挤出成型工艺与模具设计

1、挤出成型工艺与模具设计1第1页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三17-1 挤出成型原理及工艺 挤出模塑或挤塑 借助螺杆或柱塞的挤压作用 ，受热熔化的塑料，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材。 所有热塑性塑料，某些热固性塑料 生产的制品有 管材、板材、棒材、片材、薄膜、单丝、线缆包履物、各种异型材及塑料与其它材料的复合物。 第2页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三 约占热塑性塑料制品的5070%左右 挤出成形是生产效率高、用途广泛、适应性强的最重要成形方法之一 。第3页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三根据塑料塑化方式不同，

2、挤出工艺分为 ：干法靠外加热熔化，塑化与挤出成形在机内 完成（简单的冷却固化） 湿法 有机溶剂作用粘流态塑化在机外预 先完成定型处理靠溶剂挥发而固化） 优点：塑化均匀，可避免热降解，考虑溶剂回 收及环境污染等，生产中较少应用故多为干法 （湿法仅用于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素塑料等的成形，不能加热塑化）第4页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三按加压方式的不同，挤出工艺分： 连续式螺杆式挤出机： 单螺杆挤出机 多螺杆挤出机 间歇式柱塞式挤出机 本节主要以单螺杆挤出机的结构特点来讨论挤出成形的原理及工艺。第5页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三一、单螺杆挤

3、出机的基本结构及作用 由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成。（此外，还有一些辅助设备）挤出系统是成形关键部分，主要包括加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等 第6页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三 （一）加料装置 （二）料筒 一金属圆筒，一般用耐温、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。外面设有分段加热和冷却的装置 常用电阻或电感应加热，也有采用远红外线加热。冷却一般用风冷或水冷。 目的：防止塑料过热或停车时须对塑料快速冷却 （以免降解）（三）螺杆是挤出机最主要部件，直接关系到挤出机的应用范围和生产率。 第7页，共42页，20

4、22年，5月20日，14点46分，星期三第8页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三注： 1）螺杆的几何结构参数 直径、长径比、压缩比、螺槽深度、螺旋角、间隙等a螺杆直径Ds外径（30200mm），最常见60150mm，随Ds生产能力所以，挤出机规格常以Ds表示。b长径比（L/DS） L/DS以25居多。 第9页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三c压缩比A加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比，表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。第10页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三2）螺杆的作用三大作用输送物料向机头方向流动传

5、热塑化物料软化物料粘流态混合均化物料与料筒和机头相配合强大剪切作用，使物料均匀混合定量定压由机头挤出。三段加料段、压缩段、均化段第11页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三渐变螺杆全长均起压缩作用。突变螺杆压缩段很短，甚至一个螺距。 （结晶型塑料，熔融温度范围窄，如尼龙等）第12页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三3）螺杆的形式普通螺杆（应用最广） 高效螺杆（末端设置一些剪切混合元件，以促进混合、熔化和提高产量） 第13页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三第14页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三（四）机头和

6、口模机头是口模与料筒的过渡连接部分，口模是制品的成形部件，机头和口模通常为一体，习惯上统称机头。作用 ：1）使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动导入口模成型2）产生回压，进一步均化，提高制品质量。3）产生必要成型压力结构紧密，形状准确制品第15页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三（如图）挤出机机头和口模示意图。第16页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三二、挤出成形原理 固体进料的挤出过程，塑料要经历固体弹性体粘性液体的变化，变动的温度、压力，状态变化和流动行为十分复杂，挤出理论应用最广的是固体输送理论、熔融理论和熔体输送理论 第17页，共42页，2

7、022年，5月20日，14点46分，星期三三、挤出成形工艺与过程 程序为物料的干燥、成形、制品的定型与冷却、制品的牵引与卷取（或切割），有时还包括制品的后处理等。（一）原料干燥控制水分含量在0.5%以下 在烘箱或烘房内进行（表17.1）第18页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三（二）挤出成形 加热到预定温度，开动螺杆，加料。 根据挤出工艺性能、机头口模结构特点等调整料筒各加热段和机头口模的温度及螺杆的转速等工艺参数，以控制料筒内物料的温度和压力分布。根据制品的形状和尺寸要求，调整口模尺寸和同心度及牵引等设备装置，以控制挤出物离膜膨胀和形状的稳定性控制挤出物产量和质量 第1

