第6章+塑料成型加工原理+挤出-精简

1、第六章第六章塑料成型加工原理塑料成型加工原理CONTENTCONTENT6.1 概述 (General)6.2 口模成型 (The Die Forming)6.3 模塑和铸塑 (Molding and Moulding)6.4 压延成型 (Calendering Forming)何谓塑料何谓塑料 可塑可塑 可以借助成型工具，在一定的温度和压力下可以借助成型工具，在一定的温度和压力下塑制成各种形状和尺寸的制品。塑制成各种形状和尺寸的制品。 有机高分子材料有机高分子材料 应用最广应用最广：遍及人们生活的：遍及人们生活的各个领域各个领域 产量最大产量最大：2005年全球料塑产量达年全球料塑产量达2亿

2、吨亿吨 品种最多品种最多：300多种或多种或上千种上千种6.1 概述(General) 1838年，AParker制备出了第一种人造塑料硝酸纤维素，并在1862年伦敦的国际展览会上展出。当时，人们希望该材料能替代象牙一类的天然材料，被称为Parkesine。1840年，Goodyear和Hancock针对天然橡胶开发了“硫化”工序，达到消除黏性增加弹性的目的。通过加入硫磺粉末在橡胶本体中产生了额外的化学键，从而使得天然橡胶性能发生改变。 1851年，硬质橡胶实现商品化。1872年，纽约的J.Hyatt在高温高压下制备了低硝酸含量的硝酸纤维素，俗称赛璐珞，并申请了专利。它是第一种具有商业价值的塑

3、料，也是在1907年Bakeland开发出酚醛塑料前唯一的商品塑料。而由苯酚和甲醛反应制得酚醛塑料则是最古老的真正意义上的合成塑料。赛璐珞与塑料的历史赛璐珞与塑料的历史 第一个合成塑料（第一个合成塑料（1872年工业化）年工业化） 赛璐珞赛璐珞 celluloid (Xylonite) 假象牙；电影胶片假象牙；电影胶片 发明人：发明人：Parkesine, John Hyatt 即硝化纤维或纤维素硝酸酯即硝化纤维或纤维素硝酸酯+樟脑樟脑 特点：坚硬特点：坚硬 合适的韧性合适的韧性 在潜入物体周围有在潜入物体周围有“后收缩后收缩” 缺点：缺点：易燃易燃、不耐化学腐蚀、不耐化学腐蚀赛璐珞制造的乒赛

4、璐珞制造的乒乓球和眼镜架乓球和眼镜架 一些通用聚合物的大致开发时间一些通用聚合物的大致开发时间汽车刮雨器汽车刮雨器的马达系统的马达系统塑钢塑钢门窗门窗塑料的应用塑料的应用遍及人们生活的各个领域遍及人们生活的各个领域塑料的组成与配制塑料的组成与配制增塑剂增塑剂稳定剂：热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂稳定剂：热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂填充剂（填料）：无机粉末填充剂（填料）：无机粉末增强剂：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维增强剂：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维着色剂着色剂润滑剂润滑剂抗静电剂抗静电剂阻燃剂阻燃剂 助剂助剂o塑料的组成塑料的组成:树脂和助剂树脂和助剂塑料的组成与配制塑料的组成与配制 热塑性塑料的热塑性塑料

5、的配制配制 粉状树脂粉状树脂 助剂助剂 热固性塑料的配制热固性塑料的配制粉状配料：粉状配料： 单体单体混合混合混合机或捏合机混合机或捏合机挤出挤出螺杆挤出机螺杆挤出机切粒机切粒机切粒切粒包装包装缩聚缩聚达到一定黏度达到一定黏度即一定分子量即一定分子量的树脂的树脂+助剂助剂干燥干燥粉碎粉碎过筛过筛包装包装 热固性塑料的配制热固性塑料的配制团块状料的配制团块状料的配制 单体单体层压板、棒材的制备层压板、棒材的制备 塑料的组成与配制塑料的组成与配制缩聚缩聚树脂树脂一定黏度一定黏度的胶液的胶液溶剂溶剂纤维增强剂纤维增强剂 +团状料团状料烘干烘干包装包装配制树脂胶液配制树脂胶液（含固化剂）（含固化剂）

