5-挤出机辅机课件

第三章挤出机第一节概述一.挤出机的组成单螺杆挤出机(Singlescrewextruder)主机组成:挤出系统:加料装置、料筒、螺杆。使塑料塑化成均匀的熔体，并在此过程中建立压力，再被螺杆连续、定压、定温、定量地挤出机头；传动系统:电机、调速、传动装置。驱动螺杆并保证供给螺杆在工作过程中所需的扭矩和转速；冷却加热系统：由温度控制设备组成，一般分段控制。通过对机筒进行加热和冷却，保证挤出系统的成型在工艺要求的温度范围内进行；控制系统：由电器、仪表和执行机构组成。对螺杆转速、料筒及机头温度和压力，开停车装置及辅机各装置进行控制；机头和口模:成型制品的主要部件。使熔融塑料获得其流道几何截面相似断面的塑料制品；辅机：定型、冷却、牵引、切割卷取等装置第三章挤出机第一节概述1二．分类按螺杆数目可分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机按是否排气分为排气式和非排气式挤出机按螺杆在空间的位置可分为卧式和立式挤出机等常用的是卧式非排气式挤出机二．分类2无螺杆无螺杆3单螺杆挤出机主机结构示意图单螺杆挤出机主机结构示意图4第二节螺杆一．普通单螺杆一根带单头或多头右旋螺纹的轴1.作用:输送物料塑化物料对物料加压2.分段,根据物料在螺槽中的运动及物理状态的变化，分为三段加料段：从料斗攫取物料输送给压缩段，同时使物料受热压缩段：压实、熔化物料，将夹带的气体自加料口排出(几何)压缩比,加料段一个螺槽容积与计量段一个螺槽容积之比，对于等距不等深螺杆物理压缩比：物料熔融后的密度与松散状态的密度比，小于几何压缩比第二节螺杆一．普通单螺杆5设置压缩比的原因（1）物料逐渐熔融，体积减小，为适应该变化需设压缩比；（2）物料受到压缩，将气体自加料口排出；（3）建立必要的压力，保证物料到螺杆末端有助够的致密度。获得压缩比的方法（1）等深不等距法；（2）等距不等深法；（3）不等深不等距法；（4）采用锥形螺杆。材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材3~4PC2~4硬PVC粉3~5PE薄膜〉4POM2.5~4软PVC粒3~4PP3~5PET3.5~3.7软PVC粉3~5PS2~4PA63.5设置压缩比的原因材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材36计量段(均化段、压出段)meteringzone作用；使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压由机头和口模的流道挤出要求：该段螺槽深应设计得使其计量能力与压缩段熔融能力匹配影响h3的因素

原材料：PVC热敏，剪切作用大易降解，取大一些，PP,PE热敏小，取小

机头压力：压力大，取浅槽，低压机头取大些；

波动现象：槽深小时，波动相应小；

与h2匹配：即此段输送能力与压缩段能力要匹配，塑化差时，取小些。h3过大，会有未熔物料进入；过小挤出效率下降，一般由经验定h3=0.02~0.06DLm=4~7Dh3<h2<h1计量段(均化段、压出段)meteringzone7第三节单螺杆挤出原理挤出过程：预处理料加料——在螺杆中熔融塑化——口模挤出——定型——冷却——牵引——切割要使制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件：熔体的输送速率=固态物料的熔化速率沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率=挤出机生产率第三节单螺杆挤出原理挤出过程：预处理料加料——在螺杆中熔融8一.固体输送理论

1．假设条件：

物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），恒速移动；略去及物料重力、密度变化的影响；Hf恒定，压力是螺槽长度的函数；螺杆不动，料筒以的速度移动；螺槽为矩形为分析方便，将一个螺距内的螺杆做平面展开,当螺杆转动一周，设物料固体塞中的一点由A运动到B点。物料的输送速率是单位时间内从螺杆轴向截面所输送的物料体积，其值等于螺槽在轴向的投影面积A与物料在轴向的运动速度Vpl的乘积。一.固体输送理论

1．假设条件：

物料与螺槽和料筒壁紧密接92.公式推导2.公式推导103.讨论3.讨论114．提高Qs的措施①适当提高N和H;②采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结构；在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）；③冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小fs）一等螺杆Ra=0.8μm,优等0.44．提高Qs的措施①适当提高N和H;12二.熔融理论压缩段物料固-液共存1．目的：预测螺槽中任一点未熔化物料量熔化全部物料所需螺杆长度熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系2．冷却试验和熔融机理冷却试验：本色料+3~5%着色料挤出——稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒——取出螺杆、剥下物料——切断螺旋带状料并观察截面形状现象：①熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态②固—液两相有一明显分界线③固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处二.熔融理论压缩段物料固-液共存13熔融机理：加料段压实——逐渐熔融成一层熔膜——超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池——固体床减小——直至物料完全熔融熔融机理：加料段压实——逐渐熔融成一层熔膜——超过后边螺槽刮14三.熔体输送理论将螺杆、料筒展开，料筒与螺杆的相对速度Vb被分解为分速度Vbx和Vbz,使熔体产生了不同方向的流动，从而实现了熔体的输送和混合。1.假设：塑料全部熔融塑化，熔体为等温牛顿流体；流动过程中其粘度、密度不变；层流、不可压缩；螺距不变，螺槽等深、矩形螺槽；槽宽远大于槽深。2.熔体输送、混合机理在机头阻力下，产生了沿螺杆方向的压差，另外由于螺杆和料筒有间隙，使熔体有四种形式的流动：正流、逆流、环流和漏流。三.熔体输送理论将螺杆、料筒展开，料筒与螺杆的相对速度Vb被155-挤出机辅机课件16

