第三章擠出成型(新)（章節(jié)課程）

1、第三章 擠出成型1向陽書屋p主要內(nèi)容3.1 概述3.2 單螺桿擠出理論3.3 螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)及選用方法3.4 擠出成型過程3.5 幾種制品的擠出成型3.6 擠出成型的發(fā)展2向陽書屋p3.1 概述1. 擠出成型(Extrusion Molding)是指用機(jī)械運(yùn)動施加力迫使高分子材料流體通過成型裝置(機(jī)頭、口模) ，定型為具有恒定截面的連續(xù)型材的一種成型方法。加料輸送壓縮塑化定型3向陽書屋p加料：粉料、粒料，聚合物分散體等性狀的擠出用物料，通過加料斗，依靠自重或強(qiáng)制加料器作用，進(jìn)入料筒與螺桿的螺槽或柱塞構(gòu)成的空間，在螺棱或柱塞的推動下向前擠出。輸送：施力部件強(qiáng)制推進(jìn)物料的作用。壓縮：因施力部件強(qiáng)

2、制推擠物料、流道的橫斷面積逐漸減小及機(jī)頭處阻力元件增壓作用，擠出機(jī)對物料產(chǎn)生的壓實作用。4向陽書屋p塑化：將固體高分子材料轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成均勻、溫度均勻、無可揮發(fā)性氣體和空氣的，具有良好的可塑性的流體的過程。濕法擠出成型干法擠出成型定型：高分子材料熔體通過具有一定截面形狀的機(jī)頭(口模)，冷卻固化的過程。5向陽書屋p固體輸送固體熔融熔體混合熔體泵送口模成型制品定型制品冷卻制品切割第一階段第二階段6向陽書屋p3.1 概述2.工藝特點：擠出成型生產(chǎn)工藝分干法和濕法；擠出過程分連續(xù)和間歇式擠出；擠出成型工藝控制參數(shù)除與擠出溫度、壓力、速率有關(guān)外，擠出機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、冷卻、牽引等控制因素都會影響制品的質(zhì)量；7向陽

3、書屋p擠出機(jī)因機(jī)頭及輔機(jī)不同，可生產(chǎn)多種產(chǎn)品；擠出成型工藝按用途可分為：擠出制品成型和成型用原料配制。8向陽書屋p3、擠出成型加工歷史3.1 概述 1845, R. A. Brooman 柱塞式擠出機(jī) 第一個工業(yè)擠出過程采用柱塞擠壓材料，18世紀(jì)90年代英國的 J. Bramah 用這種方法生產(chǎn)鉛管。9向陽書屋p 擠出機(jī)是一種泵，在泵的功能基礎(chǔ)上能夠用于其他多種工藝過程。10向陽書屋p11向陽書屋p12向陽書屋pPVC管生產(chǎn)線13向陽書屋p板材生產(chǎn)線14向陽書屋p薄膜生產(chǎn)線15向陽書屋pa.擠出過程： 將固體顆?；蚍勰┘尤霐D出機(jī)的料斗，在料簡預(yù)熱，干燥；物料在運(yùn)動過程中與料筒、螺桿、以及物料與

4、物料之間相互摩擦、剪切，產(chǎn)生大量的熱，這時物料由玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)轉(zhuǎn)變； 熔融物料被螺桿輸入通過具有一定形口模后成型，進(jìn)入冷卻定型裝置，再經(jīng)過牽引，獲得最終的制品尺寸。最后根據(jù)需要切割成一定長度的制品，再堆放在堆放架上。4. 舉例：擠出硬管生產(chǎn)線16向陽書屋pb. 方框圖 聚合物熔融(擠出機(jī)) 成型(口模) 定型(定型 裝置) 冷卻（水或風(fēng)冷裝置） 牽引(牽引機(jī)） 切割(切割機(jī)) 堆放(堆放裝置)。c. 流程圖 圖22 擠出硬管生產(chǎn)線 1、擠出機(jī) 2、口模 3、定型裝置4、冷卻水槽 5、 牽引機(jī) 6、切割機(jī) 7、堆放裝置17向陽書屋p5. 擠出成型設(shè)備及主要技術(shù)參數(shù)18向陽書屋p19向陽書屋p

5、 擠出成型設(shè)備的組成a. 主機(jī)：擠壓系統(tǒng) （螺桿和機(jī)筒）、傳動系統(tǒng)（傳動馬達(dá)、變速箱）、加熱冷卻系統(tǒng)（電加熱、水冷、風(fēng)冷）。b. 輔機(jī)：機(jī)頭（口模）、定型、冷卻、牽引、切割、堆放或卷取裝置。c. 控制系統(tǒng)：主要由電器儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其主要作用是：控制主、輔機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，使其按操作要求的轉(zhuǎn)速和功率運(yùn)轉(zhuǎn)，并保證主、輔機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行；控制主、輔機(jī)的溫度、壓力、流量和制品的質(zhì)量；實現(xiàn)整個機(jī)組的自動控制。20向陽書屋p1、料斗 即加料裝置，向料筒的加料口提供物料。 有保溫夾套，有定時定量自動加料裝置。 2、料筒 是一個受壓，受熱的金屬圓筒，溫度可達(dá)150-410C，壓力可達(dá)30-50Mpa，要求機(jī)筒的材

6、料高強(qiáng)度，耐磨，耐腐蝕，通常由鋼制外殼和合金鋼內(nèi)襯共同組成，其外層有加熱和冷卻系統(tǒng)。料筒的作用： 對塑料加熱； 配合螺桿使塑料塑化。 對塑料冷卻的目的：防止停車時，因過熱造成分解。21向陽書屋p22向陽書屋p 瓣合式機(jī)筒：機(jī)筒由兩瓣組成，用螺栓聯(lián)接，便于研究和拆卸。但破壞了機(jī)筒加熱的均勻性，增加了熱損失。23向陽書屋p24向陽書屋p3、螺桿 是擠出機(jī)的最主要部件，其結(jié)構(gòu)對擠出工藝有重要影 響，擠出不同高聚物有不同結(jié)構(gòu)形式的螺桿。螺桿的結(jié)構(gòu)： 25向陽書屋p螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)26向陽書屋p 擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)螺桿直徑D（20350mm）長徑比L/D（1830）轉(zhuǎn)速n（10250r/min）電機(jī)

7、功率（5.5100 kW ） 擠出能力Q（1.52200kg/h）等。 擠出機(jī)的大小27向陽書屋p28向陽書屋p29向陽書屋p（3）螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)螺桿直徑D：指外徑，代表擠出機(jī)的規(guī)格。隨直徑增大，生產(chǎn)能力提高。螺桿長徑比L/D：螺桿的有效長度與螺桿直徑之比。 L/D大，溫度分布好，混合均勻。影響擠出機(jī)的產(chǎn)量和擠出質(zhì)量（衡量塑化效率）。L/D愈大，塑料的停留時間愈長，混合塑化效果愈好，但加工的難度增大。螺桿壓縮比A：指加料段第一螺槽的容積與均化段最后一個螺槽容積之比。一般為25。 A螺桿第一螺槽的容積 / 螺桿最后螺槽的容積 A 的獲得：等距變深，等深變距，變深變距。30向陽書屋p 螺槽深度

