机机构构组组成成。根根据据自自动动化化水水平平的的高高低低，可可控控制制挤挤出出机机的的主主机机、辅辅机机的的拖拖动动电电机机、驱驱动动油油泵泵、油油（汽汽）缸缸和和其其它它各各种种执执行行机机构构按按所所需需的的功功率率、
9、速速度度和和轨轨迹迹运运行行，以以及及检检测测、控控制制主主辅辅机机的的温温度度、压压力力、流流量量，最最终终实实现现对对整整个个挤挤出出机机组组的的自自动动控控制制和和对对产品质量的控制。产品质量的控制。我们一般称由以上各部分组成的挤出装置为我们一般称由以上各部分组成的挤出装置为挤出挤出机组。机组。 按工作原理分按工作原理分螺杆式螺杆式无螺杆式无螺杆式单螺杆式单螺杆式双螺杆式双螺杆式普通型普通型高速自热型高速自热型按排气状况分按排气状况分排气式排气式分段组合式分段组合式4、 挤出机的分类挤出机的分类按用途分按用途分造粒挤出机造粒挤出机超高分子量挤出机超高分子量挤出机混炼挤出机混炼挤出机安装位
10、置分安装位置分立式挤出机立式挤出机卧式挤出机卧式挤出机目前用的最广泛的是卧式单螺杆和双螺杆挤出机。目前用的最广泛的是卧式单螺杆和双螺杆挤出机。本章重点介绍卧式单螺杆非排气式挤出机本章重点介绍卧式单螺杆非排气式挤出机挤塑成型设备的型号表示挤塑成型设备的型号表示l主机的的型号表示主机的的型号表示l辅机的的型号表示辅机的的型号表示l机组的的型号表示机组的的型号表示 GB/T 12783-2000 螺杆是挤出机的关键性部件。通过它螺杆是挤出机的关键性部件。通过它的转动，料简内的塑料才能发生移动，得的转动，料简内的塑料才能发生移动，得到增压和部分的热量到增压和部分的热量( (摩擦热摩擦热) )。螺杆的几
11、。螺杆的几何参数，诸如直径、长径比、各段长度比何参数，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例以及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均有重大的影响有重大的影响 ，一般螺杆的结构如图所示。，一般螺杆的结构如图所示。6.1.3 6.1.3 螺杆的主要参数螺杆的主要参数1 1 螺杆的直径螺杆的直径(D)(D)和长径比和长径比(L(LD)D) 螺杆直径是螺杆基本参数之一。使用时，它螺杆直径是螺杆基本参数之一。使用时，它是根据所制制品的形状大小及需要的生产率是根据所制制品的形状大小及需要的生产率来决定的。来决定的。表征螺杆特性的另一重要参数是螺杆的有效表征螺杆特性的另一重要参数是螺杆
12、的有效长度长度(L)(L)与其直径之比，即长径比与其直径之比，即长径比(L(LD)D)。2 2 螺杆各段的作用螺杆各段的作用 按塑料在螺杆上运转的情况可分为送料、熔按塑料在螺杆上运转的情况可分为送料、熔化和计量三个区域化和计量三个区域 。 加（送）料段加（送）料段 自塑料入口向前延伸一段的自塑料入口向前延伸一段的距离距离( (视挤出机的情况不同可有视挤出机的情况不同可有2 210D10D的变化的变化) )为为送料段。送料段。 熔化段熔化段( (压缩段压缩段) ) 螺杆中部的一段为熔化段。螺杆中部的一段为熔化段。 计量段计量段( (均化段均化段) ) 螺杆的最后一段为计量段。螺杆的最后一段为计量
13、段。很明显，为了取得最好的效果，挤压不同塑料，很明显，为了取得最好的效果，挤压不同塑料，三段长短与结构都应结合塑料的特性和所挤制品三段长短与结构都应结合塑料的特性和所挤制品的类型来考虑。的类型来考虑。 3 3 螺杆上的螺旋角螺杆上的螺旋角，螺旋角的大小与物料螺旋角的大小与物料的形状有关。物料的形状不同，对送料段的螺的形状有关。物料的形状不同，对送料段的螺旋角要求也不一样。旋角要求也不一样。 4 4 螺杆头部的形状螺杆头部的形状 ，螺杆头部一般呈钝尖螺杆头部一般呈钝尖的锥形，借以避免物料在螺杆头部停滞过久而的锥形，借以避免物料在螺杆头部停滞过久而引起分解。引起分解。 5 5 螺槽深度、螺槽深度、
