塑料制品的擠出成型

第八章塑料制品的擠出成型當前第1頁\共有87頁\編于星期二\5點塑料制品的加工成型一次成型：擠出成型、注射成型、模壓成型、壓延成型、鑄塑成型、模壓燒結(jié)成型、傳遞模塑、發(fā)泡成型等二次成型：中空吹塑成型、熱成型、拉幅薄膜成型……等加工成型是將各種形態(tài)的塑料(粉料、粒料、溶液和懸浮體)，制成所需形狀或坯件的過程。當前第2頁\共有87頁\編于星期二\5點塑料制品的擠出成型

擠出成型是使高聚物的熔體(或粘性流體)在擠出機的螺桿或柱塞的擠壓作用下通過一定形狀的口模而連續(xù)成型，所得的制品為具有恒定截面形狀的連續(xù)型材.應(yīng)用:管材，片材，板材，吹塑薄膜，電線電纜包覆，紡絲等。塑料的混合，塑化造粒，著色，排水、排氣，喂料當前第3頁\共有87頁\編于星期二\5點塑料制品的擠出成型特點生產(chǎn)效率高—連續(xù)操作適用范圍廣，產(chǎn)品品種多：

原料體系：塑料、橡膠、纖維

產(chǎn)品品種：管、棒、板、絲、膜、異型材等

應(yīng)用領(lǐng)域：石油、天然氣輸送、建材、服裝等設(shè)備投資少生產(chǎn)技術(shù)容易掌握制品精密程度差當前第4頁\共有87頁\編于星期二\5點塑料制品的擠出成型擠出成型的過程擠出機定型裝置冷卻裝置牽引裝置收集裝置切割裝置卷取裝置口模當前第5頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)當前第6頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)當前第7頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)擠壓系統(tǒng)的組成及要求1、組成：加料裝置、料筒、螺桿、機頭、口模等2、要求：連續(xù)穩(wěn)定地輸送（固體、熔體）熔融（固體→熔體）混合、塑化（溫度、組成分布均勻）增壓（排氣、傳熱，使制品密實）擠出機大小一般用螺桿直徑的大小表示:SJ-65-25當前第8頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)當前第9頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)加料裝置-料斗向擠出機料筒連續(xù)供料。料斗的底部與料筒連接處是加料孔，該處有截斷裝置。加料孔周圍有冷卻水夾套，防止塑料軟化，堵塞加料口。尤其對于軟化點低的塑料。料斗的側(cè)面有玻璃視孔及標定計量的裝置。當前第10頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)加料裝置-料斗預(yù)熱干燥和真空減壓裝置：對于吸濕性原料攪拌器及能夠定時定量自動上料或加料的裝置。關(guān)于“架橋”現(xiàn)象：粉體，軟化的塑料，有些需要強制下料裝置當前第11頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)料筒作用：料筒作為擠壓系統(tǒng)的組成部分，和螺桿共同完成對塑料的固體輸送、熔融和定量定壓輸送作用。

料筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量傳遞的穩(wěn)定性和均勻性，并影響固體輸送率。當前第12頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)料筒受熱受壓的金屬圓筒。在料筒的外面設(shè)有分段加熱和冷卻的裝置及控溫熱電偶，保證擠出溫度。加熱一般分三至五段，常用電阻或電感應(yīng)加熱，也有采用遠紅外線加熱的。冷卻一般用風冷或水冷。一般用耐磨、耐腐蝕、高強度的合金鋼成碳鋼內(nèi)村合金鋼來制造。內(nèi)壁光滑，但料斗座處內(nèi)壁可加縱向溝槽，提高擠出產(chǎn)量，及擠出穩(wěn)定性等。當前第13頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)料筒當前第14頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)螺桿作用：螺桿是擠出機的關(guān)鍵性部件，通過它的轉(zhuǎn)動，料筒內(nèi)的物料才能發(fā)生移動，受到剪切作用，得到增壓和部分的摩擦熱量，混勻后定量定壓地輸送到機頭而成型。當前第15頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)螺桿當前第16頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)１、螺桿幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)螺桿直徑D：Db－螺桿外徑

