第2章_塑料挤出机2

1、 通过本章的学习，应掌握挤出机的基通过本章的学习，应掌握挤出机的基本组成结构及部分的功能、特点；熟知挤本组成结构及部分的功能、特点；熟知挤塑机的工作过程及工作原理；掌握常用挤塑机的工作过程及工作原理；掌握常用挤塑产品的挤塑辅机的结构组成及特点。了塑产品的挤塑辅机的结构组成及特点。了解新型挤塑机组的结构、特点及作用。解新型挤塑机组的结构、特点及作用。学习要求学习要求第四章第四章 塑料挤出机塑料挤出机一、挤出成型过程一、挤出成型过程第一节第一节 挤出成型工作原理及挤出机组组成挤出成型工作原理及挤出机组组成l挤出成型挤出成型：是塑料成型加工的重要成型方法之一。是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分

2、大部分热塑性塑料热塑性塑料和和橡胶橡胶都能用此法进行加工。都能用此法进行加工。 l应用应用：如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆等如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆等l热固性塑料热固性塑料：仅限于少数几种塑料，且挤出制品的仅限于少数几种塑料，且挤出制品的种类也有限。种类也有限。 l挤出过程：分为两个阶段：挤出过程：分为两个阶段：第一个阶段第一个阶段是使固态塑料塑化是使固态塑料塑化( (即变成粘即变成粘性流体性流体) )并在加压情况下使其通过特殊形状的并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面口模而成为截面与口模形状相仿的连续体与口模形状相仿的连续体；第二阶段第二阶段则是用适当的处理方法使挤出则是

3、用适当的处理方法使挤出的连续体失去塑性状态而的连续体失去塑性状态而变为固体变为固体，即得所，即得所需制品。需制品。l塑化的方式：塑化的方式：挤出工艺可分挤出工艺可分干法干法和和湿法湿法两种两种 ：干法的塑化是靠加热干法的塑化是靠加热将塑料变成熔体，将塑料变成熔体，而塑化和加压可在同一个设备内进行。而塑化和加压可在同一个设备内进行。 湿法的塑化湿法的塑化则是则是用溶剂将塑料用溶剂将塑料充分充分软软化化，因此塑化和加压必须分为两个独立的，因此塑化和加压必须分为两个独立的过程，而且定型处理必须采用比较麻烦的过程，而且定型处理必须采用比较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。溶剂脱除，同时还得考虑溶

4、剂的回收。 l加压方式：加压方式：分为连续和间歇两种。分为连续和间歇两种。连续式所用设备为螺杆挤出机。连续式所用设备为螺杆挤出机。间歇式为柱塞式挤出机。柱塞式挤出机间歇式为柱塞式挤出机。柱塞式挤出机的主要部件是一个料筒和一个由液压操纵的的主要部件是一个料筒和一个由液压操纵的柱塞。柱塞。l螺杆数量螺杆数量单螺杆挤出机单螺杆挤出机，使用最多；，使用最多；双螺杆挤出机双螺杆挤出机，使用比较多；，使用比较多；多螺杆挤出机多螺杆挤出机，兼有塑炼功能，使用不多。，兼有塑炼功能，使用不多。 l挤出成型的特点挤出成型的特点1 1、因成型过程是连续的，所以因成型过程是连续的，所以生产过程是连续的，生产过程是连续

5、的，；可连续化生产可连续化生产2 2、 生产效率高；生产效率高；3 3、 应用范围广，应用范围广，能生产管材、棒材、板材、薄膜、能生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材，以及中空制品等；单丝、电线、电缆、异型材，以及中空制品等；4 4、 投资少，收效快投资少，收效快 。5 5、设备结构简单，易操作。、设备结构简单，易操作。u挤出成型在挤出机上进行挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加工挤出机是塑料成型加工的重要设备之一。的重要设备之一。二、二、 挤出机的组成与分类挤出机的组成与分类 为使成型过程得以进行，一台挤出机一为使成型过程得以进行，一台挤出机一般由下列各部分组成：般由下

6、列各部分组成：1.1.主机主机2.2.辅机辅机3.3.控制系统控制系统 1 1、主机、主机 挤压系统：挤压系统： 主要由料筒和螺杆组成。主要由料筒和螺杆组成。塑料通过挤压系统而塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立的压力塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立的压力下，被螺杆连续地定压、定量、定温地挤出机头。下，被螺杆连续地定压、定量、定温地挤出机头。 l 传动系统：传动系统： 它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。 l 加热冷却系统：加热冷却系统： 其功用是通过对料筒（或螺杆）进行加热和冷却，保证其功用是通过对料筒（或螺杆）进行加热和冷却

7、，保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。成型过程在工艺要求的温度范围内完成。l 加料系统加料系统2 2、辅机、辅机 机头（口模、芯架等）：机头（口模、芯架等）：它是制品成型的主要部它是制品成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。 定型装置：定型装置：它的作用是将从机头中挤出的塑料的它的作用是将从机头中挤出的塑料的既定形状稳定下来并对其进行精整，从而得到既定形状稳定下来并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光亮的表面。更为精确的截面形状、尺寸和光亮的表面。通常通常采用冷却和加压的方法达到这一目的。采用冷却和加压的方法达到这

8、一目的。 冷却装置：冷却装置：由定型装置出来的塑料在此得到充分由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最终的形状和尺寸。的冷却，获得最终的形状和尺寸。 牵引装置：牵引装置：其作用为均匀地牵引制品。并对制品其作用为均匀地牵引制品。并对制品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。3 3、控制系统（检测和控制）、控制系统（检测和控制） 控制系统：控制系统：它由各种电器、仪表和执行机构组成。它由各种电器、仪表和执行机构组成。可控制挤出机的主机、辅机的拖动电机、驱动油可控制挤出机的主机、辅机的拖动电机、驱动油泵、油（汽）缸和其它各种执行机构按所需的功泵、油

