挤出成型过程分析

1、1挤出成型过程分析及产品质量控制挤出成型过程分析及产品质量控制北京工商大学材料系北京工商大学材料系王王 澜澜2n第一章第一章、单螺杆挤出过程分析、单螺杆挤出过程分析n第二章第二章、双螺杆、双螺杆挤出过程分析挤出过程分析n第第三三章章、挤出制品的质量控制、挤出制品的质量控制31.1.物料通过挤压系统的运动及物态变化物料通过挤压系统的运动及物态变化n挤出机挤压系统的主要作用是：挤出机挤压系统的主要作用是： 、连续、稳定地输送物料；、连续、稳定地输送物料； 、将固体物料塑化成熔融物料；、将固体物料塑化成熔融物料； 、使物料在温度和组分上均匀一致、使物料在温度和组分上均匀一致 / /n第第一一章章、单

2、螺杆挤出过程分析、单螺杆挤出过程分析挤出机组成：挤出机组成：加料系统加料系统挤压系统挤压系统传动系统传动系统加热冷却系统加热冷却系统4分析物料通过螺杆的挤出过程分析物料通过螺杆的挤出过程v1. 1. 螺杆旋转螺杆旋转，使得物料与螺杆、机筒表面的相，使得物料与螺杆、机筒表面的相对运动而形成的摩擦作用，对运动而形成的摩擦作用，强行将物料向前输强行将物料向前输送送；v2. 2. 螺槽体积逐渐变小螺槽体积逐渐变小，使物料从一个大容积的，使物料从一个大容积的空间强行走向小容积的空间；空间强行走向小容积的空间；v3. 3. 在螺杆前端安装有过滤网和分流板等阻力元在螺杆前端安装有过滤网和分流板等阻力元件。件

3、。v以上三种因素，造成了沿螺杆长度方向上物料以上三种因素，造成了沿螺杆长度方向上物料的压力上升。的压力上升。 / /5压缩对物料的作用压缩对物料的作用n有利于排气有利于排气可以使从加料斗加入的松散物料可以使从加料斗加入的松散物料逐渐压实，致使粘附于固体表面的气体沿料斗逐渐压实，致使粘附于固体表面的气体沿料斗排出。排出。n有利于热传导有利于热传导固体料压实后，能改善机筒固体料压实后，能改善机筒给予物料的热量在物料内部的热传导，也有利给予物料的热量在物料内部的热传导，也有利于加速固体物料的熔融。于加速固体物料的熔融。n使制品密实使制品密实由于物料本身的压力存在，使挤由于物料本身的压力存在，使挤出的

4、制品密实，并对制品的表面形状和光洁度出的制品密实，并对制品的表面形状和光洁度均有益处。均有益处。 / /6普通的挤出机螺杆都可分为三个不同结构的区段普通的挤出机螺杆都可分为三个不同结构的区段n加料段加料段进行高分子物料的固体输送；进行高分子物料的固体输送；n压缩段压缩段压缩物料，并使物料熔融；压缩物料，并使物料熔融；n计量段计量段对熔融物料进行搅拌和混合，并定量定压地对熔融物料进行搅拌和混合，并定量定压地将熔体向口模输送。将熔体向口模输送。n物料在挤出过程中，根据其运动和状态变化情况，也可物料在挤出过程中，根据其运动和状态变化情况，也可分为三个区域：分为三个区域：n固体输送区固体输送区物料温度

5、较低，故呈固体状态，物料逐物料温度较低，故呈固体状态，物料逐渐被压实，并向前输送；渐被压实，并向前输送；n熔融区熔融区料温达到熔融温度，逐渐熔融变成粘流体；料温达到熔融温度，逐渐熔融变成粘流体；n熔体输送区熔体输送区已熔融的流体沿螺杆进行搅拌和混合，已熔融的流体沿螺杆进行搅拌和混合，同时定量定压输送。同时定量定压输送。/ /7n挤出理论挤出理论是研究物料在螺杆式挤出机中塑是研究物料在螺杆式挤出机中塑化挤出过程的状态变化及运动规律的工程原理。化挤出过程的状态变化及运动规律的工程原理。n概括为三个理论：概括为三个理论：n固体输送理论、固体输送理论、n熔融理论、熔融理论、n熔体输送理论。熔体输送理论

6、。/ /81.2.1.2.分析加料段的固体输送分析加料段的固体输送n当螺杆参数已知时，当螺杆参数已知时，要计算固体输送的生要计算固体输送的生产率，还需求得输送产率，还需求得输送角角。/ /1.2.1输送角据理论力学速度合成定理：据理论力学速度合成定理：固体塞相对于机筒的运动速固体塞相对于机筒的运动速度度v v3 3为螺杆转动的切线速度为螺杆转动的切线速度v v1 1与固体塞与固体塞dzdz沿螺槽前进的沿螺槽前进的速度速度v v2 2的矢量和。的矢量和。9固体塞的输送角固体塞的输送角( (前进角前进角)n对螺槽中截取的固体塞微元进行受力分析对螺槽中截取的固体塞微元进行受力分析n将输送过程视为匀速

7、运动，将输送过程视为匀速运动，n通过力和力矩平衡求得通过力和力矩平衡求得角。角。/ /10n式中，式中，M M为等号右边后三项的总和。为等号右边后三项的总和。n当设当设为某一定值时，则为某一定值时，则M M与与K K成直线关系，据成直线关系，据此可作此可作M M与与K K的关系图的关系图 / /11n根据计算的根据计算的K K值与值与M M值，直接查图值，直接查图2-ll2-ll，即可，即可获得获得值。值。n再代入方程，便可计算固体输送再代入方程，便可计算固体输送率率Q Q。/ / 121.2.11.2.1输送角输送角v输送角输送角是是螺杆结构参数、摩擦因数螺杆结构参数、摩擦因数以及以及压力压

