挤出机和挤出成型基本工艺.docx

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挤出机和挤出成型基本工艺

挤出成型工艺和挤出机

1.挤出成型工艺

1.1挤出成型工艺：

在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态持续通过口模（即机头）成型办法称挤出成型或挤塑。

是塑料重要成型办法之一。

1.2挤出成型特点：

①设备成本低，制造容易，投资少，上马快。

②生产效率高，挤出机单机产量较高，产率普通在几公斤～5吨/小时。

③持续化生产。

能制造任意长度薄膜、管、片、板、棒、单丝、异型材以及塑料与其她材料复合制品等。

④生产操作简朴，工艺控制容易，易于实现自动化。

占地面积小，生产环境清洁，污染少。

⑤可以一机多用。

挤出机也能进行混合、造粒。

1.3挤出成型可分为两个阶段：

第一阶段是使固态塑料变成粘性流体（即塑化），并在加压状况下，使其通过特殊形状口模，而成为截面与口模形状相仿持续体。

第二阶段则是用恰当解决办法使挤出持续体失去塑性状态而变为固体，即得到所需制品。

1.4挤出成型工艺分类：

干法（熔融法）—通过加热使塑料熔融成型

①塑化方式

湿法（溶剂法）—用溶剂将塑料充分软化成型（CN、CA及纺丝）

持续式：

螺杆式挤出机，借助螺杆旋转产生压力和剪切力，使物料充分塑化和均匀混合，通过口模而成型，可进行持续生产。

②加压方式

间歇式：

柱塞式挤出机，借助柱塞压力，将事先塑化好物料挤出口模而成型。

仅用于粘度特别大，流动性极差塑料。

如：

PTFE，成型温度下，粘度为1010～1014泊（普通熔融塑料粘度范畴为102～108泊）；HUMWPE等。

柱塞可提供很大压力，但形状不能太复杂，不能加分流梭。

间歇式生产。

2.挤出设备

塑料挤出，绝大多数都是热塑性塑料，并且又是采用持续操作和干法塑化。

故在设备方面多用螺杆式挤出机。

螺杆式挤出机有单、双（或多螺杆）之分。

大某些用单螺杆挤出机，只是粉料，RPVC95%以上都用双螺杆挤出机。

2.1单螺杆挤出机

2.1.1单螺杆挤出机构成：

由传动系统、加料系统、挤压系统、机头和口模以及加热与冷却系统等构成。

2.1.1.1传动系统：

作用是在给定工艺条件（如：

机头压力、螺杆转数、挤出量、温度等）下使螺杆具备必要扭矩和转数均匀地回转而完毕挤出过程。

由电动机、减速机构和轴承构成。

（1）、规定：

①正常操作状态下，螺杆转数都应维持不变，以防止挤出量波动，以保持制品质量稳定。

②不同场合下（材料粘度大小、螺杆所受扭矩大小）规定螺杆转数可以变化（否则扭矩太大，螺杆易弯曲、断裂），以便用一台挤出机挤压不同制品和不同塑料。

应无级调速。

③应设有良好润滑系统和迅速制动系统。

如遇意外，立即停机。

2.1.1.2加料系统：

上料有人工上料和自动上料两种（鼓风上料、弹簧上料和真空上料）。

①供料形式有粒料、带状料和粉料等几种。

加料装置普通惯用加料料斗。

料斗容量至少能容纳一小时用料。

加料斗内应有切断料流、标定料量和卸除余料等装置。

②在减压下加料，即真空加料装置。

特别合用于加工易于吸湿塑料和粉料（PA、PC），防止粉料飞扬。

③料斗必要保证物料以一定重量速率（不是体积速率）进入螺杆中塑化。

在许多挤出机上物料进料依托重力。

在料斗上设立电磁动器可以消除“架桥”现象。

在料斗中设立搅拌器或螺旋输送强制加料器可克服此缺陷。

④在加料口周边设有冷却夹套，借以排除高温料筒向料斗传热。

否则，料斗中塑料会因升温而发粘，以致引起加料不均或料流受阻。

2.1.1.3挤压系统：

由螺杆和料筒构成。

①螺杆：

螺杆是核心性部件，是挤出机心脏。

依照在挤出机中物料三种状态变化过程及螺杆各部位工作规定，普通将挤出机螺杆分为：

加料段L1（固体输送段）、压缩段L2（熔融段）和计量段L3（均化段）三段。

由于一台挤出机生产率、塑化质量、填加物分散性、熔体温度、动力消耗等重要取决于螺杆性能。

因而设计最佳螺杆是很重要又颇难问题，螺杆几何参数对螺杆工作特性有重大影响，必要合理设计和选用。

（A）直径D和长径比L/D

直径D是一种重要参量，它是表征挤出机挤出量大小参数之一。

qv=ßDs3n

式中qv为生产能力（kg/h）；Ds为螺杆直径（cm）；n为螺杆转数（r/min）；ß为经验出料系数，取值范畴为0.003～0.007。

螺杆直径与所生产制品尺寸之间关系

螺杆直径30456590120150