Ds－螺桿根徑螺桿長度L：L－螺桿有效工作部分長度根據(jù)功能分為：L1－加料段長度

L2－壓縮段長度

L3－均化段長度螺桿長徑比L/D當前第17頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)螺槽寬度：B－螺槽軸向?qū)挾?/p>

W－螺槽法向?qū)挾?/p>

t－螺距螺槽深度H(h)：h1,h2,h3－分別為加料段，壓縮段，均化段螺槽深度螺桿幾何壓縮比ε:加料段第一個螺槽容積與均化段最后一個螺槽容積之比。螺旋角Φ１、螺桿幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)當前第18頁\共有87頁\編于星期二\5點螺桿長度的增加，擠出機產(chǎn)量提高。壓縮比必須與塑料在擠出機中熔融過程的體積變化相適應(yīng)，否則會引起產(chǎn)量的不穩(wěn)定，影響制品的尺寸精度。8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)當前第19頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)螺桿當前第20頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)加料段（固體輸送段）壓縮段（熔融段）均化段（計量段）２、螺桿的分段當前第21頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)要求：塑料保持固態(tài)，輸送要穩(wěn)定（溫度，料筒結(jié)構(gòu)）長度：結(jié)晶性加料段較長，非結(jié)晶性加料段較短（為什么？）螺槽體積：等距等深（為什么？）加料段（固體輸送段）：當前第22頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)要求：熔化，壓縮，排氣長度及壓縮比：結(jié)晶性塑料壓縮段較短，非結(jié)晶性壓縮段較長（為什么？）螺槽容積逐漸減少壓縮段（熔融段）當前第23頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)要求：加強剪切，塑化均勻，定量，定壓擠出螺槽體積不變：深度最淺長度：高聚物結(jié)構(gòu)（熱敏性應(yīng)減少停留時間）均化段（計量段）當前第24頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)加熱冷卻系統(tǒng)

擠出機加熱方法有：載熱體加熱、電阻加熱和電感應(yīng)加熱等

根據(jù)料筒長度和工藝要求分段加熱逐漸升溫當前第25頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)加熱冷卻系統(tǒng)

擠出機冷卻包括：料筒的冷卻，螺桿的冷卻，料斗座的冷卻。當前第26頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)料筒的冷卻當前第27頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)螺桿的冷卻：目的是利于物料的輸送，同時防止塑料因過熱而分解當前第28頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)料斗座的冷卻：防止“架橋”，保證進料通暢，并防止擠壓部分的熱量傳到止推軸承和減速箱，保證擠出機的正常工作。