8、力这些因素的函数，这些因素的函数，v如果以上变量一定，可计算如果以上变量一定，可计算Q/nQ/n，从而得到螺杆，从而得到螺杆的输送能力。的输送能力。v当当0 0时，时，Q Q0 0，说明固体塞同螺杆一齐转动，说明固体塞同螺杆一齐转动，而不沿螺杆轴向前进。而不沿螺杆轴向前进。v为了提高固体输送率为了提高固体输送率Q Q，就要尽量增大输送角，就要尽量增大输送角. .v0 0 9090/ /1.2.分析加料段的固体输送13M M值是螺杆几何参数、压值是螺杆几何参数、压力变化和摩擦因数的函数力变化和摩擦因数的函数. .从图看出，当从图看出，当增大时，增大时，意味着意味着M M值下降，值下降，K K值下

9、降。值下降。141.2.21.2.2摩擦因数摩擦因数f fn当当fs/fbfs/fb比值下降时，比值下降时，M M值即可减小，这意味着值即可减小，这意味着: :n控制固体塞的摩擦因数，使它与螺杆的摩擦因数控制固体塞的摩擦因数，使它与螺杆的摩擦因数fsfs减小，与机筒的摩擦因数减小，与机筒的摩擦因数fbfb增加，则可以提高增加，则可以提高固体输送率。固体输送率。在实际生产中，控制摩擦因数有如下的方法：在实际生产中，控制摩擦因数有如下的方法：(a)(a)控制螺杆与机筒的表面加工，控制螺杆与机筒的表面加工，(b)(b)控制螺杆与机筒的温度。控制螺杆与机筒的温度。/ /15将螺杆表面加工光洁度尽量提高

10、。将螺杆表面加工光洁度尽量提高。v在机筒内表面开设纵向沟在机筒内表面开设纵向沟槽，以增加槽，以增加f fb b . .v例如某例如某120120挤出机，在加挤出机，在加料段处机筒开槽八条，槽长料段处机筒开槽八条，槽长1m1m，深，深0.5mm0.5mm，产率提高了，产率提高了1/3. /1/3. /(a)(a)控制螺杆与机筒的表面加工控制螺杆与机筒的表面加工16n(b)(b)高聚物与金属的摩擦因数是温度的函数高聚物与金属的摩擦因数是温度的函数n在结晶高聚物的摩擦因数与温度的函数曲线上在结晶高聚物的摩擦因数与温度的函数曲线上会出现二次转折，会出现二次转折，n第一次转折与材料的屈第一次转折与材料的

11、屈服极限有关，第二次则与服极限有关，第二次则与熔化有关，熔化有关，n无定形高聚物只有一个无定形高聚物只有一个转折点，且与其玻璃化温转折点，且与其玻璃化温度有关。度有关。/ / 173.1.3物料温度过高物料温度过高1819v压缩段紧接在加料段之后，压缩段紧接在加料段之后，固体物料在这一段固体物料在这一段逐渐软化熔融，最后成为连续的粘性流体输送逐渐软化熔融，最后成为连续的粘性流体输送给均化段。给均化段。v压缩段对物料的作用：压缩段对物料的作用：v压实物料，把夹带在物料中的气体排除，压实物料，把夹带在物料中的气体排除，v物料从固态转变为熔态。物料从固态转变为熔态。v在压缩段中既存在固体物料，又存在

12、熔融物料，在压缩段中既存在固体物料，又存在熔融物料，给过程分析带来很大困难。给过程分析带来很大困难。/ /20通过分析压缩段的熔融过程，可以预测：通过分析压缩段的熔融过程，可以预测：w 熔融区任何部分未熔物料量、熔融区任何部分未熔物料量、w 使全部固体物料熔化所需要的螺杆长度使全部固体物料熔化所需要的螺杆长度、w 以便于确定最佳工艺条件。以便于确定最佳工艺条件。/ /w总是希望在压缩段末端全部完成固体物料向粘总是希望在压缩段末端全部完成固体物料向粘流态的转化，流态的转化，w使进入均化段的物料全是熔融体，以保证产品使进入均化段的物料全是熔融体，以保证产品质量和提高挤出机的生产率。质量和提高挤出机

13、的生产率。21在展开的螺槽内在展开的螺槽内( (图图a)a)和螺槽横截面和螺槽横截面( (图图b)b)熔融过熔融过程的一般情况。程的一般情况。 熔膜熔膜 、熔池、固体床、熔池、固体床22w 直到熔融区终点直到熔融区终点B(B(相变相变点点B)B)，固相完全消失，固相完全消失，全部螺槽内充满熔融物全部螺槽内充满熔融物料。料。w 也就是固向宽度与螺也就是固向宽度与螺槽宽度之比槽宽度之比X/WX/W从从1 1变到变到0 0的过程。的过程。 /自熔融区始点自熔融区始点A(A(相变点相变点A)A)起，固相宽度开始逐渐起，固相宽度开始逐渐减小，液相宽度逐渐增加减小，液相宽度逐渐增加23n它们均取决于：它们

14、均取决于：n物料的性质、物料的性质、n操作工艺条件操作工艺条件、n螺杆的几何参数等。螺杆的几何参数等。/ /1.1.3.13.1分析影响挤出生产能力及分析影响挤出生产能力及熔融区长度的因素熔融区长度的因素通过对压缩段熔融理论的分析，可以得出以下结通过对压缩段熔融理论的分析，可以得出以下结果：果：挤出过程的生产率挤出过程的生产率熔融段的流率熔融段的流率G G密切相关密切相关熔融区的长度熔融区的长度Z ZT T24na a 物料性质的影响物料性质的影响n从熔融理论的有关公式可知，物料性质对流率从熔融理论的有关公式可知，物料性质对流率G G和熔融长度和熔融长度Z ZT T的影响因素主要有：的影响因素