8、H：H 小，產(chǎn)生的剪切速率大，塑化效果好，但生產(chǎn)率低。螺槽深度與物料的穩(wěn)定性有關(guān)，對剪切比較敏感的塑料如PE,PA適合選擇較淺的螺槽，對剪切速率不太敏感的塑料如PVC,PC等，應(yīng)選擇較深螺槽。 HKD K0.020.06，H為均化段的螺槽深度。31向陽書屋p螺旋角：是螺紋與螺桿橫截面之間的夾角，通常在100300之間。隨著增大，生產(chǎn)能力提高，擠壓剪切作用減少。增大，出料快，生產(chǎn)率提高，但停留時間短，塑化效果下降。螺紋棱寬度E： E大動力消耗大， E小漏流增加。一般E=0.080.12D.螺桿與料筒的間隙： 值大生產(chǎn)效率低， 值過小時，強(qiáng)烈剪切，會引起過熱降解，一般與螺桿直徑之比為0.0005-

9、0.002左右。32向陽書屋p3、螺桿的作用輸送物料 螺桿轉(zhuǎn)動時，物料在旋轉(zhuǎn)的同時受到軸向壓力，向機(jī)頭方向流動以擠出成型。傳熱塑化物料 與料筒配合，使物料接觸傳熱面并不斷更新，在料筒外加熱與螺桿摩擦作用下軟化、熔融為粘流態(tài)?；旌吓c均化物料 與料筒和機(jī)頭相配合產(chǎn)生強(qiáng)大的剪切作用，使物料混合均勻、塑化完全。33向陽書屋p螺桿沿長度方向一般分為三段，各段的作用和結(jié)構(gòu)是不同的：（1）加料段 L1 靠近料斗一側(cè)，在該段對物料主要起傳熱軟化、輸送作用，無壓縮作用，是固體輸送。L1 的長度： 結(jié)晶型塑料：熔點前，難壓縮，因此L1 較長。 無定形塑料：隨T升高，形變增大，有壓縮，因此L1 較短。34向陽書屋p

10、（2）壓縮段 L2 螺桿的中段。物料在此段繼續(xù)吸熱軟化、熔融，直到最后完全塑化，塑料在該段內(nèi)可以進(jìn)行較大程度的壓縮。壓縮段的長度：結(jié)晶型塑料：熔點范圍很窄，到熔點后，粘度下降比較厲害，因此L2 很短即可。無定形塑料：粘流溫度范圍較寬，所以L2較長。35向陽書屋p（3）均化段 L3 靠機(jī)頭口模一側(cè)。為等距等深的淺槽螺紋，其作用是把壓縮段送來的已塑化的物料，在均化段的淺槽和機(jī)頭回壓下攪拌均勻，成為質(zhì)量均勻的熔體，并且為定量定壓擠 出成型創(chuàng)造必要條件。（也稱計量段） 均化段要維持較高的而且穩(wěn)定的壓力，以保持料流穩(wěn)定，因此應(yīng)有足夠的長度，可為螺桿全長的2025%。 36向陽書屋p（4）螺桿的形式a.

11、普通螺桿等距變深螺桿 等深變距螺桿 變深變距螺桿漸變型：適用于無定形塑料突變型：適用于結(jié)晶性塑料37向陽書屋pb.特殊螺桿 這些螺桿均化段設(shè)置有一些剪切混合元件，以達(dá)到促進(jìn)混合、塑化和提高生產(chǎn)能力的目的。38向陽書屋p4、機(jī)頭和口模 機(jī)頭和口模作用：使料流從螺旋運(yùn)動變?yōu)槠街边\(yùn)動。產(chǎn)生回壓，利于進(jìn)一步塑化，均化粘流態(tài)物料。產(chǎn)生必要的成型壓力，使制品致密。成型制品，更換口?？筛淖冎破窋嗝娴男螤?。機(jī)頭與口模的組成部件： 過濾網(wǎng)，多孔板，分流器，模芯，口模和機(jī)頸等。39向陽書屋p40向陽書屋p5、傳動系統(tǒng) 包括帶動螺桿轉(zhuǎn)動的電機(jī)和機(jī)械傳動部件。6、附屬設(shè)備 塑料的輸送、預(yù)熱、干燥等預(yù)處理裝置。 擠出后

12、制品的定型、冷卻裝置。 牽引裝置。 卷繞或切割裝置。 控制設(shè)備等。41向陽書屋p6. 擠出成型的特點：生產(chǎn)連續(xù)化 可生產(chǎn)任意長度的管材、薄膜、電纜和纖維等。生產(chǎn)效率高 單機(jī)產(chǎn)能高，如一臺直徑65mm 的雙螺桿擠出機(jī)（外形尺寸約2.51.81.7m），可年產(chǎn)PVC簿膜450t以上。應(yīng)用范圍廣 這種加工方法在橡膠、塑料、纖維的加工中都廣為采用，還可用擠出法進(jìn)行混合、塑化、造粒、著色等工藝過程。設(shè)備簡單，投資少 與注射成型、壓延成型相比，擠出成型設(shè)備比較簡單，制造較容易，設(shè)備費用較低，安裝調(diào)試較方便。42向陽書屋p作業(yè)1. 請舉一個擠出成型在工業(yè)中應(yīng)用的例子。43向陽書屋p3.2 單螺桿擠出理論(E

13、xtrusion principle)概述擠出理論：是指描述物料在螺桿和口模中運(yùn)動、變化規(guī)律的基本理論。在擠出成型過程中，物料通過螺桿和口模時，其狀態(tài)變化、流動規(guī)律對加工的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和能量消耗起著重要的作用。單螺桿擠出理論包括： 固體輸送理論 熔融理論 熔體輸送理論44向陽書屋p擠出理論的目的、意義和研究方法1.設(shè)計目的：使三區(qū)三段吻合，研究物料在螺桿和口模中的物態(tài)變化及運(yùn)動規(guī)律。2.研究方法：建立物理模型數(shù)學(xué)模型理論公式討論分析、實驗驗證修正。3.研究的意義：尋求聚合物加工中提高產(chǎn)量、提高塑化質(zhì)量、降低能耗的有效途徑，為聚合物擠出過程改進(jìn)工藝和改進(jìn)設(shè)備提供依據(jù)。45向陽書屋p主要內(nèi)容

14、3.2.1 擠出理論的準(zhǔn)備知識3.2.2 加料段的固體輸送理論3.2.3 壓縮段的熔融理論3.2.4 均化段的熔體輸送理論46向陽書屋p3.2.1 擠出理論的準(zhǔn)備知識3.2.1.1 物料通過擠壓系統(tǒng)的運(yùn)動及物態(tài)變化1.擠壓系統(tǒng)的主要作用：連續(xù)、穩(wěn)定輸送物料；將固體物料塑化成熔融物料；使物料的溫度和組成一致。加料段進(jìn)行高分子物料的固體輸送壓縮段壓縮物料，并使物料熔融均化段對熔融物料進(jìn)行攪拌和混合，定量定壓擠出。2.物料經(jīng)歷三種力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。47向陽書屋p3.物料三區(qū) 根據(jù)物料運(yùn)動和狀態(tài)變化分為：固體輸送區(qū)固體物料輸送； 熔融區(qū)物料升溫，壓實，排氣，塑化；熔體輸送區(qū)混合，定壓，計