正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz产生沿螺槽向机头方向的流动。由于螺杆转动，塑料在螺杆根部与机筒间形成相对运动造成的，决定挤出量的大小逆流（反流）Qp，与Qd相反的流动。由机头、多孔板等阻力元件对熔体的反压力造成，也叫压力流，随机头压力的升高而增加横流（环流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽内与正流垂直的流动。对总挤出量影响不大，可忽略不计，但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用漏流Ql，由机头阻力元件引起的物料反向流动，沿螺杆与料筒间隙向加料口方向流动，可降低挤出量。正常情况很小0.1~0.6mm，Ql小，但磨损严重时，Ql的增加与平方成正比。正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz产生沿螺槽173.挤出量的计算若忽略漏流3.挤出量的计算184.讨论（影响挤出量的因素）①②

③④

4.讨论（影响挤出量的因素）②③④19第四节常用机头和口模形式机头：机头和口模常连为一体,通称机头,包括过滤网、多孔板、分流梭（有时与模芯结合为一个部件）、模芯、口模等机头的作用：

改变熔融物料的流动方向，使其由螺旋变为直线运动；

产生必要的压力使制品密实；使物料进一步塑化均匀；成型制品。第四节常用机头和口模形式机头：机头和口模常连为一体,通20滤网screen，过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片叠在一起的30~120目不锈钢网组成，用多孔板支承。多孔板（筛板、分流板）厚度为螺杆直径的1/3~1/5，上边钻有φ3~6mm的中间疏、两边密的同心圆孔，距螺杆头部0.1D,即约为计量段一个螺槽容积，太大易积料分解，太小料流不稳定。分流器（鱼雷头），将圆柱形料流变为薄环状并便于进一步加热塑化。大型分流器内设加热器，支架用以支承分流器及芯棒，同时使料流分束以加强搅拌，小型分流器与芯棒做为一体。滤网screen，过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻力，提高21挤管机头1.直通式熔体在机头中流动方向与螺杆轴向一致结构简单易制造适于硬、软PVC,PE,PA挤管机头222.直角式熔体在机头中流动方向与螺杆轴向垂直从料筒流出的熔体绕过芯模再向前流动，会产生一条分流痕，流动阻力小，料流稳定，出料均匀，但其结构复杂，占地面积大。适于PP、PE及尺寸要求严格的管材5-挤出机辅机课件233.旁侧式熔体经过一个近似直角的过渡区才流入机头阻力大，结构更复杂。3.旁侧式24上述几种机头由于存在分流器支架,会产生熔接线,影响制品外观及质量消除熔接线的方法:

适当加大口模平直段(成型段)长；增大分流器支架与出料口的距离；使进口角(扩张角)大于出口角(收缩角)；加大机头进口处截面与出口截面比;采用异型芯棒(目的是增大料流阻力).上述几种机头由于存在分流器支架,会产生熔接线,影响制品外观及254.筛孔板式：(生产聚烯烃类大管时,可克服自重产生的薄厚不均现象)无分流梭和芯模,物料经筛孔板进入口模成型段可保证物料充分熔融、塑化无熔接痕，强度高，结构紧凑，占地面积小。4.筛孔板式：(生产聚烯烃类大管时,可克服自重产生的薄厚不均26二.板（片材）机头

口模由引流道、分配腔和模唇组成1.支管式为将圆柱状流体变为扁平的矩形截面且有相等流速的流体，要设置一个纵向切口为管状的分配腔，其作用是对熔体稳压、分流，使其均匀地挤出宽幅制品。优点是结构简单，制造容易；可调幅宽；温度易控制；体积小，重量轻二.板（片材）机头

口模由引流道、分配腔和模唇组成272.鱼尾形：熔体从中部进入沿扇形扩展开来优点是物料呈流线型流动；物料停留时间短，适用的温度范围广；结构简单缺点是鱼尾形部分扩张角不可过大（避免中心处压力速度太大造成中心出料多两端少）；不能生产宽幅制品3.衣架式：分配腔为两根直管递减的支管并有一个扩张角可大至160~170º的型腔，（吸收了支管式和鱼尾形机头的优点）优点是支管小，缩短了物料在机头内的停留时间；扇形型腔提高了制品的薄厚均匀性，制品幅宽可达4~5m2.鱼尾形：熔体从中部进入沿扇形扩展开来284.螺杆分配式：在直支管式机头模腔中插入一根旋转的分配螺杆分配螺杆的作用是将模腔内的熔体进一步塑化并沿宽度方向均匀分布；压力沿横截面各点一致，挤速均匀；减少机头内积料的可能性优点：生产能力高，制品均匀；可以发泡成型，易成型宽、厚板材；机头内料温易控制；可连续运转缺点是加工困难，成本高；分配螺杆旋转，使料流到口模区变为直线运动的距离短，易在制品中留下波浪形痕迹4.螺杆分配式：在直支管式机头模腔中插入一根旋转的分配螺杆29三.吹膜用机头芯棒式：（侧进料）料流在芯棒处分为两股，再沿芯棒尖的斜刀口处汇合，向模口呈薄管挤出，芯棒中通压缩空气吹胀。优点是机头内通道间隙小，存料少，物料不宜过热分解，适于加工PVC料；只有一条熔接线；加工方便。缺点是芯棒尖处易积料；压力作用到芯棒尖上，易偏中，造成制品不均匀开裂。三.吹膜用机头302.十字形：（中心进料）PP,PE等热稳料优点是压缩比可大到7~8，无偏心缺点是有分流器支架，存在3~4条熔接线（可在支架上方开设缓冲槽改善）2.十字形：（中心进料）PP,PE等热稳料315-挤出机辅机课件323.螺旋式：存在渐变的4~8条螺纹形流道，物料逐渐由螺旋变为轴向运动，再自环形间隙挤出膜管优点是无熔接线；芯棒不偏心，成型稳定，厚薄均匀；芯棒粗，不易变形缺点是加工复杂

