任务3PVC造粒

1、项目一 PVC造粒任务1-3 PVC造粒知识目标：1了解挤出设备2.挤出过程3影响挤出的因素4.挤出操作规程能力目标：1单螺杆挤出机认识辨别能力2. 双螺杆挤出机认识辨别能力3. 方法能力4. 社会能力一、挤出设备挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加工机械的重要机台之一。1.挤出成型设备（挤出机）的组成主机挤出机挤压系统组成：料简和螺杆作用：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 力下，被螺杆连续地定压、定量、定温地挤出机头。传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。加热冷却系统：它的作用是通过对料筒（或螺杆）进行加热和冷却，保证成型 过程在工艺要求的温度范

2、围内完成。挤出过程图1-2-1挤出造粒机组塑料由料斗进入料筒以后，在旋转着的螺杆作用下，通过料筒内壁表面的 摩擦作用向前输送和压实。塑料在加料段内呈固态向前输送。当物料进入压缩段 后由于螺槽逐渐变浅以及滤网分流板和机头的阻力而使所受的压力逐渐升高，进一步压实。同时在料筒外加热和螺杆料筒对物料的混合剪切作用所产生的内摩擦 热的作用下，物料逐渐升温至粘流温度，开始熔融，大约在压缩段处全部物料熔 融为粘流态并形成很高的压力。塑料进入均化段后将进一步塑化，最后螺杆将物 料定量定压地挤入机头。1.挤出过程中的物态变化塑料随温度的三态变化玻璃态、高弹态、粘流态。这三种物理状态在一定条件下会相互转化。玻璃化

3、温度：玻璃态转化为高弹态的温度称为玻璃化温度，用Tg表示；粘流温度（也称熔融温度）：高强态转化为粘流态的温度称为粘流温度，用Tf （或用Tm表示；分解温度：塑料温度高到一定程度发生分解的温度，称为分解温度，用Td表示。图1-1-7为塑料在恒压下随温度变化的三态图。3大分予蜀站貼舉議合物图1-1-7恒压下热塑性塑料的三态图塑料在TfTd之间粘流态下进行加工。PE: TfTd的温度范围越宽,成型过程的操 作就越容易进行；PVC: TfTd的范围越窄，挤出成型就越困 难。挤出过程中的物态变化图1-1-8常规全螺纹螺杆的三个职能区几个职能区：固体输送区、熔融区和熔体愉送区，如图1-1-8。可将螺杆分成

4、三个基本职能区，即加料段、压缩段、计量段。加料段作用：将塑料压实、并向前输送；料的形状：在加料段塑料呈固体颗粒状，加料段末端，塑料因受热变软。 压缩段作用：是使塑料进一步被压实、塑化，并使逐渐被熔融的塑料内夹带的气体 压出从加料口处排除，并提高塑料的热传导性，使其温度继续升高。为使塑料 被压实塑化，该段的螺槽是逐渐变浅的。料的形状：固体与熔体共存计量段（又称均化段）作用：塑料进一步被塑化均匀，再被定压、定量、定温地挤出。该段的螺槽容积可以是不变的或逐渐变小，一般该段的螺槽容积是不变的。 料的形状：熔体2固体输送理论-研究固态物料在挤出机螺杆加料段中的流动变化的规律(1) 物料在加料段的运动分析

5、一简化为旋转运动和轴向运动物料与螺杆摩擦力大于料与料筒摩擦力；物料与料筒轴向摩擦力越小越好；物料与螺杆摩擦力越小越好；物料与料筒切向摩擦力越大越好。(2) 提高固体输送效率的途径：f料与料筒切向f螺杆与料利用料与钢摩擦系数随温度J而减小，冷却螺杆加料段；机械加工要求：螺杆光洁度高，料筒低。选择合理的螺旋角：S= D、二17o 41',粉料30o,方料150。加料段料筒内壁开一些纵向沟槽。带有纵向沟槽、外冷却的锥形套。熔融理论-研究物料在挤出机螺杆压缩段中由固态转化为粘流态的变化的规律由Z. Tadmor和I. Klein提出并建立的熔融理论模型为当今研究熔融过 程的理论。图1-1-9骤

