聚合物加工工藝

第七章擠出成型1.擠出機由哪幾部分構(gòu)成？1）傳動系統(tǒng)作用2）加料裝置（料斗）3）加熱冷卻系統(tǒng)4）機頭與口模5）定型裝置6）冷卻裝置7）牽引裝置8）卷取裝置9）控制系統(tǒng)組成：電器、儀表、執(zhí)行機構(gòu)擠出機螺桿有哪些參數(shù)？（1）螺桿直徑Ds：指其外徑。（2）螺桿長徑比L／Ds：螺桿工作部分的有效長度L與直徑Ds之比。（3）壓縮比A：螺桿加料段第一個螺槽的容積與均化段最后一個螺槽的容積之比，表達塑料通過螺桿的全過程被壓縮的限度。（4）螺槽深度H：加料段h1、均化段h3一定值；壓縮段h2變化。（5）螺旋角θ：螺紋與螺桿橫截面之間的夾角，隨著θ的增大，擠出機的生產(chǎn)能力提高，但螺桿對塑料的擠壓剪切作用減少。（6）螺紋棱部寬E：E太小，易漏流；E太大，增長動力消耗，局部過熱；（7）螺桿與料筒的間隙δ：影響擠出機的生產(chǎn)能力和物料的塑化。δ大，生產(chǎn)效率低，不利熱傳導(dǎo)，減少剪切速率；δ小，剪切作用過大，物料降解，擠出機螺桿的作用：任何一根螺桿都必須完畢加料、輸送、壓縮、熔融、混合和排氣根據(jù)螺距和螺槽深度的變化，螺桿可分為等距變深螺桿．等深變距螺桿和變距變深螺桿。擠出時，漸變螺桿和突變螺桿具有不同的加工特點。已知：PVC軟化點75~165℃；尼龍的熔融溫度范圍則較窄，約10℃，它們應(yīng)分別選用何種螺桿進行加工？簡要說明理由。答案：PVC應(yīng)選用漸變螺桿而尼龍應(yīng)選擇突變螺桿進行加工。解釋：物料在料筒中的塑化經(jīng)歷固體輸送、熔融、混合及均化三個階段，這個過程能否圓滿完畢，擠壓系統(tǒng)螺桿的結(jié)構(gòu)起著關(guān)鍵作用。一般螺桿在擠出中要完畢三個基本職能：固體輸送、熔融、均化，不同職能對螺桿結(jié)構(gòu)規(guī)定不同，因此一般的擠出機螺桿可分為三段：固體輸送段、熔融段、均化段。螺桿結(jié)構(gòu)上的三個區(qū)段應(yīng)盡也許與物料的狀態(tài)變化相適應(yīng)。PVC是無定形塑料，無固定的熔點，軟化溫度范圍較寬，其熔融過程是逐漸進行的，所以選擇熔融段較長的漸變螺桿；PA是結(jié)晶性塑料，有固定的熔點，熔融溫度范圍較窄，溫度達成熔點后，熔融較快，應(yīng)選擇熔化區(qū)較短的突變螺桿。5擠出過程和螺桿各段的職能：根據(jù)塑料在擠出機中的三種物理狀態(tài)的變化過程及對螺桿各部件的工作規(guī)定，將擠出機的螺桿提成加料段(固體輸送區(qū))、壓縮段(熔融區(qū))和均化段(熔體輸送區(qū))三段。、1）加料段職能：對塑料進行輸送并壓實，物料仍以固體狀態(tài)存在。2）、熔融段職能：使塑料進一步壓實和熔融塑化，排除物料內(nèi)空氣和揮發(fā)份。在該段，熔融料和未熔料以兩相的形式共存，至熔融段末端，塑料最終所有熔融為粘流態(tài)。3）、均化段職能：塑料在機頭口模阻力導(dǎo)致的回壓作用下被進一步混合塑化均勻，并定量定壓地從機頭口模擠出，在該段，螺桿對熔體進行輸送。6旋轉(zhuǎn)運動：由于物料與螺桿之間的摩擦力作用被轉(zhuǎn)動的螺桿帶著運動。軸向水平運動：由于螺桿旋轉(zhuǎn)時螺桿斜棱對物料的推力產(chǎn)生的軸向分力使物料沿螺桿的軸向移動。