15、主要有：w 物料的热性能物料的热性能( (如热导率如热导率K K、比热容、比热容c c、熔化潜、熔化潜热热、熔点、熔点TmTm等等) )、w 流变性能流变性能( (如粘度如粘度)w 密度密度。w 对于比热容小、热导率和密度高，熔化潜热和熔对于比热容小、热导率和密度高，熔化潜热和熔化温度低的塑料，则其所需的熔化区长度化温度低的塑料，则其所需的熔化区长度Z ZT T较小，较小，或在相同的或在相同的Z ZT T下，能获得较高的生产能力。下，能获得较高的生产能力。/ /25n表中看出，加工表中看出，加工PPPP的螺杆比加工的螺杆比加工HDPEHDPE的螺杆需要的螺杆需要有较长的熔融段，有较长的熔融段，

16、n因因PPPP的熔点高，而导热性差，它要经历一较长的的熔点高，而导热性差，它要经历一较长的吸热过程才能熔化，所以实际加工吸热过程才能熔化，所以实际加工PPPP的螺杆都比的螺杆都比较长。较长。/ /26b 工艺条件的影响工艺条件的影响、螺杆转速、螺杆转速n n和流率和流率G G：从从Z ZT T的计算式知，的计算式知，G G与与Z ZT T成正比关系成正比关系q增大螺杆转速增大螺杆转速n n，将导致，将导致G G和剪切热的增大。和剪切热的增大。qG G增加的结果将要求加长增加的结果将要求加长Z ZT T，而剪切热的增大，而剪切热的增大，则有利于物料的加速熔融，从而可使则有利于物料的加速熔融，从而

17、可使Z ZT T减小，减小，因因此这是一对矛盾。此这是一对矛盾。/ /27n对通常无背压控制的设备而言，提高对通常无背压控制的设备而言，提高n n，会使，会使Z ZT T加长。加长。28对通常无背压控制的设备而言，对通常无背压控制的设备而言，提高提高n n所带来的所带来的剪切热增大的作用，不足以抵消剪切热增大的作用，不足以抵消G G增加带来的影增加带来的影响，其结果是使响，其结果是使Z ZT T加长，加长，这就是在一种设这就是在一种设备上备上n n不能过高的不能过高的原因原因. ./ /29n由于提高由于提高n n时时G G可可以控制，以控制，w 可使剪切热增加可使剪切热增加的影响提高，并的影

18、响提高，并从而起到减少从而起到减少Z ZT T的的作用，作用，w 这就是提高这就是提高n n时需时需要增设背压设备要增设背压设备的原因。的原因。/ /当设置和加大背压控制时，提高当设置和加大背压控制时，提高n，可减少，可减少ZT。30机筒温度机筒温度Tb和固体塑料初温和固体塑料初温Ts：n提高提高TbTb能有利于对物料供热和加速其熔融过程，能有利于对物料供热和加速其熔融过程，w 但过高的但过高的TbTb，会产生种种不良影响。如，会产生种种不良影响。如下降，下降，物料易分解等。物料易分解等。/ / 31w 适当提高适当提高Ts，一般都有利，它可使，一般都有利，它可使ZT减小，减小，w 但但Ts过

19、高，对加料段的固体输送能力不利。过高，对加料段的固体输送能力不利。/32c、螺杆的几何参数、螺杆的几何参数v在其它条件相同情况下，渐变螺杆可以使熔融区在其它条件相同情况下，渐变螺杆可以使熔融区缩短，缩短，v这是由于螺槽变浅，使物料压实，有利于熔融。这是由于螺槽变浅，使物料压实，有利于熔融。v但渐变度的大小要适应于固体床的变化，但渐变度的大小要适应于固体床的变化，v太大的渐变度会引起固体床破裂，料流阻力增大，太大的渐变度会引起固体床破裂，料流阻力增大，造成挤出过程的压力波动和挤出波动，造成挤出过程的压力波动和挤出波动，/ /331.4分析均化段的熔体输分析均化段的熔体输送送n熔体输送理论研究的对

20、象熔体输送理论研究的对象挤压系统的熔体输送区，即螺杆的均化段挤压系统的熔体输送区，即螺杆的均化段n研究的目的研究的目的在保证物料完全熔融的基础上得到进一步在保证物料完全熔融的基础上得到进一步均化，定温、定压、定量地从挤出机机头挤均化，定温、定压、定量地从挤出机机头挤出，以获得稳定的产量和高质量的制品。出，以获得稳定的产量和高质量的制品。n通常以均化段的生产率代表挤出机的生产率。通常以均化段的生产率代表挤出机的生产率。/ / 341.4.1螺槽中熔体流动的速度分布螺槽中熔体流动的速度分布n为了分析螺槽中熔体的流动情况，假设螺杆为了分析螺槽中熔体的流动情况，假设螺杆相对静止，料筒以螺杆的速度作反向

21、运动，相对静止，料筒以螺杆的速度作反向运动，将螺槽展开，如图示。将螺槽展开，如图示。n熔体被拖动沿熔体被拖动沿z z方向移方向移动，同时由于机头口模动，同时由于机头口模的回压作用，物料又有的回压作用，物料又有反压流动。反压流动。/ /35n通常把物料在螺槽中的流动看成由下面四种类型的通常把物料在螺槽中的流动看成由下面四种类型的流动所组成：流动所组成：n正流：正流：是物料沿螺槽方向是物料沿螺槽方向(z(z方向方向) )向机头的流动向机头的流动n逆流：逆流：沿螺槽与正流方向相反沿螺槽与正流方向相反( (z z方向方向) )的流动，的流动，n横流：横流：物料沿物料沿x x轴和轴和y y轴两方向在螺槽