6、浸渍增强剂浸渍增强剂（纸张、织物）（纸张、织物）烘干烘干压制固化压制固化塑料加工的概念塑料加工的概念 塑料加工塑料加工(Plastics Processing)是将是将塑料物料转变为实用制品的各种工艺和工程。塑料物料转变为实用制品的各种工艺和工程。即在加工条件下使塑料物料通过形变和流动转即在加工条件下使塑料物料通过形变和流动转变为满足使用性能的所需形状产品。变为满足使用性能的所需形状产品。塑料加工方法分类(一) 根据加工工艺、方法和加工时塑料物料的特点，根据加工工艺、方法和加工时塑料物料的特点，塑料的成型加工有不同分类方法。按塑料成型加工塑料的成型加工有不同分类方法。按塑料成型加工过程的运作方

7、式，有连续法过程的运作方式，有连续法(Continuous)、半连、半连续法续法(Semi-continuous)和间歇法和间歇法(Intermittent)加加工技术之分。工技术之分。 连续法加工技术有以下特点连续法加工技术有以下特点 加工成型过程为连续运作方式，生产的任一环节或加工成型过程为连续运作方式，生产的任一环节或步骤在运行时间中均不产生任何间断，加工物料按步骤在运行时间中均不产生任何间断，加工物料按预定程序和运行时间从前一岗位自动地进入下一岗预定程序和运行时间从前一岗位自动地进入下一岗位；位；每一种制品具有各自特定的，且生产过程中均保持每一种制品具有各自特定的，且生产过程中均保持不

8、变的断面形状和尺寸，而制品的长度是连续地形不变的断面形状和尺寸，而制品的长度是连续地形成的，且不受限制。但根据产品用途和运输方便在成的，且不受限制。但根据产品用途和运输方便在生产过程被切取成所需长度；生产过程被切取成所需长度；加工过程各生产环节或岗位始终只起到各自的特殊加工过程各生产环节或岗位始终只起到各自的特殊作用，实现物料在该位置上的加工或特定的转变。作用，实现物料在该位置上的加工或特定的转变。半连续法的特点半连续法的特点 加工过程为连续运作方式，但制品生产按工序进加工过程为连续运作方式，但制品生产按工序进行有规律的循环运作，循环中一个工序或岗位运作行有规律的循环运作，循环中一个工序或岗位

9、运作时，其他工序或岗位可处于暂停运作或准备状态；时，其他工序或岗位可处于暂停运作或准备状态； 成型产品为具有特定形状的单个制品，制品在加成型产品为具有特定形状的单个制品，制品在加工过程中是逐个制备的，每个制品均按相同的运作工过程中是逐个制备的，每个制品均按相同的运作步骤或时间进行生产；步骤或时间进行生产； 制品生产过程，生产线中的设备分别完成各自的制品生产过程，生产线中的设备分别完成各自的特定作用，按预先设定的程序和运作时间周期性地特定作用，按预先设定的程序和运作时间周期性地对物料实施加工和转变。对物料实施加工和转变。 间歇法加工技术的特点间歇法加工技术的特点 间歇法加工技术部分地类似于半连续

10、法间歇法加工技术部分地类似于半连续法加工技术，产品均为具有特定形状的单个制加工技术，产品均为具有特定形状的单个制品，每个制品生产过程大致有相同的工序步品，每个制品生产过程大致有相同的工序步骤，但工艺条件和加工运作时间均可产生较骤，但工艺条件和加工运作时间均可产生较大波动而不能用有规律的循环程序进行运作。大波动而不能用有规律的循环程序进行运作。这类加工方法中自动化程度较低，含有相当这类加工方法中自动化程度较低，含有相当的手工操作运作方式。的手工操作运作方式。 塑料加工方法分类(二) 按塑料加工时的物态特征，有熔体加工技术和固态按塑料加工时的物态特征，有熔体加工技术和固态加工技术之分。加工技术之分

11、。 熔体加工技术是指塑料物料在其熔流温度熔体加工技术是指塑料物料在其熔流温度Tf范围进范围进行加工成型的方法，注射成型、挤出吹塑成型、挤行加工成型的方法，注射成型、挤出吹塑成型、挤出成型、压延成型、涂覆成型和浸涂成型等均为熔出成型、压延成型、涂覆成型和浸涂成型等均为熔体加工技术。体加工技术。 固态加工技术是当塑料物料在高于玻璃化温度固态加工技术是当塑料物料在高于玻璃化温度Tg以以上和低于其熔流温度上和低于其熔流温度Tf以下温度区间进行加工如塑以下温度区间进行加工如塑料片材的热成型、真空成型和压力成型等。料片材的热成型、真空成型和压力成型等。塑料加工方法分类(三) 按原料按原料-半成品半成品-成