14、 压缩比、螺纹螺距、螺纹深压缩比、螺纹螺距、螺纹深角、螺槽轴向宽角、螺槽轴向宽度度 6 6 技术技术参数参数转动装置转动装置加料装置加料装置料筒料筒机头和口模机头和口模6.1.4 6.1.4 挤出机其它重要部分挤出机其它重要部分1 1传动装置传动装置 包括：电动机、减速机构和轴承包括：电动机、减速机构和轴承等所组成。等所组成。 要求：无级调速，良好的润滑系统，迅速要求：无级调速，良好的润滑系统，迅速制动的装置。常用体系：制动的装置。常用体系：整流子电动机或直流电动机，它既是驱动装整流子电动机或直流电动机，它既是驱动装置，又是变速装置；置，又是变速装置； 常速电动机驱动的机械摩擦传动，如用皮带常
15、速电动机驱动的机械摩擦传动，如用皮带传动或齿轮传动的无级变速装置；传动或齿轮传动的无级变速装置； 用电动机驱动油泵，将油送至液压马达，改用电动机驱动油泵，将油送至液压马达，改变泵的排油量从而改变挤出机螺杆转速。变泵的排油量从而改变挤出机螺杆转速。2 2加料装置加料装置 供料的形式有粒状、粉状和带状供料的形式有粒状、粉状和带状等几种。加料装置一般都采用加料斗，料斗的容量等几种。加料装置一般都采用加料斗，料斗的容量至少应能容纳一小时的用料。加料斗内应有切断料至少应能容纳一小时的用料。加料斗内应有切断料流、标定料量和卸除余料等。上料装置。流、标定料量和卸除余料等。上料装置。3 3料筒料筒 料筒是挤出
16、机主要部件之一，塑料的塑料筒是挤出机主要部件之一，塑料的塑化和加压过程都在其中进行。挤压时料简内的压力化和加压过程都在其中进行。挤压时料简内的压力可达可达5555兆帕，工作温度一般为兆帕，工作温度一般为180250180250，因此料，因此料筒可看作是受压和受热的容器。筒可看作是受压和受热的容器。另外，一般挤出机在料筒和机头之间还设有粗滤器，另外，一般挤出机在料筒和机头之间还设有粗滤器，它是由带孔的合金钢板制成的，主要作用是使塑料它是由带孔的合金钢板制成的，主要作用是使塑料由旋转流动变为平直流动，且沿螺杆方向形成压力，由旋转流动变为平直流动，且沿螺杆方向形成压力，增大塑化的均匀性，过滤塑料中可
17、能混入的杂质增大塑化的均匀性，过滤塑料中可能混入的杂质( (这在挤压回料时可能性更大这在挤压回料时可能性更大) )和阻止未塑化的物料和阻止未塑化的物料进入机头进入机头 4 4机头和口模机头和口模 机头是口模与料筒之间的过机头是口模与料筒之间的过渡部分，其长度和形状随所用塑料的种类、制渡部分，其长度和形状随所用塑料的种类、制品的形状、加热方法及挤出机的大小和型式而品的形状、加热方法及挤出机的大小和型式而定。定。口口模模是是制制品品横横截截面面的的成成型型部部件件，它它是是用用螺螺栓栓或或其其它它方方法法固固定定在在机机头头上上的的。如如果果口口模模和和机机头头是是一个整体，一般就统称为机头。一个
18、整体，一般就统称为机头。机头和口模结构的好坏，对制品的产量和质量机头和口模结构的好坏，对制品的产量和质量影响很大。其尺寸都根据实践经验或流变学知影响很大。其尺寸都根据实践经验或流变学知识来确定。从工艺角度考虑识来确定。从工艺角度考虑 ：(1)(1)口模定型部分是决定制品横截面的重要部口模定型部分是决定制品横截面的重要部件件 (2)(2)过渡部分的流道应尽量平滑，使其呈流线过渡部分的流道应尽量平滑，使其呈流线型，以免物料在流道中停滞而发生分解型，以免物料在流道中停滞而发生分解(3)(3)机头和口模应有足够的刚度，以免在工作机头和口模应有足够的刚度，以免在工作压力下使流道变形。压力下使流道变形。
