挤出成型技术

挤出成型加工技术 1 主要内容概述单螺杆挤出机基本结构及作用挤出成型原理挤出机的发展 2 挤出成型是使高聚物熔体 或粘性流体 在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型 制品为具有恒定断面形状的连续型材 用于挤出塑料制品 如管材 片材 各种异型材以及塑料和其它材料的复合物等 也常用于塑料的着色 混炼 塑化 造粒及塑料的共混改性等 橡胶挤出 压出合成纤维 螺杆挤出纺丝塑料挤出 主要以热塑性塑料为主 概述 3 1挤出成型的特点 1 操作简单 工艺易控 可连续化 工业化 自动化生产 生产效率高 应用范围广 2 挤出 吹塑成型 中空吹塑制品挤出 拉幅成型 双轴拉伸薄膜 3 产品形状多样 4 设备简单 投资少 占地面积小 4 2挤出成型基本过程 1 塑化 在挤出机内将固体塑料加热并依靠塑料之间的内摩擦热使其成为粘流态物料 2 成型 在挤出机螺杆的旋转推挤作用下 通过具有一定形状的口模 使粘流态物料成为连续的型材 3 定型 用适当的方法 使挤出的连续型材冷却定型为制品 5 挤出成型工艺流程 加料 在螺杆中熔融塑化 机头口模挤出 定型 冷却 牵引 切割 卷曲 6 3挤出成型设备螺杆式挤出机 连续成型 用途最多 柱塞式挤出机 间歇成型 一般不用 单螺杆单螺杆挤出机螺杆式挤出机双螺杆双螺杆挤出机多螺杆行星螺杆挤出机其中以单螺杆最常用 也较为简单 7 柱塞式挤出机借助柱塞的推挤压力 将事先塑化好的或由挤出机料筒加热塑化的物料从机头口模挤出成型的 物料被挤完后柱塞退回 再进行下一次操作 挤出机对物料没有搅拌混合作用 挤出机能够产生较大的压力 一般来说 其操作是间歇进行 物料的塑化程度和均匀性不如螺杆式挤出机 因此应用范围受限制 适用于聚四氟乙烯 超高相对分子质量聚乙烯等塑料的挤出 8 螺杆式挤出机借助螺杆旋转时螺纹所产生的推动力将物料推向口模 这种挤出机中通过螺杆强烈的剪切作用 促进物料的塑化和均匀分散 同时使挤出过程连续进行 因此可以提高挤出制品的质量和产量 适用于绝大多数热塑性塑料的挤出 9 传动系统挤出系统 挤出成型系统的关键部分加料装置 料筒 螺杆 机头 口模加热系统 采用电阻丝加热 也可电感应加热 蒸汽或油加热 冷却系统 空冷或水冷 其作用是防止进料口处的物料过热发粘 出现搭桥现象 使物料供料不足 另外在紧急停车时 避免物料过热降解 单螺杆挤出机基本结构及作用 10 11 加料装置及作用有些加料斗还配备真空装置或加热装置 以便防止物料从空气中吸收水分 有些料斗有振动搅拌器 并能自动上料与加料 料斗底部有冷却夹套 防止 架桥 主要是指料斗 大多数设备用的加料斗是圆锥形的 其容量至少要求能容纳1h的用料 底部有截断装置 以便调整和切断料流 侧面有玻璃视镜和标定计量的装置 12 料筒作用 输送 塑化 压缩工作温度 180 290 压力 55MPa设有分段加热和冷却装置制造材料 耐磨 耐腐蚀 高强度的合金钢等料筒除了可以用45号钢 40Cr 38CrMoAL外 还可以用铸钢和球墨铸铁制造 带衬套的加料段可以用优质铸铁制成 13 螺杆 1 作用 输送 挤压 剪切 2 用耐热 耐腐蚀 高强度的合金钢制作 3 表面高硬度 高光洁度 4 转速10 120rpm 无级变速 14 1螺杆的结构 15 如下图 16 表征螺杆结构的基本参数 螺杆直径D Db 螺杆外径Ds 螺杆根径D 螺杆平均直径螺杆长度L L 螺杆有效工作部分长度L1 加料段长度L2 压缩段长度L L1 L2 L3L3 均化段长度螺杆长径比L D 17 2螺杆的几何参数 1 螺杆直径DS外径 30 300mm之间 常见 60 150mm 2 螺杆的长径比一般15 25 以25居多 最大可达45小 对塑料的混合和塑化不利大 改善塑料的温度分布 混合均匀 减少挤出时的漏流和逆流 提高挤出机的生产能力 适应性强 可用于多种塑料的挤出 过大 热敏性塑料因受热时间太长而容易分解 螺杆的自重增加 制造和安装都困难 挤出机的功率消耗增大 