7為提高固體輸送速率，可采用的措施有：（1）在螺桿直徑不變時，增大螺槽深度；（2）減少物料與螺桿的靜摩擦因素fs；（3）增大物料與料筒的靜摩擦因素fb；（4）選擇合適的螺旋角θ，8熔融過程的描述：由加料段送來的固體物料進入壓縮段，在料筒溫度的外加熱和物料與物料之間及物料與金屬之間的摩擦作用的內(nèi)熱作用下而升溫，同時逐漸受到越來越大的壓縮作用，固體物料逐漸熔化，最后完全變成熔體，進入均化段。在壓縮段既存在固體物料又存在熔融物料，物料在流動過程中有相變化發(fā)生。9熔化過程：:當(dāng)固體物料從加料段進入壓縮段時，物料是處在逐漸軟化和互相粘結(jié)的狀態(tài)，與此同時越來越大的壓縮作用使固體粒子被擠壓成緊密堆砌的固體床。固體床在前進過程中受到料筒外加熱和內(nèi)摩擦熱的同時作用，逐漸熔化。一方面在靠近料筒表面處留下熔膜層，當(dāng)熔膜層厚度超過料筒與螺棱的間隙時，就會被旋轉(zhuǎn)的螺棱刮下并匯集于螺紋推力面的前方，形成熔池，而在螺棱的后側(cè)則為固體床。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動，來自料筒的外加熱和熔膜的剪切熱不斷傳至未熔融的固體床，使與熔膜接觸的固體粒子熔融。這樣，在沿螺槽向前移動的過程中，固體床的寬度逐漸減小，直至所有消失，即完畢熔化過程。10相遷移面：熔化區(qū)內(nèi)固體相和熔體相的界面稱為相遷移面，它是由固體相轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w相的過渡區(qū)域。均化段的熔體輸送理論：正流、逆流、橫流、漏流。12擠管工藝:由擠出機均化段出來的塑化均勻的塑料，通過濾網(wǎng)、粗濾器而達分流器，并為分流器支架分為若干支流，離開分流器支架后再重新匯合起來，進入管芯與口模間的環(huán)形通道，最后通過口模到擠出機外而成管子，接著通過定徑套定徑和初步冷卻，再進入冷卻水槽或具有噴淋裝置的冷卻水箱，進一步冷卻成為具有一定口徑的管材，最后經(jīng)由牽引裝置引出并根據(jù)規(guī)定的長度規(guī)定而切割得到所需的制品。13機頭涉及分流器、分流器支架、管芯、口模和調(diào)節(jié)螺釘?shù)葞讉€部分，分流器與粗濾板之間的空腔起匯集料流作用。14機頭壓縮比：機頭壓縮比表達粘流態(tài)塑料被壓縮的限度，是分流器支架出口處流道環(huán)形面積與口模及管芯之間的環(huán)形截面積之比。15試述管材擠出的工藝過程及工藝控制要點：擠出工藝：物料經(jīng)擠出機塑化、機頭口模成型后，經(jīng)定型裝置冷卻定型、冷卻水槽冷卻、牽引、切割，得到管材制品。影響因素：溫度、螺桿轉(zhuǎn)速及冷卻、牽引速度、壓縮空氣等，分別進行合理分析。試述管材擠出的工藝過程及工藝控制要點。擠出工藝：物料經(jīng)擠出機塑化、機頭口模成型后，經(jīng)定型裝置冷卻定型、冷卻水槽冷卻、牽引、切割，得到管材制品。影響因素：溫度、螺桿轉(zhuǎn)速及冷卻、牽引速度、壓縮空氣等，分別進行合理分析。試述管材擠出的工藝過程及工藝控制要點。請問為什么擠出機要在料斗座處加冷卻裝置？為避免加料斗出現(xiàn)“架橋”現(xiàn)象而影響加料及固體輸送效率。3機筒加熱和冷卻的目的是什么？加熱促進物料塑化；冷卻為防物料過熱。什么叫螺桿的長徑比？螺桿長徑比的增長對物料的加工有何好處？螺桿有效工作長度與直徑之比。n一定期，L/D增長，物料在螺桿中運營時間延長，有助于物料塑化與混合，使升溫過程變緩；可使均化段長度增長，可減少逆流和漏流，有利提高生產(chǎn)能力。影響固體輸送率最重要的因素有哪些？