15、量輸送。48向陽書屋p4.螺桿三段：加料段;壓縮段;計量段49向陽書屋p要使制品質(zhì)量、產(chǎn)量穩(wěn)定，須滿足以下兩個條件：熔體的輸送速率=固態(tài)物料的熔化速率沿螺桿軸向任一截面物料的質(zhì)量流率=擠出機(jī)生產(chǎn)率50向陽書屋p3.2.2 加料段的固體輸送理論3.2.2.3 固體塞輸送角（前進(jìn)角）3.2.2.4 某些因素的討論3.2.2.2 輸送率的計算（輸送方程）3.2.2.1 基本假設(shè)51向陽書屋p 固體輸送理論是以固體對固體的摩擦力靜平衡為基礎(chǔ)建立起來的，推導(dǎo)時假設(shè)： 物料是被壓實的固體塞、充滿整個螺槽； 固體塞所受壓力僅為螺槽流道長度的函數(shù)； 摩擦因數(shù)f一定，作用于固體的摩擦力符合庫倫定律F=f P；

16、忽略固體塞密度變化，物料重力的影響； 加料螺槽截面為矩形，且槽深不變。3.2.2.1 基本假設(shè)52向陽書屋p圖7-10 固體塞摩擦模型53向陽書屋p54向陽書屋p55向陽書屋p 如果物料與螺桿之間的摩擦力很大，此時擠出量為零；因為移動角=0，物料不向前移動，不進(jìn)料； 如果物料與螺桿之間的摩擦力很小，而對料筒的摩擦力很大，此時物料移動速度很大，即移動角=90。這是固體輸送理論的上限。 一般情況是在090范圍，擠出過程要控制物料與螺桿，機(jī)筒的摩擦力為定值，否則引起移動角變化，造成產(chǎn)率波動。56向陽書屋pV2-固體塞沿螺槽方向速度V1-螺桿轉(zhuǎn)動速度V3-絕對速度VL-V3的軸向分量VL=57向陽書屋

17、p固體輸送段生產(chǎn)率計算：固體輸送率Q=VLFF:垂直于VL的螺槽流道截面積58向陽書屋p固體塞輸送速率Q與螺桿幾何尺寸的關(guān)系： Hf 螺槽深度 Db螺桿外徑 n 螺桿轉(zhuǎn)速 螺桿外徑處的螺旋角 物料的移動角 59向陽書屋p提高固體輸送率的措施：1. 移動角 tg tg tg+ tg 若，即Q。 Q影響移動角的因素： 螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，摩擦因數(shù)，壓力。Q60向陽書屋p2. 摩擦系數(shù) f 在螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，以及工藝參數(shù)設(shè)定后，移動角只與摩擦因數(shù)有關(guān)。a. 提高螺桿光潔度；涂F4b. 在料筒上開設(shè)縱向槽溝，提高物料與機(jī)筒之間的摩擦因數(shù)；c. 降低螺桿溫度，通冷卻水； d. 根據(jù)摩擦因數(shù)與溫度的關(guān)系，適當(dāng)

18、提高加工溫度。 控制螺桿和機(jī)筒溫度，高聚物與金屬的摩擦系數(shù)是溫度的函數(shù)，不同物料不同溫度下的摩擦系數(shù)可通過實驗得到。61向陽書屋pc. 螺旋升角 在其它條件相同的情況下當(dāng) 最大時， Q最大。螺旋角對Q的影響，也可以從這一項反映出來。fs螺桿靜摩擦因數(shù)62向陽書屋p總結(jié)：為獲得最大的固體輸送速率從擠出機(jī)結(jié)構(gòu)來考慮： a.增加螺槽深度是有利的，但會受到螺桿扭矩的限制。其次，降低塑料與螺桿的摩擦系數(shù)也是有利的。再者，增大塑料與料筒的摩擦系數(shù)，也可以提高固體輸送速率，但要注意會引起物料停滯甚至分解，因此料筒內(nèi)表面還是要盡量光潔。 b.采用最佳螺旋角(17.41)。63向陽書屋p從擠出工藝角度來講： 控

19、制加料段料筒和螺桿的溫度是關(guān)鍵，因為靜摩擦系數(shù)是隨溫度而變化的。64向陽書屋p概述塔莫爾（Tadmor）首先用數(shù)學(xué)分析方法建立數(shù)學(xué)模型。研究范圍：物料在壓縮段，由固體變?yōu)槿垠w的過程，因為兩相共存，熔融理論既重要又復(fù)雜。研究目的：預(yù)測要使全部固體熔化所需的螺桿長度，為分析螺桿性能、進(jìn)行螺桿設(shè)計、確定最佳工藝條件提供科學(xué)依據(jù)。研究方法：實驗觀察數(shù)學(xué)分析（模型）3.2.3 壓縮段的熔融理論 65向陽書屋p3.2.3.1 實驗觀察頂出螺桿法：加入3-5%的著色劑，穩(wěn)定后驟冷，加熱頂 出，將螺槽的物料剝下展開，觀察剝落料情況，靜態(tài)觀察。剖分機(jī)筒法：機(jī)筒做成兩半。驟冷、打開機(jī)筒 ，靜態(tài)觀察。透明機(jī)筒法：借

20、助窺視鏡、還可用示蹤粒子，動態(tài)觀察。66向陽書屋p67向陽書屋p3.2.3.2 螺槽中由固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)的物理過程 物料在展開的螺槽的分布和變化情況： 在加料段內(nèi)充滿未熔的固體粒子； 在壓縮段內(nèi)自熔化點開始，固體床的寬度逐漸減小，直到為零，為固體粒子與熔體共存； 在均化段內(nèi)充滿著已熔化的熔體。68向陽書屋p3.2.3.3 物料熔化過程69向陽書屋p3.2.3.4 數(shù)學(xué)分析（模型）簡化假設(shè)條件： 1 建立直角坐標(biāo)系，將螺桿和機(jī)筒沿Z方向展 開，認(rèn)為螺桿不動，機(jī)筒平移。 2 在熔融區(qū)固體、熔體共存，有明顯分界面 固體床（逐漸減?。?熔體 熔膜：緊貼料筒壁處物料先熔融 熔池：隨著熔膜的發(fā)展，形

21、成熔池， 熔池逐漸擴(kuò)大 3 物料處于穩(wěn)定擠出狀態(tài)70向陽書屋p簡化假設(shè)條件： 4 固體床是連續(xù)均介質(zhì)（=const.） 熔體為牛頓流體 5 熔融僅在水平面上進(jìn)行，傳熱僅在y方向上進(jìn)行 6 螺棱與機(jī)筒間隙忽略不計71向陽書屋p 圖 7-14 固體床在螺槽中的分布(a)在螺槽中的分布 (b)在螺桿熔化區(qū)的分布 1上部熔膜 2固體床 3下部熔膜72向陽書屋p實驗研究表明： 塑料的全部熔化過程是在螺桿的壓縮段內(nèi)進(jìn)行； 整個熔化過程直接反映了固相寬度沿著螺槽方向變化的規(guī)律。 固相寬度沿著螺槽方向變化的規(guī)律，決定于螺桿參數(shù)、操作條件和物料的物理性質(zhì)。73向陽書屋p3.2.3.4 壓縮段中物料溫度的分布 機(jī)

22、筒的外加熱和熔膜剪切作用產(chǎn)生的熱量通過熔膜導(dǎo)到相遷移面，使固、液相分界面上熔化，由此形成的沿螺槽深度方向物料的溫度分布，如圖所示。74向陽書屋p3.2.3.5 壓縮段中物料速度的分布 根據(jù)機(jī)筒旋轉(zhuǎn)，螺桿相對靜止的假設(shè)，機(jī)筒表面物料的速度最大；固體床粘度大移動難，速度相同；螺桿表面物料速度為零。如右圖。75向陽書屋p3.2.4 均化段的熔體輸送理論1 螺槽中熔體流動的速度分布2 均化段的生產(chǎn)率3 對生產(chǎn)率公式的討論76向陽書屋p熔體輸送理論 在螺桿三段理論中，均化段熔體輸送理論是研究最早，也是最成熟的，因為均化段的理論是非常重要的，通常以均化段的生產(chǎn)率代表擠出機(jī)的生產(chǎn)率，以均化段的功率為擠出機(jī)功