12、品间关系来分，塑料制品生产成品间关系来分，塑料制品生产方法又有一次成型技术和二次成型技术之分。一次方法又有一次成型技术和二次成型技术之分。一次成型是通过加热使塑料物料处于黏流态的条件下，成型是通过加热使塑料物料处于黏流态的条件下，经过流动、成型和冷却硬化经过流动、成型和冷却硬化(或交联固化或交联固化)，而将塑料，而将塑料物料制成各种形状的制品的方法；二次成型则是利物料制成各种形状的制品的方法；二次成型则是利用一次成型所得的片、背、板等塑料成品，加热使用一次成型所得的片、背、板等塑料成品，加热使其处于类橡胶状态其处于类橡胶状态(在材料的在材料的TgTf或或Tm间间)，通过外，通过外力作用使其形变

13、而成型为各种较简单形状，再经冷力作用使其形变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而得产品。却定型而得产品。 原料种类原料种类 （性质（性质）成型方式成型方式制品的用途制品的用途 制品形状制品形状一次一次成型成型二次二次成型成型 挤出成型挤出成型 注射成型注射成型 模压成型模压成型 铸塑成型铸塑成型 模压烧结成型模压烧结成型 传递模塑传递模塑 压延成型压延成型 中空吹塑成型中空吹塑成型 热成型热成型 拉幅薄膜成型拉幅薄膜成型 冷成型冷成型塑料加工方法分类(三)塑料加工方法分类(四) 综合各种加工方法的本质和规律，将综合各种加工方法的本质和规律，将这些成型方法归类为这些成型方法归类为口模成型口模成

14、型，模塑成模塑成型型，压延成型压延成型及及二次成型二次成型 6.2.1 概述 (General)6.2.2 螺杆挤出机 (The Screw Extruder)6.2.3 挤出成型原理 (The Principles of Extrusion)6.2.4 挤出成型过程及影响因素 (Extrusion Forming and Effect Factors)6.2.5 几种典型制品的挤出成型 (The Extrusion of Typical Products)6.2 口模成型口模成型 (The Die Forming)6.2.1 概述6.2.1.1定义 挤出成型亦称口模成型，即借助螺杆或柱塞的挤

15、压作用，使受热熔化的聚合物物料在压力推动下，强行通过口模并冷却而成为具有恒定截面的连续型材的成型方法。管材挤出生产线挤出过程：第一阶段固体输送（Conveying）固体熔融（Melting）混合均化（Mixing）增压泵送（Pumping）第二阶段口模成型（Die Forming）制品定型（Product Sizing）制品冷却（Product Cooling）切割或卷取（Cutting or furling） 1.按塑化方式分类(Plasticating Manner) 1）干法挤出 (Dry Extrusion) 2）湿法挤出 (Wet Extrusion) 2. 按加压方式分类(Pres

16、suring Manner) 1）连续挤出 (Continuous Extrusion) 2）间歇挤出 (Intermittent Extrusion)6.2.1.2 挤出成型的分类 (Classification) 近80的塑料材料需要用挤出成型，挤出设备广泛用于塑料材料的塑化、熔体输送和泵送加压，从而成为其他成型方法的基础。6.2.1.3 挤出成型在聚合物加工中的地位塑化能力强生产效率高材料适应宽产品范围大突出的优点用于注射成型用于注射成型用于中空吹塑用于中空吹塑用于聚合物混炼用于聚合物混炼挤出片材用于二次成型挤出片材用于二次成型用于压延成型的物料塑化用于压延成型的物料塑化6.2.2 螺杆

17、挤出机的基本结构 (The Main Structure of the Screw Extruder)单螺杆挤出机Single Screw Extruder双螺杆挤出机Twin Screw Extruder 一单螺杆挤出机一单螺杆挤出机 单螺杆挤出机的基本结构单螺杆挤出机的基本结构包括：传动装置，加料装置、包括：传动装置，加料装置、机筒、螺杆、机头和口模及温机筒、螺杆、机头和口模及温控装置等控装置等6 6个部分个部分单螺杆挤出机基本结构控制单元 Control unit加料装置 Feeding unit驱动装置 Driving unit料 筒 Barrel 螺 杆 Screw 口 模 Die