硬管直径3-3010-4520-6530-12050-13080-300

薄膜直径50-300100-500400-900700-1200700-700-3000

挤板宽度400-800700-12001000-14001200-2500

L/D：

螺杆有效长度与其直径之比。

依照加工物料性能和制品质量需求来考虑，此前L/D=20～26；当前L/D=24～36；最大可达43。

L/D=25，可得到较高产率。

同步又避免了熔体过热和热敏性料降解。

（B）螺杆各段作用及参数设定

按塑料在螺杆上运转状况可分为加料、压缩和计量三个区域，螺杆在这三个区作用是不同。

（a）加料段（供料段、固体输送段）

自塑料入口向前延伸一段螺杆称为加料段，在加料段中物料依然是固态。

它重要作用是使物料受热、受压、前移。

螺槽容积可以维持不变，等距等深。

加料段输送能力与螺槽深度H1及该段长度L1关于。

先拟定均化段螺槽深度H3，再由螺杆几何压缩比来计算H1。

结晶聚合物，L1=（30%～50%）L

非晶聚合物，L1=（10%～25%）L

熔点高，导热性差，热焓大聚合物，L1要取长某些。

PPL1比HDPE长。

（b）压缩段（熔融段）

螺杆中部一段，作用是压实物料和熔融物料。

该段螺槽容积逐渐减小。

压缩比ε，它是螺杆加料段第一种螺槽容积与均化段最后一种螺槽容积之比。

ε=（D-H1）H1/（D-H3）H3

≈0.93H1/H3

ε大小对制品密实性和排除物料中所含空气能力等影响很大。

ε大，制品密实，排气能力强。

物理压缩比，是指塑料受热熔融先后密度之比，设计时压缩比多依照经验选用。

它取决于所加工塑料种类、进料时汇集状态和挤出制品形状。

粉料应比粒

料大；薄壁型材比厚壁制品大。

RPVC（粒）2～3PE3～4

RPVC（粉）3～4PP2.5～4

SPVC（粒）3～5PS2～2.5

SPVC（粉）3.2～3.5PC2.5～3

PA63.5POM2.8～4

PA663.7ABS1.6～2.5

压缩段长度L2，当前多以经验办法拟定。

非晶聚合物，L2=（50%～60%）L；

结晶聚合物，L2=（3～5）D。

（c）计量段（均化段）

螺杆最后一段。

其作用是使熔料进一步塑化均匀，并使料流定量、定压由机头流道均匀挤出。

这段螺槽截面可以是横定。

但比前两段都小。

H3与物料热稳定性、螺杆塑化效率及压缩比关于，它对螺杆混合效率和生产最大压力有很大影响。

浅—有助于塑化，但生产效率低；

深—挤出量大，但对机头压力敏感，挤出不稳定。

实际拟定期，按H3=（0.025～0.06）D选用。

对于直径较大螺杆，取小值，反之则取大值。

H3拟定之后，依照拟定ε计算加料段螺槽深度H1。

计量段长度与塑料种类关于，某些热敏性塑料就不适当在这段作过久停留，而聚烯烃等又能以这段作用获得较好均化。

L3=（20%～25%）L

[计算]

（1）依照产品种类和尺寸拟定螺杆直径D；

（2）依照L/D=（24~36），拟定长径比，以拟定L；

（3）L=L1+L2+L3;

求L1：

结晶聚合物，L1=（30%～50%）L

非晶聚合物，L1=（10%～25%）L

求L2：

结晶聚合物，L2=（3～5）D

非晶聚合物，L2=（50%～60%）L

求L3：

L3=L-L1+L2

（4）螺槽深度H1和H3

求H3：

H3=（0.025～0.06）D

求H1：

ε=（D-H1）H1/（D-H3）H3≈0.93H1/H3

为了获得最佳效果，挤压不同塑料，三段长短与构造都应结合塑料特性及所挤制品类型来考虑。

理论研究重点是螺杆加料段、压缩段和计量段长度和螺槽深度优化。

几乎任何螺杆挤压任何塑料都是可行。

唯一判断原则，则是挤出量及制品质量与否都达到最高水平。

（C）螺杆头部形状

熔融物料从螺槽进入机头流道时，从旋转流动变成直线流动。

螺杆头部普通呈纯尖锥形。

借以避免物料在螺杆头部停滞过久而分解。

鱼雷状，它与料筒间隙普通不大于它前面螺槽深度（40%～50%）H3，其长度约为3～5D。

对塑料混合和受热都会产生良好效果，利于增大料流压力和消除波动现象，惯用来挤压粘度大，导热性不良或熔点较为明显塑料。

如PS、PA和有机玻璃等，也适合聚烯烃塑料造粒等。

（D）螺杆形式

常规全螺纹螺杆分为渐变型螺杆和突变型螺杆。

渐变型螺杆：

由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽过渡，是在一种较长螺杆轴向距离内完毕；合用于热敏性塑料，如PVC，也可用于结晶性塑料，如聚烯烃、POM等。

