塑料工藝學(xué)課件版 4擠出成型（3-4）

第五章擠出成型定義：在擠出機(jī)上使樹(shù)脂受熱呈熔融狀態(tài)，在一定壓力下通過(guò)擠出成型模具而獲得連續(xù)型材。產(chǎn)品類(lèi)型：管材、板材、棒材、薄膜、電纜包層、異型材等。5.1擠出設(shè)備5.2擠出過(guò)程及擠出理論。5.3塑料板材的擠出成型。5.4塑料管材的擠出成型。5.5擠出吹塑薄膜。5.6共擠出復(fù)合成型80%的塑料材料用到擠出成型，擠出設(shè)備廣泛用于塑料材料的塑化、熔體輸送和泵送加壓，從而成為其它成型方法的基礎(chǔ)雙壁波紋管擠出機(jī)的分類(lèi)擠出機(jī)的分類(lèi)擠出機(jī)的分類(lèi)：隨著擠出機(jī)用途的增加，出現(xiàn)了各種擠出機(jī)，分類(lèi)方法很多。1）按螺桿數(shù)目的多少，可以分為單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)；2）按可否排氣，分為排氣擠出機(jī)和非排氣擠出機(jī)；3）按螺桿的有無(wú)，分為螺桿擠出機(jī)和無(wú)螺桿擠出機(jī)；4）按螺桿在空間的位置，可分為臥式擠出機(jī)和立式擠出機(jī)。最常用的是臥式單螺桿非排氣擠出機(jī)屏障型螺桿銷(xiāo)釘型螺桿分配混合型螺桿組合型螺桿螺桿類(lèi)型表示螺桿結(jié)構(gòu)特征的基本參數(shù)

基本參數(shù)：直徑、長(zhǎng)徑比、壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿與機(jī)筒的間隙、螺頭結(jié)構(gòu)等直徑D：用來(lái)表示擠出機(jī)的大小規(guī)格,常見(jiàn)的螺桿直徑為45～150毫米,

螺桿直徑增大，加工能力提高長(zhǎng)徑比(L/D):螺桿工作部分有效長(zhǎng)度與直徑之比，通常為18～25。

L/D大，能改善物料溫度分布，有利于塑料的混合和塑化;能減少漏流和逆流，提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力;

L/D過(guò)大，塑料受熱時(shí)間增長(zhǎng)而降解;

螺桿自重增加，自由端撓曲下垂，造成螺桿與機(jī)筒的間隙不均勻;給螺

桿和機(jī)筒的加工制造帶來(lái)困難;

L/D過(guò)小，易引起物料的混煉、塑化不良。壓縮比：螺桿加料段第一個(gè)螺槽的容積與均化段最后一個(gè)螺槽容積之比表示螺桿結(jié)構(gòu)特征的基本參數(shù)螺桿的結(jié)構(gòu)形式與其三個(gè)主要工作區(qū)?

加料段：起預(yù)熱、壓實(shí)、輸送物料的作用，螺槽深度不變II

壓縮段：螺槽深度逐漸變??；起熔融物料、去階氣體等III均化段（計(jì)量段）：螺槽深度通常為常數(shù)；起進(jìn)一步塑化均勻物料、并將其定量定壓的送入機(jī)頭口模的作用。擠出機(jī)的作用擠出機(jī)的作用：①連續(xù)、穩(wěn)定地輸送物料②將固體物料塑化成熔融物料③使物料在溫度和組分上均勻一致。擠出過(guò)程及擠出理論送料段－固體輸送理論：固體在摩擦力作用下沿螺槽恒速運(yùn)動(dòng)壓縮段－熔化理論：固體和熔體共存區(qū)計(jì)量段－熔體輸送理論：正流、逆流、漏流、橫流單螺桿擠出機(jī)的工作原理均化段塑料在擠出機(jī)中的狀態(tài)及流動(dòng)固體輸送—加料段熔化過(guò)程—壓縮段遷移面①