18、传动装置就是带动螺杆转动的部分，通常由电动机、减速机构和轴承组成。 电动机：电磁调速 直流调速 变频调速 油压电动机 减速器：摆线针轮式 齿轮减速器 蜗轮减速器 目前我国挤出机的变速范围一般为 1 61.传动装置挤出机常见的传动形式直流电动机摆线针轮减速器直流电动机摆线针轮减速器调速电动机无级变速器调速电动机无级变速器整流子电动机涡轮减速箱整流子电动机涡轮减速箱油压电动机齿轮减速油压电动机齿轮减速1）料斗：一般利用圆柱形，圆锥形，圆柱圆 锥形等，料斗内应设有切断断流，卸 除余料，干燥，预热装置等装置2）加料方式： 重力上料 强制上料2.加料装置普通料斗普通料斗真空料斗真空料斗喂料类型 Vari

19、ous Hoppers搅拌加料器螺旋加料器变量加料器强制喂料料斗Forced-feed hopper3. 挤出机机筒（Barrel） 机筒是挤出机的主要部件之一，物料的塑化和加压都在其中进行，压力可达3050MPa,温度150410，因此机筒可看作受热、受压容器，要求高强度，耐磨，耐腐蚀，通常机筒由钢制外壳和合金钢内衬共同组成，目前多采用38CrMoAl和Xaloy合金。机筒的结构形式(1)整体式：便于加热，冷却系统的设置与拆装，而且加热在轴向分布上较为均匀。单螺杆挤出机整体式料筒锥形双螺杆挤出机整体式料筒平行双螺杆挤出机的组装式机筒 (2)组装式：由几段机筒组装而成，各段用法兰 螺栓联接在一

20、起，破坏了机筒加热 的均匀性，增加了热损失。 (3)瓣合式：机筒由两瓣组装而成，用螺栓联接 在一起，便于螺杆拆卸和研究。但 同样破坏了机筒加热的均匀性，增 加了热损失。平行双螺杆挤出机平行双螺杆挤出机的瓣合式机筒的瓣合式机筒4. 螺杆（Screw）螺杆功能段固体输送段 (Solid Convey Zone) 熔融段 (Melting Zone)均化段 (Homogenizing Zone)加料段 (Feeding Zone)压缩段 (Compressing Zone)计量段 (Metering Zone)螺杆结构段普通渐变螺杆普通突变螺杆(1)螺杆各段的作用u加料段：自物料入口向前延伸的一段称

21、为加料段，在加料段中，物料依然是固体，主要作用是使物料受压，受热前移，螺槽一般等距等深。u融化段：压缩段是指螺杆中部的一段，物料在这一段中受热前移并压实熔化，同时也能排气，压缩段的螺槽体积逐渐减小。u均化段：螺杆最后一段，均化段的作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量，定压由机头流道均匀挤出，这段螺槽截面是恒等的，但螺槽深度较浅。螺杆三段长度的分配比例 (3)螺杆的结构形式突变形：适于结晶型塑料渐变形：适于无定形塑料常规三段式螺杆的缺点 在常规三段螺杆加料段物料为固态，均化段时物料为液态，而压缩段为固、液两态并存于螺槽中，随着固态物料的不断减少，当其强度不足以抵抗外力作用时，固体物料就会破碎

22、而混到液体物料中。而塑料的导热性较差，完全将这些固体碎片熔融是很困难的，也是很慢的。这样就会形成一部分物料不能彻底熔融，导致温差，塑化也不均匀。 常规三段螺杆存在着温度波动，必然也会造成压力波动和产量波动大的问题。 分离型螺杆 (Separator Screw) 屏障型螺杆 (Barrier Screw) 分流型螺杆 (Diffluent Screw)(4) 几种新型螺杆a. 分离型螺杆(Separator Screw) 这类螺杆是在螺杆的压缩段附加一条螺纹，这两条螺纹把原来一条螺纹形成的螺槽分成两个螺槽，一条螺槽与加料段螺槽相通，用来输送固态物料；另一条螺槽与均化段相通，用于液态物料的输送。