9、（汽）缸和其它各种执行机构按所需的功率、速度和轨迹运行，以及率、速度和轨迹运行，以及检测、控制检测、控制主辅机的主辅机的温度、压力、流量，温度、压力、流量，最终实现对整个挤出机组的最终实现对整个挤出机组的自动控制和对产品质量的控制。自动控制和对产品质量的控制。 我们一般称由以上各部分组成的挤出装置为我们一般称由以上各部分组成的挤出装置为挤出机组。挤出机组。 按工作原理分按工作原理分螺杆式螺杆式无螺杆式无螺杆式单螺杆式单螺杆式双螺杆式双螺杆式普通型普通型高速自热型高速自热型按排气状况分按排气状况分排气式排气式非排气式非排气式4、 挤出机的分类挤出机的分类按用途分按用途分造粒挤出机造粒挤出机超高分

10、子量挤出机超高分子量挤出机混炼挤出机混炼挤出机按安装位置分按安装位置分立式挤出机立式挤出机卧式挤出机卧式挤出机目前用的最广泛的是卧式单螺杆和双螺杆挤出机。目前用的最广泛的是卧式单螺杆和双螺杆挤出机。本章重点介绍本章重点介绍卧式单螺杆非排气式挤出机卧式单螺杆非排气式挤出机( (一一) ) 单螺杆挤出机的主要参数单螺杆挤出机的主要参数 单螺杆挤出机的性能特征通常用以下几个主要单螺杆挤出机的性能特征通常用以下几个主要技术参数表示：技术参数表示： 螺杆直径：螺杆直径：指螺杆外径，用指螺杆外径，用D D表示，单位毫米。表示，单位毫米。( (美国美国max750mm)max750mm) 螺杆长径比：螺杆长

11、径比：用用L LD D表示。其中表示。其中L L为螺杆的有效长为螺杆的有效长度，即有螺纹部分的长度（工艺上将度，即有螺纹部分的长度（工艺上将L L定义为由加定义为由加料口中心线到螺纹末端的长度），料口中心线到螺纹末端的长度），D D为螺杆直径。为螺杆直径。 螺杆的转数范围：螺杆的转数范围：用用n n表示表示, ,单位单位r/minr/min。 驱动电机功率：驱动电机功率：用用P P表示，单位千瓦。德国表示，单位千瓦。德国500-500-3600kw 600-5000kw3600kw 600-5000kw 料筒加热功率：料筒加热功率：用用E E表示，单位千瓦。表示，单位千瓦。 挤出机生产率：挤出

12、机生产率：用用Q Q表示，单位公斤小时。表示，单位公斤小时。 机器的中心高：机器的中心高：用用H H表示，指螺杆中心线到地面的表示，指螺杆中心线到地面的高度。单位毫米。高度。单位毫米。 机器的外形尺寸机器的外形尺寸: :长、宽、高。单位毫米。长、宽、高。单位毫米。 螺杆的主要结构参数螺杆的主要结构参数： D：螺杆外径；：螺杆外径； d：螺杆根径；：螺杆根径； L：螺杆长度；：螺杆长度； ：螺距；：螺距； ：螺槽宽度；：螺槽宽度； /D：长径比：长径比 ：螺纹宽度：螺纹宽度 ； ：螺槽深度；：螺槽深度； ：螺旋角；：螺旋角； 23挤出机的型号表示方法：挤出机的型号表示方法： SJ -SJ - -

13、 -/ / 第第1 1位：类代号（位：类代号（SJSJ：塑料挤出机）：塑料挤出机）第第2 2位：字母，品种代号（位：字母，品种代号（Z Z：造粒机）：造粒机）第第3 3位：规格参数，即螺杆直径位：规格参数，即螺杆直径第第4 4位：规格参数，即螺杆长径比位：规格参数，即螺杆长径比第第5 5位：字母，机器结构或参数改进后的标记。位：字母，机器结构或参数改进后的标记。SJSJ30/25B30/25B 表示挤出机；表示挤出机；3030：表示螺杆直径；：表示螺杆直径；2525：表示：表示螺杆长径比；螺杆长径比；B B：表示机器结构或参数改进后标志。：表示机器结构或参数改进后标志。SJWSJW250/10

14、 250/10 螺杆直径螺杆直径250mm250mm长径比为长径比为1010的塑料挤出喂料机。的塑料挤出喂料机。SJZ SJZ 90/2090/20 表示螺杆直径表示螺杆直径90mm90mm长径比为长径比为2020的塑料挤出造粒的塑料挤出造粒机。机。第二节第二节 挤出成型理论简介挤出成型理论简介螺杆螺杆 1 1. .螺杆的作用：螺杆的作用： a.对物料进行输送和加压； b.混合、加热、塑化； c.定温、定量、定压挤出。 2.螺杆形状螺杆形状 a.渐变形螺杆：螺槽容积是逐渐变小。分为渐变形螺杆：螺槽容积是逐渐变小。分为等等 距不等深螺杆和等深不等距螺杆。这种螺杆压缩距不等深螺杆和等深不等距螺杆。

15、这种螺杆压缩段较长，螺槽深度逐渐变浅主要用于加工非晶型塑段较长，螺槽深度逐渐变浅主要用于加工非晶型塑料，如料，如PVC。 b.突变形螺杆：螺槽容积是突然变小。压缩突变形螺杆：螺槽容积是突然变小。压缩段较短，螺槽深度变化较大。主要用于加工结晶型段较短，螺槽深度变化较大。主要用于加工结晶型塑料，塑料，PP、PE、PA。 2、螺杆的分段及各段的功能：、螺杆的分段及各段的功能： 一般螺杆分为三段，即一般螺杆分为三段，即加料段加料段（供料段）（供料段） 压缩段压缩段（熔化段）（熔化段） 均化段均化段（计量段）（计量段）加料段（固体输送段）：加料段（固体输送段）：靠近料斗附近靠近料斗附近 作用：作用：使塑