3.螺旋式：存在渐变的4~8条螺纹形流道，物料逐渐由螺旋变为335-挤出机辅机课件344.旋转式芯棒和口模各自能单独旋转优点是使厚度不均匀性被平均分配到整个圆周上，卷取平整；消除了熔接线缺点是加工、控制复杂4.旋转式35四.异型口模板接式,PP,PE，结构简单，但波动大；流线型，硬PVC,造价高，加工难度大。四.异型口模板接式,PP,PE，结构简单，但波动大；36第五节挤出机的加热冷却系统一.加热料筒熔融段和机头外部方式有电、液体和蒸汽加热。二.冷却螺杆加料段逆向通冷却水以加大输送能力加料口下方用冷却水冷却，防止热量传向传动侧烧坏电机，并防止料斗中“架桥”料筒非工作侧用鼓风机带走过多的热量防止物料分解。第五节挤出机的加热冷却系统一.加热375-挤出机辅机课件385-挤出机辅机课件395-挤出机辅机课件40日本40t/h世界最大挤出机日本40t/h世界最大挤出机415-挤出机辅机课件42第六节螺杆主要参数及其选择螺杆直径D(mm)指螺杆外径，表征挤出机挤出量的大小。(1)在初步确定螺杆生产能力Q(kg/h)和转速n(r/min)后，可由经验生产能力公式确定为经验出料系数0.003~0.007由公式计算后再从系列标准30,45,65,90,120,150,200中选取(2)还可根据加工制品的断面尺寸及形式要求选取（单位mm）螺杆直径30456590120150200硬管直径3~3010~4520~6530~12050~18080~300120~400吹膜直径50~300100~500400~900700~1200~2000~3000~4000挤板宽度400~800700~12001000~14001200~2500第六节螺杆主要参数及其选择螺杆直径D(mm)指螺杆外径432.螺杆长径比L/D

其中L为螺杆工作部分长度，用以表征螺杆的塑化能力和塑化质量，一般为15，20，25，30，最长可达43。

较长L/D的好处:(1)螺杆加压充分，能提高塑料制品的物理机械性能；(2)提高塑化和制品外观质量；(3)螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定；(4)有利于类似PVC粉料挤管

但过大会使螺杆加工及装配困难，功率消耗增加，加大悬臂端自重的弯曲，以致螺杆头部与料筒壁间隙不均匀，甚至造成磨刮料筒，降低螺杆和机筒寿命。所以要根据实际需要和加工条件再由实验确定。

国内一般15～25；国外22～332.螺杆长径比L/D443.螺杆压缩比

作用：物料逐渐熔融，体积减小，为适应该变化需设压缩比；物料受到压缩，将气体自加料口排出；建立必要的压力，保证物料到螺杆末端有助够的致密度。

几何压缩比：加料段一个螺槽容积与计量段一个螺槽容积之比物理压缩比：物料熔融后的密度与松散状态的密度比材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材3~4PC2~4硬PVC粉3~5PE薄膜〉4POM2.5~4软PVC粒3~4PP3~5PET3.5~3.7软PVC粉3~5PS2~4PA63.53.螺杆压缩比材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材345第七节.新型螺杆(一)常规全螺纹三段式螺杆存在的问题1.熔融效率低熔融段熔体与固体床共同存在于一个螺槽中，减小了料筒壁与固体床的接触面积；熔体床随着熔融解体，部分碎片进入熔体中，很难从剪切获得热量，这样，固体床不能彻底熔融；另外，已熔物料与料筒壁接触，从料筒壁和熔膜处获取热量，温度继续升高过热。2.压力、温度和产量波动大固体输送时与螺杆旋转产生较高频率的波动由于熔融过程的不稳定性产生低频波动温控系统的稳定性差或环境因素的变化引起的波动3.不能很好适应一些特殊塑料的加工或混炼、着色工艺过程可通过加大长径比、提高螺杆转数、加大均化段螺槽深度及改用新型螺杆等措施适当克服上述缺点第七节.新型螺杆(一)常规全螺纹三段式螺杆存在的问题46(二)几种常见的新型螺杆1.分离型螺杆针对固液相共存于同一螺槽中产生的缺点而设计措施：将已熔物料和未熔物料尽早分离，促进未熔料尽快熔融，已熔料不再承受导致过热的剪切BM螺杆：在螺杆熔融段再附加一条螺纹，将原来一个螺纹形成的螺槽分为两个(二)几种常见的新型螺杆1.分离型螺杆47特点有一条辅助螺纹附加螺纹与料筒壁间隙较大螺距比主螺纹大，使固体槽截面积减小液相螺槽逐渐变宽为均化段螺槽宽度，深度不变；而固相槽由宽变窄，深度逐渐变为均化段槽深原理：已熔物料通过附加螺纹与料筒壁间隙进入熔体槽，未熔料留在固体槽特点48BM分离型螺杆的优缺点优点：（1）塑化效率高、效果好；（2）无固体床解体，产量、压力、温度波动小，排气性好，单耗低，适应强；（3）能实现低温挤出。缺点：（1）主附螺距不等，加工困难；（2）固体床由宽变窄，不能始终保持与料筒壁最大的接触面积，熔融能力受限。（3）固体床在宽度方向发生形变，设计不当会引起螺槽堵塞，造成挤出不稳定。