熔膜的形成②熔池的形成?隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，筒壁上的熔膜被強(qiáng)制刮下來(lái)?刮下的聚合物熔體移動(dòng)到螺桿根部?然后再次被根部掃起來(lái)形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?在螺紋推進(jìn)面前方形成一熔池③熔池的擴(kuò)大④全部熔融單螺桿擠出原理熔融過(guò)程：由料斗加入的物料經(jīng)過(guò)固體輸送區(qū)被壓實(shí)成固體床，固體床在前進(jìn)過(guò)程中同已經(jīng)加熱的料筒表面接觸時(shí)逐漸升溫并開(kāi)始熔融，在料筒表面形成一層熔膜。當(dāng)熔膜的厚度超過(guò)螺桿與料筒的間隙時(shí)，旋轉(zhuǎn)著的螺桿的棱面就把熔體刮落，匯集于螺紋推力面的前方，形成熔池。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)自加熱器的熱量和熔膜中的剪切熱不斷傳至未熔融的固體床，使與熔膜相接觸的固體粒子熔融1無(wú)熔體移走的傳導(dǎo)熔融熔融全部熱量由接觸或暴露表面提供，熔融速率僅由傳導(dǎo)決定。

熔融的方法2.

有熔體強(qiáng)制移走的傳導(dǎo)熔融熔融的一部分熱量由接觸表面的傳導(dǎo)提供，一部分熱量通過(guò)熔膜中的粘性耗散將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊醽?lái)提供。

耗散---力學(xué)的能量損耗，即機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱的現(xiàn)象。在外力作用下，大分子鏈的各運(yùn)動(dòng)單元可能沿力的方向做從優(yōu)取向的運(yùn)動(dòng)，就要克服內(nèi)部摩擦，所以要消耗能量,這些能量轉(zhuǎn)化為熱能。3.其它熔融方式(c)耗散混合熔融

(d)利用電、化學(xué)或其它能源的耗散熔融方法（e）壓縮熔融

聚合物在螺桿擠出機(jī)中的熔融均化段

能量來(lái)源：①裝在機(jī)筒外壁的加熱器,使能量在機(jī)筒沿螺槽深度方向自上而下傳導(dǎo).圖：?jiǎn)温輻U擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-樹(shù)脂2-料斗3-映襯墊4-熱電耦5-機(jī)筒6-加熱裝置7-襯套加熱器8-多孔板9-熔體熱電耦10-口模11-襯套12-過(guò)濾網(wǎng)13-螺桿14-冷卻夾套-

能量來(lái)源：②隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，筒壁上的熔膜被強(qiáng)制刮下來(lái)移走而使熔融層受到剪切作用，使部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變熱能.熔體輸送—均化段正流、逆流、漏流、橫流塑料在擠出機(jī)中的狀態(tài)及流動(dòng)（1）正流(拖曳流動(dòng))