23、这就避免了单螺纹螺杆固液共存于一个螺槽引起的温度波动。 b.屏障型螺杆屏障型螺杆就是在螺杆的某部位设立屏障段，使未熔的固态物料不能通过，并促使固态物料熔融的一种螺杆。通常情况下，屏障段设在均化段与压缩段相交处。屏障型螺杆的雏形屏障型螺杆的雏形 c.分流型螺杆 螺杆的某一部位设置许多突起部分、沟槽或孔道，将螺槽内的料流分割，以改变物料的流动状况，改进熔融状况，增强混炼和均化作用，如销钉螺杆即是它们的代表。Saxton 混炼头 Dulmage混炼头 菠萝混炼头 机头和口模通常为一个整体，机头为口模和料筒之间的过渡部分，口模是制品横截面的成型部件。机头的作用是将处于旋转运动的聚合物熔体转变为平行直线

24、运动，使物料进一步塑化均匀，并将熔体均匀而平稳地导入口模，还赋予必要的成型压力，使物料易于成型和所得制品密实。口模为具有一定截面形状的通道，聚合物熔体在口模中流动时取得所需形状，并被口模外的定型装置和冷却系统冷却硬化而成型。5 机头和口模a.机头和口模的理论分区 （1 1）口模集流腔：把流入口模的聚合物）口模集流腔：把流入口模的聚合物熔体流分布在整个截面上，该断面的形熔体流分布在整个截面上，该断面的形状与最终产品相似，而与熔体输出装置状与最终产品相似，而与熔体输出装置的出口形状不同。的出口形状不同。 （2 2）过渡流道：它使聚合物熔体以流线）过渡流道：它使聚合物熔体以流线型流入最终的口模出口。

25、型流入最终的口模出口。 （3 3）模唇：它赋予挤出物以适当的断面）模唇：它赋予挤出物以适当的断面形状，并使熔体形状，并使熔体“忘记忘记”在区域（在区域（1 1）和）和区域（区域（2 2）中不均匀的流动历史。）中不均匀的流动历史。挤出机集流腔节流棒模唇口模结构示意图弹性模唇节流棒集流腔过渡流道过渡流道挤出物 包括过滤网，多孔板，分流器，模芯，机颈和口模。 多孔板和过滤网的作用是使物料由旋转运动变为直线运动，阻止杂质和未塑化的物料通过，以及增加料流背压，使制品更加密实，分流器，模芯，口模则随不同制品而异。b. 机头和口模的主要组成部件过滤网换网器直通式管材口模示意图直通式管材口模示意图 熔融料的流

26、道应十分光滑，表面粗糙度Ra不低于1.6mm并呈流线形，流道不能突然扩大或缩小，更不能有死角。 为保证物料通过口模后具有规定的断面形状和足够的定型时间，口模应有足够的成型长度。 机头成型部分横截面的大小，必须保证物料有足够的压力，使得制品密实并消除拼缝线，因此物料在机头中应保持一定的压缩比。 在满足强度的条件下，结构应紧凑。对机头和口模的要求对机头和口模的要求加热装置 (Heating Device)冷却装置 (Cooling Device) 温度测定 (Temp. Measurement)控制装置 (Control Device)6. 温控装置 a. 热载体加热 利用热载体（蒸气、油等）作为

27、加热介质 的加热方法称为热载体加热. b. 电阻加热 c. 电感加热 通过电磁感应在机筒产生电的涡流使机筒 发热，从而达到加热机筒中物料的目的. d.红外加热(1) 加热装置电阻加热器电感加热器铸铝电加热器电感应加热器(2）冷却装置风冷却：优点是冷却比较柔和，缺点是冷却速 度慢，体积大，噪声大，易使外界温 度影响.水冷却：比风冷速度快，体积小，噪声低，但 易造成急冷，冷却水管结垢。油冷却：可克服以上缺点，但成本较高。 a.机筒的冷却水冷却料筒风冷却料筒挤出机料筒的冷却挤出机料筒的冷却b. 螺杆的冷却c. c. 料斗座的冷却料斗座的冷却(3) 温度测量与控制a. 温度的测量 热电偶 (Therm