當前第29頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)多孔板與過濾網(wǎng)作用：增大塑化反壓；熔體由螺旋運動變?yōu)橹本€運動；過濾雜質(zhì)及未塑化的物料。（電纜，透明制品，薄膜，醫(yī)用管等）當前第30頁\共有87頁\編于星期二\5點8.1單螺桿擠出機的基本結(jié)構(gòu)當前第31頁\共有87頁\編于星期二\5點8.2單螺桿擠出機的輔機機頭和口模機頭：料筒和口模的連接體?？谀＃褐破方孛娴某尚筒考０ǎ悍至髌髦Ъ?，口模，芯模(芯棒)當前第32頁\共有87頁\編于星期二\5點8.2單螺桿擠出機的輔機當前第33頁\共有87頁\編于星期二\5點8.2單螺桿擠出機的輔機機頭和口模機頭口模的設(shè)計：熔體的粘彈性（擠出物脹大，熔體破裂等｝高聚物的熱穩(wěn)定性足夠的壓力保證當前第34頁\共有87頁\編于星期二\5點8.2單螺桿擠出機的輔機定型冷卻設(shè)備：保證制品的冷卻定型，制品結(jié)構(gòu)的均勻性，提高效率。定型設(shè)備冷卻設(shè)備根據(jù)不同制品的要求設(shè)計。當前第35頁\共有87頁\編于星期二\5點8.2單螺桿擠出機的輔機牽引、切割或卷取牽引裝置：速度連續(xù)、平穩(wěn)可調(diào)，加緊力適當切割或卷取根據(jù)不同制品的要求設(shè)計。當前第36頁\共有87頁\編于星期二\5點8.2單螺桿擠出機的控制系統(tǒng)要求：溫控的精確度，各種設(shè)備運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，減少波動，保證制品的內(nèi)在、外觀質(zhì)量和尺寸的精度。當前第37頁\共有87頁\編于星期二\5點8.3擠出成型工藝擠出成型工藝流程圖粒狀或粉狀熱塑性塑料預(yù)熱干燥擠出機加熱螺桿啟動加料調(diào)整擠出成型定型冷卻牽引卷取(切割)(后處理)擠出制品當前第38頁\共有87頁\編于星期二\5點8.3擠出成型工藝原料的干燥:制品的外觀與內(nèi)在質(zhì)量，一般控制含水量在0.5％以下。

①

干燥設(shè)備：烘箱，干燥料斗（用于連續(xù)擠出）

②需要干燥的樹脂：主要是一些雜鏈聚合物（縮聚產(chǎn)物，工程塑料）如：PA,PBT,PET,PC,PMMA,ABS,PAN,POM,PPO,PSF,PI等

③干燥條件當前第39頁\共有87頁\編于星期二\5點當前第40頁\共有87頁\編于星期二\5點8.3擠出成型工藝●

溫度和螺桿轉(zhuǎn)速是影響擠出成型塑化質(zhì)量的重要工藝條件?！裉岣邤D出產(chǎn)量的同時，保證塑化質(zhì)量(高速高效）是擠出機的發(fā)展趨勢。當前第41頁\共有87頁\編于星期二\5點8.3擠出成型工藝擠出機及機頭口模的預(yù)熱：生產(chǎn)的穩(wěn)定性，設(shè)備的保護

①

一般溫度從低→高，根據(jù)不同高聚物，設(shè)定加料段，熔融段，計量段，機頭口模溫度（對于結(jié)晶度高的塑料，加料及熔融段溫度設(shè)置較高）

②保溫時間應(yīng)充分（擠出機越大，保溫時間越長）

當前第42頁\共有87頁\編于星期二\5點8.3擠出成型工藝

③溫度對塑化質(zhì)量的影響：來源于加熱和剪切摩擦熱。

T↑η↓,有利于塑化（尤其對于溫敏型塑料）,降低熔體壓力，擠出物形狀穩(wěn)定性差,易熱分解

T↓η↑,機頭壓力↑，制品密實，擠出物形狀穩(wěn)定性好，功率消耗大，擠出膨脹較嚴重，通過增加牽引速度減少膨脹引起的壁厚增加。溫度過低，影響塑化效果，或熔體破裂）。當前第43頁\共有87頁\編于星期二\5點8.3擠出成型工藝擠出機的啟動與調(diào)整：①