BM分离型螺杆的优缺点优点：（1）塑化效率高、效果好；49几种分离型螺杆熔融过程的比较几种分离型螺杆熔融过程的比较50Barr螺杆和熔体槽螺杆的特点Barr型螺杆：（1）主附螺槽螺距相等，固液相螺槽宽度不变；（2）固相槽由加料段槽深渐变至均化段槽深，而液相槽由零逐渐加深，再突变为均化段槽深；（3）固相与料筒壁接触面积大，熔融能力强；（4）加工方便熔体槽螺杆：（1）在熔融开始并形成一定宽度熔池的下方再开一条逐渐变深，宽度不变的附加螺槽；（2）液相槽窄而深，与料筒接触少，物料受剪切小；（3）固相槽宽度大而且不变，熔融效率高；（4）取消了附加螺纹，物料所受剪切变小，输送速率提高Barr螺杆和熔体槽螺杆的特点Barr型螺杆：512.屏障型螺杆结构：在螺杆的某部位设立屏障，未熔的固相不能通过，并促使固相熔融的螺杆直槽屏障型螺杆：圆柱面上等距开了一组出口在轴线方向封闭的进料槽和一组入口在轴线方向封闭的出料槽原理：物料由进料槽流入，只有熔融和粒度小于剪切间隙△时才能进入出料槽，并受剪切进一步混合塑化，而未熔的较大固体碎片被屏障阻挡适于加工聚烯烃类塑料2.屏障型螺杆523.分流型螺杆在螺杆的某一部位设置许多突起部分或沟槽或孔道，将螺槽内的料流分割，以改变物料的流动状态，促进熔融、增强塑炼和均化销钉螺杆工作原理：设置销钉将固体床打碎，破坏熔池，打乱两相流动，将料流反复分割，改变螺槽中料流的方向和速度分布；增加对物料的混炼、均化和对添加剂的分散性3.分流型螺杆53销钉设置熔融区：增加熔融速率均化段：混炼、均化和获得低温挤出排列形状：人字形、环形等销钉形状：圆柱形、菱形、方形等，可以装上去，也可铣上去优点：产量高；径向温差小；可获得低温挤出；加工制造容易销钉设置54工作原理物料流经销钉时，销钉将固体料或未彻底熔融的料分成许多细小料流，这些料流在两排销钉间较宽阔位置又汇合，经第二排销钉时又被分离工作原理55DIS螺杆在常规全螺纹螺杆均化段加上一段DIS混炼段在圆周上设有若干个进料槽和出料槽，具有与螺纹线相同的螺旋角，进出料槽间用小孔通道连接特点：提高了各方向混合的均匀性、混炼效果好，混色均匀，分散性好DIS螺杆564.组合螺杆，在熔融段末或均化段增设非螺纹形式的区段螺杆元件：起输送、压缩、混合、混炼、剪切、均化等作用的元件，可以单独设置在螺杆上，也可组合在一起优点：适应性强；专用性强；易于获得最佳工作条件4.组合螺杆，在熔融段末或均化段增设非螺纹形式的区段57分散混合元件也叫剪切元件，产生强大的局部作用力，克服附聚力子的内聚力，将树脂与添加剂混合均匀分散混合元件58带剪切和混合元件的多阶螺杆带剪切和混合元件的多阶螺杆595-挤出机辅机课件605.静态混炼器一组设置在口模和螺杆之间的固定元件，有特殊的几何形状，将螺杆来的料流分为若干股并不断改变流动方向，在进入口模前又汇合在一起，增加熔体在径向的混和均匀性5.静态混炼器61第八节排气式挤出机

