5-擠出機輔機課件

第三章擠出機第一節(jié)概述一.擠出機的組成單螺桿擠出機(Singlescrewextruder)主機組成:擠出系統(tǒng):加料裝置、料筒、螺桿。使塑料塑化成均勻的熔體，并在此過程中建立壓力，再被螺桿連續(xù)、定壓、定溫、定量地擠出機頭；傳動系統(tǒng):電機、調(diào)速、傳動裝置。驅(qū)動螺桿并保證供給螺桿在工作過程中所需的扭矩和轉(zhuǎn)速；冷卻加熱系統(tǒng)：由溫度控制設備組成，一般分段控制。通過對機筒進行加熱和冷卻，保證擠出系統(tǒng)的成型在工藝要求的溫度范圍內(nèi)進行；控制系統(tǒng)：由電器、儀表和執(zhí)行機構組成。對螺桿轉(zhuǎn)速、料筒及機頭溫度和壓力，開停車裝置及輔機各裝置進行控制；機頭和口模:成型制品的主要部件。使熔融塑料獲得其流道幾何截面相似斷面的塑料制品；輔機：定型、冷卻、牽引、切割卷取等裝置二．分類按螺桿數(shù)目可分為單螺桿、雙螺桿和多螺桿擠出機按是否排氣分為排氣式和非排氣式擠出機按螺桿在空間的位置可分為臥式和立式擠出機等常用的是臥式非排氣式擠出機無螺桿單螺桿擠出機主機結(jié)構示意圖第二節(jié)螺桿一．普通單螺桿一根帶單頭或多頭右旋螺紋的軸1.作用:輸送物料塑化物料

對物料加壓2.分段,根據(jù)物料在螺槽中的運動及物理狀態(tài)的變化，分為三段加料段：從料斗攫取物料輸送給壓縮段，同時使物料受熱壓縮段：壓實、熔化物料，將夾帶的氣體自加料口排出(幾何)壓縮比,加料段一個螺槽容積與計量段一個螺槽容積之比，對于等距不等深螺桿物理壓縮比：物料熔融后的密度與松散狀態(tài)的密度比，小于幾何壓縮比設置壓縮比的原因（1）物料逐漸熔融，體積減小，為適應該變化需設壓縮比；（2）物料受到壓縮，將氣體自加料口排出；（3）建立必要的壓力，保證物料到螺桿末端有助夠的致密度。獲得壓縮比的方法（1）等深不等距法；（2）等距不等深法；（3）不等深不等距法；（4）采用錐形螺桿。材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材3~4PC2~4硬PVC粉3~5PE薄膜〉4POM2.5~4軟PVC粒3~4PP3~5PET3.5~3.7軟PVC粉3~5PS2~4PA63.5計量段(均化段、壓出段)meteringzone作用；使熔體進一步塑化均勻，并使料流定量、定壓由機頭和口模的流道擠出要求：該段螺槽深應設計得使其計量能力與壓縮段熔融能力匹配影響h3的因素

原材料：PVC熱敏，剪切作用大易降解，取大一些，PP,PE熱敏小，取小

機頭壓力：壓力大，取淺槽，低壓機頭取大些；

波動現(xiàn)象：槽深小時，波動相應小；

與h2匹配：即此段輸送能力與壓縮段能力要匹配，塑化差時，取小些。h3過大，會有未熔物料進入；過小擠出效率下降，一般由經(jīng)驗定h3=0.02~0.06DLm=4~7Dh3<h2<h1第三節(jié)單螺桿擠出原理擠出過程：預處理料加料——在螺桿中熔融塑化——口模擠出——定型——冷卻——牽引——切割要使制品質(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=擠出機生產(chǎn)率一.固體輸送理論