23、耗的基礎(chǔ)。77向陽書屋p 假設(shè)機(jī)筒旋轉(zhuǎn)，螺桿相對靜止,機(jī)筒以原來螺桿相反方向運(yùn)動，將螺槽展開如圖2-21 整個過程為等溫、層流，粘度為常數(shù)。3.2.4.1 五個基本假設(shè)78向陽書屋p3.2.4.2 物料在螺槽中流動的類型1. 正流：物料沿螺槽方向(Z方向)向機(jī)頭的流動，是由干螺桿旋轉(zhuǎn)時螺棱的推擠作用所引起的；其流動也稱拖曳流動，流量用QD表示。2. 逆流：與正流方向相反。由機(jī)頭口模、過濾網(wǎng)等對料流的阻礙的反壓流動，又稱壓力流動，用QP表示。正流與逆流的代數(shù)和稱為凈流；3. 橫流：物料沿x、y軸兩方向在螺槽內(nèi)往復(fù)流動，也是螺桿旋轉(zhuǎn)時螺棱的推擠阻擋作用造成的，對總的擠出生產(chǎn)率影響不大；但對熔體的混

24、合、塑化、熱交換起重要作用4. 漏流：物料在螺桿和料筒的間隙沿螺桿的軸向反向流動，故漏流要比正流和逆流小很多。QL 79向陽書屋p80向陽書屋p 擠出機(jī)總生產(chǎn)能力：Q = QD QP QL。即為正流、逆流、漏流體積流量的代數(shù)和。81向陽書屋p3.2.4.3 生產(chǎn)率公式正流、逆流和漏流流量計算式分別如下：式中 P均化段兩端的壓力降 L3 均化段長度 1 螺槽中物料的粘度 2 螺桿與機(jī)筒間物料的粘度82向陽書屋p螺桿均化段生產(chǎn)率公式：式中：1和2分別是螺槽中和螺桿和機(jī)筒間隙中 物料的粘度 p機(jī)頭壓力Q = QD QP QL正流流量漏流流量逆流流量83向陽書屋p3.2.4.4 螺桿特性曲線生產(chǎn)率公式

25、可寫成 A、B、C僅與螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，對于給定的螺桿為常數(shù)。 溫度和螺桿轉(zhuǎn)速恒定不變時， 1和2可看作常數(shù)，式（2-62）為直線方程，如對同一螺桿不同的n作Q-p圖，可作出圖2-27的螺桿特性曲線。84向陽書屋p不同轉(zhuǎn)速(N)的螺桿特性曲線：85向陽書屋p1. 螺桿特性曲線討論： 1、p=0時，代入公式，求得最大流率Qmax，此時機(jī)頭全開； 2、流率最小Q=0時， p達(dá)到最大pmax，此時機(jī)頭全閉。 3、正常情況下QmaxQ0，其數(shù)值與口模特性曲線有密切關(guān)系。86向陽書屋p 可以證明，物料通過口模的流量Q與口模的壓力降P有如下關(guān)系： 式中： K口模形狀系數(shù)或阻力系數(shù)，其值與口模形狀、尺寸大

26、小有關(guān)。 機(jī)頭處物料的粘度,穩(wěn)定狀態(tài)下，可近似看成常數(shù)。 K和為常數(shù)，如忽略大氣壓力，P與式（2-61）中的機(jī)頭壓力p相同，在圖上作直線OK1、OK2，分別代表不同口模系數(shù)的口模特性曲線。反映了通過機(jī)頭的流率與壓力之間的關(guān)系。2. 口模特性曲線87向陽書屋pK3K1K288向陽書屋p89向陽書屋p3.2.4.5 擠出機(jī)工作點 由于螺桿與機(jī)頭安裝在一起，所以螺桿的Q和p與口模的Q和p應(yīng)相等。反映在圖上就是兩條直線的交點。該點就是擠出機(jī)工作點。該點所對應(yīng)的Qc即為擠出機(jī)在操作條件下的工作點。90向陽書屋p 在假設(shè)等溫和粘度不變條件下得到的，實際生產(chǎn)過程是非等溫及粘度變化條件下進(jìn)行，因此螺桿特性和口

27、模螺桿特性曲線都不是直線，而是圖所示：91向陽書屋p實際擠出過程的擠出機(jī)工作圖：反映出擠出物的質(zhì)量和操作條件的關(guān)系。Qu：質(zhì)量線；W:經(jīng)濟(jì)擠出量下限。Tmax；Tmin：最大允許溫度，最小可能的熔體溫度92向陽書屋p 影響均化段生產(chǎn)率公式的因數(shù)： 1，機(jī)頭壓力 正流與壓力無關(guān)， P上升，逆流和漏流上升，故Q下降。 當(dāng)P0，即機(jī)頭完全敞開，Qm最大： 當(dāng)有時機(jī)頭過慮網(wǎng)堵塞，則P很大（相當(dāng)于機(jī)頭封死）， Qm0，此時最大壓力為：93向陽書屋p 壓力增加，生產(chǎn)率減小，但有利于混合和塑化。有時增大口模尺寸，擠出量雖然增加，但對制品質(zhì)量不利。94向陽書屋p2. 螺桿轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)速增大，生產(chǎn)率提高，但到一定

28、值時，生產(chǎn)能力上升會變慢。3，螺桿與機(jī)筒間隙對生產(chǎn)率的影響 螺桿長期工作，磨損使得變大，達(dá)到一定程度后，就要更換螺桿。95向陽書屋p 4. 均化段螺槽深度h3對生產(chǎn)率的影響 正流量與螺槽深度成正比，逆流與h3的三次方成正比。壓力較低時，淺螺槽的擠出量比深螺槽低，當(dāng)壓力高至一定程度后，正好相反。說明淺螺槽對壓力的敏感性低，能在壓力波動的情況下，擠出比較均勻的制品，但不能太淺，會容易燒傷塑料。96向陽書屋p5，計量段長度L3計量段增加時，逆流和漏流減少，螺桿特性曲線趨于平坦。97向陽書屋p6，料溫和生產(chǎn)率的關(guān)系 溫度的變化直接影響物料的粘度，實際上溫度的變化相當(dāng)于影響均化段的長度。98向陽書屋p7

29、. 機(jī)頭口模的阻力與生產(chǎn)率的關(guān)系 物料擠出時的阻力與機(jī)頭口模的截面積成反比，與長度成正比，即口模的截面尺寸越大或口模的平直部分越短，機(jī)頭阻力越小，這時擠出量受機(jī)頭內(nèi)壓力變化的影響越大。因此，一般要求口模的平直部分有足夠的長度。99向陽書屋p擠出理論的局限性 1.許多假設(shè)，計算值與實際值有偏差； 2.三段輸出量與質(zhì)量關(guān)系沒有解決； 3.固體段長度、均化段長度沒有完整的公式； 4.熔池的起始點無法計算； 5.把實際的連續(xù)過程人為的分為三段。100向陽書屋p3.3 螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)及選用方法3.3.1 選用擠出機(jī)要考慮的問題3.3.2 擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)3.3.3 擠出機(jī)的加料系統(tǒng)3.3.4 擠出機(jī)的