：流體沿著螺槽向機(jī)頭方向的流動(dòng)；是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺紋斜棱的推力作用造成。塑料熔體在螺槽中混合流動(dòng)示意圖熔體在螺槽內(nèi)的流速分布圖熔體輸送—均化段（2）逆流（壓力流動(dòng)）方向與正流相反；是由機(jī)頭（壓力高）到加料口（壓力低）的壓力梯度所引起的逆向流動(dòng)。（3）漏流和逆流一樣，也是由壓力梯度引起的。是產(chǎn)生在螺桿突棱與機(jī)筒間隙中的一種壓力逆流。漏流的流速比正流和逆流小得多。（4）橫流沿垂直于螺紋線(xiàn)方向的流動(dòng)（環(huán)流）。橫流對(duì)物料的混合、熱交換和塑化起著重要作用，但對(duì)流體總的流動(dòng)量基本無(wú)影響。塑料在擠出機(jī)中的狀態(tài)及流動(dòng)螺桿直徑（MM）304565最小間隙（MM）0.10.150.2最大間隙（MM）0.250.30.4單螺桿與料筒間隙（JB-1291-73)是在一個(gè)“∞”字形機(jī)筒內(nèi)，由兩根互相嚙合的螺桿組成。螺桿可以是整體或組裝，同向旋轉(zhuǎn)或異向旋轉(zhuǎn)，平行或錐形的雙螺桿擠出機(jī)1.強(qiáng)制輸送作用在同向旋轉(zhuǎn)嚙合的雙螺桿擠出機(jī)中，兩根螺桿相互嚙合，嚙合處一根螺桿的螺紋插入另一根螺桿的螺槽中，使其在物料輸送過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生倒流或滯流。無(wú)論螺槽是否填滿(mǎn)。輸送速度基本保持不變，具有最大的強(qiáng)制輸送性。螺紋嚙合處對(duì)物料剪切過(guò)程使物料的表層得到不斷地更新，增進(jìn)了排氣效果，因此雙螺桿擠出機(jī)比單螺桿擠出機(jī)具有更好的排氣性能。2.混合作用由于兩根螺桿相互嚙合，物料在擠出過(guò)程中進(jìn)行著比單螺桿擠出機(jī)中更為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，不斷受到縱向橫向的剪切混合，從而產(chǎn)生大量熱能，使物料加熱更趨均勻，達(dá)到較高的塑化質(zhì)量。3.自潔作用反向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿，在嚙合處的螺紋和螺槽間存在速度差，相互擦離過(guò)程中，相互剝離粘附在螺桿上的物料，使螺桿得到自潔。同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿，在嚙合處兩根螺桿的運(yùn)動(dòng)方向相反，相對(duì)速度更大，因此能剝?nèi)ジ鞣N積料，有更好的自潔作用。雙螺桿擠出機(jī)的作用雙螺桿擠出機(jī)特點(diǎn)加料容易：無(wú)壓力回流，高低粘度的帶狀料、糊狀料、粉料和玻璃纖維等皆可加入；物料在螺桿中停留時(shí)間短優(yōu)異的排氣性能：料筒可以自動(dòng)清洗，使得物料在排氣段能獲得完全的表面更新。優(yōu)異的混合、塑化效果：經(jīng)受縱橫向的剪切混合，較好的混合和較大的傳熱面積（熱敏性）；低能耗：短，物料的能量多由剪切產(chǎn)生。螺桿的輸送能力大雙螺桿擠出機(jī)和單螺桿

擠出機(jī)工作原理比較物料在單螺桿擠出機(jī)中的輸送是依靠物料與機(jī)筒的摩擦力而雙螺桿擠出機(jī)則為“正向輸送”，有強(qiáng)制將物料向前輸送的作用，另外，雙螺桿擠出機(jī)在兩根螺桿的嚙合處還對(duì)物料產(chǎn)生剪切作用雙螺桿擠出機(jī)排氣擠出機(jī)在機(jī)筒上開(kāi)設(shè)一個(gè)或多個(gè)排氣口，揮發(fā)物可由此逸出。二階單螺桿擠出機(jī)，由二根普通螺桿串連而成：加料、熔融、計(jì)量；壓縮、計(jì)量排氣口的冒料現(xiàn)象5.2擠出過(guò)程及擠出理論擠出成型過(guò)程可分為三個(gè)階段：塑化階段：在擠出機(jī)上進(jìn)行塑料的加熱和混煉，使固態(tài)原料變?yōu)榫鶆虻恼承粤黧w。成型階段：在擠出機(jī)螺桿的作用下，熔融塑料以一定的壓力和速度連續(xù)通過(guò)裝在擠出機(jī)上的成型模具，獲得一定的斷面形狀。定形階段：通過(guò)冷卻等方法使熔融塑料已獲得的形狀固定下來(lái)，成為固態(tài)制件。要求：穩(wěn)定的產(chǎn)量和質(zhì)量：①沿螺槽方向任一截面上的質(zhì)量流率必須保持恒定且等于產(chǎn)量，②熔體的輸送速率應(yīng)等于物料的熔化速率。擠出機(jī)的組成和作用傳動(dòng)裝置加料裝置機(jī)筒螺桿機(jī)頭與口模單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-機(jī)座2-電動(dòng)機(jī)3-傳動(dòng)裝置4-料斗5-料斗冷卻區(qū)6-機(jī)筒7-料筒加熱器8-熱點(diǎn)偶控溫點(diǎn)9-螺桿10-過(guò)濾網(wǎng)及多孔板11-機(jī)頭加熱器12-機(jī)頭13-擠出物擠出機(jī)的組成和作用擠出機(jī)：機(jī)頭：熔融塑料通過(guò)它獲得一定的幾何截面和尺寸。定型裝置：它的作用是將從機(jī)頭中擠出的塑料的既定形狀穩(wěn)定下來(lái)．并對(duì)其進(jìn)行精整，從而得到更為精確的截面形狀、尺寸和光亮的表面。通常采用冷卻和加壓的方法達(dá)到這一目的。冷卻裝置：由定型裝置出來(lái)的塑料在此得到充分的冷卻，獲得最終的形狀和尺寸。牽引裝置：其作用為均勻地牽引制品。并對(duì)制品的截面尺寸進(jìn)行控制，使擠出過(guò)程穩(wěn)定地進(jìn)行。切割裝置：將連續(xù)擠出的制品切成一定的長(zhǎng)度或?qū)挾?。卷取裝置：將軟制品（薄膜、軟管、單絲等）卷繞成卷。