而突变型螺杆上述过渡是在一种较短螺杆轴向距离内完毕。

合用于粘度低、熔点较明显结晶性塑料，如聚酰胺、聚烯烃。

而对粘度较高塑料易引起局部过热、故不合用于PVC、PC等塑料。

②料筒

料筒作为挤压系统构成某些，和螺杆共同完毕对塑料固体输送、熔融和定量定压输送作用。

料筒构造形式关系到热量传递稳定性和均匀性，并影响固体输送率。

料筒构造分为整体式和组合式（又称分段式）依照挤出过程理论和实践证明，增长料筒内表面摩

擦系数可提高塑料输送能力，因而，挤出机料筒加料段内开设纵向沟槽和接近加料口一段料筒内壁做成锥形。

③分流板、过滤网

在料筒和口模连接处设立分流板（又称多孔板）和过滤网，其作用是使物料流由旋转运动变为直线运动，制止杂质和未塑化物料通过并增长料流背压，使制品更加密实。

其中分流板还起支撑过滤网作用，但在挤出RPVC等粘度大而稳定性差塑料时，普通不用过滤网。

分流板与螺杆头部应有恰当距离，距离过大，易导致物料积存，导致热敏性塑料分解；距离过小料流不稳定，影响制品质量。

普通为0.1D。

当制品质量规定较高压力时，如生产电缆、透明制品、薄膜、单丝等普通应设立过滤网。

2.1.1.4机头和口模

机头是口模与料筒之间过渡某些，其长度和形状取决于物料种类、制品形状、加热方式及挤出机大小形式等。

口模是制品横截面成型部件，它是用螺栓或其她办法固定在机头上，如果口模和机头是一种整体，普通就统称为机头。

机头和口模构造与否合理，对制品产量和质量影响很大，其尺寸依照加工经验和流变学知识来拟定。

决定一种口模好坏基本因素有四个：

内部流道长度；流道呈流线型；口模材料；加热均匀性。

①从工艺角度提出某些应注意事项：

（A）口模定型某些是决定制品横截面重要部件，料流不能紊乱，流道要有足够长度以使料流产生相称压力，从而保证制品密实并消除拼缝线；也不要太长，否则会减少产量，普通，定型某些长度（L）与其缝隙宽度（T）之间比值L/T=8~30

（B）过渡某些流道应尽量平滑，使其呈流线型，以免物料在流道中停留而分解。

（C）机头和口模应有足够刚度，以免在工作压力下使流道变形，在机头构造上应有能调解周边流率分布装置，以保证制品尺寸。

2.2双螺杆挤出机

2.2.1双螺杆挤出机应用：

用于混炼、造粒、粉料直接挤出以及玻璃纤维或其她填料填充增强改性等方面。

2.2.2双螺杆挤出机类型及工作原理

啮合型

①两根螺杆相对位置

非啮合型

同向旋转

②螺杆旋转方向

反向旋转

2.2.3啮合型双螺杆挤出机工作特点：

①在单螺杆挤出机中，物料重要靠物料与料筒内壁和螺杆间摩擦力之差向前输送。

但啮合型双螺杆挤出机在低转速下，具备高输送能力，在较高温度和较大摩擦因数范畴内具备可控性且能拟定挤出速率，产生较少摩擦热，容许低温操作，物料滞留时间短，动力规定较低并具备较强进料能力。

由于双螺杆挤出机具备低温挤出特点，在热敏性塑料聚氯乙烯加工中应用越来越多。

（A）反向旋转全啮合双螺杆挤出机中，两根螺杆互相啮合，在啮合处一根螺杆螺纹插入另一根螺杆螺槽中，使其在物料输送过程中不会产生倒流或滞流，无论螺槽与否添满，输送速度基本保持不变，具备较大强制输送性。

同步，螺杆啮合处对物料剪切过程使物料表层得到不断地更新，增进了排气效果。

（B）全啮合同相旋转双螺杆，物料方向从一根螺杆转向另一根螺杆。

使物料呈“∞”形迈进，从而使料流方向不断得到变化，有助于物料混合和均化，同步能刮去各种积料，使螺杆得到自洁，故惯用于混料，造粒等。

2.3单、双螺杆挤出机性能比较

①双螺杆挤出机是靠正位移原理输送物料，没有压力回流（逆流），挤出量与机头压力几乎没关于系。

②物料在双螺杆中停留时间短，由于表面更新作用，排气性能优秀。

生产能力高。

③具备良好剪切、混合性能，使物料得到热量及时均化，加速物料塑化速度，减少料温波动，可提高挤出物产量和质量。

料一经进入螺杆，及时被强制地向前推动，物料无后退、打滑余地，易发生超载、停转事故。