16、料受热前移，将料斗供给的物料使塑料受热前移，将料斗供给的物料送往压缩段。送往压缩段。 物料特征：物料特征：固态固态 结构：结构：等距等深等距等深(0.10-0.15D)，长度据情况而，长度据情况而定定(L1=4-8D)。要求：要求：固体输送能力应稍高于或等于熔融固体输送能力应稍高于或等于熔融段或均化段的工作能力。段或均化段的工作能力。 压实固体颗粒或粉料，排出气体减压实固体颗粒或粉料，排出气体减少固体间的缝隙，有利于传热。少固体间的缝隙，有利于传热。压缩段（熔融段）：压缩段（熔融段）：螺杆中部一段（螺杆中部一段（L2=3-15D） 作用：作用： 加热熔化；加压压实物料；加热熔化；加压压实物料；

17、 排除空气。排除空气。物料状态：物料状态：液相、固相共存液相、固相共存 要求：要求：物料得到进一步压缩，排出气体和挥发物；物料得到进一步压缩，排出气体和挥发物；完成由松散料转变成熔体的变化。完成由松散料转变成熔体的变化。均化段均化段(计量段）：计量段）：螺杆最后一段螺杆最后一段 作用：作用：使熔体塑化均匀；使料流定量、定压、定温使熔体塑化均匀；使料流定量、定压、定温挤出。挤出。 物料特征：物料特征：液态液态 结构：结构：等距等深等距等深(H3=0.02-0.06D)，长度据情况而定，长度据情况而定(L3=6-10D)。一一. . 固体输送理论固体输送理论(solid convey)(solid

18、 convey) 由由Darnell和和Mol建立建立 基本假设基本假设 螺槽中的物料像固体塞子一样移动，且密度不变，塞子与所有面都接触，螺槽为等深矩形，并忽略螺棱与料筒间隙，料筒相对螺杆转动，螺杆不动。固体输送理论 图中： Vb料筒运动线速度， Vb=D n Vp料塞沿螺纹方向的速度 Vbp料塞相对料筒的速度差，Vbp=Vb-Vp 可求得：tgtgtgtgVVbpl固体输送理论)eWW(tgtgtgtg)hD(DnhQ112s经推导可得：经推导可得：3.讨论讨论1.n： Qsn，提高转速可增大产量。但实际中，提高转速可增大产量。但实际中， n增大增大一倍，一倍，Qs不一定增加一倍。原因是：不

19、一定增加一倍。原因是： n ，摩擦力，摩擦力，温度温度而影响摩擦系数，而影响摩擦系数，也就影响到也就影响到Qs。 2.h1、D QsD ，增加螺杆直径，增加螺杆直径，Qs增加。增加。 Qsh1螺杆外径一定时，增加加料段螺槽深度有利螺杆外径一定时，增加加料段螺槽深度有利于提高于提高Qs。)eWW(tgtgtgtg)hD(DnhQ112s3.讨论3.固体输送角固体输送角 Qs tg tg/(tg+ tg) Qs tg/(tg/tg) +1 若，则tg，而(tg/tg)， (tg/tg)+1 ，即Qs。 Qs)eWW(tgtgtgtg)hD(DnhQ112s Qs与与关系密切，关系密切，= 0， Q

20、s= 0， = 90， Qs= Qsmax，摩擦条件，摩擦条件的的影响影响，090其他主要结论：l 要获得大的输送率需要光滑的螺杆表面和轴向摩要获得大的输送率需要光滑的螺杆表面和轴向摩擦力很小而且切向摩擦力很大的料筒内表面；擦力很小而且切向摩擦力很大的料筒内表面；l 固体输送区的功率消耗主要消耗在料筒上，主要固体输送区的功率消耗主要消耗在料筒上，主要由物料和料筒间的打滑引起；由物料和料筒间的打滑引起；l 在固体输送区及早建立压力有利于挤出，即：早在固体输送区及早建立压力有利于挤出，即：早压实、不松散，有利于物料沿螺槽运动；压实、不松散，有利于物料沿螺槽运动；l 物料的性质、几何形状，对物料的性

21、质、几何形状，对Qs、压力、料温有直、压力、料温有直接影响；接影响；l 典型应用：在料筒加料段内壁开纵向沟槽（带锥典型应用：在料筒加料段内壁开纵向沟槽（带锥度），并对此段进行强力冷却。度），并对此段进行强力冷却。二、熔融理论二、熔融理论 研究时间不长，仍处于发展期 目的： 指导螺杆熔融区的设计 预测挤出机的最佳工作条件 理论基础： 由Madock和Street所作的大量试验 后期由Tadmor和Klein建立起熔融理论 实验原理：实验原理： 将着色物料与本色物料混合挤出，稳定后将着色物料与本色物料混合挤出，稳定后快速停车并骤冷料筒和螺杆，抽出螺杆后，快速停车并骤冷料筒和螺杆，抽出螺杆后，将不同

22、螺距处塑料沿垂直螺棱的方向切片观将不同螺距处塑料沿垂直螺棱的方向切片观察察 观察结果：观察结果： 到第七螺距，出现熔膜到第七螺距，出现熔膜 到第九螺距，出现熔池到第九螺距，出现熔池 到第二十螺距，全部熔融到第二十螺距，全部熔融基本假设基本假设 1966年Todmol（塔莫尔）根据马多克理论建立了数学模型，使熔融理论发展到理论计算。基本假设 ： a.熔化过程是稳定的过程； b.固相是连续的均质体，而且螺槽的横截面为矩形； c.塑料的熔融温度范围很窄，因此固相与液相分界面很明显； e. 热量只在螺槽深度方向传导，忽略其它方向的热传导和对流； f. 固体的熔化只是在界面处进行，熔池对固体的传热忽略不

