塑料制品的挤出成型

第八章塑料制品的挤出成型当前第1页\共有87页\编于星期二\5点塑料制品的加工成型一次成型：挤出成型、注射成型、模压成型、压延成型、铸塑成型、模压烧结成型、传递模塑、发泡成型等二次成型：中空吹塑成型、热成型、拉幅薄膜成型……等加工成型是将各种形态的塑料(粉料、粒料、溶液和悬浮体)，制成所需形状或坯件的过程。当前第2页\共有87页\编于星期二\5点塑料制品的挤出成型

挤出成型是使高聚物的熔体(或粘性流体)在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型，所得的制品为具有恒定截面形状的连续型材.应用:管材，片材，板材，吹塑薄膜，电线电缆包覆，纺丝等。塑料的混合，塑化造粒，着色，排水、排气，喂料当前第3页\共有87页\编于星期二\5点塑料制品的挤出成型特点生产效率高—连续操作适用范围广，产品品种多：

原料体系：塑料、橡胶、纤维

产品品种：管、棒、板、丝、膜、异型材等

应用领域：石油、天然气输送、建材、服装等设备投资少生产技术容易掌握制品精密程度差当前第4页\共有87页\编于星期二\5点塑料制品的挤出成型挤出成型的过程挤出机定型装置冷却装置牵引装置收集装置切割装置卷取装置口模当前第5页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构当前第6页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构当前第7页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构挤压系统的组成及要求1、组成：加料装置、料筒、螺杆、机头、口模等2、要求：连续稳定地输送（固体、熔体）熔融（固体→熔体）混合、塑化（温度、组成分布均匀）增压（排气、传热，使制品密实）挤出机大小一般用螺杆直径的大小表示:SJ-65-25当前第8页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构当前第9页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构加料装置-料斗向挤出机料筒连续供料。料斗的底部与料筒连接处是加料孔，该处有截断装置。加料孔周围有冷却水夹套，防止塑料软化，堵塞加料口。尤其对于软化点低的塑料。料斗的侧面有玻璃视孔及标定计量的装置。当前第10页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构加料装置-料斗预热干燥和真空减压装置：对于吸湿性原料搅拌器及能够定时定量自动上料或加料的装置。关于“架桥”现象：粉体，软化的塑料，有些需要强制下料装置当前第11页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构料筒作用：料筒作为挤压系统的组成部分，和螺杆共同完成对塑料的固体输送、熔融和定量定压输送作用。

料筒的结构形式关系到热量传递的稳定性和均匀性，并影响固体输送率。当前第12页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构料筒受热受压的金属圆筒。在料筒的外面设有分段加热和冷却的装置及控温热电偶，保证挤出温度。加热一般分三至五段，常用电阻或电感应加热，也有采用远红外线加热的。冷却一般用风冷或水冷。一般用耐磨、耐腐蚀、高强度的合金钢成碳钢内村合金钢来制造。内壁光滑，但料斗座处内壁可加纵向沟槽，提高挤出产量，及挤出稳定性等。当前第13页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构料筒当前第14页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构螺杆作用：螺杆是挤出机的关键性部件，通过它的转动，料筒内的物料才能发生移动，受到剪切作用，得到增压和部分的摩擦热量，混匀后定量定压地输送到机头而成型。当前第15页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构螺杆当前第16页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构１、螺杆几何结构参数螺杆直径D：Db－螺杆外径

Ds－螺杆根径螺杆长度L：L－螺杆有效工作部分长度根据功能分为：L1－加料段长度

L2－压缩段长度

L3－均化段长度螺杆长径比L/D当前第17页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构螺槽宽度：B－螺槽轴向宽度

W－螺槽法向宽度

t－螺距螺槽深度H(h)：h1,h2,h3－分别为加料段，压缩段，均化段螺槽深度螺杆几何压缩比ε:加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。螺旋角Φ１、螺杆几何结构参数当前第18页\共有87页\编于星期二\5点螺杆长度的增加，挤出机产量提高。压缩比必须与塑料在挤出机中熔融过程的体积变化相适应，否则会引起产量的不稳定，影响制品的尺寸精度。8.1单螺杆挤出机的基本结构当前第19页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构螺杆当前第20页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构加料段（固体输送段）压缩段（熔融段）均化段（计量段）２、螺杆的分段当前第21页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构要求：塑料保持固态，输送要稳定（温度，料筒结构）长度：结晶性加料段较长，非结晶性加料段较短（为什么？）螺槽体积：等距等深（为什么？）加料段（固体输送段）：当前第22页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构要求：熔化，压缩，排气长度及压缩比：结晶性塑料压缩段较短，非结晶性压缩段较长（为什么？）螺槽容积逐渐减少压缩段（熔融段）当前第23页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构要求：加强剪切，塑化均匀，定量，定压挤出螺槽体积不变：深度最浅长度：高聚物结构（热敏性应减少停留时间）均化段（计量段）当前第24页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构加热冷却系统

挤出机加热方法有：载热体加热、电阻加热和电感应加热等

根据料筒长度和工艺要求分段加热逐渐升温当前第25页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构加热冷却系统