22、内往复流动，轴两方向在螺槽内往复流动，n漏流：漏流：物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动。料斗方向的流动。/ /36n物料在螺杆均化段的实际流动是上述四种流动的组合，物料在螺杆均化段的实际流动是上述四种流动的组合，其输送流率就是挤出机的总生产能力：其输送流率就是挤出机的总生产能力：nQ QQ QD DQ QP PQ QL L 即为正流、逆流、漏流的代数和。即为正流、逆流、漏流的代数和。/ /37n1.4.21.4.2、机头压力与生产率的关系、机头压力与生产率的关系n式式(2(261)61)说明说明Q QD D与压力无关，而与压力无关，而Q

23、QP P与与Q QL L都与都与P P成成正比，因而生产率正比，因而生产率Q Q将随将随P P上升而下降。上升而下降。n说明在其它条件相同时，说明在其它条件相同时，当使用高阻力机头，使当使用高阻力机头，使机头压力增加，则挤出机头压力增加，则挤出产量下降，但却有利于产量下降，但却有利于物料混合和塑化。物料混合和塑化。/ /381.4.31.4.3、转速与生产率的关系、转速与生产率的关系n式式(2(261)61)说明，说明，Q Q与与n n成正比关系。成正比关系。 n,n,则则QQ 。n但当但当n n增大到一定值时，生产率上升也会明显变慢，增大到一定值时，生产率上升也会明显变慢，/ /39n其原因

24、是其原因是-n n上升得很大时，熔融物由于剪切生上升得很大时，熔融物由于剪切生热的热量大大增加，至使温度上升，粘度下降，使热的热量大大增加，至使温度上升，粘度下降，使QpQp、Q QL L增加，导致生产率的增加缓慢；增加，导致生产率的增加缓慢；n同时，当同时，当n n增加而造成剪切速率增加达到一定数值增加而造成剪切速率增加达到一定数值时，挤出物呈现熔体破裂现象，使制品表面质量下时，挤出物呈现熔体破裂现象，使制品表面质量下降。降。n所以完全靠增加转速来提高生产率是有限度的。所以完全靠增加转速来提高生产率是有限度的。/ /401.4.41.4.4均化段螺槽深度均化段螺槽深度h h3 3对生产率的影

25、响对生产率的影响n式式(2(261)61)说明，说明，螺槽深度螺槽深度h h3 3对生产率对生产率Q Q的影响是的影响是双重的：双重的：nQ QD D正比于正比于h h3 3的一次方，的一次方，QpQp却正比于却正比于h h3 3的三次方。的三次方。n即若即若h h3 3增加一倍，则增加一倍，则Q QD D也增加一倍，而也增加一倍，而QpQp却增加却增加八倍。八倍。/ /41n从图从图2 23030所示的直线所示的直线3 3、4 4可以发现：可以发现：n当机头压力小于当机头压力小于P P* *时，时，深槽螺杆的生产率高；深槽螺杆的生产率高；n当机头压力大于当机头压力大于P P* *时，时，情况

26、正好相反。情况正好相反。v因此在选择螺杆时，要注意和机头的配合使用：因此在选择螺杆时，要注意和机头的配合使用：v低阻力机头选用深螺槽螺杆，低阻力机头选用深螺槽螺杆，v而高阻力机头，则宜选用浅螺槽螺杆。而高阻力机头，则宜选用浅螺槽螺杆。/ /42n螺杆特性线比较硬，螺杆特性线比较硬，-是指产量随压力的变化是指产量随压力的变化较缓慢，即对不同的压力适应性比较强。较缓慢，即对不同的压力适应性比较强。n浅螺槽螺杆的特性线就比较硬，而深螺槽螺杆的浅螺槽螺杆的特性线就比较硬，而深螺槽螺杆的特性线就比较软。特性线就比较软。 / /n从图从图2 23030也可发现，浅螺也可发现，浅螺槽螺杆的特性线较平坦槽螺杆

27、的特性线较平坦，n压力变化时对生产率的影压力变化时对生产率的影响较小，因而对不同阻力的响较小，因而对不同阻力的机头的适应性较好，机头的适应性较好，n亦即更换不同阻力的机头亦即更换不同阻力的机头后，生产率的变化不会很大。后，生产率的变化不会很大。431.4.51.4.5、计量段长度、计量段长度L L3 3的影响的影响n由生产率公式由生产率公式(2(261)61)看出，当看出，当L L3 3增加时，增加时，QpQp、Q QL L减少，减少，n显然对正流流量显然对正流流量Q QD D无影响，因此生产率无影响，因此生产率Q Q是上升的。是上升的。44n由图可看出，由图可看出，L L3 3增加时，增加时

28、，使螺杆特性线趋于平坦。使螺杆特性线趋于平坦。n曲线斜率变小，产量随压曲线斜率变小，产量随压力变化的波动小，挤出过程力变化的波动小，挤出过程比较稳定，有利于产品质量比较稳定，有利于产品质量的保证。的保证。/ /451.4.61.4.6、螺杆与机筒间隙对生产率的影响、螺杆与机筒间隙对生产率的影响n式式(2(261)61)表示表示Q QL L与与3 3成正比。当成正比。当比比h h3 3小得多时，小得多时，Q QL L还还不到不到QpQp的的1 1；当；当较大时，生产率会明显地下降，见图。较大时，生产率会明显地下降，见图。n螺杆长期工作后，由于螺杆长期工作后，由于磨损而使间隙磨损而使间隙变大，变大

29、，n当到达一定程度后，就当到达一定程度后，就不能再继续使用了不能再继续使用了。/461.4.7、物料的温度和粘度、物料的温度和粘度l 物料温度的变化，引起粘度的变化，随物料温度的变化，引起粘度的变化，随TT，。l 粘度与逆流和漏流成反比，所以粘度与逆流和漏流成反比，所以，逆流和漏流增，逆流和漏流增加，曲线的斜率也会加大，加，曲线的斜率也会加大，l 所以随温度的增加，在同样的压力条件下，会使产量所以随温度的增加，在同样的压力条件下，会使产量降低。降低。/47第二章、双螺杆第二章、双螺杆挤出过程分析挤出过程分析48n双螺杆挤出机的螺杆结构要比单螺杆挤出机复双螺杆挤出机的螺杆结构要比单螺杆挤出机复杂