气体来源控制空气含量的方法有预热干燥法、真空料斗法，还可用排气式挤出机排气式挤出机有单螺杆、双螺杆和双阶挤出机一.单螺杆排气式挤出机的结构第八节排气式挤出机气体来源62二.特点另增设了排气段、第二压缩段和第二均化段（迅速压缩和泵出段）排气段槽深为2.5~6倍均化段槽深排气段长度2~6D三.排气原理物料到排气段基本塑化，物料中一部分气体由于被压实自料斗逸出，由于该段螺槽突然加深，排气口又通真空泵，压力骤降（零或负压），气体排出四.排气功能要求：排气孔下聚合物压力为零；此处聚合物完全熔融二.特点63五.其它形式排气挤出机反螺纹使熔体不能正常通过，而改由旁路流入排气区，再进入第二阶螺杆。五.其它形式排气挤出机645-挤出机辅机课件655-挤出机辅机课件66第八节双螺杆挤出机一.单螺杆局限二.双螺杆挤出机结构与单螺杆挤出机相似各部件作用也基本相同第八节双螺杆挤出机一.单螺杆局限67三.双螺杆挤出机的优点加料容易，正位移原理输料，无压力回流物料停留时间短排气性能好，啮合部分的有效混合及排气部分的自洁功能使物料获得完全的表面更新优异的混合、塑化效果，物料经受纵横向剪切比功率消耗低，产量相同时，能量消耗少得多三.双螺杆挤出机的优点加料容易，正位移原理输料，无压力回流685-挤出机辅机课件695-挤出机辅机课件70四.分类1.根据两根螺杆的轴向距离相对位置可分为啮合型和非啮合型啮合型：a=r+R部分啮合：a>r+R非啮合型：a>2Ra为中心距r为螺杆跟半径R为螺杆顶半径四.分类715-挤出机辅机课件722.按螺杆旋转方向不同同相反向旋转2.按螺杆旋转方向不同73五.工作原理1.非啮合型螺杆不啮合，漏流1较大,该漏流一部分流向另一根螺杆,产生流动2,螺杆螺棱错开，产生从压力高的螺杆推力面向另一跟螺杆拖曳面的流动3物料在A处受阻，产生了流动4这些流动均增加了物料的混炼和剪切，且有自洁作用，仅用于混料五.工作原理742.啮合反转型两根螺杆对称，回转方向不同，一根螺杆上物料被另一根螺棱堵死，以近似密闭C型小室的形态向前输送。设计时将一根螺杆的外径与另一根的根径之间留有一定间隙，以便物料通过时受强剪切搅拌和压延作用，塑化效果好，用于加工制品2.啮合反转型75六.主要参数直径：国外28~340mm系列，我国无L/D：整体式7~18；组合式可变转向：同向多用于混料，异向多用于挤出成型七.发展趋势提高使用可靠性降低机器磨损提高产量、扩大应用范围六.主要参数76第二、三章作业1.常用的塑炼设备有什么？密炼机由哪些主要部件组成？2.对比分析开炼机和密炼机塑炼机理的差别？3.挤出机螺杆的主要作用是什么？常规单螺杆由哪几段组成？4.几何压缩比的定义是什么？为何要设置压缩比？5.在料筒加料段开设纵向沟槽，冷却螺杆加料段的目的是什么？6.熔体在螺杆计量段有哪几种形式的流动？影响熔体挤出量的有哪些？7.哪些措施可以提高加料段固体物料的输送速率？8.常用的挤管机头有哪些？消除熔接痕有哪些措施？9.挤板机头中分配腔的作用是什么？衣架式机头与支管式和鱼尾型机头相比，有何特点？10.螺杆分配式挤板机头中分配螺杆的作用是什么？11.常用的吹膜机头有哪些？芯棒式机头最突出的缺点是什么？12.挤出机的加热，冷却系统是如何分段设置的？作用分别是什么？13.常规全螺纹三段式螺杆存在哪些问题？有何改善措施？14.BM分离型螺杆的优缺点各是什么？15.Barr螺杆和熔体槽螺杆各有何特点？16.对照图3－39解释直槽屏障型螺杆的工作原理。17.在销钉型分流螺杆上设置销钉的作用是什么？18.试述排气式挤出机的结构特点，其排气原理是什么？19.为何排气式挤出机排气孔下压力要为零？聚合物到此处应完全熔融？20.非啮合型和啮合反转型双螺杆挤出机分别适用于什么工作场合？第二、三章作业1.常用的塑炼设备有什么？密炼机由哪些主要部件77第三章挤出机第一节概述一.挤出机的组成单螺杆挤出机(Singlescrewextruder)主机组成:挤出系统:加料装置、料筒、螺杆。使塑料塑化成均匀的熔体，并在此过程中建立压力，再被螺杆连续、定压、定温、定量地挤出机头；传动系统:电机、调速、传动装置。驱动螺杆并保证供给螺杆在工作过程中所需的扭矩和转速；冷却加热系统：由温度控制设备组成，一般分段控制。通过对机筒进行加热和冷却，保证挤出系统的成型在工艺要求的温度范围内进行；控制系统：由电器、仪表和执行机构组成。对螺杆转速、料筒及机头温度和压力，开停车装置及辅机各装置进行控制；机头和口模:成型制品的主要部件。使熔融塑料获得其流道几何截面相似断面的塑料制品；辅机：定型、冷却、牵引、切割卷取等装置第三章挤出机第一节概述78二．分类按螺杆数目可分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机按是否排气分为排气式和非排气式挤出机按螺杆在空间的位置可分为卧式和立式挤出机等常用的是卧式非排气式挤出机二．分类79无螺杆无螺杆80单螺杆挤出机主机结构示意图单螺杆挤出机主机结构示意图81第二节螺杆一．普通单螺杆一根带单头或多头右旋螺纹的轴1.作用:输送物料塑化物料对物料加压2.分段,根据物料在螺槽中的运动及物理状态的变化，分为三段加料段：从料斗攫取物料输送给压缩段，同时使物料受热压缩段：压实、熔化物料，将夹带的气体自加料口排出(几何)压缩比,加料段一个螺槽容积与计量段一个螺槽容积之比，对于等距不等深螺杆物理压缩比：物料熔融后的密度与松散状态的密度比，小于几何压缩比第二节螺杆一．普通单螺杆82设置压缩比的原因（1）物料逐渐熔融，体积减小，为适应该变化需设压缩比；（2）物料受到压缩，将气体自加料口排出；（3）建立必要的压力，保证物料到螺杆末端有助够的致密度。获得压缩比的方法（1）等深不等距法；（2）等距不等深法；（3）不等深不等距法；（4）采用锥形螺杆。材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材3~4PC2~4硬PVC粉3~5PE薄膜〉4POM2.5~4软PVC粒3~4PP3~5PET3.5~3.7软PVC粉3~5PS2~4PA63.5设置压缩比的原因材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材383计量段(均化段、压出段)meteringzone作用；使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压由机头和口模的流道挤出要求：该段螺槽深应设计得使其计量能力与压缩段熔融能力匹配影响h3的因素