23、计； g. 固体床以恒定的速度Vsy进入界面； h. 固体床在Y方向上无限深； i. 其它所有物理性能都是常数。实验解释：实验解释： 物料物料压成固体床压成固体床 与料筒接触处升温与料筒接触处升温 形形成熔膜成熔膜 到一定厚度被螺棱刮下到一定厚度被螺棱刮下 形成熔形成熔池池 与熔池接触的粒子熔融与熔池接触的粒子熔融 熔池扩大熔池扩大 完全熔融完全熔融 熔融区从开始熔融区从开始熔融到固体床熔融到固体床消失的总长度消失的总长度 就是熔融区。就是熔融区。固体床在螺槽中的分布计算公式计算公式 其中：其中：A=(hA=(h1 1-h-h3 3)/L2)/L2)2(1AHZTWXHGW10)(2/)(22

24、smSjmbmbxTTCvTTkv主要结论：主要结论： 工艺条件、螺杆几何参数、物料性能都有影响。具体表现在： 挤出量的增加使熔融变慢，产品品质变差。故生产中：n增加时，同时增加背压，控制G的增加；提高Tb和Ts有利于加速熔融。 增大渐变度、减小间隙，有助于加速熔融 比热容小、导热系数大、密度高、熔融潜热和熔融温度低的塑料熔融较快三、熔体输送理论 基本假设：基本假设： 进入均化段的物料已全部熔融进入均化段的物料已全部熔融 螺槽为矩形等深螺槽，且螺距不变螺槽为矩形等深螺槽，且螺距不变 螺杆不转，料筒反转螺杆不转，料筒反转 流动方式：流动方式： 正流正流 逆流逆流 横流横流 漏流漏流计算公式计算公

25、式 均化段的生产率（即挤出机的生产率）为：均化段的生产率（即挤出机的生产率）为： Q = Qz Qp Ql 由流体力学可以导出：由流体力学可以导出：cossin21322nhDQz)(12sin1231233ppLDhQp)(10123322022ppLetgDQl主要结论：主要结论： 提高提高D、n、L3、e3，减小减小，可提高生产率可提高生产率 出口压力高、熔体粘度小、逆流和漏流增大出口压力高、熔体粘度小、逆流和漏流增大 均化段螺槽深度的影响，分两种情况：均化段螺槽深度的影响，分两种情况： 出口压力高时，因为逆流较大，降低出口压力高时，因为逆流较大，降低h3有利于有利于提高生产率提高生产率

26、 出口压力低时，逆流影响较小，提高出口压力低时，逆流影响较小，提高h3有利于有利于提高生产率提高生产率 生产应用：品质要求高时生产应用：品质要求高时，一般一般p2大大，最好用浅螺最好用浅螺槽螺杆；一般品质时，可减小多孔板和过滤网的阻槽螺杆；一般品质时，可减小多孔板和过滤网的阻力，以提高生产率力，以提高生产率四、挤出机综合工作点四、挤出机综合工作点（一）螺杆特性线（一）螺杆特性线 对给定螺杆，对给定螺杆，、为常数为常数 挤出稳定后，温度、挤出稳定后，温度、n n、均不变均不变 说明：挤出量说明：挤出量Q Q与机头压力与机头压力p p为直线关系为直线关系 转速转速n n增加，曲线平行向上平移增加，

27、曲线平行向上平移pnppnQ)(2121 公式公式Q = Qz Qp Ql可改写为：可改写为：QmP螺杆特性线螺杆特性线Q（二）口模特性线（二）口模特性线 一般给定口模，一般给定口模，k 即为常数即为常数pkQ由流体力学，可知：由流体力学，可知：螺杆、口模特性已知，螺杆、口模特性已知，N选定后，可找出挤出机工选定后，可找出挤出机工作点作点C当螺杆或口模改变一项，当螺杆或口模改变一项，C点改变，可得到点改变，可得到相应的熔体输送速率和机头压力。相应的熔体输送速率和机头压力。（三）挤出机工作综合工作点（三）挤出机工作综合工作点挤出机工作曲线挤出机工作曲线 螺杆是挤出机的关键性部件。通过它螺杆是挤出

28、机的关键性部件。通过它的转动，料简内的塑料才能发生移动，得的转动，料简内的塑料才能发生移动，得到增压和部分的热量到增压和部分的热量( (摩擦热摩擦热) )。螺杆的几。螺杆的几何参数，诸如直径、长径比、各段长度比何参数，诸如直径、长径比、各段长度比例以及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均例以及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均有重大的影响有重大的影响 ，一般螺杆的结构如图所示。，一般螺杆的结构如图所示。2.1.3 2.1.3 螺杆的主要参数螺杆的主要参数1 1 螺杆的直径螺杆的直径(D)(D)和长径比和长径比(L(LD) D) 螺杆直径是螺杆基本参数之一。使用时，它螺杆直径是螺杆基本参数之一。使用时，它

29、是根据所制制品的形状大小及需要的生产率是根据所制制品的形状大小及需要的生产率来决定的。来决定的。表征螺杆特性的另一重要参数是螺杆的有效表征螺杆特性的另一重要参数是螺杆的有效长度长度(L)(L)与其直径之比，即长径比与其直径之比，即长径比(L(LD)D)。2 2 螺杆各段的作用螺杆各段的作用 按塑料在螺杆上运转的情况可分为送料、熔按塑料在螺杆上运转的情况可分为送料、熔化和计量三个区域化和计量三个区域 。 加（送）料段加（送）料段 自塑料入口向前延伸一段的自塑料入口向前延伸一段的距离距离( (视挤出机的情况不同可有视挤出机的情况不同可有2 210D10D的变化的变化) )为为送料段。送料段。 熔化

30、段熔化段( (压缩段压缩段) ) 螺杆中部的一段为熔化段。螺杆中部的一段为熔化段。 计量段计量段( (均化段均化段) ) 螺杆的最后一段为计量段。螺杆的最后一段为计量段。很明显，为了取得最好的效果，挤压不同塑料，很明显，为了取得最好的效果，挤压不同塑料，三段长短与结构都应结合塑料的特性和所挤制品三段长短与结构都应结合塑料的特性和所挤制品的类型来考虑。的类型来考虑。 3 3 螺杆上的螺旋角螺杆上的螺旋角，螺旋角的大小与物料螺旋角的大小与物料的形状有关。物料的形状不同，对送料段的螺的形状有关。物料的形状不同，对送料段的螺旋角要求也不一样。旋角要求也不一样。 4 4 螺杆头部的形状螺杆头部的形状 ，