30、傳動系統(tǒng)3.3.5 擠出機(jī)的加熱冷卻系統(tǒng)101向陽書屋p3.3.1 選用擠出機(jī)要考慮的問題1、擠出物的質(zhì)量 擠出物的質(zhì)量包括外觀、混合程度、擠出物溫度的均勻度、擠出壓力的穩(wěn)定性等。2、高聚物的種類和性質(zhì) 不同的高聚物對擠出機(jī)的形式、螺桿的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)有不同的要求。3、原材料組成和產(chǎn)品種類 加入填充或增強(qiáng)助劑，如：碳酸鈣、炭黑填充，玻璃纖維、碳纖維、金屬須的增強(qiáng)，增塑劑等。 產(chǎn)品種類可分為成品和半成品。如型材專用料，電纜料、色母料等。102向陽書屋p3.3.2 擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)擠壓系統(tǒng)對物料產(chǎn)生如下三大作用：1、輸送物料：螺桿轉(zhuǎn)動時，物料在旋轉(zhuǎn)的同時受到軸向壓力，向機(jī)頭方向流動。2、傳熱塑化物

31、料：螺桿與料筒配合使物料接觸傳熱面不斷更新，在料筒的外加熱和螺桿摩擦作用下，物料逐漸軟化，熔融為粘流態(tài)。3、混合均化物料：螺桿與料筒和機(jī)頭相配合產(chǎn)生強(qiáng)大剪切作用，使物料進(jìn)一步均勻混合，并定量定壓由機(jī)頭擠出。103向陽書屋p3.3.2.1 普通單螺桿的結(jié)構(gòu) 等距變深螺桿 等深變距螺桿 變距變深螺桿等距漸變螺桿：無定形等距突變螺桿：結(jié)晶制造容易，成本低，有利進(jìn)料，應(yīng)用廣泛用于橡膠加工理想化，少用螺桿形式104向陽書屋p105向陽書屋p普通螺桿的主要參數(shù)及選擇（1）螺桿直徑D增加，加工能力會提高，通常擠出機(jī)的生產(chǎn)率與D的平方成正比。擠出機(jī)的規(guī)格常以螺桿的直徑大小表示。106向陽書屋p普通螺桿的主要參

32、數(shù)及選擇（2）長徑比L/D（螺桿工作部分有效長度與直徑之比）大，能改善物料溫度分布，有利于塑料的混合和塑化，提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力，硬塑料、粉狀塑料或結(jié)晶性塑料要求塑化時間長，應(yīng)選較大的L/D；但L/D過大，會使塑料受熱時間增長而降解，且制造加工及安裝困難，增大擠出機(jī)的功率消耗。一般L/D的范圍是2025。107向陽書屋p普通螺桿的主要參數(shù)及選擇（3）壓縮比是螺桿加料段最初一個螺槽容積與均化段最后一個螺槽容積之比，表示塑料通過螺桿全長范圍時被壓縮的倍數(shù)。其作用于是壓實、排氣、保證機(jī)頭熔體的致密度。壓縮比越大，塑料受到的擠壓作用越大。但壓縮比太大會使螺桿本身的機(jī)械強(qiáng)度下降。108向陽書屋p（4）均

33、化段螺槽深度h3會影響塑料的塑化和擠出效率。熔體粘度低熱穩(wěn)定性較高的塑料如尼龍，宜采用淺螺槽螺桿，此時可產(chǎn)生較高的剪切速率，并有利于料筒壁與物料間的傳熱；熱敏性塑料如PVC則宜采用深螺槽螺桿。 塑料加工： h3=（0.0250.06)D;橡膠加工： h3=（0.180.25)D。普通螺桿的主要參數(shù)及選擇109向陽書屋p普通螺桿的主要參數(shù)及選擇（5）螺紋與螺桿橫截面之間的夾角稱為螺旋角，隨著的增大，擠出機(jī)的生產(chǎn)能力提高，但螺桿對塑料的擠壓剪切作用減少。擠出機(jī)常采用等距螺桿，即螺距等于直徑，此時螺旋角約為17o41。110向陽書屋p普通螺桿的主要參數(shù)及選擇（6） 螺桿與料筒的間隙值大，生產(chǎn)效率低，

34、會降低剪切速率，不利于傳熱；值小，易引起物料降解。（7）螺紋棱部寬度E太小會使漏流增加，產(chǎn)量降低；E太大易出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。 111向陽書屋p普通三段式螺桿存在的問題：1.熔融效率低 熔融段熔體與固體床共同存在于一個螺槽中，減小了料筒壁與固體床的接觸面積；固體床隨著熔融解體，部分碎片進(jìn)入熔體中，很難從剪切獲得熱量，這樣，固體床不能徹底熔融；2.壓力、溫度和產(chǎn)量波動大 固體輸送時又與螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生較高頻率的波動，由于熔融過程的不穩(wěn)定性產(chǎn)生低頻波動，溫控系統(tǒng)的穩(wěn)定性差或環(huán)境因素的變化引起的波動。3.混合效果差，不能很好適應(yīng)一些特殊塑料的加工或混煉、著色工藝過程。112向陽書屋p 普通螺桿結(jié)構(gòu)不變，只

35、在螺桿參數(shù)，工藝條件上做改變，無法滿足聚合物加工發(fā)展的要求。因此，人們開發(fā)了許多新型螺桿。113向陽書屋p3.3.2.2 新型螺桿分離型螺桿114向陽書屋p2、分離型（屏障型）螺桿原理：在螺桿熔融段再附加一條螺紋，將原來一個螺紋所形成的螺槽分為兩個，將已熔物料和未熔物料盡早分離，促進(jìn)未熔料盡快熔融。115向陽書屋p分散混煉元件直槽屏障混煉元件波形混合元件雙波紋混合螺桿116向陽書屋p3、銷釘型螺桿 原理：物料流經(jīng)過銷釘時，銷釘將固體料或未徹底熔融的料分成許多細(xì)小料流，這些料流在兩排銷釘間較寬位置又匯合，經(jīng)過多次匯合分離，物料塑化質(zhì)量得以提高。 銷釘設(shè)置在熔融區(qū)，排列形狀有人字形、環(huán)形等，銷釘形

36、狀有圓柱形、菱形、方形等117向陽書屋p分布混合元件118向陽書屋p雙螺桿擠出機(jī) 優(yōu)點： - 低的成本 - 設(shè)計簡單 缺點： - 難控制摩擦熱 - 混煉效果差 復(fù)合共混脫揮反應(yīng)擠出擠出型材單螺桿擠出機(jī)雙螺桿擠出機(jī)119向陽書屋p3.3.2.4 雙螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理雙螺桿擠出機(jī)誕生的背景： 雙螺桿擠出機(jī)是在單螺桿擠出機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 用單螺桿擠出機(jī)加工時： 材料： 粉料；摻混料（纖維與樹脂）；填充、增強(qiáng)材料（CaCO3、紅泥、礦渣、廢料等） 出現(xiàn)問題：吃料難、熔融難、塑化差 70年代以來，雙螺桿擠出機(jī)發(fā)展十分迅速 歐洲：100%硬管、板、異型材制品用雙螺桿擠出機(jī)加工 120向陽書屋p雙螺