30、得多，杂得多，n双螺杆挤出机有多种形式，主要差别在于螺杆双螺杆挤出机有多种形式，主要差别在于螺杆结构的不同。诸如旋转方向、啮合程度等问题。结构的不同。诸如旋转方向、啮合程度等问题。49n啮合异向旋转的双螺杆挤出机啮合异向旋转的双螺杆挤出机常用于常用于PVCPVC型材挤型材挤出，适宜在比较低的螺杆速度下操作。出，适宜在比较低的螺杆速度下操作。n啮合同向旋转式双螺杆挤出机啮合同向旋转式双螺杆挤出机用于混炼、排气用于混炼、排气造粒或作为连续化学反应器使用，这类挤出机造粒或作为连续化学反应器使用，这类挤出机最大螺杆速度范围在最大螺杆速度范围在300300600r600rmimmim。n非啮合型挤出机非

31、啮合型挤出机的输送机理与啮合型挤出机大的输送机理与啮合型挤出机大不相同，比较接近于单螺杆挤出机的输送机理。不相同，比较接近于单螺杆挤出机的输送机理。/ /502.1. 2.1. 双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理512.1.12.1.1非啮合型双螺杆挤出系统非啮合型双螺杆挤出系统n物料在非啮合双螺杆挤出系统中，除了向机头方物料在非啮合双螺杆挤出系统中，除了向机头方向的运动形式外，还有多种流动方式，见图。向的运动形式外，还有多种流动方式，见图。n物料在非啮合双螺杆物料在非啮合双螺杆挤出机中的流动示意图挤出机中的流动示意图n由于两螺杆不啮合，它由于两螺杆不啮合，它们之间的径向间隙很大，们

32、之间的径向间隙很大，具有较大的漏流。具有较大的漏流。n这种双螺杆没有自清洁这种双螺杆没有自清洁作用。一般仅用于混料作用。一般仅用于混料, ,不适合不适合PVCPVC型材的生产型材的生产。/522.1.2 2.1.2 啮合型异向旋转双螺杆挤出系统啮合型异向旋转双螺杆挤出系统n在啮合型异向旋转的双螺杆挤出中，两根螺杆是对称的，在啮合型异向旋转的双螺杆挤出中，两根螺杆是对称的，n由于回转方向不同，一根螺杆上物料螺旋前进的道路被由于回转方向不同，一根螺杆上物料螺旋前进的道路被另一根螺杆的螺棱堵死。另一根螺杆的螺棱堵死。n图图: : 啮合型异向旋转双螺杆挤啮合型异向旋转双螺杆挤压系统中物料的运动情况压系

33、统中物料的运动情况n在固体输送部分，在固体输送部分，物料是以近似的密闭物料是以近似的密闭“C”C”形小室的形态形小室的形态向前输送。向前输送。53n沿螺杆和机筒轴线，有两串彼此不相通的沿螺杆和机筒轴线，有两串彼此不相通的C C形室。形室。n当螺杆转动一周，当螺杆转动一周，C C形室中的物料向前移动一个形室中的物料向前移动一个导程，导程，n异向旋转啮合双螺杆挤出机的理论挤出量为：异向旋转啮合双螺杆挤出机的理论挤出量为： Q Q2n2nv v v v单个单个C C形小室的体积形小室的体积n不难看出，双螺杆挤出机对物料的输送能力是很不难看出，双螺杆挤出机对物料的输送能力是很强的，效率也很高。强的，效

34、率也很高。/ /54v图示，在双螺杆啮合处取图示，在双螺杆啮合处取A A点，点，vA A是螺杆是螺杆l l螺棱顶部与螺杆螺棱顶部与螺杆2 2螺槽底螺槽底部相接近处。其相对速度为：部相接近处。其相对速度为：vV VrArA22n(Rn(Rb bR Rs s) ) vV VrArA：A A点处两螺杆侧间隙间相对速度点处两螺杆侧间隙间相对速度，R Rb b：螺杆外半径，：螺杆外半径， R Rs s：螺杆根半径：螺杆根半径 v可以证明，可以证明，B B点处点处V VrBrB与与V VrArA数值相等，方向相反，数值相等，方向相反，v O O点处点处V VroroO O。v由于啮合处的速度差，使得一个螺

35、棱对另一螺槽中的由于啮合处的速度差，使得一个螺棱对另一螺槽中的物料有清理作用，使得物料不易粘于螺杆上，这被认为物料有清理作用，使得物料不易粘于螺杆上，这被认为是双螺杆良好的自洁性。是双螺杆良好的自洁性。/ /55w两根异向旋转双螺杆的运动将部分物料拉入两根两根异向旋转双螺杆的运动将部分物料拉入两根螺杆之间的间隙中，在两根螺杆最窄间隙处，物料螺杆之间的间隙中，在两根螺杆最窄间隙处，物料受到高的剪应力作用。受到高的剪应力作用。间隙中的物料间隙中的物料 压力压力使两螺杆轴线有分离的趋势使两螺杆轴线有分离的趋势把螺杆压向机筒壁把螺杆压向机筒壁造成螺杆和机筒的磨损造成螺杆和机筒的磨损磨损程度与螺磨损程度