輸送角是影響生產(chǎn)率的重要因素，為提高固體輸送率，要盡也許地增大輸送角，控制固體塞的摩擦系數(shù)，使它與螺桿摩擦系數(shù)減?。輻U表面刨光），與機筒摩擦系數(shù)增大（開設(shè)縱向溝槽）。擠管機頭的作用是什么？對塑化的物料加熱，以保證物料的塑化狀態(tài)，并產(chǎn)生一定壓力，使物料成型為所需要的現(xiàn)狀。擠出成型是在什么溫度之間進行的？在黏流溫度Tf與分解Td之間擠出成型；范圍越寬越易擠出成型。具體溫度應(yīng)根據(jù)原料的配方、擠出機頭結(jié)構(gòu)、螺桿轉(zhuǎn)速來定。擠管機頭中分流器擴張角的大小對物料的影響是什么？擴張角過大，料流阻力過大，甚至物料會停止流動而發(fā)生分解；擴張角過小，不利于料層不久便薄，對加熱不利。16塑料薄膜的成型方法重要有擠出吹塑、流延、壓延、擠出拉幅以及使用狹縫機頭直接擠出等方法17薄膜吹塑成型工藝流程：物料由直角機頭環(huán)形縫隙向上擠出成圓筒狀的膜管，從機頭下面進氣口吹入一定量的壓縮空氣使之橫向吹脹。同時，借助于牽引輥連續(xù)運轉(zhuǎn)進行縱向拉伸，并經(jīng)設(shè)立在膜管外的冷卻風(fēng)環(huán)吹出的冷卻空氣定型。由人字板壓疊成雙折薄膜，通過牽引輥以恒定線速度進入卷取裝置。18吹塑類型根據(jù)牽引方法，可分為：平擠上吹、平擠下吹和平擠平吹、平擠下吹和平擠平吹三種。其中，以平擠上吹的應(yīng)用為主。此外，尚有將擠出機垂直安裝的豎擠上吹和豎擠下吹。19模具設(shè)計時須考慮近于擠出機一側(cè)料流的速度應(yīng)大于另一20吹脹比α：管坯被吹脹后的膜管直徑D2與擠出機環(huán)形口膜直徑D1之比牽伸比β：膜管通過夾輥時的速度V2與口模擠出管坯的速度V1之比。β=V2/V121冷凝距離線：膜管在機頭上方開始變得渾濁的距離，亦稱冷卻線距離。實際中用來判斷冷卻條件是否適當(dāng)22什么叫薄膜的吹脹比？什么叫薄膜的拉伸比？吹塑后的膜泡直徑與口模直徑之比叫做吹脹比。工業(yè)生產(chǎn)中常用薄膜的折徑（膜泡壓平后的雙層寬度）與口模直徑的關(guān)系表達。薄膜牽引速度與管坯擠出速度之比叫做拉伸比。2、吹膜過程中，假如發(fā)現(xiàn)冷固線過高，請問是什么因素導(dǎo)致的？并給出相應(yīng)的解決方案。機頭溫度過高（降溫）；擠出量過大（減少螺桿轉(zhuǎn)速）；冷卻局限性（加強冷卻）。3、吹膜過程中，假如發(fā)現(xiàn)冷固線過低，請問是什么因素導(dǎo)致的？并給出相應(yīng)的解決方案。機頭溫度過低（升溫）；擠出量過?。ㄌ岣呗輻U轉(zhuǎn)速）；4、塑料薄膜生產(chǎn)的成型方法有哪些？擠出吹塑；壓延成型法；流延成型法；5、請問吹塑薄膜制品時“魚眼”現(xiàn)象指的是什么？如何導(dǎo)致的？在吹塑過程中，泡管的膜面出現(xiàn)以晶點為中心，周邊呈年輪狀紋樣，晶點周邊薄膜較薄，這就是所謂的“魚眼”。重要因素是加工溫度太低導(dǎo)致的6雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜的優(yōu)點是什么？用途如何？BOPP在生產(chǎn)中通過兩個方向的拉伸，分子鏈進一步定向，故具有良好的力學(xué)性能、較好的透明性、印刷性、較低的透水透氧性能，與其他透明薄膜比較，具有包裝材料所需要的較好的綜合性能。故BOPP廣泛用于香煙、食品、服裝、化妝品、各種工藝品的包裝和掛歷、畫冊、膠黏帶、電容膜等加工。