37、桿擠出機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域：聚合物反應(yīng)擠出：PU、PA、POM、PMMA反 應(yīng)成型為型材、單絲等共混、填充改性：PA/玻纖 橡塑共混（PP/乙丙橡膠） 塑塑共混（合金）廢塑料再生利用：將形狀、比重、品種不同的聚 合物回收、 利用成型加工HPVC管材、異型材 121向陽書屋p一、雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類1、結(jié)構(gòu)（與單螺桿擠出機(jī)相比） 相同點： 包括擠壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng) 職能均與單螺桿擠出機(jī)相同 不同點： 兩根螺桿，水平放置 機(jī)筒內(nèi)孔為： 有排氣系統(tǒng)（螺桿有排氣段，機(jī)筒有排氣口） 加料裝置，定量加料 122向陽書屋p2、分類（1）按照螺桿結(jié)構(gòu)特點分類 平行雙螺桿擠出機(jī)錐形雙螺桿擠出機(jī) 123向

38、陽書屋pCONICAL SHAPEPARALLEL SCREW AXIS124向陽書屋p125向陽書屋p126向陽書屋p127向陽書屋p螺桿擠出機(jī)分類128向陽書屋p129向陽書屋p一、雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類 2、分類（2）按照螺桿相對位置（嚙合方式）分類全嚙合（A= r + R） （原理依據(jù)）非嚙合（A2 R）（體現(xiàn)不出雙螺桿的優(yōu)點）部分嚙合（r+R A 2 R）（實際使用）130向陽書屋p全嚙合非嚙合部分嚙合131向陽書屋p一、雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類2、分類（3）按照螺桿旋向與轉(zhuǎn)向分類 異向螺紋、異向轉(zhuǎn)動 （異向向內(nèi)、異向向外） 同向螺紋、同向轉(zhuǎn)動 異向：同向：132向陽書屋p二、雙螺

39、桿對物料的工作原理 1、輸送機(jī)理單螺桿輸送機(jī)理由摩擦，粘附形成輸送能力 固體（加料段）：摩擦拖曳（fs、fb） 熔體（計量段）：拖曳流動（機(jī)筒拖曳作用）雙螺桿輸送機(jī)理正位移輸送 不同類型雙螺桿：正位移輸送程度不同 只討論全嚙合式雙螺桿擠出機(jī)輸送機(jī)理 133向陽書屋p二、雙螺桿擠出機(jī)的工作原理非嚙合型雙螺桿的工作原理 不能形成封閉或半封閉的型腔，無正位移輸送條件，其輸送機(jī)理與單螺桿相似。嚙合型雙螺桿的工作原理 能形成封閉或半封閉的型腔，有正位移輸送條件， 其正位移輸送輸送程度與封閉程度有關(guān)。 134向陽書屋p135向陽書屋p雙螺桿擠出機(jī)的開放和封閉136向陽書屋p1、輸送機(jī)理（全嚙合型）（1）異

40、向轉(zhuǎn)動雙螺桿對物料的輸送 C形室t137向陽書屋p（1）異向轉(zhuǎn)動雙螺桿對物料的輸送 分開看：兩根旋向不同的雙螺桿 合著看：嚙合區(qū)兩根螺棱彼此插入另一根螺槽中， 把兩個連續(xù)的螺旋通道分割成一段一段的 封閉“C” 形室，室數(shù)與螺紋圈數(shù)相同，切 線稱嚙合線。 運(yùn)動：螺桿轉(zhuǎn)動，“C”形室前移（軸向移動）螺桿 轉(zhuǎn)動一圈，“C”形室前移一個導(dǎo)程的距離。138向陽書屋p（1）異向轉(zhuǎn)動雙螺桿對物料的輸送 C形室沿螺桿軸向移動的速度為： VLt n t 螺桿導(dǎo)程；n螺桿轉(zhuǎn)速 異向旋轉(zhuǎn)嚙合雙螺桿擠出機(jī)的理論擠出量： Q2n v v單個C型小室的體積 實際上，由于存在間隙，漏流使產(chǎn)量不能達(dá)到理論產(chǎn)量。139向陽書屋

41、p（1）異向轉(zhuǎn)動雙螺桿對物料的輸送異向旋轉(zhuǎn)嚙合雙螺桿嚙合處的相對速度：VrA2 n (Rb-Rs)VrA A點處兩螺桿側(cè)間隙間 的相對速度Rb 螺桿外半徑Rs 螺桿內(nèi)半徑 具有良好的自潔性 140向陽書屋p141向陽書屋p異向雙螺桿擠出機(jī)的加工工藝特點：兩螺桿之間的間隙間隙越小，剪切速率越大，但通過量越少，混合效果差。間隙越大，剪切速率越小，但通過量越大，混合效果好。定量加料控制物料的塑化情況加設(shè)排氣口 縱向氣體導(dǎo)通向料斗方向排氣、從排氣口排出加強(qiáng)壓縮 改變螺紋導(dǎo)程、螺棱寬度、螺桿外徑、螺桿根徑、 設(shè)置反向螺紋等 142向陽書屋p（2）同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿對物料的輸送 同向雙螺桿兩螺桿之間沒有壓延效

42、應(yīng)； 同向雙螺桿兩螺桿之間一般制作成緊密嚙合，以提高自潔能力； 同向雙螺桿兩螺桿嚙合處的相對速度： Vr2 n (RbRs) 143向陽書屋p同向雙螺桿中物料運(yùn)動軌跡144向陽書屋p同向雙螺桿擠出機(jī)的應(yīng)用145向陽書屋p Twin-screw extruders use modular screws that are assembled from screw segments fitted onto a common shaft. Conveying segments can provide pumping, mixing and devolatilization, while non-con

43、veying elements such as discs and rotors are designed for kneading and mixing. Thus, screws are easily optimized for a wide range of applications, making twin-screw extruders extremely versatile.146向陽書屋p雙螺桿擠出機(jī)的功能元件： 輸送元件：（Conveying element）147向陽書屋p148向陽書屋p混煉元件（kneading element）149向陽書屋p齒形元件150向陽書屋p靜態(tài)

44、混合器151向陽書屋p152向陽書屋p153向陽書屋p154向陽書屋p155向陽書屋p雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點：輸送率高，對物料獲取能力強(qiáng) 螺桿特性線硬，對機(jī)頭適應(yīng)性強(qiáng)Q隨P變化小自潔性好 單螺桿：在螺槽后面易滯料（PVC、PVDC易分解） 無自潔性 雙螺桿：在嚙合處有速度差，相互擦離，防止滯料 同向：Vr=V1+V2（自潔性更強(qiáng)） 異向：Vr=V1- V2 156向陽書屋p自清潔效果157向陽書屋p物料停留時間短而均勻 物料的塑化情況與其在螺槽內(nèi)的歷程（剪切程度、時間）有關(guān)，相同歷程，熔料塑化相同均勻。 單螺桿： 有Qd、QP、QL，各處速度不同，物料歷程 差異大（同進(jìn)不同出），停留時間分布寬，

45、少部分停留時間長，易分解，難控制。 雙螺桿： 穩(wěn)定輸送，QP0，QL也很少，物料歷程基 本相同，停留時間分布窄，停留時間短。158向陽書屋p雙螺桿擠出機(jī)的缺點：排氣性能差氣體被圍在螺槽內(nèi) 擠出機(jī)要設(shè)排氣段，并有抽真空系統(tǒng)排氣壓延效應(yīng) 在嚙合處，物料被拉入間隙，受到很大擠壓，于是物料對螺桿產(chǎn)生 較大反作用力分離力，使螺桿彎曲，對機(jī)筒產(chǎn)生磨損，稱為“壓延效應(yīng)”。 異向向內(nèi)雙螺桿：壓延效應(yīng)嚴(yán)重，使用甚少 異向向外雙螺桿：n=850rpm，減輕機(jī)筒磨損 同向轉(zhuǎn)動雙螺桿：不產(chǎn)生壓延效應(yīng)，300-600rpm 159向陽書屋p雙螺桿擠出機(jī)主要有以下幾種類型（1）同向嚙合型雙螺桿擠出機(jī)：a.緊密嚙合型擠出機(jī)