36、与螺杆速度有关杆速度有关速度速度，磨损，磨损所谓压迫效应所谓压迫效应因此，异向双螺杆挤出机要在低转速下工作。因此，异向双螺杆挤出机要在低转速下工作。/ /562.1.3 2.1.3 啮合型同向旋转双螺杆挤出系统啮合型同向旋转双螺杆挤出系统n同向旋转双螺杆在啮合位置的速度方向相反，同向旋转双螺杆在啮合位置的速度方向相反，n一根螺杆要把物料拉入啮合间隙，而另一根螺一根螺杆要把物料拉入啮合间隙，而另一根螺杆把物料从间隙中推出，杆把物料从间隙中推出，n结果使物料从一根螺杆转到另一根螺杆，呈结果使物料从一根螺杆转到另一根螺杆，呈形前进。形前进。图图: :物料在啮合同向双物料在啮合同向双螺杆挤出机中的流动

37、示螺杆挤出机中的流动示意图意图/ /57q在绕两根螺杆的在绕两根螺杆的通道上，没有汇集物料的趋势，通道上，没有汇集物料的趋势，q螺杆四周压力是相同的，物料使螺杆浮在机筒中心。螺杆四周压力是相同的，物料使螺杆浮在机筒中心。q两螺杆之间没有压迫效应，因而没有使两根螺杆分开两螺杆之间没有压迫效应，因而没有使两根螺杆分开的力。的力。q不会发生像异向旋转双螺杆中那样严重的磨损。不会发生像异向旋转双螺杆中那样严重的磨损。/ /58q所以，同向转动的双螺杆相对速度大于异向转所以，同向转动的双螺杆相对速度大于异向转动双螺杆。动双螺杆。q有利于使物料受到比异向旋转双螺杆高的剪切，有利于使物料受到比异向旋转双螺杆

38、高的剪切，这对于物料充分熔融是十分有利的。这对于物料充分熔融是十分有利的。/ /59第三章、挤出制品的质量控制第三章、挤出制品的质量控制60n在生产中经常由于下料不稳定在生产中经常由于下料不稳定,而使生产不能而使生产不能正常进行正常进行.3.1.影响挤出机下料不稳定的因素影响挤出机下料不稳定的因素n分析原因常常有以下几种可能性分析原因常常有以下几种可能性:n3.1.1物料架桥，物料架桥，n3.1.2加料口温度过高，加料口温度过高，n3.1.3加入的物料温度过高。加入的物料温度过高。/613.1.1物料架桥物料架桥n原因原因:n物料潮湿物料潮湿n粒料颗粒不均匀粒料颗粒不均匀n解决解决:n物料干燥

39、物料干燥n粒料颗粒均化粒料颗粒均化623.1.2加料口温度过高加料口温度过高n原因原因:n物料过早熔融物料过早熔融,在加料段不能形成固体塞在加料段不能形成固体塞,物料不物料不能被向前推进能被向前推进.n解决解决:n降低加料口温度降低加料口温度n或加料口通冷却水或加料口通冷却水/633.1.3物料温度过高物料温度过高n原因原因:幻灯片 17643.2.影响制品表观质量的因素影响制品表观质量的因素n下面以型材为例进行分析讨论：下面以型材为例进行分析讨论： 型材的外观质量、型材的外观质量、 型材的截面尺寸超偏差、型材的截面尺寸超偏差、 型材弯曲、型材弯曲、 经常卡在定型模具中、经常卡在定型模具中、

40、挤出型坯边部流速过快，造成波浪边、挤出型坯边部流速过快，造成波浪边、 等等实际生产常出现的问题。等等实际生产常出现的问题。n但往往问题是错综复杂的，是多方面的，要逐但往往问题是错综复杂的，是多方面的，要逐一排除。一排除。/653.2.1.划痕划痕首先确定划痕首先确定划痕是由谁造成的？是由谁造成的？表面出现连续划痕是表面出现连续划痕是挤出模具或定型模具挤出模具或定型模具所造成的。所造成的。66简单方法：简单方法：v在在挤出生产中将定型模与机头模具分开挤出生产中将定型模与机头模具分开30mm30mm距离，观距离，观察物料从挤出模具挤出后的型材是否有划痕。察物料从挤出模具挤出后的型材是否有划痕。v如

41、果没有，那肯定是通过定型模具产生的划痕。如果没有，那肯定是通过定型模具产生的划痕。v打开定型模具找到划痕产生的地方。打开定型模具找到划痕产生的地方。v问题常出现在定型模具真空缝中，由于低分子物的析问题常出现在定型模具真空缝中，由于低分子物的析出，吸附在真空缝上，冷却后，造成对型坯的划伤。出，吸附在真空缝上，冷却后，造成对型坯的划伤。v将夹在真空缝中的杂质清理干净，划伤也就解决了。将夹在真空缝中的杂质清理干净，划伤也就解决了。v有时因杂质坚硬会造成定型模具中定型面的损伤，应有时因杂质坚硬会造成定型模具中定型面的损伤，应该用很细的砂纸（该用很细的砂纸（800800目以上）将损伤的表面磨平。目以上）

42、将损伤的表面磨平。/ /67n划痕产生在挤出模具中划痕产生在挤出模具中，一般都是因物料中的，一般都是因物料中的杂质卡在机头模具中造成对型材的划伤。杂质卡在机头模具中造成对型材的划伤。n一般最容易造成划痕的位置在口模出口处，因一般最容易造成划痕的位置在口模出口处，因为口模处缝隙最小，最容易卡住杂质。为口模处缝隙最小，最容易卡住杂质。n可采用可采用0.5mm0.5mm厚铜片小心地插入到口模内将吸厚铜片小心地插入到口模内将吸附物刮掉。附物刮掉。n如果多次处理仍无效，可能吸附物的位置靠里如果多次处理仍无效，可能吸附物的位置靠里面难以清除，只能通过拆模清理杂质。面难以清除，只能通过拆模清理杂质。/ /6