對于食品包裝，為進一步減少其透氣性能，多采用復(fù)合的方法與pp、LDPE及AL進行雙層或三層復(fù)合。22雙螺桿擠出機的分類：螺桿因有旋轉(zhuǎn)方向、嚙合限度等問題，根據(jù)兩根螺桿的相對位置嚙合型、非嚙合型；雙螺桿擠出機和單螺桿擠出機結(jié)構(gòu)上相似，并且同樣承擔(dān)著輸送、塑化、混合等功能23橡膠壓出機與塑料擠出機的重要差別在于其長徑比較小，防止膠料過熱和焦燒；為了減少橡膠的剪切和導(dǎo)致的粘性生熱，橡膠壓出機螺桿的螺槽深度通常相稱大。橡膠壓出機螺桿的壓縮比A相對較小。24掌握膠料的膨脹率是口型設(shè)計的關(guān)鍵；壓出膠料的斷面變形通常是中間大邊沿小的；壓出溫度通常，口型處的溫度最高，機頭次之，機身則最低第八章1注射機的分類：1）柱塞式2）雙階柱塞式（3）螺桿預(yù)塑化柱塞式（4）移動螺桿式按注射機外形特性分類：（1）立式（2）臥式（3）角式2注塑機系統(tǒng)組成：注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)、液壓傳動及電器控制系統(tǒng)、注射模具單螺桿擠出機系統(tǒng)組成：傳動系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)3分流梭的作用：是使料筒內(nèi)流經(jīng)該處的料成為薄層，使塑料流體產(chǎn)生分流和收斂流動，以縮短傳熱導(dǎo)程：加快熱傳導(dǎo)，有助于減少或避免塑料過熱而引起的熱分解現(xiàn)象。同時，塑料熔體分流后，在分流梭與料筒間隙中流速增長，剪切速度增大，從而產(chǎn)生較大的摩擦熱，料溫升高，粘度下降，使塑料得到進一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射機的生產(chǎn)率及制品質(zhì)量。4注射模具：：注射模具重要由澆注系統(tǒng)、成型部件和結(jié)構(gòu)零件等三大部分組成。模具由定模（或上模）和動模（或下模）兩部分組成，由于只有一個分型面，故稱單分型面注射模。定模（或上模）：安裝在注射機定模安裝板上的部分，動模（或下模）：安裝在注射機動模移動板上的部分在單分型面模具基礎(chǔ)上拆除定模座板和定模型腔板之間的固定螺釘，并使該型腔板在拉桿作用下成為浮動的中間板，用于點澆口進料的模具，所以稱雙分型面注射模。5注射模具重要零部件名稱及定義：定位圈使注射機噴嘴與模具澆口套對中，決定模具在注射機上安裝位置的定位零件2.定模座板使定模固定在注射機定模安裝板上的板件；3.定模板(凹模固定板)用于固定凹模鑲件的板狀零件；4.澆口套直接與注射機噴嘴反復(fù)接觸，帶有主流道通道的襯套類零件5.型芯成型塑件內(nèi)表面的凸?fàn)盍慵?.動模板(型芯固定板)用于固定型芯的板狀零件；7.支承板防止成形零件（凹模、凸模、型芯或鑲件）和導(dǎo)向零件軸向移動并承受成型壓力的板件；8.墊塊調(diào)節(jié)模具閉合高度，形成推出機構(gòu)所需的推出空間的塊狀零件；9.導(dǎo)套與安裝在另一半模上的導(dǎo)柱相配合，用以擬定動、定模的相對位置，保證模具運動導(dǎo)向精度10.導(dǎo)柱與安裝在另一半模上的導(dǎo)套（或孔）相配合，用以擬定動、定模的相對位置，保證模具運動導(dǎo)向精度的圓柱形零件；11.推板支承推出和復(fù)位零件，直接傳遞注射機推出力的板件12.