46、（CICO）：即低速擠出機(jī)，主要用于型材的擠出。CICO擠出機(jī)的螺桿幾何形狀CICO擠出機(jī)嚙合區(qū)的橫截面160向陽書屋p（1）同向嚙合型雙螺桿擠出機(jī)：b. 自潔式擠出機(jī)（CSCO）: 即高速同向擠出機(jī)，主要用于配混、排氣等操作，不適用于直接擠出型材。開口面受阻面161向陽書屋p（2）異向嚙合型雙螺桿擠出機(jī): 緊密嚙合異向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)（CICT）,具有相當(dāng)?shù)恼灰戚斔吞匦?，大多用于型材的擠出。162向陽書屋p（3）非嚙合型雙螺桿擠出機(jī)：有實用價值的異向旋轉(zhuǎn)的非嚙合型雙螺桿擠出機(jī)（NOCT），主要用于共混、排氣和化學(xué)反應(yīng)等操作，不太適應(yīng)型材的擠出。163向陽書屋p腐蝕： a. 粒子硬度越大，

47、尺寸越大磨蝕越嚴(yán)重；玻璃 纖維增強(qiáng)配混料中，纖維長度越大，磨蝕越嚴(yán)重。 b. 含氟、氯聚合物的腐蝕性；吸濕性聚合物， 如ABS、PA、PET、PMMA高溫和高壓下釋出水 分形成高壓蒸汽對螺桿、料簡形成腐蝕。材質(zhì)： 我國擠出機(jī)螺桿和機(jī)筒使用最多的是40Cr表面鍍鉻 和38CrMoAIA氮化鋼。3.3.2.5 聚合物加工中對螺桿料筒的磨 蝕問題及材質(zhì)的選擇164向陽書屋pa.進(jìn)料口3.3.2.6 擠出系統(tǒng)其它部分及操作 b.分流板和過濾網(wǎng)作用：改變?nèi)垠w運(yùn)動方向；支撐濾網(wǎng)；增壓。165向陽書屋p分流板擠出機(jī)不停機(jī)換網(wǎng)器166向陽書屋p3.3.3 擠出機(jī)的加料系統(tǒng)a.擠出操作對加料系統(tǒng)的基本要求 為擠

48、出機(jī)螺桿提供連續(xù)、均勻的料流。b.加料系統(tǒng)的形式c.上料系統(tǒng)的組成和 形式彈簧送料器真空吸料器鼓風(fēng)上料器167向陽書屋p3.3.4 擠出機(jī)的傳動系統(tǒng)a.擠出操作對傳動系統(tǒng)的基本要求 為擠出機(jī)螺桿提供穩(wěn)定、可調(diào)的轉(zhuǎn)速。b.擠出機(jī)的工作特性c.傳動系統(tǒng)的組成及傳動形式 電機(jī)、調(diào)速裝置（變頻調(diào)速）和減速裝置（齒輪減速箱和擺線針輪減速箱）式中 C常數(shù) T扭矩168向陽書屋p1.加熱3.3.4 擠出機(jī)的加熱冷卻系統(tǒng)2.冷卻電加熱載體加熱（有機(jī)溶劑、蒸汽、水）電阻加熱（云母包覆電阻絲）感應(yīng)加熱（電磁感應(yīng)）料筒和料斗冷卻（風(fēng)冷、水冷）螺桿冷卻（中心金屬管通冷卻水）169向陽書屋p加料口的冷卻裝置加熱套170

49、向陽書屋p3.4 擠出成型過程 各種擠出制品的生產(chǎn)工藝流程大體相同，一般包括原料準(zhǔn)備、擠出成型、冷卻、牽引、切割（或卷?。┑裙ば?。1、原料的準(zhǔn)備 用于擠出成型的熱塑性塑料大多數(shù)是粒狀或粉狀塑料，擠出前要對原料進(jìn)行預(yù)熱、干燥和混合。不同種類塑料允許含水量不同，通常含水量在0.5以下。171向陽書屋p2、機(jī)頭成型 聚合物混合物由擠出機(jī)塑化、混合后以一定的壓力和流量輸送到機(jī)頭。從機(jī)頭的?？诔鰜恚纬芍破返男螤?，再固化冷卻定型。(1)模內(nèi)熔體速度分布和溫度分布172向陽書屋p擠出脹大（Extrudate Swell) Polymers, when extruded, exhibit very larg

50、e swells, usually d/D=1.52.5, but sometimes even more. The extent of die swell depends on L/D of the die, the shear stress at the die wall, and the elasticity and stress relaxation characteristics of the polymer melt.DresLDd173向陽書屋p（2）擠出膨脹討論174向陽書屋p175向陽書屋p影響擠出脹大的因數(shù)As a function of viscosity:擠出脹大Fas

51、ter flow, more molecular alignment in flow channel.176向陽書屋pAs a function of die design (L/D)L/D擠出脹大177向陽書屋p口模設(shè)計178向陽書屋p（3）模內(nèi)流動的不穩(wěn)定性a. 鯊魚皮（shark skin） 熔體離開?？跁r，因拉伸速度過高，表皮無法承受，外觀出現(xiàn)鯊魚皮狀的紋理。 關(guān)鍵是降低剪切速率消除方法有： 降低擠出速度，減少擠出膨脹； 提高口模溫度，增加塑性； 選用分子量分布寬的聚合物，改善流動性； 改變口模幾何尺寸； 加入加工助劑，降低摩擦力等。179向陽書屋p擠出不穩(wěn)定現(xiàn)象：180向陽書屋pb.

52、 熔體破裂 熔體破裂是擠出成形的嚴(yán)重畸變，常見形式有：螺旋狀、竹節(jié)狀、有規(guī)則微波狀和無規(guī)則破裂等。如下圖：解決辦法：降低擠出速度；提高口模溫度；降低聚合物分子量和聚合物粘度；加外潤滑劑。181向陽書屋p擠出缺陷熔體破裂湍流Extrudate流動方向182向陽書屋p3、定型與冷卻 熱塑性塑料擠出物離開機(jī)頭口模后仍處在高溫熔融狀態(tài)，具有很大的塑性變形能力，應(yīng)立即進(jìn)行定型和冷卻。如果定型和冷卻不及時，制品在自身的重力作用下就會變形，出現(xiàn)凹陷或扭曲等現(xiàn)象。 表2-15表明，各種聚合物的熱擴(kuò)散系數(shù)相差不大，但比金屬要小約12個數(shù)量級。冷卻速度較慢，因此冷卻裝置在擠出生產(chǎn)線中占有較長的距離。 在保證塑化質(zhì)

53、量和穩(wěn)定簡出的前提下，控制低溫擠出，可以省時、節(jié)能，獲得質(zhì)量良好的制品。 183向陽書屋p冷卻速度對制品性能的影響： 冷卻速度不能過快，冷卻介質(zhì)與熔體溫差不能太大，否則皮層形成過快，影響內(nèi)層的冷卻產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 硬質(zhì)塑料，如PS、LDPE、U-PVC等冷卻過快，會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；軟質(zhì)塑料，如PP、PMMA等則應(yīng)快些，防止變形。 結(jié)晶聚合物，應(yīng)加快冷卻速度，使晶體變小，透明度好，如PP吹塑包裝膜。184向陽書屋p擠出成型過程中的聚合物結(jié)晶 結(jié)晶聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)不僅與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與結(jié)晶形成的熱歷史有關(guān)。舉例：a. PP吹塑包裝膜緩慢冷卻時，薄膜的透明度差 （結(jié)晶度高且球晶尺寸大）快速冷卻時，薄膜的