1．假設條件：

物料與螺槽和料筒壁緊密接觸形成固體塞（床），恒速移動；略去及物料重力、密度變化的影響；

Hf恒定，壓力是螺槽長度的函數(shù)；螺桿不動，料筒以的速度移動；螺槽為矩形為分析方便，將一個螺距內(nèi)的螺桿做平面展開,當螺桿轉(zhuǎn)動一周，設物料固體塞中的一點由A運動到B點。物料的輸送速率是單位時間內(nèi)從螺桿軸向截面所輸送的物料體積，其值等于螺槽在軸向的投影面積A與物料在軸向的運動速度Vpl的乘積。2.公式推導3.討論4．提高Qs的措施①適當提高N和H;②采用錐形或強烈冷卻的進料段料筒結(jié)構；在加料段料筒內(nèi)壁開設縱向溝槽（提高fb）；③冷卻螺桿加料段（減小fs）,增加螺桿表面光潔度（減小fs）一等螺桿Ra=0.8μm,優(yōu)等0.4二.熔融理論壓縮段物料固-液共存1．目的：預測螺槽中任一點未熔化物料量熔化全部物料所需螺桿長度熔融與螺桿參數(shù)、物料特性、工藝參數(shù)間的關系2．冷卻試驗和熔融機理冷卻試驗：本色料+3~5%著色料擠出——穩(wěn)定后停止并迅速冷卻螺桿和料筒——取出螺桿、剝下物料——切斷螺旋帶狀料并觀察截面形狀現(xiàn)象：①熔融料呈流線型，未塑化料始終呈固態(tài)②固—液兩相有一明顯分界線③固相逐漸消失，固體塑化完全集中在熔膜處熔融機理：加料段壓實——逐漸熔融成一層熔膜——超過后邊螺槽刮落于前側(cè)形成熔體池——固體床減小——直至物料完全熔融三.熔體輸送理論將螺桿、料筒展開，料筒與螺桿的相對速度Vb被分解為分速度Vbx和Vbz,使熔體產(chǎn)生了不同方向的流動，從而實現(xiàn)了熔體的輸送和混合。1.假設：塑料全部熔融塑化，熔體為等溫牛頓流體；流動過程中其粘度、密度不變；層流、不可壓縮；螺距不變，螺槽等深、矩形螺槽；槽寬遠大于槽深。2.熔體輸送、混合機理在機頭阻力下，產(chǎn)生了沿螺桿方向的壓差，另外由于螺桿和料筒有間隙，使熔體有四種形式的流動：正流、逆流、環(huán)流和漏流。

正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz產(chǎn)生沿螺槽向機頭方向的流動。由于螺桿轉(zhuǎn)動，塑料在螺桿根部與機筒間形成相對運動造成的，決定擠出量的大小逆流（反流）Qp，與Qd相反的流動。由機頭、多孔板等阻力元件對熔體的反壓力造成，也叫壓力流，隨機頭壓力的升高而增加橫流（環(huán)流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽內(nèi)與正流垂直的流動。對總擠出量影響不大，可忽略不計，但對熔體的混合、塑化、熱交換起重要作用漏流Ql，由機頭阻力元件引起的物料反向流動，沿螺桿與料筒間隙向加料口方向流動，可降低擠出量。正常情況很小0.1~0.6mm，Ql小，但磨損嚴重時，Ql的增加與平方成正比。3.擠出量的計算若忽略漏流4.討論（影響擠出量的因素）①②

③

④

第四節(jié)常用機頭和口模形式機頭：機頭和口模常連為一體,通稱機頭,包括過濾網(wǎng)、多孔板、分流梭（有時與模芯結(jié)合為一個部件）、模芯、口模等機頭的作用：

改變?nèi)廴谖锪系牧鲃臃较?，使其由螺旋變?yōu)橹本€運動；

產(chǎn)生必要的壓力使制品密實；使物料進一步塑化均勻；成型制品。濾網(wǎng)screen，過濾機械雜質(zhì)、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片疊在一起的30~120目不銹鋼網(wǎng)組成，用多孔板支承。多孔板（篩板、分流板）厚度為螺桿直徑的1/3~1/5，上邊鉆有φ3~6mm的中間疏、兩邊密的同心圓孔，距螺桿頭部0.1D,即約為計量段一個螺槽容積，太大易積料分解，太小料流不穩(wěn)定。分流器（魚雷頭），將圓柱形料流變?yōu)楸…h(huán)狀并便于進一步加熱塑化。大型分流器內(nèi)設加熱器，支架用以支承分流器及芯棒，同時使料流分束以加強攪拌，小型分流器與芯棒做為一體。擠管機頭1.直通式熔體在機頭中流動方向與螺桿軸向一致結(jié)構簡單易制造適于硬、軟PVC,PE,PA2.直角式熔體在機頭中流動方向與螺桿軸向垂直從料筒流出的熔體繞過芯模再向前流動，會產(chǎn)生一條分流痕，流動阻力小，料流穩(wěn)定，出料均勻，但其結(jié)構復雜，占地面積大。適于PP、PE及尺寸要求嚴格的管材3.旁側(cè)式熔體經(jīng)過一個近似直角的過渡區(qū)才流入機頭阻力大，結(jié)構更復雜。上述幾種機頭由于存在分流器支架,會產(chǎn)生熔接線,影響制品外觀及質(zhì)量消除熔接線的方法:

適當加大口模平直段(成型段)長；

增大分流器支架與出料口的距離；使進口角(擴張角)大于出口角(收縮角)；

加大機頭進口處截面與出口截面比;

采用異型芯棒(目的是增大料流阻力).4.篩孔板式：(生產(chǎn)聚烯烴類大管時,可克服自重產(chǎn)生的薄厚不均現(xiàn)象)無分流梭和芯模,物料經(jīng)篩孔板進入口模成型段可保證物料充分熔融、塑化無熔接痕，強度高，結(jié)構緊湊，占地面積小。二.板（片材）機頭

口模由引流道、分配腔和模唇組成1.支管式為將圓柱狀流體變?yōu)楸馄降木匦谓孛媲矣邢嗟攘魉俚牧黧w，要設置一個縱向切口為管狀的分配腔，其作用是對熔體穩(wěn)壓、分流，使其均勻地擠出寬幅制品。優(yōu)點是結(jié)構簡單，制造容易；可調(diào)幅寬；溫度易控制；體積小，重量輕2.魚尾形：熔體從中部進入沿扇形擴展開來優(yōu)點是物料呈流線型流動；物料停留時間短，適用的溫度范圍廣；結(jié)構簡單缺點是魚尾形部分擴張角不可過大（避免中心處壓力速度太大造成中心出料多兩端少）；不能生產(chǎn)寬幅制品3.衣架式：分配腔為兩根直管遞減的支管并有一個擴張角可大至160~170o的型腔，（吸收了支管式和魚尾形機頭的優(yōu)點）優(yōu)點是支管小，縮短了物料在機頭內(nèi)的停留時間；扇形型腔提高了制品的薄厚均勻性，制品幅寬可達4~5m4.螺桿分配式：在直支管式機頭模腔中插入一根旋轉(zhuǎn)的分配螺桿分配螺桿的作用是將模腔內(nèi)的熔體進一步塑化并沿寬度方向均勻分布；壓力沿橫截面各點一致，擠速均勻；減少機頭內(nèi)積料的可能性優(yōu)點：生產(chǎn)能力高，制品均勻；可以發(fā)泡成型，易成型寬、厚板材；機頭內(nèi)料溫易控制；可連續(xù)運轉(zhuǎn)缺點是加工困難，成本高；分配螺桿旋轉(zhuǎn)，使料流到口模區(qū)變?yōu)橹本€運動的距離短，易在制品中留下波浪形痕跡三.吹膜用機頭芯棒式：（側(cè)進料）料流在芯棒處分為兩股，再沿芯棒尖的斜刀口處匯合，向模口呈薄管擠出，芯棒中通壓縮空氣吹脹。優(yōu)點是機頭內(nèi)通道間隙小，存料少，物料不宜過熱分解，適于加工PVC料；只有一條熔接線；加工方便。缺點是芯棒尖處易積料；壓力作用到芯棒尖上，易偏中，造成制品不均勻開裂。2.十字形：（中心進料）PP,PE等熱穩(wěn)料優(yōu)點是壓縮比可大到7~8，無偏心缺點是有分流器支架，存在3~4條熔接線（可在支架上方開設緩沖槽改善）3.螺旋式：存在漸變的4~8條螺紋形流道，物料逐漸由螺旋變?yōu)檩S向運動，再自環(huán)形間隙擠出膜管優(yōu)點是無熔接線；芯棒不偏心，成型穩(wěn)定，厚薄均勻；芯棒粗，不易變形缺點是加工復雜

4.旋轉(zhuǎn)式芯棒和口模各自能單獨旋轉(zhuǎn)優(yōu)點是使厚度不均勻性被平均分配到整個圓周上，卷取平整；消除了熔接線缺點是加工、控制復雜四.異型口模板接式,PP,PE，結(jié)構簡單，但波動大；流線型，硬PVC,造價高，加工難度大。第五節(jié)擠出機的加熱冷卻系統(tǒng)一.加熱料筒熔融段和機頭外部方式有電、液體和蒸汽加熱。二.冷卻螺桿加料段逆向通冷卻水以加大輸送能力加料口下方用冷卻水冷卻，防止熱量傳向傳動側(cè)燒壞電機，并防止料斗中“架橋”料筒非工作側(cè)用鼓風機帶走過多的熱量防止物料分解。日本40t/h世界最大擠出機第六節(jié)螺桿主要參數(shù)及其選擇螺桿直徑D(mm)指螺桿外徑，表征擠出機擠出量的大小。