原材料：PVC热敏，剪切作用大易降解，取大一些，PP,PE热敏小，取小

机头压力：压力大，取浅槽，低压机头取大些；

波动现象：槽深小时，波动相应小；

与h2匹配：即此段输送能力与压缩段能力要匹配，塑化差时，取小些。h3过大，会有未熔物料进入；过小挤出效率下降，一般由经验定h3=0.02~0.06DLm=4~7Dh3<h2<h1计量段(均化段、压出段)meteringzone84第三节单螺杆挤出原理挤出过程：预处理料加料——在螺杆中熔融塑化——口模挤出——定型——冷却——牵引——切割要使制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件：熔体的输送速率=固态物料的熔化速率沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率=挤出机生产率第三节单螺杆挤出原理挤出过程：预处理料加料——在螺杆中熔融85一.固体输送理论

1．假设条件：

物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），恒速移动；略去及物料重力、密度变化的影响；Hf恒定，压力是螺槽长度的函数；螺杆不动，料筒以的速度移动；螺槽为矩形为分析方便，将一个螺距内的螺杆做平面展开,当螺杆转动一周，设物料固体塞中的一点由A运动到B点。物料的输送速率是单位时间内从螺杆轴向截面所输送的物料体积，其值等于螺槽在轴向的投影面积A与物料在轴向的运动速度Vpl的乘积。一.固体输送理论

1．假设条件：

物料与螺槽和料筒壁紧密接862.公式推导2.公式推导873.讨论3.讨论884．提高Qs的措施①适当提高N和H;②采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结构；在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）；③冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小fs）一等螺杆Ra=0.8μm,优等0.44．提高Qs的措施①适当提高N和H;89二.熔融理论压缩段物料固-液共存1．目的：预测螺槽中任一点未熔化物料量熔化全部物料所需螺杆长度熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系2．冷却试验和熔融机理冷却试验：本色料+3~5%着色料挤出——稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒——取出螺杆、剥下物料——切断螺旋带状料并观察截面形状现象：①熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态②固—液两相有一明显分界线③固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处二.熔融理论压缩段物料固-液共存90熔融机理：加料段压实——逐渐熔融成一层熔膜——超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池——固体床减小——直至物料完全熔融熔融机理：加料段压实——逐渐熔融成一层熔膜——超过后边螺槽刮91三.熔体输送理论将螺杆、料筒展开，料筒与螺杆的相对速度Vb被分解为分速度Vbx和Vbz,使熔体产生了不同方向的流动，从而实现了熔体的输送和混合。1.假设：塑料全部熔融塑化，熔体为等温牛顿流体；流动过程中其粘度、密度不变；层流、不可压缩；螺距不变，螺槽等深、矩形螺槽；槽宽远大于槽深。2.熔体输送、混合机理在机头阻力下，产生了沿螺杆方向的压差，另外由于螺杆和料筒有间隙，使熔体有四种形式的流动：正流、逆流、环流和漏流。三.熔体输送理论将螺杆、料筒展开，料筒与螺杆的相对速度Vb被925-挤出机辅机课件93

正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz产生沿螺槽向机头方向的流动。由于螺杆转动，塑料在螺杆根部与机筒间形成相对运动造成的，决定挤出量的大小逆流（反流）Qp，与Qd相反的流动。由机头、多孔板等阻力元件对熔体的反压力造成，也叫压力流，随机头压力的升高而增加横流（环流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽内与正流垂直的流动。对总挤出量影响不大，可忽略不计，但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用漏流Ql，由机头阻力元件引起的物料反向流动，沿螺杆与料筒间隙向加料口方向流动，可降低挤出量。正常情况很小0.1~0.6mm，Ql小，但磨损严重时，Ql的增加与平方成正比。正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz产生沿螺槽943.挤出量的计算若忽略漏流3.挤出量的计算954.讨论（影响挤出量的因素）①②

③④

4.讨论（影响挤出量的因素）②③④96第四节常用机头和口模形式机头：机头和口模常连为一体,通称机头,包括过滤网、多孔板、分流梭（有时与模芯结合为一个部件）、模芯、口模等机头的作用：

改变熔融物料的流动方向，使其由螺旋变为直线运动；

产生必要的压力使制品密实；使物料进一步塑化均匀；成型制品。第四节常用机头和口模形式机头：机头和口模常连为一体,通97滤网screen，过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片叠在一起的30~120目不锈钢网组成，用多孔板支承。多孔板（筛板、分流板）厚度为螺杆直径的1/3~1/5，上边钻有φ3~6mm的中间疏、两边密的同心圆孔，距螺杆头部0.1D,即约为计量段一个螺槽容积，太大易积料分解，太小料流不稳定。分流器（鱼雷头），将圆柱形料流变为薄环状并便于进一步加热塑化。大型分流器内设加热器，支架用以支承分流器及芯棒，同时使料流分束以加强搅拌，小型分流器与芯棒做为一体。滤网screen，过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻力，提高98挤管机头1.直通式熔体在机头中流动方向与螺杆轴向一致结构简单易制造适于硬、软PVC,PE,PA挤管机头992.直角式熔体在机头中流动方向与螺杆轴向垂直从料筒流出的熔体绕过芯模再向前流动，会产生一条分流痕，流动阻力小，料流稳定，出料均匀，但其结构复杂，占地面积大。适于PP、PE及尺寸要求严格的管材5-挤出机辅机课件1003.旁侧式熔体经过一个近似直角的过渡区才流入机头阻力大，结构更复杂。3.旁侧式101上述几种机头由于存在分流器支架,会产生熔接线,影响制品外观及质量消除熔接线的方法:

适当加大口模平直段(成型段)长；增大分流器支架与出料口的距离；使进口角(扩张角)大于出口角(收缩角)；加大机头进口处截面与出口截面比;采用异型芯棒(目的是增大料流阻力).上述几种机头由于存在分流器支架,会产生熔接线,影响制品外观及1024.筛孔板式：(生产聚烯烃类大管时,可克服自重产生的薄厚不均现象)无分流梭和芯模,物料经筛孔板进入口模成型段可保证物料充分熔融、塑化无熔接痕，强度高，结构紧凑，占地面积小。4.筛孔板式：(生产聚烯烃类大管时,可克服自重产生的薄厚不均103二.板（片材）机头

口模由引流道、分配腔和模唇组成1.支管式为将圆柱状流体变为扁平的矩形截面且有相等流速的流体，要设置一个纵向切口为管状的分配腔，其作用是对熔体稳压、分流，使其均匀地挤出宽幅制品。优点是结构简单，制造容易；可调幅宽；温度易控制；体积小，重量轻二.板（片材）机头

口模由引流道、分配腔和模唇组成1042.鱼尾形：熔体从中部进入沿扇形扩展开来优点是物料呈流线型流动；物料停留时间短，适用的温度范围广；结构简单缺点是鱼尾形部分扩张角不可过大（避免中心处压力速度太大造成中心出料多两端少）；不能生产宽幅制品3.衣架式：分配腔为两根直管递减的支管并有一个扩张角可大至160~170º的型腔，（吸收了支管式和鱼尾形机头的优点）优点是支管小，缩短了物料在机头内的停留时间；扇形型腔提高了制品的薄厚均匀性，制品幅宽可达4~5m2.鱼尾形：熔体从中部进入沿扇形扩展开来1054.螺杆分配式：在直支管式机头模腔中插入一根旋转的分配螺杆分配螺杆的作用是将模腔内的熔体进一步塑化并沿宽度方向均匀分布；压力沿横截面各点一致，挤速均匀；减少机头内积料的可能性优点：生产能力高，制品均匀；可以发泡成型，易成型宽、厚板材；机头内料温易控制；可连续运转缺点是加工困难，成本高；分配螺杆旋转，使料流到口模区变为直线运动的距离短，易在制品中留下波浪形痕迹4.螺杆分配式：在直支管式机头模腔中插入一根旋转的分配螺杆106三.吹膜用机头芯棒式：（侧进料）料流在芯棒处分为两股，再沿芯棒尖的斜刀口处汇合，向模口呈薄管挤出，芯棒中通压缩空气吹胀。优点是机头内通道间隙小，存料少，物料不宜过热分解，适于加工PVC料；只有一条熔接线；加工方便。缺点是芯棒尖处易积料；压力作用到芯棒尖上，易偏中，造成制品不均匀开裂。三.吹膜用机头1072.十字形：（中心进料）PP,PE等热稳料优点是压缩比可大到7~8，无偏心缺点是有分流器支架，存在3~4条熔接线（可在支架上方开设缓冲槽改善）2.十字形：（中心进料）PP,PE等热稳料1085-挤出机辅机课件1093.螺旋式：存在渐变的4~8条螺纹形流道，物料逐渐由螺旋变为轴向运动，再自环形间隙挤出膜管优点是无熔接线；芯棒不偏心，成型稳定，厚薄均匀；芯棒粗，不易变形缺点是加工复杂

3.螺旋式：存在渐变的4~8条螺纹形流道，物料逐渐由螺旋变为1105-挤出机辅机课件1114.旋转式芯棒和口模各自能单独旋转优点是使厚度不均匀性被平均分配到整个圆周上，卷取平整；消除了熔接线缺点是加工、控制复杂4.旋转式112四.异型口模板接式,PP,PE，结构简单，但波动大；流线型，硬PVC,造价高，加工难度大。四.异型口模板接式,PP,PE，结构简单，但波动大；113第五节挤出机的加热冷却系统一.加热料筒熔融段和机头外部方式有电、液体和蒸汽加热。二.冷却螺杆加料段逆向通冷却水以加大输送能力加料口下方用冷却水冷却，防止热量传向传动侧烧坏电机，并防止料斗中“架桥”料筒非工作侧用鼓风机带走过多的热量防止物料分解。第五节挤出机的加热冷却系统一.加热1145-挤出机辅机课件1155-挤出机辅机课件1165-挤出机辅机课件117日本40t/h世界最大挤出机日本40t/h世界最大挤出机1185-挤出机辅机课件119第六节螺杆主要参数及其选择螺杆直径D(mm)指螺杆外径，表征挤出机挤出量的大小。(1)在初步确定螺杆生产能力Q(kg/h)和转速n(r/min)后，可由经验生产能力公式确定为经验出料系数0.003~0.007由公式计算后再从系列标准30,45,65,90,120,150,200中选取(2)还可根据加工制品的断面尺寸及形式要求选取（单位mm）螺杆直径30456590120150200硬管直径3~3010~4520~6530~12050~18080~300120~400吹膜直径50~300100~500400~900700~1200~2000~3000~4000挤板宽度400~800700~12001000~14001200~2500第六节螺杆主要参数及其选择螺杆直径D(mm)指螺杆外径1202.螺杆长径比L/D

其中L为螺杆工作部分长度，用以表征螺杆的塑化能力和塑化质量，一般为15，20，25，30，最长可达43。

较长L/D的好处:(1)螺杆加压充分，能提高塑料制品的物理机械性能；(2)提高塑化和制品外观质量；(3)螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定；(4)有利于类似PVC粉料挤管

但过大会使螺杆加工及装配困难，功率消耗增加，加大悬臂端自重的弯曲，以致螺杆头部与料筒壁间隙不均匀，甚至造成磨刮料筒，降低螺杆和机筒寿命。所以要根据实际需要和加工条件再由实验确定。