19、6.1.56.1.5 挤出机的一般操作方法挤出机的一般操作方法 1 1、准备工作。、准备工作。 2 2、加热、加热( (提前小时提前小时) )。 3 3、上紧机头、上紧机头 （温度升高后紧固）。（温度升高后紧固）。 4 4、开车启动、开车启动 ，严格低速启动。，严格低速启动。 5 5、停车。、停车。将挤出机内的塑料尽可能挤完，以便下次操将挤出机内的塑料尽可能挤完，以便下次操作。挤压时应注意的安全项目有：电、热、机械作。挤压时应注意的安全项目有：电、热、机械的转动和笨重部件的装卸等。的转动和笨重部件的装卸等。拆除时应先拆出螺杆，后拆料筒，而安装时拆除时应先拆出螺杆，后拆料筒，而安装时则应先装料筒
20、，后装螺杆。则应先装料筒，后装螺杆。 作用：作用：是将连续挤出的已获得初步形状和尺寸的是将连续挤出的已获得初步形状和尺寸的制品进行定型，再通过进一步的冷却，使之由高制品进行定型，再通过进一步的冷却，使之由高弹性态最后转变为室温下的玻璃态，从而达到一弹性态最后转变为室温下的玻璃态，从而达到一定的表面质量，最终成为可供使用的制品或半成定的表面质量，最终成为可供使用的制品或半成品。品。 一、制管和异型材的辅机一、制管和异型材的辅机 辅机由机头、定型装置、冷却装置、牵引装辅机由机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、夹紧切割装置等组成。置、夹紧切割装置等组成。管管材膜辅材膜辅机机吹辅吹辅机机板材、片材辅机
21、板材、片材辅机 6.1.6 6.1.6 挤塑机辅机挤塑机辅机二、挤出机的辅助设备二、挤出机的辅助设备 辅助设备三类：辅助设备三类：1 1挤压前处理物料的设备挤压前处理物料的设备 2 2处理挤出物的设备处理挤出物的设备3 3控制生产条件的设备控制生产条件的设备 三类设备不仅随制品的种类、对制品质量三类设备不仅随制品的种类、对制品质量的要求以及自动化程度等的不同面有差别，而的要求以及自动化程度等的不同面有差别，而且每一种设备的类型也有不同的形式。且每一种设备的类型也有不同的形式。 （1 1） 机头机头 分为直型和弯型两种。分为直型和弯型两种。实践证明：口模形状实践证明：口模形状和挤出制品的界面形状
22、有很大关系。和挤出制品的界面形状有很大关系。（2 2） 定型装置定型装置 从从机头挤出的制品处于熔融状态，机头挤出的制品处于熔融状态，( (温度很高温度很高) )，在重力作用下容易变形，因此在机头后必须立，在重力作用下容易变形，因此在机头后必须立即冷却，以使制品定型。即冷却，以使制品定型。 定型装置分为外径定型和内径定型两种。定型装置分为外径定型和内径定型两种。1 1） 外径定型外径定型 是国内普遍采用的方法，又分为内压定型和真空定型。是国内普遍采用的方法，又分为内压定型和真空定型。 内压定型法：内压定型法：是在机头芯棒的肋上打孔，向管内或型材是在机头芯棒的肋上打孔，向管内或型材内通入压缩空气
23、，由气体压力的作用，使管壁与定径套壁接内通入压缩空气，由气体压力的作用，使管壁与定径套壁接触，定径套靠水冷却，使管初步冷却然后进入水槽内进一步触，定径套靠水冷却，使管初步冷却然后进入水槽内进一步冷却定型。冷却定型。 真空定型法：真空定型法：由真空定型套、冷却水槽、真空泵、电机、由真空定型套、冷却水槽、真空泵、电机、管道等组成。管道等组成。 采用在制品与定型套之间抽真空，使制品与定型套接触采用在制品与定型套之间抽真空，使制品与定型套接触冷却的方法。冷却的方法。 与内压法相比，此法更适合于异型材的生产，与内压法相比，此法更适合于异型材的生产，此法无内压力，制品的内压力较小，操作方便，此法无内压力，