概述擠出機(jī)主機(jī)機(jī)頭定型裝置冷卻裝置牽引裝置切割裝置定長(zhǎng)裝置

塑料管材機(jī)組組合式瓣合式擠出機(jī)機(jī)頭擠出成型機(jī)頭擠出成型機(jī)頭的作用①使塑料的螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)②產(chǎn)生必要的成型壓力，使擠出的塑料熔體密實(shí)③使塑料得到進(jìn)一步塑化④成型塑料制件擠出成型機(jī)頭擠出機(jī)成形機(jī)頭的組成：口模和芯棒：口模成型塑料制品的外表面，芯棒成型制品的內(nèi)表面，決定了制品的橫截面形狀。多孔板：將塑料熔體由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還能防止未塑化的塑料及其它雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)頭分流器和分流器支架：把塑料熔體分為薄環(huán)狀，以進(jìn)一步的均勻加熱和塑化在設(shè)計(jì)擠出成型機(jī)頭時(shí)應(yīng)遵循的原則：①為保證物料通過(guò)口模后具有規(guī)定的斷面形狀和足夠的定型時(shí)間，口模應(yīng)有足夠的成型長(zhǎng)度。②流道應(yīng)具有一定的壓縮比，使制品密實(shí)、消除熔體結(jié)合紋。③應(yīng)保持熔體擠出后具有規(guī)定的斷面形狀（控制口模必要的成型長(zhǎng)度）擠出制件的冷卻定型管件：定徑套和冷卻水槽定型冷卻外徑定徑：使管材和定徑套內(nèi)壁相接觸，常采用內(nèi)部通壓縮空氣或在管材外壁抽真空的手段。定徑套過(guò)大會(huì)增大管材表面的粗糟度，過(guò)小會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的阻力，使管材不易擠出內(nèi)徑定徑：定徑套的冷卻水管從芯棒中伸進(jìn)。內(nèi)徑定徑所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。壓縮空氣的壓力0.03～0.28Mpa，加熱。外徑固定內(nèi)定徑5.4板材的擠出成型薄膜：厚度小于0.25mm；片材：厚度0.25～1mm；板材：厚度大于1mm；擠出可以生產(chǎn)厚度0.02～20mm的薄膜、片材和板材。一般寬度為1～1.5m，最大寬度可達(dá)3～4m。結(jié)構(gòu)：?jiǎn)螌踊蚨鄬?、平面或波紋、異型截面等。板材的加工方法：壓延法、層壓法、澆注法、和擠出法，擠出法最為簡(jiǎn)單，但厚度均勻性不如壓延法。用途：結(jié)構(gòu)材料和包裝材料：化工容器、建筑或交通工具車(chē)、廣告板；還是一些熱成型產(chǎn)品的原料（真空吸塑：冰箱內(nèi)襯，藥片包裝）幾種塑料制品的擠出成型（1）片材和平膜成型用擠出成型方法可以生產(chǎn)大于10～15μm至8毫米的平膜、片材和板材。一般按產(chǎn)品的厚度分，1毫米以上稱(chēng)板材，0.25～１毫米稱(chēng)片材，薄膜的厚度通常為幾到幾十μm(Micron)。板材擠出成型生產(chǎn)線(xiàn)（2）管材成型幾種塑料制品的擠出成型（3）型材擠出