国内一般15～25；国外22～332.螺杆长径比L/D1213.螺杆压缩比

作用：物料逐渐熔融，体积减小，为适应该变化需设压缩比；物料受到压缩，将气体自加料口排出；建立必要的压力，保证物料到螺杆末端有助够的致密度。

几何压缩比：加料段一个螺槽容积与计量段一个螺槽容积之比物理压缩比：物料熔融后的密度与松散状态的密度比材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材3~4PC2~4硬PVC粉3~5PE薄膜〉4POM2.5~4软PVC粒3~4PP3~5PET3.5~3.7软PVC粉3~5PS2~4PA63.53.螺杆压缩比材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材3122第七节.新型螺杆(一)常规全螺纹三段式螺杆存在的问题1.熔融效率低熔融段熔体与固体床共同存在于一个螺槽中，减小了料筒壁与固体床的接触面积；熔体床随着熔融解体，部分碎片进入熔体中，很难从剪切获得热量，这样，固体床不能彻底熔融；另外，已熔物料与料筒壁接触，从料筒壁和熔膜处获取热量，温度继续升高过热。2.压力、温度和产量波动大固体输送时与螺杆旋转产生较高频率的波动由于熔融过程的不稳定性产生低频波动温控系统的稳定性差或环境因素的变化引起的波动3.不能很好适应一些特殊塑料的加工或混炼、着色工艺过程可通过加大长径比、提高螺杆转数、加大均化段螺槽深度及改用新型螺杆等措施适当克服上述缺点第七节.新型螺杆(一)常规全螺纹三段式螺杆存在的问题123(二)几种常见的新型螺杆1.分离型螺杆针对固液相共存于同一螺槽中产生的缺点而设计措施：将已熔物料和未熔物料尽早分离，促进未熔料尽快熔融，已熔料不再承受导致过热的剪切BM螺杆：在螺杆熔融段再附加一条螺纹，将原来一个螺纹形成的螺槽分为两个(二)几种常见的新型螺杆1.分离型螺杆124特点有一条辅助螺纹附加螺纹与料筒壁间隙较大螺距比主螺纹大，使固体槽截面积减小液相螺槽逐渐变宽为均化段螺槽宽度，深度不变；而固相槽由宽变窄，深度逐渐变为均化段槽深原理：已熔物料通过附加螺纹与料筒壁间隙进入熔体槽，未熔料留在固体槽特点125BM分离型螺杆的优缺点优点：（1）塑化效率高、效果好；（2）无固体床解体，产量、压力、温度波动小，排气性好，单耗低，适应强；（3）能实现低温挤出。缺点：（1）主附螺距不等，加工困难；（2）固体床由宽变窄，不能始终保持与料筒壁最大的接触面积，熔融能力受限。（3）固体床在宽度方向发生形变，设计不当会引起螺槽堵塞，造成挤出不稳定。

BM分离型螺杆的优缺点优点：（1）塑化效率高、效果好；126几种分离型螺杆熔融过程的比较几种分离型螺杆熔融过程的比较127Barr螺杆和熔体槽螺杆的特点Barr型螺杆：（1）主附螺槽螺距相等，固液相螺槽宽度不变；（2）固相槽由加料段槽深渐变至均化段槽深，而液相槽由零逐渐加深，再突变为均化段槽深；（3）固相与料筒壁接触面积大，熔融能力强；（4）加工方便熔体槽螺杆：（1）在熔融开始并形成一定宽度熔池的下方再开一条逐渐变深，宽度不变的附加螺槽；（2）液相槽窄而深，与料筒接触少，物料受剪切小；（3）固相槽宽度大而且不变，熔融效率高；（4）取消了附加螺纹，物料所受剪切变小，输送速率提高Barr螺杆和熔体槽螺杆的特点Barr型螺杆：1282.屏障型螺杆结构：在螺杆的某部位设立屏障，未熔的固相不能通过，并促使固相熔融的螺杆直槽屏障型螺杆：圆柱面上等距开了一组出口在轴线方向封闭的进料槽和一组入口在轴线方向封闭的出料槽原理：物料由进料槽流入，只有熔融和粒度小于剪切间隙△时才能进入出料槽，并受剪切进一步混合塑化，而未熔的较大固体碎片被屏障阻挡适于加工聚烯烃类塑料2.屏障型螺杆1293.分流型螺杆在螺杆的某一部位设置许多突起部分或沟槽或孔道，将螺槽内的料流分割，以改变物料的流动状态，促进熔融、增强塑炼和均化销钉螺杆工作原理：设置销钉将固体床打碎，破坏熔池，打乱两相流动，将料流反复分割，改变螺槽中料流的方向和速度分布；增加对物料的混炼、均化和对添加剂的分散性3.分流型螺杆130销钉设置熔融区：增加熔融速率均化段：混炼、均化和获得低温挤出排列形状：人字形、环形等销钉形状：圆柱形、菱形、方形等，可以装上去，也可铣上去优点：产量高；径向温差小；可获得低温挤出；加工制造容易销钉设置131工作原理物料流经销钉时，销钉将固体料或未彻底熔融的料分成许多细小料流，这些料流在两排销钉间较宽阔位置又汇合，经第二排销钉时又被分离工作原理132DIS螺杆在常规全螺纹螺杆均化段加上一段DIS混炼段在圆周上设有若干个进料槽和出料槽，具有与螺纹线相同的螺旋角，进出料槽间用小孔通道连接特点：提高了各方向混合的均匀性、混炼效果好，混色均匀，分散性好DIS螺杆1334.组合螺杆，