54、透明度好，力學(xué)性能好 （結(jié)晶度低且晶粒尺寸細(xì)小）185向陽書屋p取向?qū)χ破沸阅艿挠绊?聚合物的流動取向 在擠出成型中，分子鏈和組分中形狀細(xì)長、扁平的填料在剪切力作用下會在一定程度上順著流動方向作平行排列。使制品的力學(xué)性能在順流方向和與之垂直方向存在差異。186向陽書屋p4、制品的牽引和卷?。ㄇ懈睿?熱塑性塑料擠出離開口模后，由于有熱收縮和離模膨脹雙重效應(yīng)，使擠出物的截面與口模的斷面形狀尺寸不一致。 牽引的目的： 幫助擠出物及時離開口模，保持?jǐn)D出過程的連續(xù)性； 是調(diào)整擠出型材截面尺寸和性能。 牽引取向： 在TgTf之間拉伸,大分子取向,可增大制品拉伸強(qiáng)度； 薄膜拉伸形式： 單向拉伸，如捆扎繩；雙

55、向拉伸，如薄膜。187向陽書屋p拉伸取向工藝對制品性能的影響拉伸比和拉伸速度一定時，拉伸溫度越低，取向程度越高；拉伸比和拉伸溫度一定時，拉伸速度越高，取向程度越高；拉伸速度和拉伸溫度一定時，拉伸比越高，取向程度越高； 取向程度越高拉伸強(qiáng)度越高。188向陽書屋p5、后處理 熱處理： 在擠出較大截面尺寸的制品時，常因擠出物內(nèi)外冷卻速率相差較大而使制品內(nèi)有較大的內(nèi)應(yīng)力，這種擠出制品成型后應(yīng)在高于制品使用溫度1020的條件下保持一定時間，進(jìn)行熱處理以消除內(nèi)應(yīng)力。 調(diào)濕處理： 有些吸濕性較強(qiáng)的擠出制品，在空氣中使用或存放過程中會吸濕而膨脹變形，為了加速這類塑料擠出制品的吸濕平衡，常需在成型后浸人含水介質(zhì)

56、加熱進(jìn)行凋濕處理。189向陽書屋p3.5 幾種制品的擠出成型工藝概述 種類：管、棒、型材、板材、片材、薄膜、單絲、塑料電線電纜、泡沫塑料等，占50%。 成型方法：通過變換不同形狀的口模，改變輔機(jī)的組成來實現(xiàn)的。190向陽書屋p3.5.1 管材的擠出成型用途：輸送液體、固體、氣體，并可以作為電線、 包纜護(hù)套和結(jié)構(gòu)材料。主要原料：PVC、PE、PP、ABS、PA、PC、 PTFE、NBR舉例：上水PE、下水U-PVC、工藝管線ABS優(yōu)缺點：優(yōu)點：密度小、絕緣性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、使用方便、成本低廉； 缺點：力學(xué)性能低、溫度范圍小、膨脹收縮率大。191向陽書屋p擠出成型聚氯乙烯管用途：硬管用于上下水、

57、物料管；軟管用于水管等。裝置組成：擠出機(jī)、機(jī)頭口模、定型裝置、冷卻水槽、牽引及切割卷取裝置等。硬軟管的差別： 配方中增塑劑（如DBP）的量不同（硬管小于 5份、軟管大于25份），填充劑用量也不同； 加工工藝上軟管無冷卻定型與切割工序而改為 卷曲。192向陽書屋p圖22 擠出硬管生產(chǎn)線1、擠出機(jī) 2、口模 3、定型裝置4、冷卻水槽 5、 牽引機(jī) 6、切割機(jī) 7、堆放裝置193向陽書屋p切割 牽引 擠出機(jī)194向陽書屋p1.生產(chǎn)設(shè)備 a、擠出機(jī)單螺桿 D30200mm、等距漸變型螺桿、L/D1525、=2.02.6; 雙螺桿 平行異向向外和錐形雙螺桿（粉料進(jìn)料）195向陽書屋pb.管機(jī)頭機(jī)頭的作用

58、：使粘流態(tài)物料從螺旋運(yùn)動變?yōu)槠?行直線運(yùn)動，成型環(huán)狀截面的管坯。機(jī)頭的結(jié)構(gòu)類型:分為直通式、直角式和偏心式三種，用得最多的是直通式機(jī)頭，如UPVC 管。196向陽書屋p197向陽書屋p直通式（平式）機(jī)頭直通式：擠出管材與口模及擠出機(jī)流動方向一致。這種機(jī)頭結(jié)構(gòu)簡單，但制品容易產(chǎn)生熔接痕。198向陽書屋p直通式機(jī)頭外形199向陽書屋p直角式（十字）機(jī)頭直角式這種口模無分流器支架，無融接痕，但制造困難、成本高，用于定徑精度高的管材擠出。200向陽書屋p201向陽書屋p偏心式（支管式）機(jī)頭 偏心式可調(diào)節(jié)角度，如使管與擠出機(jī)平行、但設(shè)計困難，造價較高。202向陽書屋p203向陽書屋p機(jī)頭設(shè)計基本原則：熔

59、融物料通道形狀應(yīng)平滑過渡，盡量呈流線型，決不能形成死角；料流通道的截面積應(yīng)逐漸縮小，對熔料造成壓力；在滿足強(qiáng)度的條件下，要結(jié)構(gòu)緊湊，零件少，重量輕，拆裝方便，形狀盡量規(guī)則、對稱；對機(jī)頭材料的選擇要考慮耐磨和耐腐蝕。機(jī)頭中與物料相接觸的部分應(yīng)有較高的光澤度。一般選擇硬度較高的鋼或合金鋼，并對有關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拋光或鍍鉻、鍍鎳處理。204向陽書屋p硬管機(jī)頭結(jié)構(gòu)：分流器及其支架205向陽書屋p206向陽書屋p 粘流態(tài)塑料經(jīng)過分流器，形成環(huán)形，使料層變薄，有利于進(jìn)一步塑化。擴(kuò)張角、收縮角； 一般取60 90 ，便于分開后很好匯合。 分流器支架主要用來支撐分流器及芯模。分流器支架的支撐筋數(shù)量一般為38根，筋的

60、數(shù)量盡量少，寬度盡量小，同時筋的截面形狀最好設(shè)計成流線型。207向陽書屋p口模 口模與芯模的平直部分是管件成型部分，口模負(fù)責(zé)成型管件的外表面。 機(jī)頭的壓縮比是指分流器支架出口處截面積與口模、芯模間環(huán)形截面積之比?？谀Ｆ街辈糠珠L度L1口模內(nèi)徑d1芯模 芯模成型管材內(nèi)表面，要與分流器同心。 機(jī)頭的調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)機(jī)頭壁厚的均勻程度。通過螺栓端頭頂動口模，實現(xiàn)調(diào)節(jié)。208向陽書屋pc. 定型裝置定徑套選擇： 定徑套的內(nèi)徑一般比管的外徑大，放大的比例等于管材的收縮率。收縮率小時，如UPVC為0.71%,設(shè)計時可忽略。 定徑套長度太長導(dǎo)致牽引力增大，太短則管材易變形；一般定徑套長度為定徑套內(nèi)徑的36倍。定型方