型材通常指棒材和異型材。棒材一般是指實(shí)心圓棒，也可以是指正方形、矩形、三角形、菱形等；異型材是指除管材、板(片)材外，縱向斷面相同，橫向斷面不對(duì)稱(chēng)的，由擠出法連續(xù)成型的塑料制品。尤其是中空異型材制品

幾種塑料制品的擠出成型5.5共擠出復(fù)合成型將二臺(tái)或二臺(tái)以上的擠出機(jī)，分別擠出的熔融物料匯合到一起，形成同一產(chǎn)品的過(guò)程。包裝材料，要求有良好的氣密性（阻隔性好，PVDC）、強(qiáng)度、韌性（HDPE）、耐熱性、熱封性（LDPE）模前復(fù)合法，模內(nèi)復(fù)合法5.6共擠出復(fù)合成型共擠出復(fù)合管材成型：增加耐藥品性：PA/PP增加耐壓力:PA/PP提高隔熱效果：PP/發(fā)泡PP防止熱脹冷縮：玻璃纖維增強(qiáng)雙層PP降低成本：PE/添加CaCO3PE/PE增加色彩雙層管機(jī)頭P218共擠出復(fù)合管材機(jī)頭結(jié)構(gòu)三層管機(jī)頭P219共擠出復(fù)合管材機(jī)頭結(jié)構(gòu)層間形成咬合結(jié)構(gòu)的多層管材和成型口模的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)擠出成型機(jī)頭時(shí)應(yīng)遵循的原則①機(jī)頭內(nèi)料流通道呈流線(xiàn)型，無(wú)死角。②流道應(yīng)具有一定的壓縮比，使制品密實(shí)、消除熔體結(jié)合紋。③應(yīng)保持熔體擠出后具有規(guī)定的斷面形狀（控制口模必要的成型長(zhǎng)度）5.3造粒定義：將樹(shù)脂及各種助劑經(jīng)計(jì)量、混合及塑煉制成便于成型的密實(shí)的球形、圓柱體形、立方體形顆粒的操作過(guò)程。造粒是制品生產(chǎn)中的一個(gè)中間過(guò)程，由造粒法生產(chǎn)的樹(shù)脂、專(zhuān)用料、改性料、著色料也可以作為產(chǎn)品。色母粒優(yōu)點(diǎn)：①良好的分散效果：顏料獲得最大的表面積來(lái)發(fā)揮對(duì)可見(jiàn)光的選擇性吸收與反射效應(yīng)。團(tuán)聚的顏料顆粒會(huì)堵塞噴絲板②產(chǎn)品成本低：小批量、短周期③配料操作簡(jiǎn)單：換色、換料方便④操作環(huán)境清潔⑤產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、性能好：二者粒徑相差太大。色母粒色母粒的組成及制備方法載體樹(shù)脂：相容性、流動(dòng)性好顏料：無(wú)機(jī)：鎘紅、鎘黃、氧化鐵紅；有機(jī)：酞菁懶、酞菁綠分散劑：氧化聚乙烯、硬酯酸、液態(tài)石蠟制備方法：攪拌－粗色漿－研