31、螺杆头部一般呈钝尖螺杆头部一般呈钝尖的锥形，借以避免物料在螺杆头部停滞过久而的锥形，借以避免物料在螺杆头部停滞过久而引起分解。引起分解。 5 5 螺槽深度、螺槽深度、 压缩比、螺纹螺距、螺纹深压缩比、螺纹螺距、螺纹深角、螺槽轴向宽度角、螺槽轴向宽度（P24)P24) 6 6 技术参数（技术参数（P25)P25)转动装置转动装置加料装置加料装置料筒料筒机头和口模机头和口模2.1.4 2.1.4 挤出机其它重要部分挤出机其它重要部分1传动装置传动装置 包括：电动机、减速机构和轴包括：电动机、减速机构和轴承等所组成。承等所组成。 要求：无级调速，良好的润滑系统，要求：无级调速，良好的润滑系统，迅速制

32、动的装置。常用体系：迅速制动的装置。常用体系：整流子电动机或直流电动机，它既是驱动装整流子电动机或直流电动机，它既是驱动装置，又是变速装置；置，又是变速装置； 常速电动机驱动的机械摩擦传动，如用皮带常速电动机驱动的机械摩擦传动，如用皮带传动或齿轮传动的无级变速装置；传动或齿轮传动的无级变速装置； 用电动机驱动油泵，将油送至液压马达，改用电动机驱动油泵，将油送至液压马达，改变泵的排油量从而改变挤出机螺杆转速。变泵的排油量从而改变挤出机螺杆转速。2 2加料装置加料装置 供料的形式有粒状、粉状和带状等供料的形式有粒状、粉状和带状等几种。加料装置一般都采用加料斗，料斗的容量至几种。加料装置一般都采用加

33、料斗，料斗的容量至少应能容纳一小时的用料。加料斗内应有切断料流、少应能容纳一小时的用料。加料斗内应有切断料流、标定料量和卸除余料等。上料装置。标定料量和卸除余料等。上料装置。3 3料筒料筒 料筒是挤出机主要部件之一，塑料的塑料筒是挤出机主要部件之一，塑料的塑化和加压过程都在其中进行。挤压时料简内的压力化和加压过程都在其中进行。挤压时料简内的压力可达可达5555兆帕，工作温度一般为兆帕，工作温度一般为180250180250，因此料，因此料筒可看作是受压和受热的容器。筒可看作是受压和受热的容器。另外，一般挤出机在料筒和机头之间还设有粗滤器，另外，一般挤出机在料筒和机头之间还设有粗滤器，它是由带孔

34、的合金钢板制成的，主要作用是使塑料它是由带孔的合金钢板制成的，主要作用是使塑料由旋转流动变为平直流动，且沿螺杆方向形成压力，由旋转流动变为平直流动，且沿螺杆方向形成压力，增大塑化的均匀性，过滤塑料中可能混入的杂质增大塑化的均匀性，过滤塑料中可能混入的杂质( (这在挤压回料时可能性更大这在挤压回料时可能性更大) )和阻止未塑化的物料和阻止未塑化的物料进入机头进入机头 4 4机头和口模机头和口模 机头是口模与料筒之间的过机头是口模与料筒之间的过渡部分，其长度和形状随所用塑料的种类、制渡部分，其长度和形状随所用塑料的种类、制品的形状、加热方法及挤出机的大小和型式而品的形状、加热方法及挤出机的大小和型

35、式而定。定。口模是制品横截面的成型部件，它是用螺栓或口模是制品横截面的成型部件，它是用螺栓或其它方法固定在机头上的。如果口模和机头是其它方法固定在机头上的。如果口模和机头是一个整体，一般就统称为机头。一个整体，一般就统称为机头。机头和口模结构的好坏，对制品的产量和质量机头和口模结构的好坏，对制品的产量和质量影响很大。其尺寸都根据实践经验或流变学知影响很大。其尺寸都根据实践经验或流变学知识来确定。从工艺角度考虑识来确定。从工艺角度考虑 ：(1)(1)口模定型部分是决定制品横截面的重要部口模定型部分是决定制品横截面的重要部件件 (2)(2)过渡部分的流道应尽量平滑，使其呈流线过渡部分的流道应尽量平

36、滑，使其呈流线型，以免物料在流道中停滞而发生分解型，以免物料在流道中停滞而发生分解(3)(3)机头和口模应有足够的刚度，以免在工作机头和口模应有足够的刚度，以免在工作压力下使流道变形。压力下使流道变形。 2.1.52.1.5 挤出机的一般操作方法挤出机的一般操作方法 1 1、准备工作。、准备工作。 2 2、加热、加热( (提前小时提前小时) )。 3 3、上紧机头、上紧机头 （温度升高后紧固）。（温度升高后紧固）。 4 4、开车启动、开车启动 ，严格低速启动。，严格低速启动。 5 5、停车。、停车。将挤出机内的塑料尽可能挤完，以便下次操将挤出机内的塑料尽可能挤完，以便下次操作。挤压时应注意的安

37、全项目有：电、热、机械作。挤压时应注意的安全项目有：电、热、机械的转动和笨重部件的装卸等。的转动和笨重部件的装卸等。拆除时应先拆出螺杆，后拆料筒，而安装时拆除时应先拆出螺杆，后拆料筒，而安装时则应先装料筒，后装螺杆。则应先装料筒，后装螺杆。 2.2.1 2.2.1 挤出机工作过程与原理挤出机工作过程与原理 挤出机要达到稳定的产量和质量，一方面，沿螺挤出机要达到稳定的产量和质量，一方面，沿螺槽方向任一截面上的质量流率必须保持恒定且等于产槽方向任一截面上的质量流率必须保持恒定且等于产量，另一方面，熔体的输送速率应等于物料的熔化速量，另一方面，熔体的输送速率应等于物料的熔化速率。率。 否则否则. .