扭距，電流，機頭壓力，出料塑化情況，制品尺寸②啟動時，轉(zhuǎn)速從低→高③

剪切作用（螺桿轉(zhuǎn)速n）對塑化質(zhì)量的影響：n↑,剪切作用↑，摩擦熱↑，η↓，有利于塑料的混合與塑化（尤其對于剪敏性塑料），產(chǎn)量↑。n過高，受熱時間縮短，塑化不充分，擠出不穩(wěn)定，熔體破裂，可增加螺桿L/D，改善口模條件當前第44頁\共有87頁\編于星期二\5點8.3擠出成型工藝成型（機頭口模處）:通過溫度和擠出流量控制擠出型坯的外觀。黏度，彈性，擠出物脹大，熔體破裂，鯊魚皮．．．當前第45頁\共有87頁\編于星期二\5點8.3擠出成型工藝冷卻定型:防止形變，固定尺寸工藝條件(溫度，冷卻速度)的設(shè)定考慮：高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及制品外觀(結(jié)晶，取向，內(nèi)應(yīng)力)；結(jié)晶塑料的冷卻定型（由于熔融潛熱的存在，冷卻需排除更多的熱量，冷卻水溫的控制）非結(jié)晶塑料的冷卻定型(Tg)定型模具的設(shè)計應(yīng)考慮不同材料的工藝要求當前第46頁\共有87頁\編于星期二\5點8.3擠出成型工藝牽引:使擠出物及時離開口模，保證擠出過程連續(xù)性；調(diào)整擠出型材截面尺寸和性能。與擠出速度的配合，消除擠出物脹大，制品適度取向可增加縱向強度，不同制品應(yīng)采取不同的控制方法。后處理:減少內(nèi)應(yīng)力，包括熱處理和調(diào)濕處理。截面尺寸大的制品（內(nèi)外冷卻不平衡）－熱處理吸濕性材料，為盡快達到吸濕平衡－調(diào)濕處理當前第47頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型樹脂品種：PE,PVC,PP,PS，PB,PEX,ABS,PA,PC等管材品種：普通圓管、波紋管、夾網(wǎng)管、復(fù)合管、鋁塑復(fù)合管及發(fā)泡管等密度小、耐腐蝕性好、電性能優(yōu)良、價格低廉、安裝施工力便各種液體、氣體的輸送，如上、下水管、建筑線路管、煤氣管、采暖管等。塑料管道是國家化學(xué)建材產(chǎn)業(yè)重點推廣項目

當前第48頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型工藝流程及使用設(shè)備擠出機、機頭口模、定型裝置、冷卻水槽、牽引及切割裝置等組成，機頭口模和定型裝置是關(guān)鍵部件。當前第49頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型擠出機：螺桿D,L/D,ε機頭：直通式，直角式，旁側(cè)式等。包括：分流器、分流器支架、芯模、口模和調(diào)節(jié)螺釘?shù)?。（以PVC硬管機頭為例）當前第50頁\共有87頁\編于星期二\5點當前第51頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型當前第52頁\共有87頁\編于星期二\5點8.2.1塑料制品的擠出成型

－管材的擠出成型當前第53頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型分流器：使料層變薄，進一步均化物料。擴張角α:α

過大，料流阻力大，塑料易過熱分解；太小，料流很快變薄，不利于均化。60～900分流器長度L3：1～1.5D（分流器支架與分流器連接處的直徑）。當前第54頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型分流器支架：支撐分流器和芯棒分流筋３～８根，流線型（注意合流痕）,進氣孔芯棒：形成管材內(nèi)表面，流線型收縮角β小于α平直段長度：L1收縮角及平直段長度影響到塑料合流痕的強度。當前第55頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型口模：機頭壓縮比：分流器支架出口處流道環(huán)形面積與口模出口處環(huán)形面積之比。3～10平直段長度Ｌ1壓縮比和平直段長度：壓實，消除分流器支架產(chǎn)生的合流痕，料流均勻穩(wěn)定。還要考慮料流阻力當前第56頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型冷卻定徑裝置：管子的定徑和初步冷卻由定徑套完成。影響管子的尺寸，幾何形狀，光潔度。定徑方法：內(nèi)徑定徑和外徑定徑。外徑定徑分為內(nèi)壓定徑，真空定徑。定徑套的長度，與管材接觸面的光潔度…影響制品的質(zhì)量。當前第57頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型當前第58頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型當前第59頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型當前第60頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型真空水箱定徑法的特點：使用同一機頭口模，可通過選擇不同直徑的定徑套及控制真空度來使管坯膨脹和縮小，而獲得不同直徑的管子管材冷卻充分、由于毛細管作用，水在定徑套和管子之間起潤滑作用，從而減小摩擦力，管材表面光潔引管容易、牽引力小當前第61頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型冷卻水槽：充分冷卻，長度取決于管材直徑、管壁厚度，管材溫度、冷卻方式、冷卻水溫、牽引速度和塑料的種類等因素。一般要求冷卻后管子平均溫度為30℃。噴淋式，浸泡式。