(1)在初步確定螺桿生產(chǎn)能力Q(kg/h)和轉(zhuǎn)速n(r/min)后，可由經(jīng)驗生產(chǎn)能力公式確定為經(jīng)驗出料系數(shù)0.003~0.007

由公式計算后再從系列標準30,45,65,90,120,150,200中選取

(2)還可根據(jù)加工制品的斷面尺寸及形式要求選?。▎挝籱m）螺桿直徑30456590120150200硬管直徑3~3010~4520~6530~12050~18080~300120~400吹膜直徑50~300100~500400~900700~1200~2000~3000~4000擠板寬度400~800700~12001000~14001200~25002.螺桿長徑比L/D

其中L為螺桿工作部分長度，用以表征螺桿的塑化能力和塑化質(zhì)量，一般為15，20，25，30，最長可達43。

較長L/D的好處:(1)螺桿加壓充分，能提高塑料制品的物理機械性能；(2)提高塑化和制品外觀質(zhì)量；(3)螺桿特性曲線斜率小，擠出量穩(wěn)定；(4)有利于類似PVC粉料擠管

但過大會使螺桿加工及裝配困難，功率消耗增加，加大懸臂端自重的彎曲，以致螺桿頭部與料筒壁間隙不均勻，甚至造成磨刮料筒，降低螺桿和機筒壽命。所以要根據(jù)實際需要和加工條件再由實驗確定。

國內(nèi)一般15～25；國外22～333.螺桿壓縮比

作用：物料逐漸熔融，體積減小，為適應該變化需設壓縮比；物料受到壓縮，將氣體自加料口排出；建立必要的壓力，保證物料到螺桿末端有助夠的致密度。

幾何壓縮比：加料段一個螺槽容積與計量段一個螺槽容積之比物理壓縮比：物料熔融后的密度與松散狀態(tài)的密度比材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材3~4PC2~4硬PVC粉3~5PE薄膜〉4POM2.5~4軟PVC粒3~4PP3~5PET3.5~3.7軟PVC粉3~5PS2~4PA63.5第七節(jié).新型螺桿(一)常規(guī)全螺紋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；熔體床隨著熔融解體，部分碎片進入熔體中，很難從剪切獲得熱量，這樣，固體床不能徹底熔融；另外，已熔物料與料筒壁接觸，從料筒壁和熔膜處獲取熱量，溫度繼續(xù)升高過熱。2.壓力、溫度和產(chǎn)量波動大固體輸送時與螺桿旋轉(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.不能很好適應一些特殊塑料的加工或混煉、著色工藝過程可通過加大長徑比、提高螺桿轉(zhuǎn)數(shù)、加大均化段螺槽深度及改用新型螺桿等措施適當克服上述缺點(二)幾種常見的新型螺桿1.分離型螺桿針對固液相共存于同一螺槽中產(chǎn)生的缺點而設計措施：將已熔物料和未熔物料盡早分離，促進未熔料盡快熔融，已熔料不再承受導致過熱的剪切BM螺桿：在螺桿熔融段再附加一條螺紋，將原來一個螺紋形成的螺槽分為兩個特點有一條輔助螺紋附加螺紋與料筒壁間隙較大螺距比主螺紋大，使固體槽截面積減小液相螺槽逐漸變寬為均化段螺槽寬度，深度不變；而固相槽由寬變窄，深度逐漸變?yōu)榫尾凵钤恚阂讶畚锪贤ㄟ^附加螺紋與料筒壁間隙進入熔體槽，未熔料留在固體槽BM分離型螺桿的優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）塑化效率高、效果好；（2）無固體床解體，產(chǎn)量、壓力、溫度波動小，排氣性好，單耗低，適應強；（3）能實現(xiàn)低溫擠出。缺點：（1）主附螺距不等，加工困難；（2）固體床由寬變窄，不能始終保持與料筒壁最大的接觸面積，熔融能力受限。