38、 T,P,QT,P,Q波动波动 因此，从理论上阐明挤出机成型过程三阶段因此，从理论上阐明挤出机成型过程三阶段固固体输送体输送、熔融熔融和和熔体输送熔体输送与与、和和之间的关系，无疑是有重要意义之间的关系，无疑是有重要意义的。的。 2.2 2.2 挤出螺杆设计挤出螺杆设计1 挤塑过程的三个主要参量及其波动挤塑过程的三个主要参量及其波动三个主要波动三个主要波动 温度及其波动温度及其波动 压力及其波动压力及其波动 产量及其波动产量及其波动 关系：互相制约、互相影响关系：互相制约、互相影响 原因：原因： 影响：影响： 三大挤塑理论和相应的数学模型计量段计量段( (均化段均化段) ) 熔化段熔化段( (

39、压缩段压缩段) )送料段送料段 2.2.固体输送理论固体输送理论 目前理论推导最为简单的是以固体对固体目前理论推导最为简单的是以固体对固体的摩擦力静平衡为基础的。的摩擦力静平衡为基础的。基本假设：基本假设： (1)(1)物料与螺槽和料筒内壁所有边紧密接触，物料与螺槽和料筒内壁所有边紧密接触，形成固体塞或固体床，并以恒定的速率移动；形成固体塞或固体床，并以恒定的速率移动； (2)(2)略去螺翅与料筒的间隙、物料重力和密度略去螺翅与料筒的间隙、物料重力和密度变化等的影响；变化等的影响； (3)(3)螺槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度的螺槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度的函数，摩擦系数与压力无关；函

40、数，摩擦系数与压力无关； (4)(4)螺槽中固体物料像弹性固体塞一样移动。螺槽中固体物料像弹性固体塞一样移动。 当螺杆转动一转当螺杆转动一转时，螺槽中固体时，螺槽中固体塞上的塞上的A A点移动点移动到到B B点，这时点，这时ABAB与螺杆轴向垂直与螺杆轴向垂直面的夹角为面的夹角为，此角常称为移动此角常称为移动角。角。 通过推导，可得固体输送速率通过推导，可得固体输送速率(Qs)(Qs)的计算公式为的计算公式为： 为了计算固体输送率为了计算固体输送率QsQs需要先知道移动角需要先知道移动角的大小。其值可按下式计算：的大小。其值可按下式计算： 211tantan()tantansbQnh D Dh

41、becossinKMQ Qs s: :固体传输率；固体传输率；n n：螺杆转速；螺杆转速；h h1 1：加料段落槽深度：加料段落槽深度D D：螺：螺杆直径杆直径：固体传输角；：固体传输角；b b：螺棱宽度；：螺棱宽度；：移动角（螺旋角）：移动角（螺旋角）M M：螺槽中力的合集：螺槽中力的合集对实践的指导意义 因为因为Qs与正切函数成正比，与正切函数成正比，所以正切函数最大时，输送量所以正切函数最大时，输送量也最大。从图中可见也最大。从图中可见1720度时，可以得到最大输送量。度时，可以得到最大输送量。 为获得最大的固体输送速率，可从为获得最大的固体输送速率，可从和和两个方面采取措施两个方面采取

42、措施 。1 1、从挤出机结构角度来考虑，增加螺槽深、从挤出机结构角度来考虑，增加螺槽深度是有利的，但会受到螺杆扭矩的限制。度是有利的，但会受到螺杆扭矩的限制。2 2、降低塑料与螺杆的摩擦系数、降低塑料与螺杆的摩擦系数(f)(f)也是有也是有利的，增大塑料与料筒的摩擦系数，也可利的，增大塑料与料筒的摩擦系数，也可以提高固体输送速率。以提高固体输送速率。 从输出工艺角度来考虑，关键是控制从输出工艺角度来考虑，关键是控制送料段料筒和螺杆的温度，因为摩擦系数送料段料筒和螺杆的温度，因为摩擦系数是随温度而变化的，一些塑料对钢的摩擦是随温度而变化的，一些塑料对钢的摩擦系数与温度的关系如图所示。系数与温度的

43、关系如图所示。 如果物料与螺杆之间的摩擦力是如此之大，如果物料与螺杆之间的摩擦力是如此之大，以致物料抱住螺杆，此时挤出量以致物料抱住螺杆，此时挤出量Qs和移动速度均和移动速度均为零，因为为零，因为0。这时物料不能向前进行，这就。这时物料不能向前进行，这就是常说的是常说的“不进料不进料”的情况的情况（）。如果。如果物料与螺杆之间的摩擦力很小，甚至可略而不计，物料与螺杆之间的摩擦力很小，甚至可略而不计，面对料筒的摩擦力很大，这时物料即以很大的移面对料筒的摩擦力很大，这时物料即以很大的移动速度前进，即动速度前进，即 900。如果料在筒内开有纵向。如果料在筒内开有纵向沟槽，迫使物料沿令沟槽，迫使物料沿

44、令 900方向前进，这是固体方向前进，这是固体输送速率的理论上限输送速率的理论上限（）。一般情况即。一般情况即是在是在00900范围。在挤出过程中，如果不能范围。在挤出过程中，如果不能控制物料与螺杆和料筒的摩擦力为恒定值，势必控制物料与螺杆和料筒的摩擦力为恒定值，势必引起移动角变化，最后造成产率波动。引起移动角变化，最后造成产率波动。 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计 螺杆、料筒、分流板和过滤网组成了挤出机的挤压螺杆、料筒、分流板和过滤网组成了挤出机的挤压系统。螺杆系统。螺杆为是挤压系统的重要部件，人们通常称为是挤压系统的重要部件，人们通常称之为挤出机的心脏。之为挤出机的心脏。 塑料塑料(