28、ocouple) 电阻温度计 (Resistance Thermometer) 热敏电阻 (Thermosensitive Resistance) b. 控温方法 手动控制，也叫调压器控制，精度较差。 位式调节 时间比例调节 PID调节（比例积分微分控制） 位式温度控制时间比例控制温度控制方式1) 原料输送干燥 (Convey & Dry)2) 定型冷却 (Sizing & Cooling)3) 牵引装置 (Drawing Device)4) 切割装置 (Cutting Device)5) 其他辅助装备 (Other Devices) 7.辅助设备 (Auxiliary Dev

29、ices) 双螺杆挤出机的组成 双螺杆挤出机的分类 螺杆的螺纹元件 双螺杆挤出机的工作特性二. 双螺杆挤出机Twin Screw Extruder双螺杆挤出机结构双螺杆挤出机结构Main Structure of a Twin Screw Extruder 机筒 螺杆 加热器机头传动装置加料装置机座Main Structure of a Twin Screw Extruder Main Structure of a Twin Screw Extruder 双螺杆挤出机的主要结构12234567双螺杆挤出机的分类 啮合类型 旋转方向非啮合型部分啮合型全啮合型同向反向 结构形状平行双螺杆锥形双螺杆

30、全啮合型非啮合型部分啮合型双螺杆挤出机螺杆的啮合类型双螺杆挤出机螺杆的旋转方向同向反向(向内)反向(向外)平形双螺杆锥形双螺杆双螺杆挤出机的螺杆结构螺杆的螺纹元件根据用途一般采用积木式，其元件主要有: 螺纹块 捏合块 齿形块 1.强制输送作用 在同向旋转啮合的双螺杆挤出机中，两根螺杆相互啮合，啮合处一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽中，使其在物料输送过程中不会产生倒流或滞流。无论螺槽是否填满。输送速度基本保持不变，具有最大的强制输送性。同时，螺纹啮合处对物料剪切过程使物料的表层得到不断地更新，增进了排气效果，因此双螺杆挤出机比单螺杆挤出机具有更好的排气性能。双螺杆挤出机的工作特性2. 混合作用

31、 由于两根螺杆相互啮合，物料在挤出过程中进行着比单螺杆挤出机中更为复杂的运动，不断受到纵向横向的剪切混合，从而产生大量热能，使物料加热更趋均匀，达到较高的塑化质量。3.自洁作用 反同旋转的双螺杆，在啮合处的螺纹和螺槽间存在速度差，相互擦离过程中，相互剥离黏附在螺杆上的物料，使螺杆得到自洁。 同向旋转的双螺杆，在啮合处两根螺杆的运动方向相反，相对速度更大，因此能剥去各种积料，有更好的自洁作用。1.螺杆直径 (Screw Diameter) 2.螺杆长径比 (L/Ds) (Length/Diameter Ratio)3.螺杆的转向 (Rotation Direction)4.压缩比 ( ) (Co

32、mpressing Ratio)5.螺杆转速 (N) (Screw Speed）6.双螺杆的中心距 ( Distance Between Screws)7.螺杆与料筒间隙 (Clearance)8.螺槽深度 (Channel Depth)双螺杆出机的主要参数双螺杆出机的主要参数6.2.3 6.2.3 挤出成型原理挤出成型原理 (The Principles of Extrusion)(The Principles of Extrusion) 6.2.3.1 6.2.3.1 固体输送固体输送 (Solid Convey)(Solid Convey) 6.2.3.2 6.2.3.2 熔融理论熔融理

33、论 (Mechanism of Melting)(Mechanism of Melting) 6.2.3.3 6.2.3.3 熔体输送熔体输送 (Melt Convey)(Melt Convey) 6.2.3.4 6.2.3.4 螺杆和机头的特性曲线螺杆和机头的特性曲线 （The Specific Curve The Specific Curve of the Screw & Die)of the Screw & Die) 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； 略去螺翅与料筒的间隙，物料重力和密度变化等的影响； 螺槽深度是恒定的，压力只是

34、螺杆长度的函数，摩擦系数与压力无关； 螺槽中固体物料像弹性固体塞一样移动。4.3.1 固体输送理论假设：假设：6.2.3.2 6.2.3.2 熔化理论熔化理论1.熔化过程的实验和现象分析 采用可视化挤出采用可视化挤出机观察物料的熔化机观察物料的熔化过程过程, ,或者或者 稳定挤稳定挤出过程中进行紧急出过程中进行紧急刹车，骤冷，然后刹车，骤冷，然后抽出螺杆，取螺槽抽出螺杆，取螺槽中的物料分析其熔中的物料分析其熔化状态。化状态。高密度聚乙烯的熔化过程分析观察结果 物料在螺槽分成三个区域：固体床、熔池、熔物料在螺槽分成三个区域：固体床、熔池、熔膜。熔池截面积随螺纹向前推进逐渐增大，固体膜。熔池截面积