18 3 螺杆的压缩比A定义 加料段第一个螺槽容积 均化段最后一个螺槽容积 表示物料通过螺杆的全过程被压缩的程度一般是2 5获得方法 采用等距变深 等深变距 变深变距螺槽 4 螺槽深度H决定塑料的塑化及挤出效率小 剪切速率高 利于传热和塑化 但挤出生产效率低热敏性塑料 深槽螺杆热稳定性较高 熔体粘度低 浅槽螺杆H1 0 1DSH3 0 02 0 06DS 19 5 螺旋角 10 30 定义 螺纹与螺杆横截面之间的夹角 大 挤出机的生产能力提高 但螺杆对塑料的剪切挤压作用减小 10 30 实验证明 30 适合细粉状物料 均化段的挤出产率提高 15 适合方块状物料 17 适合圆柱状物料常用螺杆的 17 7 20 6 螺杆与料筒的间隙 大 生产效率低 剪切作用小 不利于热传导 不利于物料的熔融和混合 小 剪切作用大 容易引起物料热力学降解小直径螺杆 0 005DS大直径螺杆 0 002DS 0 1 0 65mm 21 3螺杆的作用连续稳定地运输 固体 熔体 熔融 塑化 固体 熔体 混合 均化 温度 组成分布均匀 增压 有利于排气 传热 使制品密实 22 1 加料段L1 固体输送段 作用 加热送来的物料并输送到压缩段 2 压缩段L2 熔融段 作用 挤出和剪切加料段送来的物料 加热物料使其转变为熔融体 赶走塑料中的空气及其它挥发成分 增大塑料的密度 无定形塑料 熔融温度范围宽 渐变螺杆结晶型塑料 熔融温度范围窄 突变螺杆 3 均化段 计量段 作用 将塑化均匀的物料在均化段螺槽和机头回压作用下进一步搅拌塑化均匀 并定量定压的通过机头口模挤出成型 一般无压缩作用 23 4螺杆的形式普通螺杆 采用等距变深 等深变距 变深变距螺槽高效专用螺杆 L DS大 熔融效率低 塑化混合均匀 24 机头和口模 1 使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动 并稳定地导入口模而成型 2 产生回压 使物料进一步均化 提高制品质量 3 产生必要的成型压力 获得结构密实和形状准确的制品 25 粗滤器 过滤网作用 使物料流由旋转运动变为直线运动 阻止杂质和未塑化物料通过并增加料流背压 使制品更加密实 其中粗滤器还起支撑过滤网的作用 但在挤出硬聚氯乙烯等粘度大而稳定性差时 一般不用过滤网 26 其它辅助设备挤出机辅助设备大致可分为以下三类 1 挤压前物料处理的设备 如预热 干燥等 一般用于吸湿性塑料 干燥设备有烘箱或沸腾干燥器等 有的干燥设备直接设置在加料斗上 2 挤出物的处理设备如用作冷却 牵引 卷取 切断和检验设备 3 控制生产条件的设备指各种控制仪表 如温度控制器 电动机启动装置 电流表 螺杆转数表和测定机头压力的装置等 27 挤出成型原理根据塑料在挤出机中的物理状态变化和流动行为 建立了固体输送理论熔化理论熔体输送理论 28 1 正流Qv D塑料熔体在料筒和螺杆之间沿着螺槽方向朝机头方向的流动 它是由旋转螺杆的挤压所造成的 其体积流量用Qv D表示 2 逆流Qv p其流动方向与正流相反 它是由机头 多孔板 过滤板等阻力引起的压力梯度所造成 又称为压力倒流 其体积流率以Qv p表示 29 3 横流Qv T它是熔体沿着垂直于螺纹壁的流动 它使物料在螺槽内产生翻转运动 而形成环流 它对挤出量的影响可忽略 但对挤出过程中熔体的混合和热交换作用却很大 4 漏流Qv L由于压力梯度在螺杆与料筒间隙处所形成的倒流 其方向是沿着螺杆的轴向 其体积流率Qv L表示 根据流动分析 影响挤出机生产能力的是正流 逆流 漏流 横流对挤出量没有影响挤出机的生产能力表示为Qv Qv D Qv p Qv L 30 影响挤出机生产率的因素1 机头压力当机头压力 p 0可获最大挤出量当机头口模封闭时无挤出量机头最大压力降 31 2螺杆转速机头和螺杆的尺寸一定时 挤出量与螺杆转速成正比 3螺杆几何尺寸生产率qv 螺杆直径D2正流qvD 螺槽深度Hqvp H3 32 4物料温度温度的变化直接影响物料的粘度 从我们前面推导出的公式来看 Q与 无关 在机头