當前第62頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型牽引裝置：克服摩擦力，調(diào)節(jié)壁厚。要求牽引速度穩(wěn)定，無級變速，不打滑，不使管材變形…。橡膠帶式，滾輪式，履帶式切割裝置：自動式或手動式圓鋸切割機，行星式自動切割機卷取裝置：當前第63頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型當前第64頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型當前第65頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型PVC管材擠出工藝

特點：易熱分解，分解產(chǎn)生腐蝕性氣體機頭口模、芯棒、擠出機料筒、螺桿耐腐蝕機頭：直通型，流道光滑，沒有死角溫度控制要求精度高每次擠出停機時間長，必須加清洗料，排空后，拆機頭，螺桿清理干凈。加工溫度最高一般不超過190℃。當前第66頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型PVC管材的擠出工藝當前第67頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型

原料的干燥條件，擠出機機筒溫度，機頭口模溫度，螺桿轉(zhuǎn)速，冷卻水溫度，內(nèi)壓定徑壓力，真空定徑真空度，牽引速度塑料管材的擠出工藝條件當前第68頁\共有87頁\編于星期二\5點8.4管材的擠出成型作業(yè)：請結(jié)合結(jié)晶性塑料和非結(jié)晶性塑料的特點分別說明它們擠出成型管材的特點（可舉例說明）。當前第69頁\共有87頁\編于星期二\5點8.5吹塑薄膜擠出成型

薄膜的成型方法有;擠出吹塑，壓延，流延，擠出拉幅及狹縫機頭直接擠出等以吹塑成型經(jīng)濟和簡便吹塑即在擠出型坯內(nèi)通過壓縮空氣吹脹后成型。當前第70頁\共有87頁\編于星期二\5點8.5吹塑薄膜擠出成型樹脂品種：PE,PVC,EVA,PP,PA，PET，PVA等該法生產(chǎn)薄膜簡單、經(jīng)濟薄膜經(jīng)雙向拉伸，強度高厚度均勻度較差受冷卻定型控制，生產(chǎn)速度較低各種包裝，農(nóng)業(yè)地膜，大棚膜等當前第71頁\共有87頁\編于星期二\5點8.5吹塑薄膜擠出成型工藝流程圖：管坯擠出，吹脹，冷卻，牽引，卷取平擠上吹平擠下吹平擠平吹當前第72頁\共有87頁\編于星期二\5點8.5吹塑薄膜擠出成型當前第73頁\共有87頁\編于星期二\5點8.5吹塑薄膜擠出成型設(shè)備設(shè)計及工藝控制的關(guān)鍵薄膜均勻度的提高冷卻速度的提高當前第74頁\共有87頁\編于星期二\5點8.5吹塑薄膜擠出成型機頭當前第75頁\共有87頁\編于星期二\5點8.5吹塑薄膜擠出成型機頭薄膜厚度均勻，不會產(chǎn)生“偏中”現(xiàn)象。分流器支架有3～4條筋，薄膜的合流線較多，機頭內(nèi)部空腔較大，積料多，對熱敏性塑料(如PVC等)不適當前第76頁\共有87頁\編于星期二\5點8.5吹塑薄膜擠出成型當前第77頁\共有87頁\編于星期二\5點8.5吹塑薄膜擠出成型其它：還有旋轉(zhuǎn)式機頭等提高薄膜厚薄均勻度。機頭工藝條件的設(shè)定：機頭周邊溫度一致，溫控要求嚴