35、随螺纹向前推进逐渐增大，固体床则逐渐减少。床则逐渐减少。 目前广为接受的熔化理论由目前广为接受的熔化理论由ETadomanETadoman等等人提出的熔化过程模型人提出的熔化过程模型 2.熔融机理熔融机理熔融机理 由固体输送区送入的物料，在由固体输送区送入的物料，在进入熔化区后，即在前进的过程中进入熔化区后，即在前进的过程中同加热的料筒表面接触，熔化即从同加热的料筒表面接触，熔化即从这里开始，且在熔化时于料筒壁留这里开始，且在熔化时于料筒壁留下一层熔体膜，若熔体膜的厚度超下一层熔体膜，若熔体膜的厚度超过螺翅与料筒间隙，就会被旋转的过螺翅与料筒间隙，就会被旋转的螺翅刮落，并将其强制积存在螺翅螺翅

36、刮落，并将其强制积存在螺翅的前侧，形成熔体池，而在螺翅的的前侧，形成熔体池，而在螺翅的后侧则为固体床，这样，在沿螺槽后侧则为固体床，这样，在沿螺槽向前移动的过程中，固体床的宽度向前移动的过程中，固体床的宽度就会逐渐减少，直至全部消失，即就会逐渐减少，直至全部消失，即完全熔化，熔体膜形成后的固体熔完全熔化，熔体膜形成后的固体熔化是在熔体膜和固体床的界面发生化是在熔体膜和固体床的界面发生的，所需热量一部分来自料筒的加的，所需热量一部分来自料筒的加热器，另一部分则来自于螺杆和料热器，另一部分则来自于螺杆和料筒对熔体的剪切作用。筒对熔体的剪切作用。 Qd 正流：即沿着螺槽向机头方向的流动，拖曳流动。Q

37、p 逆流：逆流方向与正流方向相反。QT 横流：环流。QL 漏流：由反压引起，通过螺杆与料筒间隙沿螺杆 轴向向料斗方向流动环流。 由于计量段复杂的流动形式，从而导致聚合物熔由于计量段复杂的流动形式，从而导致聚合物熔体不同的流动，其主要形式有：体不同的流动，其主要形式有：6.2.3.3 6.2.3.3 熔体输送理论熔体输送理论1.熔体在均化段的流动形式1).物料压力 （Melt Pressure）2).螺杆转速 (Screw Speed)3).螺杆的几何尺寸 （Geometry of the Screw ）2.影响挤出生产率的因素物料压力（Melt Pressure）PBANQPQ螺杆转速（Scr

38、ew Speed）PBANQNQ1).螺杆直径 (Diameter of the Screw)2).螺槽深度 (Depth of the Screw Channel)3).螺杆均化段长度 (Length of the Metering Zone)4).口模阻力 (Resistance of the Die)螺杆的几何尺寸螺杆的几何尺寸（Geometry of the ScrewGeometry of the Screw）均化段螺槽深度对挤出量的影响HH1 1：深螺槽深螺槽HH2 2：中等深度螺槽中等深度螺槽HH3 3：浅螺槽浅螺槽均化段螺槽长度对挤出量的影响机头和口模阻力对挤出量和物料压力的影

39、响螺杆直径： Q与D2成正比，螺槽深度： 低压时深槽挤出量大，均化段长度：较长时,挤出量受影响较小，口模阻力： 阻力小时,机头内压力的微小， 波动能引起挤出量的很大变化。螺杆的几何尺寸的影响6.2.4 6.2.4 挤出成型工艺过程及影响因素挤出成型工艺过程及影响因素 原料干燥(Raw materials dry) 挤出成型 (Extrusion) 制品的定型与冷却(Sizing and Cooling) 牵伸和后处理(Drawing and Post-treatment)6.2.4.1挤出成型的工艺与过程1.1.原料干燥原料干燥水分水分的影响： 影响挤出过程中的塑化。 制品表面产生气泡，表面阴