8、9页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三不同的塑料品种要求螺杆特性和工艺条件不同。 （下表） 主要热塑性塑料挤出成形时螺杆特征和工艺条件第20页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三（表17.2）第21页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三料筒、机头及口模中的温度和压力分布一般如图所示 第22页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三影响塑化效果的主要因素是温度和剪切作用1）温度升高物料粘度，有利于塑化，同时熔体压力，出料快。2）温度降低粘度机头口模压力制品密度大，形状稳定性好。 3）口模和型芯温度应该一致，若相差太大制

9、品出现向内或向外翻，甚至扭歪。 4）增大螺杆转速强化对塑料的剪切作用有利于塑料的混合和塑化 第23页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三降低熔体的粘度（见左图）和提高料筒中物料的压力（见右图）第24页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三（三）定型与冷却若不及时，制品在自重作用下发生形变。大多数同时进行。（下图）两种挤出圆管的定径套 冷却一般采用空冷或水冷。冷却速度对制品的性能有一定影响。 第25页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三第26页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三（四）制品的牵引和卷取（切割） 从口模挤

10、出后，一般要产生离模膨胀现象，使挤出物尺寸、形状发生改变；同时制品从口模挤出后，愈来愈重，若不引出堵塞停滞生产，破坏挤出的连续性，并使后面挤出物发生形变管材的牵引设备滚轮式、履带式牵引速度稍挤出速度 第27页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三 定型冷却后的制品进行卷绕或切割。 软质型材在卷绕到给定长度或质量后切断； 硬质型材从牵引装置送出达到一定长度后切断。第28页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三（五）后处理提高制品性能（有些需要）后处理热处理和调湿处理 如：由狭缝扁平口模直接挤出片材经拉伸而得的薄膜，应在材料TgTf(或Tm)间热处理（热定型），

11、提高薄膜尺寸稳定性，减少使用过程热收缩率。第29页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三四、典型挤出制品成形工艺 包括管材、棒材、板材、吹塑薄膜、塑料电线电缆等，以塑料管材挤出为例。有硬管、软管，主要挤管塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、ABS和聚碳酸酯等，目前国内以聚氯乙烯为主。介绍硬聚氯乙烯管材的成形工艺及设备 第30页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三1.基本工艺 2设备 挤出机、机头口模、定型装置、冷却水槽、牵引及切割装置等，机头口模、定型装置是管材挤出的关键部件。 第31页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三（

12、1）机头和口模机头是管材的成形部件，分直通式用得最多（上图） 直角式（图17.4） 旁侧式（图17.5）机头包括分流器、分流器支架、管芯、 口模和调节螺钉等分流器又称鱼雷头第32页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三第33页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三扩张角（30 90）一般取60；分流锥长度L3=11.5D（D见上图）分流器支架支撑分流器及管芯；管芯成形管材内表面，收缩角；粘度大、粘度小机头压缩比A=310第34页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三口模结构见下图第35页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期

13、三（2）管材的定径和冷却硬聚氯乙烯管的定径定径套： 定外径外径尺寸要求高； 定内径内径尺寸要求高。我国硬聚氯乙烯管的标准外径带公差主要采用外径定型法，外径定型法：内压法（下图）直径较大管材 抽真空法（下图）小直径管材内径定型装置（下图）用于直角式、旁侧式第36页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三第37页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三第38页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三（3）管材牵引和切割 牵引速度比挤管速度大1%10%，且无级调速，要求均匀平稳、无跳动。牵引夹持装置：滑轮、履带，夹持器可调节适应各种D和牵引力要求，不打滑切割装置电动机带动的圆锯片。注：棒材和各种中空异型材的挤出成形工艺与 管材无本质差别，只是机头口模截面形状 有所不同。第39页，共42页，2022年，5月20日，14点46分，星期三注棒材、薄膜吹塑、板材和片材、 异形材、线缆包覆挤出成型机头设计此外，双螺杆挤出 热固性塑料的挤出往复式液压机 （主要成形酚醛塑料等） 反应式挤出机内发生物理变化的同时发生化学反应，挤出高聚物或制品（简称REX）第40页，共42页，2022年，5月20日