6、冷料筒实验取料图1-1-10螺槽内塑料熔融模型第19个螺距全部黑色，至此，螺槽中的塑料应基本成为粘性熔体， 进入熔 体输送区。图1-1-10螺槽内塑料熔融模型，图示了熔膜的形成；和熔池的形成。在压 缩段中，固体粒子和熔体共存，固相和液相有分界面，熔融自 A点开始，到B 点结束。A、B两点称为相变点。AB两点之间的轴向距离叫做熔融长度 Zt。熔融过程模型Z. Tadmor和I. Klein在冷却实验基础上，提出并建立了熔融过程模型，如图1-1-10所示。(2)结论固体料熔化过程是在螺杆压缩段(熔融段)进行；料熔化过程反映固相宽沿螺槽方向距离而变化的规律：X/W = f (Z)式中：X螺槽中固相宽

7、度；W-螺槽宽；z料沿螺槽运动方向。固相宽沿螺槽方向距离而变化规律决定于螺杆参数、物料性能、操作工艺条 件。a.等深螺槽固相分布函数：X/W = 1 书 /2H X Z=1 W H0/2Gh X Z2式中:H 槽深书一熔化系数：书=3 o/G/HoCO 0-料熔融起点处的初始熔化速率G/H -单位槽深质量流动速率H0 -料熔化起始处槽深G-稳定流动时的质量流动速率熔融段总长度Zt : X = 0 Zt = 2H/ 书=2G/订式中：©有因次的比值书 _ /¥* 爲 % ;Km(T -Tx)+iyr/2J 2； Cs (T.-T0 + A#式中：Vbx 料筒内表面在X方向的速

8、度p m 熔融物料密度卩-熔融物料的表观粘度Cs固相塑料的比热Tm 塑料的熔点Ts固体粒料的温度(室温)Tb -料筒温度Km 液相塑料的导热系数Vj料筒内表面以 Vb Vsz合成速度入# 修正后的当量潛热入 # =入 + Cm (TAV - Tm) 式中:TAV -熔膜的平均温度TAV =（ 2Tb+ Tm） /3+卩 Vj 2 /12Km入-固相塑料熔化潜热b.渐变螺槽固相分布函数：X/W = X1/W/A 3 /A 1） /1 Z/ZtX A/ 书（2 A/ ）1/2 2（1-3）式中：A-槽渐变度H = H1 AzX1 乙处固体宽度H1 Z=乙处槽深熔融段总长度Zt :Zt= H1/（

9、2 A/ ） 式中：书一熔化系数：书=©V 熔化系数：甲= VW /G/H叱2其它符号同上。C影响熔融长度（Zt）的因素： 工艺条件的影响工艺条件是指：Q、n、Tb、TsQ对Zt: Qf、ZtT；若QT其它条件不变，产品质量变差。n对Zt :第一，当无背压控制时（挤出机通常的设备情况）nT、Zt f。这就 是在一般设备上转数不能过高的原因；第二，当有背压控制时（注射机通常的设备情况）nT、QJ有控制，Zt J。这就是提高转数n时，需要增设背压控制装置 的原因。Tb 对 Zt: TbT、yJ、入 # T,料提早熔化 ZtJ。Ts 对 Zt: TsT、 热耗少，Zt J 螺杆几何参数的影

10、响指：H、A、P、S oH对Zt : H T塑化剪切小，ZtTA对Zt: A T加速熔化，Zt J对Zt:与H对Zt相拟，但更复杂。T螺线长有利Zt J,但 W使Vsz T和Vj J,不利于Zt J。P对Zt : PT仅微减ZtS 0对Zt：S oT,熔膜厚、剪切小，不利熔融，漏流大。 塑料性质的影响Tm 对 Zt : Tm T、©J、ZT T。PP Zt> PE Zt。Km对Zt : Km T （液相导热系数）、©T, ZtJ。Cs对Zt: Cs T （固相塑料比热）Zt T。卩对Zt：uT、©T, Zt J。但粘度高，流动性较差、熔点高需要较长的 吸热过