40、暗。 制品的物理机械性能下降。 一般水分含量应低于0.5%.2.2.挤出成型挤出成型 挤出成型过程中的工艺因素有温度，压力和螺杆转速。同时，温度和螺杆转速又决定了压力的分布。挤出机中的压力和温度分布(1)温度 (Temperature) 温度升高，有利于料筒中物料黏度的降低，但随着温度升高，熔体流量增大，挤出稳定性变差。同时，温度太高导致形状稳定性差,不易定型、制品发黄、老化。 温度太低，黏度过大，机头压力增加，制品更加密实，形状稳定性好，但塑化质量下降,离模膨胀严重。(2)(2)螺杆转速螺杆转速 (Screw Speed)(Screw Speed) 增大螺杆转速能强化对物料的剪切作用，有利于

41、物料的混合和塑化，也能提高料筒中物料压力。但转速太快影响冷却定型。螺杆转速对压力的影响3.制品的定型与冷却 (1) 冷却定型与方法 挤出单丝线缆包覆挤出片板板 材管 材棒 材异型材定型模具定型冷却无须定型压辊冷却定型管材内压定径方法管材真空定径方法片材的压辊冷却定型装置冷却条件冷却条件 结晶聚合物或软质聚合物宜快速冷却, 否则易变形，无定型硬质物料宜慢冷, 以免产生内应力。 薄型制品快冷，厚型制品慢冷。 4.4.牵伸和后处理牵伸和后处理 (1)牵伸的作用 保持挤出物的稳定性。 消除离模膨胀引起的尺寸变化 使制品产生一定程度的取向， 改进轴向强度和刚度。 后处理可提高尺寸稳定性后处理可提高尺寸稳

42、定性消除内应力消除内应力 (2) 后处理的作用6.2.5几种典型制品的挤出成型 管材的挤出成型 (Pipe Extrusion) 薄膜的挤出成型 (Film Extrusion) 板材的挤出成型 (Plate Extrusion) 片材的挤出成型 (Sheet Extrusion) 棒材挤出成型 (Bar Extrusion) 异型材挤出成型 (Profile Extrusion) 6.2.5.1.管材的挤出成型挤出口模水浴喷嘴冷浴切割真空管管材成型工艺控制因素 温度控制:一般机头温度低于机身温度,有 利于压实,定型。 冷却控制:料斗,螺杆,定径套,水箱。 定径方法:分真空定径和内压定径,大口

43、径 管材采用内压法,小口径管材则 实行真空定径法。辅助设备及特点 管材机头直通式 直角式偏心式一般采用直通式机头直通式管材口模示意图直通式管材口模示意图偏心式管材口模结构示意图 复合管材口模结构示意图复合管材口模结构示意图 定径套定径套内压定径内压定径真空定径真空定径冷却水箱Immersion Water BathSpray Water Cooling BathPedrail Haul-off Unit 牵引装置牵引装置（履带式）（履带式）Idler Wheel Haul-off Unit（滚轮式）（滚轮式）Conveyer Belt Haul-off Unit（传送带式）（传送带式）(5)切

44、割装置Cutting Device2.波纹管挤出成型Extrusion Process of the Corrugated Pipe波纹管成型原理示意图压缩空气压缩空气口模芯棒口模芯棒管材口模管材口模波纹成型模具波纹成型模具波纹管波纹管 挤出吹塑薄膜 直接挤出薄膜 共挤薄膜（复合膜） 6.2.5.2.6.2.5.2.薄膜的挤出成型薄膜的挤出成型1.挤出吹塑薄膜(Extrusion Blown Film)EXTRUDERBUBBLECOLLAPSING DEVICEAIR RINGNIP ROLLSEXTERNAL SIZINGPRODUCT（1）工艺流程）工艺流程 物料 挤出机 口模 吹胀 冷却 切割 卷取 牵引 人字板夹平 检验包装Extrusion Blown Film Unit 薄膜平挤平吹生产薄膜平挤下吹生产流程挤出机挤出机口模口模风环风环膜泡膜泡人字板人字板夹棍夹棍收卷收卷（2）工艺控制因素(Technology controlling parameters)1）温度(Temperature)根据聚合物和黏度确定 LDPE： 140160 HDPE： 170 180 LLDPE： 190 210 PP： 190 210黏度越大，挤出吹塑温度越高2) 吹胀