24、制品的内压力较小，操作方便，废品率低。废品率低。 在在生生产产中中采采用用更更加加简简单单实实用用的的校校准准技技术术的的设设想想，促促进进了了校校准准套套管管革革命命性性的的发发展展。适适用用于于HDPEHDPE管管及及PPPP管管生生产产中中，通通过过校校准准套套管管的的调调准准技技术术，可可以以平平衡衡由由不不同同原原料料及及不不同同压压力力等等因因素素造造成成的的管管壁壁收缩数值。收缩数值。 同时具有如下有优势：同时具有如下有优势：- - 可调直径范围大。适用于可调直径范围大。适用于16mm16mm到到630mm630mm。目前最。目前最大已可达大已可达1600mm1600mm。- -
25、 操作简便，独立高效。外径可在真空定径前得到操作简便，独立高效。外径可在真空定径前得到直接的调整。直接的调整。- - 外径调整比率大。外径调整比率大。160mm160mm的管径，最大可调的管径，最大可调12.7mm12.7mm，调整比率达，调整比率达8%8%。2 2） 内径定型内径定型 靠靠芯芯棒棒冷冷却却定定型型的的方方法法。冷冷却却水水通通入入芯芯棒棒，同时使制品与芯棒接触冷却。同时使制品与芯棒接触冷却。 为为适适应应收收缩缩，芯芯棒棒一一般般制制作作成成锥锥形形，锥锥度度为为0.60.6； 与外径定型相比：内径定型的内表面光滑，与外径定型相比：内径定型的内表面光滑，外径定型的外表面光滑。
26、外径定型的外表面光滑。（3 3） 冷却装置冷却装置 制品由定型装置出来后，并未完全冷却，还需要继续制品由定型装置出来后，并未完全冷却，还需要继续降温。冷却装置：浸浴法与喷淋法。降温。冷却装置：浸浴法与喷淋法。 1 1） 浸浴式冷却水槽浸浴式冷却水槽 图图4-1904-190，冷冷却却水水槽槽长长2 26m6m，冷冷却却水水从从制制品品的的最最后后一一段段流流入入，即即逆逆流流法法，使使制制品品逐逐渐渐冷冷却却。（用用于于小小口口径径管管或或异型材异型材），水应埋没制品。），水应埋没制品。 2 2） 喷淋式冷却箱喷淋式冷却箱 图图4-1914-191，用用于于较较大大截截面面的的制制品品，由由几
27、几个个喷喷淋淋管管喷喷水水冷却。冷却。（4 4） 牵引装置牵引装置 作用：给挤出管提供一定的牵引力，牵引速度。均匀稳作用：给挤出管提供一定的牵引力，牵引速度。均匀稳定地将制品引出。定地将制品引出。 牵引装置必须满足：牵引装置必须满足： a a、速度无级调节；常采用直流电动机和变频调速电动机。、速度无级调节；常采用直流电动机和变频调速电动机。 b b、牵引力、速度保持恒定；直接影响管材的壁厚；、牵引力、速度保持恒定；直接影响管材的壁厚； c c、对制品的夹持力能够调节、对制品的夹持力能够调节 牵引速度一般比挤出速度略快牵引速度一般比挤出速度略快1%-10%1%-10%。牵引装置分履带式、滚轮式两
28、种。牵引装置分履带式、滚轮式两种。a a、履带式牵引装置、履带式牵引装置由由2 26 6条条可可调调节节的的履履带带组组成成，均均匀匀地地分分布布在在管管材材地地四四周周。主要用于大直径和薄壁管材的牵引。主要用于大直径和薄壁管材的牵引。b b、滚轮式牵引装置、滚轮式牵引装置由由2 25 5对牵引滚轮组成，下轮为主动轮，上轮为从动轮。对牵引滚轮组成，下轮为主动轮，上轮为从动轮。 此此种种牵牵引引装装置置轮轮与与管管子子地地接接触触面面小小，适适合合于于管管径径较较小小地制品（地制品（100mm100mm以下），但设备简便。以下），但设备简便。（5 5） 切割装置切割装置 a a、自动或手、自动或手动圆锯动圆锯切割机切割机由由行行程程开开关关控控制制夹夹持持器器和和电电动动锯锯片片。夹夹持持器器夹夹住住制制品品之之后后，锯锯座座与与制制品品同同步步运运动动，锯锯片片开开始始切切割割，切切断断后后夹夹持持器器松松开开返返回回原原处处。（适适用用于于切切200mm200mm直直径径以下的管）以下的管） b b、行星切割装置、行星切割装置锯锯片不仅自转，而且围绕管的直径旋转，锯片可以片不仅自转，而且围绕管的直径旋转，锯片可以是一个也可以是几个。适用于切大口径管。是一个也可以是几个。适用于切大口径管。