11、，如PC的Zt较长。4.熔体输送理论（1）物料在均化段螺槽中的流动基本假设牛顿流计，螺杆静止，料筒以 V二丌Dn速度运动，流体速度在料筒内表 面最大、在螺杆表面为0。之后的螺杆固定不动，而展开后的料筒以原来螺杆的 速度作反向移动（图1-1-11）。螺槽中融体分析料在螺杆螺槽中的四种运动：正流、压力流（倒流）、漏流、横流。其流动情况见图 1-1-12料筒匹lESOd 压力JEQp QCM-Qp图1-1-12正流、压力流、漏流、横流正流Qd:由速度V1引起，沿着螺槽流向机头，其体积流率用Qd表示。正流在螺槽深度方向的速度分布见图 1-1-12。压力流Qp：与正流相反，它是由机头、分流板，滤网等对熔

12、体的反压引起 的流动，其体积流率用 Qp表示。其在螺槽深度方向的速度分布见图1-1-12。将正流和压力流相叠加，就得到熔体在螺槽中的净流动Q。横流：由V2引起，与V2方向相一致，它是一种与螺纹方向垂直的流动。 漏流Ql：发生在螺杆与料筒的间隙S中，方向与正流相反。Ql在数量上比Qd小 很多。根据以上分析，挤出机的流率（挤出量）为：Q Qd Qp Ql （1-4）即挤出机的流率等于正流、压力流漏流的代数和。螺杆参数、工艺条件、机头压力以及口模尺寸对流率Q的影响分别见图 1-1-13、图 1-1-14、图 1-1-15。1-1-13螺杆参数对挤出量的影响螺杆的几何尺寸对流率Q的影响D对Q:螺杆直径

13、D平方成正比h3对Q：对Q的影响是复杂的如h3增加一倍，Qd增加一倍，但Qp增加至8倍，因此在确定h3时要考 虑到这一点， 一般挤出压力低时h3取较大值，挤出压力高时 h3取较小值。L3 对 Q： L3T，QpJ、QlJ，Q to护;:嚴悅稱温直SIT湎厂sat«hH 皑1-1-14工艺条件对挤出量的影响机头圧刀机臭氐力F14U；*：W11-1-15机头压力及口模尺寸对挤出量的影响?对Q:对生产的影响是复杂的，一般说来， 均化段螺纹升角？在25° 30°时，流率最大，但确定？时，还要考虑加料段，压缩段以及制造方面的问 题， 一般取 ？= 17o40?S对Q:漏流与

14、S的三次方成正比，Ql越大，流率越小。S较小，Q随 S的增加略有下降，但是，当S增大到一定值时（S >1mm），Q就显著降低。工艺条件对流率Q的影响n 对 Q: nT、Qdf, Qf机头压力 P2： p2 f, (p2-pi) /L3 f, Qd f, Ql f, Qj 粘度卩 1、卩 2：卩 if、卩 2 f, QpJ、Ql J, Q f5.螺杆特性线和口模特性线1-1-16螺杆特性曲线1）螺杆特性线.'式1-5为：1-1-17 口模特性曲线P为熔体通过口模时的压力降（公斤/厘米2 ）；卩一物料的粘度，单位是公斤秒/厘米2 03）挤出机的工作特性图挤出机的工作特性图1-1-18挤出机工作图图1-1-19假塑性材料的基础机工作图生产状况下的挤出机的工作图图形可以较好地说明挤出过程和对挤出工作条件的控制。工作点A在有效工作区的左下方，稍微在 W之上，对应着较低的产 量。当将