43、8n一是模具不够光滑，尤其是在口模平直段处。一是模具不够光滑，尤其是在口模平直段处。n二是配方中润滑剂及各种助剂与二是配方中润滑剂及各种助剂与PVCPVC相容性较差。相容性较差。/ /造成析出物及吸附在模具表面的原因有两个：造成析出物及吸附在模具表面的原因有两个：n另外，低分子物的析出，易粘在机头口模出口另外，低分子物的析出，易粘在机头口模出口处，积累多了造成口模出口处光洁度下降，划伤处，积累多了造成口模出口处光洁度下降，划伤型材型坯。型材型坯。69n提高口模的光洁度提高口模的光洁度，圆滑过渡口模出口处圆滑过渡口模出口处，可以，可以减少析出物在口模出口处粘附。减少析出物在口模出口处粘附。n减少

44、润滑剂的用量减少润滑剂的用量可以减少物料的析出物质。但可以减少物料的析出物质。但润滑剂的减少是在不影响挤出加工正常进行的条润滑剂的减少是在不影响挤出加工正常进行的条件下进行。件下进行。/ /解决解决: :70n一般生产中物料或多或少都有析出，如果模具一般生产中物料或多或少都有析出，如果模具内部光滑，少量的析出并不影响正常生产。内部光滑，少量的析出并不影响正常生产。n如果模具内部粗糙，析出物的积累越来越多，如果模具内部粗糙，析出物的积累越来越多，生产的型材外观质量也就难以保证。生产的型材外观质量也就难以保证。n往往新模具更容易造成划痕，与模具的光洁度往往新模具更容易造成划痕，与模具的光洁度不高有

45、关。不高有关。n使用一段时间，物料的挤出流动对模具也是抛使用一段时间，物料的挤出流动对模具也是抛光，模具的光洁度提高了，划痕也相对少了光，模具的光洁度提高了，划痕也相对少了./713.2.2 3.2.2 收缩痕收缩痕n造成内筋在冷却收缩时拉动表面的原因：造成内筋在冷却收缩时拉动表面的原因：n一是内筋壁过厚，壁厚收缩力大；一是内筋壁过厚，壁厚收缩力大；n二是外壁冷却真空定型吸附力小。二是外壁冷却真空定型吸附力小。/ /q产生收缩痕的原因产生收缩痕的原因: :q主要是型材内筋在冷却收缩时拉动表面产生的凹主要是型材内筋在冷却收缩时拉动表面产生的凹痕。痕。v收缩痕不同于收缩痕不同于划痕划痕, ,是在型

46、材表面的光滑凹痕。是在型材表面的光滑凹痕。v有时用手摸不到但在光线下可以看到。有时用手摸不到但在光线下可以看到。72n为避免内筋收缩造成表面的凹陷，为避免内筋收缩造成表面的凹陷，可减薄筋的可减薄筋的厚度以减少筋的收缩力。厚度以减少筋的收缩力。一般内筋的壁厚应是一般内筋的壁厚应是型材外壁厚的型材外壁厚的1/51/51/3.1/3.n加大型材表面的真空度和冷却速度。加大型材表面的真空度和冷却速度。/ /解决：解决：73n挤出速度与牵引速度的协调挤出速度与牵引速度的协调，牵引速度低，牵引速度低，型材壁厚，型材壁厚，出口膨胀大，贴定型模的力也大，出口膨胀大，贴定型模的力也大，有利于型材的定型有利于型材

47、的定型。n相反，型材出口尺寸小，靠真空力也难以正常贴紧在定相反，型材出口尺寸小，靠真空力也难以正常贴紧在定型模具上。型模具上。n口模温度口模温度高，物料粘度低，容易被真空吸附冷却定型。高，物料粘度低，容易被真空吸附冷却定型。n但物料温度高，收缩也大，且出口膨胀小，也是另外不但物料温度高，收缩也大，且出口膨胀小，也是另外不利的因素。利的因素。/n口模的温度、口模的温度、n挤出速度、挤出速度、n牵引定型速度。牵引定型速度。除此以外，影响型材除此以外，影响型材正常定型的因素还有正常定型的因素还有加工工艺条件加工工艺条件例如：例如：74n内筋的冷却定型是否正常是非常重要的。内筋的冷却定型是否正常是非常

48、重要的。n内筋弯曲、倾斜或破裂不仅要影响型材的外观内筋弯曲、倾斜或破裂不仅要影响型材的外观质量，它也影响型材的内在质量，往往由于冷质量，它也影响型材的内在质量，往往由于冷却不均匀，却不均匀，产生内应力。产生内应力。n这些内应力的存在会造成型材低温冲击性能不这些内应力的存在会造成型材低温冲击性能不合格或造成型材的弯曲变形。合格或造成型材的弯曲变形。/ /75n造成内筋弯曲的主要原因：造成内筋弯曲的主要原因： 是模具中内筋部位出料速度快于周围外壁的出是模具中内筋部位出料速度快于周围外壁的出料速度；料速度；n造成内筋壁薄甚至破裂的原因：造成内筋壁薄甚至破裂的原因： 是内筋出料速度低于周围外壁的出料速

49、度。是内筋出料速度低于周围外壁的出料速度。n造成内筋倾斜的原因：造成内筋倾斜的原因： 一是一是冷却定型时，口模出口的型坯与定型模具冷却定型时，口模出口的型坯与定型模具不在同一轴线上、冷却速度不均匀等，不在同一轴线上、冷却速度不均匀等， 二是二是模具中物料流动分配不良。模具中物料流动分配不良。n总之要综合分析解决。总之要综合分析解决。/ / 763.2.3. 麻点和杂质麻点和杂质n麻点和杂质是由物料中的挥发物和不熔化的杂质麻点和杂质是由物料中的挥发物和不熔化的杂质造成的。造成的。n这些杂质和挥发物来自两个途径，这些杂质和挥发物来自两个途径， 一是来自原材料，一是来自原材料， 各种助剂、树脂中的杂