推桿固定板支承推出和復(fù)位零件，直接傳遞注射機推出力的板件；13.拉料桿為了拉出澆口套內(nèi)的澆注凝料，在主流道的正對面，設(shè)立頭部帶有凹槽或其他形狀的桿14.推桿用于推出塑件或澆注系統(tǒng)凝料的桿件；15.復(fù)位桿借助模具的閉合動作，使推出機構(gòu)復(fù)位16.動模座板動模固定在注射機的移動工作板上的板件；6熔體流的運動機理熔休從澆口處向模腔底部以層流方式推動時，形成擴展流動的前峰波的形狀可提成三個典型階段：熔體流前緣呈圓弧形的初始階段；前緣從圓弧漸變?yōu)橹本€的過渡階段；前緣呈直線移動的主流充滿模腔的階段。熔體流中心的運動速度是大于前緣的運動速度的；熔體質(zhì)點趕上運動著的前緣后，運動速度就減小到前緣的速度，并在鄰近模壁處作層狀的移動。因此，在前緣區(qū)域內(nèi)，熔體質(zhì)點的運動方向是指向模壁的。熔體質(zhì)點由與模壁和冷空氣接觸而在界面形成高粘度的前緣膜，其前進速度變小，由此在熔體流的截面上產(chǎn)生很大的速度梯度，這會始大分子鏈的兩端因處在不同的速度層中而受到拉伸和取向。而大分子在靠近模壁區(qū)域內(nèi)的取向機理不同于熔體流的其他部分?？梢酝葡?，開始的取向是指向模壁的，但當(dāng)熔體由于冷卻粘度增大使大分子一端的活動性變小時，大分子就轉(zhuǎn)過彎來，而其另一端就沿前緣運動方向移動，于是大分子受到運動的熔體流的拉伸。如圖顯示出熔體質(zhì)點位置的連續(xù)變化。因此熔體在模內(nèi)的推動過程是通過熔體質(zhì)點被前緣膜阻止轉(zhuǎn)向并被拉伸和新熔體質(zhì)點不斷從內(nèi)層壓出的方式進行的。其結(jié)果使制品表面形成“波紋”。由于流動阻力使稍后到來的熔體壓力上升又可把前面剛形成的波紋壓平構(gòu)成制品表面。增密過程（壓實過程）充模流動結(jié)束后，熔體進入模腔的快速流動停止，但這時模腔內(nèi)的壓力并末達成最高值，而噴嘴壓力己達最大值，因而澆道內(nèi)的熔體仍能以緩慢的速度繼續(xù)流入模腔，使其中的壓力升高至能平衡澆口兩邊的壓力為止保壓過程：壓實結(jié)束后柱塞或螺桿不立即退回，在最大前進位置上再停留一段時間，使成型物在一定壓力作用下進行冷卻。產(chǎn)生保壓流動的因素：模腔壁附近的熔體因冷卻而產(chǎn)生體積收縮保壓流動的必要條件：壓實結(jié)束后料筒前端仍含一定量的熔體，且澆道系統(tǒng)沒有凍結(jié)。倒流保壓階段結(jié)束后，保壓壓力撤除，螺桿或柱塞要后退，這時假如模腔澆口還沒有凍結(jié)，模腔中熔體就會倒流，使模腔壓力下降。倒流將連續(xù)到澆口凍結(jié)為止，8背壓：在移動螺桿式注射機成型過程中，預(yù)塑化時，塑料隨螺桿旋轉(zhuǎn)經(jīng)螺槽向前輸送并熔融塑化，塑化后堆積在料筒的前部，螺桿端部的塑料熔體就產(chǎn)生一定的壓力，即背壓。注射硫化的最大特點是內(nèi)層和外層膠料的溫度比較均勻一致，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，提供了高溫快速硫化的必要前提，這是模壓硫化所欠缺的。9膠料硫化過程四個階段：A、膠料預(yù)熱階段（膠料硫化前整個升溫階段）；B、交聯(lián)度增長階段（開始交聯(lián)、欠硫階段）；C、交聯(lián)度最高階段（進入正硫化）；D、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)降解階段（過硫階段）。