45、 (橡胶橡胶) )正是在这一部分正是在这一部分由玻璃态转变为粘流态由玻璃态转变为粘流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。 如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关键地位。如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关键地位。这是因为一台这是因为一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物挤出机的生产率、塑化质量、填加物的分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定于螺的分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定于螺杆的性能。杆的性能。 因此，下面较详细地介绍有关螺杆设计的诸问题，因此，下面较详细地介绍有关螺杆设计的诸问题，前一部分介绍常规螺杆，后一部分介绍新型螺杆。前一部分介绍

46、常规螺杆，后一部分介绍新型螺杆。 85橡胶螺杆橡胶螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计 60销钉螺杆销钉螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计 120销钉螺杆销钉螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计 250大螺杆大螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计 双锥螺杆双锥螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计 锥形双螺杆锥形双螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计 锥形双螺杆锥形双螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计1 1 评价螺杆的标准评价螺杆的标准l 如何评价螺杆的好坏呢？由前面对挤出过程的分

47、析可如何评价螺杆的好坏呢？由前面对挤出过程的分析可以看出，至少应当从以下几个方面评价螺杆：以看出，至少应当从以下几个方面评价螺杆：1 1）塑化质量）塑化质量l 一根螺杆首先必须一根螺杆首先必须能生产出合乎质量要求的制品能生产出合乎质量要求的制品。l 所谓合乎质量要求是指所生产的制品应当合乎以下几所谓合乎质量要求是指所生产的制品应当合乎以下几个方面的要求个方面的要求: :a a、具有合乎要求的各种性能、具有合乎要求的各种性能。包括规定的物理、化学、。包括规定的物理、化学、力学、电学性能；力学、电学性能；b b、具有合乎要求的表观质量、具有合乎要求的表观质量。如能达到用户对气泡、。如能达到用户对气

48、泡、晶点、染色分散均匀性的要求等。晶点、染色分散均匀性的要求等。 2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计c c、具有合乎要求的螺杆的塑化质量：、具有合乎要求的螺杆的塑化质量： 螺杆所挤出的熔体温度是否均匀，轴向波动、径向螺杆所挤出的熔体温度是否均匀，轴向波动、径向温差多大。温差多大。 是否有得以成型的最低的熔体温度。是否有得以成型的最低的熔体温度。 挤出的熔体是否有压力波动。挤出的熔体是否有压力波动。 染色和其它填加剂的分散是否均匀等。染色和其它填加剂的分散是否均匀等。 应当指出，应当指出，低温挤出是目前的一个发展趋势，它能低温挤出是目前的一个发展趋势，它能改善挤出制品的质量（如降低

49、内应力等），防止热改善挤出制品的质量（如降低内应力等），防止热敏性物料过热分解，降低能量消耗，减少主辅机冷敏性物料过热分解，降低能量消耗，减少主辅机冷却系统的负担，提高生产率。却系统的负担，提高生产率。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计2 2）产量）产量 所谓产量是指在保证塑化质量前提下，通过给定机所谓产量是指在保证塑化质量前提下，通过给定机头的产量或挤出量。产量一般用公斤头的产量或挤出量。产量一般用公斤/ /小时或公斤小时或公斤转来表示。转来表示。 一根好的螺杆，应当具有较高的塑化能力。（生产一根好的螺杆，应当具有较高的塑化能力。（生产能力）能力）3 3）适应性）适应性 所谓螺

50、杆的适应性是指螺杆对加工不同塑料、匹配所谓螺杆的适应性是指螺杆对加工不同塑料、匹配不同机头和不同制品的适应能力。一般说来，适应不同机头和不同制品的适应能力。一般说来，适应性越强，往往伴随着塑化效率的降低。性越强，往往伴随着塑化效率的降低。 因此我们总希望一根好的螺杆，其适应性和高的塑因此我们总希望一根好的螺杆，其适应性和高的塑化效率都应兼备。化效率都应兼备。 2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计4 4）单耗）单耗 所谓单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶）所消耗所谓单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶）所消耗的能量，一般用的能量，一般用 N N用表示。其中用表示。其中 N N为功率（千瓦）

51、，为功率（千瓦），Q Q为产量（公斤为产量（公斤/ /小时）。小时）。 一根好的螺杆，在保证塑化质量的前提下，单耗应一根好的螺杆，在保证塑化质量的前提下，单耗应尽可能低。尽可能低。5 5）制造的难易）制造的难易 一根好的螺杆还必须易于加工制造，成本低。一根好的螺杆还必须易于加工制造，成本低。 以上几条标准必须综合起来考虑，只强调一方面是以上几条标准必须综合起来考虑，只强调一方面是片面的。当然，也允许针对不同要求，重点保证某片面的。当然，也允许针对不同要求，重点保证某条标准的达到。条标准的达到。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计2 2 设计螺杆考虑的因素设计螺杆考虑的因素 要设计一

52、根合乎以上标准的性能优异的螺杆并非一要设计一根合乎以上标准的性能优异的螺杆并非一件轻而易举的事。在进行螺杆设计时，要综合考虑件轻而易举的事。在进行螺杆设计时，要综合考虑以下诸因素：以下诸因素：1)1)物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度状物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度状况。况。l 不同物料的物理特性（如挤出温度范围、粘度、稳不同物料的物理特性（如挤出温度范围、粘度、稳定性和流变性能）相差很大，因而加工性能也很不定性和流变性能）相差很大，因而加工性能也很不相同。相同。l 橡胶挤出机螺杆与塑料挤出机螺杆差别很大：如螺橡胶挤出机螺杆与塑料挤出机螺杆差别很大：如螺杆长径比、螺槽深度、