（3）固體床在寬度方向發(fā)生形變，設計不當會引起螺槽堵塞，造成擠出不穩(wěn)定。

幾種分離型螺桿熔融過程的比較Barr螺桿和熔體槽螺桿的特點Barr型螺桿：（1）主附螺槽螺距相等，固液相螺槽寬度不變；（2）固相槽由加料段槽深漸變至均化段槽深，而液相槽由零逐漸加深，再突變?yōu)榫尾凵?；?）固相與料筒壁接觸面積大，熔融能力強；（4）加工方便熔體槽螺桿：（1）在熔融開始并形成一定寬度熔池的下方再開一條逐漸變深，寬度不變的附加螺槽；（2）液相槽窄而深，與料筒接觸少，物料受剪切小；（3）固相槽寬度大而且不變，熔融效率高；（4）取消了附加螺紋，物料所受剪切變小，輸送速率提高2.屏障型螺桿結(jié)構：在螺桿的某部位設立屏障，未熔的固相不能通過，并促使固相熔融的螺桿直槽屏障型螺桿：圓柱面上等距開了一組出口在軸線方向封閉的進料槽和一組入口在軸線方向封閉的出料槽原理：物料由進料槽流入，只有熔融和粒度小于剪切間隙△時才能進入出料槽，并受剪切進一步混合塑化，而未熔的較大固體碎片被屏障阻擋適于加工聚烯烴類塑料3.分流型螺桿在螺桿的某一部位設置許多突起部分或溝槽或孔道，將螺槽內(nèi)的料流分割，以改變物料的流動狀態(tài)，促進熔融、增強塑煉和均化銷釘螺桿工作原理：設置銷釘將固體床打碎，破壞熔池，打亂兩相流動，將料流反復分割，改變螺槽中料流的方向和速度分布；增加對物料的混煉、均化和對添加劑的分散性銷釘設置熔融區(qū)：增加熔融速率均化段：混煉、均化和獲得低溫擠出排列形狀：人字形、環(huán)形等銷釘形狀：圓柱形、菱形、方形等，可以裝上去，也可銑上去優(yōu)點：產(chǎn)量高；徑向溫差??；可獲得低溫擠出；加工制造容易工作原理物料流經(jīng)銷釘時，銷釘將固體料或未徹底熔融的料分成許多細小料流，這些料流在兩排銷釘間較寬闊位置又匯合，經(jīng)第二排銷釘時又被分離DIS螺桿在常規(guī)全螺紋螺桿均化段加上一段DIS混煉段在圓周上設有若干個進料槽和出料槽，具有與螺紋線相同的螺旋角，進出料槽間用小孔通道連接特點：提高了各方向混合的均勻性、混煉效果好，混色均勻，分散性好4.組合螺桿，在熔融段末或均化段增設非螺紋形式的區(qū)段螺桿元件：起輸送、壓縮、混合、混煉、剪切、均化等作用的元件，可以單獨設置在螺桿上，也可組合在一起優(yōu)點：適應性強；專用性強；易于獲得最佳工作條件分散混合元件也叫剪切元件，產(chǎn)生強大的局部作用力，克服附聚力子的內(nèi)聚力，將樹脂與添加劑混合均勻帶剪切和混合元件的多階螺桿5.靜態(tài)混煉器一組設置在口模和螺桿之間的固定元件，有特殊的幾何形狀，將螺桿來的料流分為若干股并不斷改變流動方向，在進入口模前又匯合在一起，增加熔體在徑向的混和均勻性第八節(jié)排氣式擠出機

氣體來源控制空氣含量的方法有預熱干燥法、真空料斗法，還可用排氣式擠出機排氣式擠出機有單螺桿、雙螺桿和雙階擠出機一.單螺桿排氣式擠出機的結(jié)構二.特點另增設了排氣段、第二壓縮段和第二均化段（迅速壓縮和泵出段）排氣段槽深為2.5~6倍均化段槽深排氣段長度2~6D三.排氣原理物料到排氣段基本塑化，物料中一部分氣體由于被壓實自料斗逸出，由于該段螺槽突然加深，排氣口又通真空泵，壓力驟降（零或負壓），氣體排出四.排氣功能要求：排氣孔下聚合物壓力為零；此處聚合物完全熔融五.其它形式排氣擠出機反螺紋使熔體不能正常通過，而改由旁路流入排氣區(qū)，再進入第二階螺桿。第八節(jié)雙螺桿擠出機一.單螺桿局限二.雙螺桿擠出機結(jié)構與單螺桿擠出機相似各部件作用也基本相同三.雙螺桿擠出機的優(yōu)點加料容易，正位移原理輸料，無壓力回流物料停留時間短排氣性能好，嚙合部分的有效混合及排氣部分的自潔功能使物料獲得完全的表面更新優(yōu)異的混合、塑化效果，物料經(jīng)受縱橫向剪切比功率消耗低，產(chǎn)量相同時，能量消耗少得多四.分類1.根據(jù)兩根螺桿的軸向距離相對位置可分為嚙合型和非嚙合型嚙合型：a=r+R部分嚙合：a>r+R非嚙合型：a>2Ra為中心距r為螺桿跟半徑R為螺桿頂半徑2.按螺桿旋轉(zhuǎn)方向不同同相反向旋轉(zhuǎn)五.工作原理1.非嚙合型螺桿不