10螺桿轉(zhuǎn)速過高時，螺桿表面橡膠分子鏈發(fā)生拉伸取向，形成多層取向狀態(tài)，產(chǎn)生一種收縮力，起到一種鉗制作用，使膠料成團抱著螺桿一起轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生較嚴(yán)重的“包軸現(xiàn)象”11噴嘴直徑減少，會強化膠料的剪切作用，使生熱量增大，膠料的溫度升高，同時要延長注射時間，有充模焦燒的危險12熱固性塑料注射成型原理：帶有活性基團的線型或稍帶支鏈的低相對分子質(zhì)量聚合物先在溫度相對較低的料筒內(nèi)塑化到半熔融狀態(tài)，在隨后注射充模過程中進一步塑化，在通過噴嘴時達成最佳的粘度狀態(tài)，注入高溫模腔后繼續(xù)加熱，物料就通過自身反映基團或反映活性點與加入的硬化劑的作用，經(jīng)一定期間的交聯(lián)固化反映，使線性樹脂逐漸變成體型結(jié)構(gòu)。13在低溫料筒內(nèi)塑化產(chǎn)物能較長時間保持良好流動性，而在高溫模腔內(nèi)能快速反映固化。用于注射成型的熱固性塑料關(guān)鍵是其流動性和熱穩(wěn)定性，即在料筒溫度下加熱不會過早發(fā)生交聯(lián)固化，有較高的流動性和較穩(wěn)定的粘度，且能保持一定的時間。14熱固性塑料注射機的結(jié)構(gòu)特性螺桿的長徑比和壓縮比較小，防止摩擦熱過大物料過早固化。因此通常螺桿幾乎不分段，往往是等距等深的無壓縮比螺桿，螺桿對塑化物料只起輸送作用，不起壓縮作用。噴嘴通常用敞開式，噴嘴要便于拆卸，以便發(fā)現(xiàn)硬化物時能及時打開進行清理。噴嘴內(nèi)表面應(yīng)精加工，以防料流有阻滯而引起硬化。料筒的加熱溫度相對較低，溫控精度規(guī)定高，目前較多采用水或油加熱循環(huán)系統(tǒng)，因此料筒設(shè)計成夾套型，這樣的加熱方式溫度均勻穩(wěn)定。注射機的鎖模結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足能及時放氣排除縮聚交聯(lián)反映產(chǎn)生的低分子物的操作規(guī)定，這就需要具有能迅速減少鎖模力的執(zhí)行機構(gòu)，一般采用增壓油缸來實現(xiàn)對快速開模和合模動作的控制。模具結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜些，必須設(shè)立加熱裝置和溫控系統(tǒng)，以利于物料在模內(nèi)化學(xué)反映的順利進行。根據(jù)熱固性塑料注射成型原理，其塑化過程的工藝條件重要是料筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和螺桿背壓；注射充模過程的工藝條件重要是注射壓力、充模速度和保壓時間；固化過程的工藝條件重要是模具溫度和固化時間。第十一章1二次成型定義：是相對于一次成型而言是指在一定條件下將高分子材料一次成型所得的型材通過再次成型加工，以獲得制品最終型樣的技術(shù)。2中空吹塑：原理：借助流體壓力使閉合在模具中的熱熔塑料型坯吹脹形成空心制品的工藝。常用塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、PET、PC等3、多層共擠出吹塑：是運用兩臺以上的擠出機將不同塑料在不同擠出機內(nèi)熔融后，在同一個機頭內(nèi)復(fù)合、擠出，然后吹塑制造多層中