53、螺杆结构（塑料挤出机螺杆杆长径比、螺槽深度、螺杆结构（塑料挤出机螺杆带有混炼元件、剪切元件）等。带有混炼元件、剪切元件）等。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计l 同是塑料挤出机螺杆也不相同：同是塑料挤出机螺杆也不相同：l 例如聚氯乙烯和聚烯烃就有很大差别。前者为无定形例如聚氯乙烯和聚烯烃就有很大差别。前者为无定形塑料，粘度大，对温度比较敏感，无明显熔点。后者塑料，粘度大，对温度比较敏感，无明显熔点。后者为结晶性塑料粘度较低，有明显的熔点。为结晶性塑料粘度较低，有明显的熔点。l 就是同是聚氯乙烯，但由于生产厂家不同，或批号不就是同是聚氯乙烯，但由于生产厂家不同，或批号不同，其性能也

54、有差异。同，其性能也有差异。l 进而言之，同是一种物料，粉状和粒状的加工性能也进而言之，同是一种物料，粉状和粒状的加工性能也不尽一样，预热和不预热对加工性能也有影响。不尽一样，预热和不预热对加工性能也有影响。l 因此，因此，要采取不同的螺杆设计来适应不同的物料要采取不同的螺杆设计来适应不同的物料。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计2 2）口模的几何形状和机头阻力特性。）口模的几何形状和机头阻力特性。l 由挤出机的工作图可知，口模特性线要与螺杆特性由挤出机的工作图可知，口模特性线要与螺杆特性线很好地匹配，才能获得满意的挤出效果。如：线很好地匹配，才能获得满意的挤出效果。如：l a

55、a、高阻力机头，一般要配以均化段螺槽深度较浅、高阻力机头，一般要配以均化段螺槽深度较浅的螺杆，的螺杆，l b b、低阻力机头，需与均化段螺槽较深的螺杆相配。、低阻力机头，需与均化段螺槽较深的螺杆相配。l c c、对排气挤出机，机头阻力的大小和螺杆性能的、对排气挤出机，机头阻力的大小和螺杆性能的匹配显得更重要，弄得不好，挤出机甚至不能工作。匹配显得更重要，弄得不好，挤出机甚至不能工作。 2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计3) 3) 料筒的结构形式和加热冷却情况。料筒的结构形式和加热冷却情况。 由固体输送理论知，在加料段料筒壁上加工出锥度由固体输送理论知，在加料段料筒壁上加工出锥度和

56、纵向沟槽并进行强力冷却，会大大提高固体输送和纵向沟槽并进行强力冷却，会大大提高固体输送效率。若采用这种结构形式的料筒，设计螺杆时必效率。若采用这种结构形式的料筒，设计螺杆时必须在熔融段和均化段采取相应措施，使熔融速率、须在熔融段和均化段采取相应措施，使熔融速率、均化能力与加料段的输送能力相一致。均化能力与加料段的输送能力相一致。4) 4) 螺杆转数。螺杆转数。 由于物料的熔融速率很大程度上取决于剪切速率，由于物料的熔融速率很大程度上取决于剪切速率，而剪切速率与螺杆转数有关，故进行螺杆设计时必而剪切速率与螺杆转数有关，故进行螺杆设计时必须考虑螺杆转数这个因素。须考虑螺杆转数这个因素。2.2.3

57、2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计5) 5) 挤出机的用途。挤出机的用途。 设计螺杆时必须弄清楚挤出机是用作加工制品还设计螺杆时必须弄清楚挤出机是用作加工制品还是用作混料、造粒或喂料。因为是用作混料、造粒或喂料。因为不同用途的挤出机不同用途的挤出机的螺杆在设计上是有很大不同的。的螺杆在设计上是有很大不同的。 总之，在对评价螺杆的标准有了统一的看法和总之，在对评价螺杆的标准有了统一的看法和对螺杆设计必须考虑的因素有了一个全面的了解之对螺杆设计必须考虑的因素有了一个全面的了解之后，方能进行螺杆的具体设计。后，方能进行螺杆的具体设计。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计3 3 常规全螺

58、纹三段螺杆的设计常规全螺纹三段螺杆的设计 所谓常规全螺纹三段螺杆，是指出现最早、应用最所谓常规全螺纹三段螺杆，是指出现最早、应用最广、整根螺杆由三段组成，其挤出过程完全依靠全广、整根螺杆由三段组成，其挤出过程完全依靠全螺纹的形式完成的螺杆螺纹的形式完成的螺杆。这种螺杆的设计包括。这种螺杆的设计包括螺杆螺杆型式的确定、螺杆分段及各段参数的确定、螺杆直型式的确定、螺杆分段及各段参数的确定、螺杆直径和长径比的确定、螺杆和料筒间隙的确定径和长径比的确定、螺杆和料筒间隙的确定等，下等，下面分别叙述。面分别叙述。1 1）关于螺杆型式的确定）关于螺杆型式的确定 按照传统的说法，常规全螺纹三段螺杆分为按照传统

59、的说法，常规全螺纹三段螺杆分为渐变型渐变型螺杆和突变型螺杆螺杆和突变型螺杆。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计a a、渐变型螺杆、渐变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化段较浅螺是指由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡，是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的。槽的过渡，是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的。特点如下：特点如下：a a）渐变螺杆大多用于无定形塑料和橡胶的加工。如聚）渐变螺杆大多用于无定形塑料和橡胶的加工。如聚氯乙烯；氯乙烯；b b）它对大多数物料能够提供较好的热传导，传热均匀，）它对大多数物料能够提供较好的热传导，传热均匀，效果好。适用于热敏性塑料；效果好。适用于热敏性塑料

60、；c c）对物料的剪切作用较小，而且可以控制，其混炼特）对物料的剪切作用较小，而且可以控制，其混炼特性不是很高，也可用于结晶性塑料。性不是很高，也可用于结晶性塑料。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计b b、突变型螺杆、突变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化段较浅螺是指由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的。特点槽的过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的。特点如下如下: :1 1）突变螺杆由于具有较短的压缩段，有的甚至只有）突变螺杆由于具有较短的压缩段，有的甚至只有（1 12 2）D D；2 2）对物料能产生巨大的剪切，故适用于粘度低、具有）对物料能产生巨大