50、质和挥发物在国家标准各种助剂、树脂中的杂质和挥发物在国家标准中有明文规定的，进厂时应检验是否合格。中有明文规定的，进厂时应检验是否合格。 二是因生产操作不当造成麻点、杂质增多，二是因生产操作不当造成麻点、杂质增多， 如配料、混料、运输时其它杂质的掺入。如配料、混料、运输时其它杂质的掺入。n在掺入回收料时应特别注意不得将已分解变色或在掺入回收料时应特别注意不得将已分解变色或污染的回收料加入。污染的回收料加入。/ /77n还有一点在实际生产中应引起注意：还有一点在实际生产中应引起注意：n在高速捏合物料时，水分挥发后未能及时排除，在高速捏合物料时，水分挥发后未能及时排除，而冷凝在锅盖上，高速捏合中微

51、细的粉末如钛白、而冷凝在锅盖上，高速捏合中微细的粉末如钛白、碳酸钙遇到冷凝在锅盖的液体，结成颗粒。碳酸钙遇到冷凝在锅盖的液体，结成颗粒。n这些干燥后的颗粒混入物料中往往难以分散，经这些干燥后的颗粒混入物料中往往难以分散，经常是因为这些结块的无机材料造成麻点出现。常是因为这些结块的无机材料造成麻点出现。n及时清理高混锅，特别是注意清理锅盖内部及时清理高混锅，特别是注意清理锅盖内部././783.2.4. 型材的截面尺寸型材的截面尺寸n在模具调试正常后的实际生产时，也经常出现型在模具调试正常后的实际生产时，也经常出现型材的截面尺寸的超差，材的截面尺寸的超差，n这是因为挤出中物料流经机头模具、定型模

52、具是这是因为挤出中物料流经机头模具、定型模具是一个动态的过程。一个动态的过程。n它与物料的粘度、流动性能、挤出机产生的压力它与物料的粘度、流动性能、挤出机产生的压力及模具各个截面上所产生的阻力有关，也受生产及模具各个截面上所产生的阻力有关，也受生产环境温度，冷却水温度的影响。环境温度，冷却水温度的影响。n下面具体分析一下面具体分析一下影响型材截面尺下影响型材截面尺寸变化的原因。寸变化的原因。/79n主要是牵引速度与挤出速度的协同问题。主要是牵引速度与挤出速度的协同问题。n牵引速度偏高，牵引速度偏高，往往造成型材截面尺寸偏小；壁往往造成型材截面尺寸偏小；壁厚偏小，型坯通过真空定型模具时，充不满模

53、具，厚偏小，型坯通过真空定型模具时，充不满模具，真空度也难以达到工艺要求，造成型材表面不平，真空度也难以达到工艺要求，造成型材表面不平，截面尺寸偏小。截面尺寸偏小。n牵引速度偏低，牵引速度偏低，容易造成堵模。壁厚偏厚、胶条，容易造成堵模。壁厚偏厚、胶条，毛条安装处尺寸偏小毛条安装处尺寸偏小。/操作的原因：操作的原因：80n冷却定型能力与挤出速度协同问题。冷却定型能力与挤出速度协同问题。n当挤出速度大于冷却定型能力时，造成型材在通当挤出速度大于冷却定型能力时，造成型材在通过冷却定型模后，未能完全定型。过冷却定型模后，未能完全定型。 在定型模外仍有较大的冷却收缩，使截面尺寸在定型模外仍有较大的冷却

54、收缩，使截面尺寸产生变化。产生变化。n降低冷却水的温度有利于生产效率的提高，降低冷却水的温度有利于生产效率的提高， 过低的冷却温度会使物料因冷却速度过快，过低的冷却温度会使物料因冷却速度过快，高高分子的运动迅速被冻结，容易产生内应力，造分子的运动迅速被冻结，容易产生内应力，造成型材的一些性能指标下降，如冲击强度。成型材的一些性能指标下降，如冲击强度。/ /813.2.5. 型材的平直度和弯曲度型材的平直度和弯曲度n型材平直度型材平直度是指型材截面上各个面的相互水平和是指型材截面上各个面的相互水平和垂直的问题。垂直的问题。n型材的弯曲度型材的弯曲度是指是指1 1米长的型材的翘曲程度。米长的型材的

55、翘曲程度。n国家标准国家标准GB8814GB881419981998门、窗框用聚氯乙烯门、窗框用聚氯乙烯（PVCPVC）型材）型材中规定将中规定将1 1米的型材侧边平放在平米的型材侧边平放在平台的面上，用塞尺测量试样的底边与平台的最大台的面上，用塞尺测量试样的底边与平台的最大距离，不得大于距离，不得大于2.0mm2.0mm。/ /82v当挤出当挤出PVCPVC型坯各个截面上的流速基本相同时，型坯各个截面上的流速基本相同时，v1.1.往往是因为型材在冷却定型模中尚未完全被往往是因为型材在冷却定型模中尚未完全被真空吸附；或者是冷却不均匀造成各面收缩速真空吸附；或者是冷却不均匀造成各面收缩速度不同导致型材变形。度不同导致型材变形。v2.2.冷却过程中，因各个型材面的真空吸附力不同冷却过程中，因各个型材面的真空吸附力不同也是造成型材变形的主要原因。也是造成型材变形的主要原因。v3.3.此外，型材内腔室中的筋的收缩情况也不能忽此外，型材内腔室中的筋的收缩情况也不能忽视，它往往可以拉动外壁变形。视，它往往可以拉动外壁变形。/ /平直度平直度与冷却效果及牵引机压紧程度关系很大。与冷却效果及牵引机压紧程度关系很大。型材变形原因：型材变形原因：83v简单的方法是用手摸一下从冷却水箱出来的型简单的方法是用手摸一下从冷却水箱出来的型材。材。v其温