挤出机冷却包括：料筒的冷却，螺杆的冷却，料斗座的冷却。当前第26页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构料筒的冷却当前第27页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构螺杆的冷却：目的是利于物料的输送，同时防止塑料因过热而分解当前第28页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构料斗座的冷却：防止“架桥”，保证进料通畅，并防止挤压部分的热量传到止推轴承和减速箱，保证挤出机的正常工作。

当前第29页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构多孔板与过滤网作用：增大塑化反压；熔体由螺旋运动变为直线运动；过滤杂质及未塑化的物料。（电缆，透明制品，薄膜，医用管等）当前第30页\共有87页\编于星期二\5点8.1单螺杆挤出机的基本结构当前第31页\共有87页\编于星期二\5点8.2单螺杆挤出机的辅机机头和口模机头：料筒和口模的连接体。口模：制品截面的成型部件。包括：分流器支架，口模，芯模(芯棒)当前第32页\共有87页\编于星期二\5点8.2单螺杆挤出机的辅机当前第33页\共有87页\编于星期二\5点8.2单螺杆挤出机的辅机机头和口模机头口模的设计：熔体的粘弹性（挤出物胀大，熔体破裂等｝高聚物的热稳定性足够的压力保证当前第34页\共有87页\编于星期二\5点8.2单螺杆挤出机的辅机定型冷却设备：保证制品的冷却定型，制品结构的均匀性，提高效率。定型设备冷却设备根据不同制品的要求设计。当前第35页\共有87页\编于星期二\5点8.2单螺杆挤出机的辅机牵引、切割或卷取牵引装置：速度连续、平稳可调，加紧力适当切割或卷取根据不同制品的要求设计。当前第36页\共有87页\编于星期二\5点8.2单螺杆挤出机的控制系统要求：温控的精确度，各种设备运转的稳定性，减少波动，保证制品的内在、外观质量和尺寸的精度。当前第37页\共有87页\编于星期二\5点8.3挤出成型工艺挤出成型工艺流程图粒状或粉状热塑性塑料预热干燥挤出机加热螺杆启动加料调整挤出成型定型冷却牵引卷取(切割)(后处理)挤出制品当前第38页\共有87页\编于星期二\5点8.3挤出成型工艺原料的干燥:制品的外观与内在质量，一般控制含水量在0.5％以下。

①

干燥设备：烘箱，干燥料斗（用于连续挤出）

②需要干燥的树脂：主要是一些杂链聚合物（缩聚产物，工程塑料）如：PA,PBT,PET,PC,PMMA,ABS,PAN,POM,PPO,PSF,PI等

③干燥条件当前第39页\共有87页\编于星期二\5点当前第40页\共有87页\编于星期二\5点8.3挤出成型工艺●

温度和螺杆转速是影响挤出成型塑化质量的重要工艺条件。●提高挤出产量的同时，保证塑化质量(高速高效）是挤出机的发展趋势。当前第41页\共有87页\编于星期二\5点8.3挤出成型工艺挤出机及机头口模的预热：生产的稳定性，设备的保护

①

一般温度从低→高，根据不同高聚物，设定加料段，熔融段，计量段，机头口模温度（对于结晶度高的塑料，加料及熔融段温度设置较高）

②保温时间应充分（挤出机越大，保温时间越长）

当前第42页\共有87页\编于星期二\5点8.3挤出成型工艺

③温度对塑化质量的影响：来源于加热和剪切摩擦热。

T↑η↓,有利于塑化（尤其对于温敏型塑料）,降低熔体压力，挤出物形状稳定性差,易热分解

T↓η↑,机头压力↑，制品密实，挤出物形状稳定性好，功率消耗大，挤出膨胀较严重，通过增加牵引速度减少膨胀引起的壁厚增加。温度过低，影响塑化效果，或熔体破裂）。当前第43页\共有87页\编于星期二\5点8.3挤出成型工艺挤出机的启动与调整：①

扭距，电流，机头压力，出料塑化情况，制品尺寸②启动时，转速从低→高③

剪切作用（螺杆转速n）对塑化质量的影响：n↑,剪切作用↑，摩擦热↑，η↓，有利于塑料的混合与塑化（尤其对于剪敏性塑料），产量↑。n过高，受热时间缩短，塑化不充分，挤出不稳定，熔体破裂，可增加螺杆L/D，改善口模条件当前第44页\共有87页\编于星期二\5点8.3挤出成型工艺成型（机头口模处）:通过温度和挤出流量控制挤出型坯的外观。黏度，弹性，挤出物胀大，熔体破裂，鲨鱼皮．．．当前第45页\共有87页\编于星期二\5点8.3挤出成型工艺冷却定型:防止形变，固定尺寸工艺条件(温度，冷却速度)的设定考虑：高聚物的聚集态结构及制品外观(结晶，取向，内应力)；结晶塑料的冷却定型（由于熔融潜热的存在，冷却需排除更多的热量，冷却水温的控制）非结晶塑料的冷却定型(Tg)定型模具的设计应考虑不同材料的工艺要求当前第46页\共有87页\编于星期二\5点8.3挤出成型工艺牵引:使挤出物及时离开口模，保证挤出过程连续性；调整挤出型材截面尺寸和性能。与挤出速度的配合，消除挤出物胀大，制品适度取向可增加纵向强度，不同制品应采取不同的控制方法。后处理:减少内应力，包括热处理和调湿处理。截面尺寸大的制品（内外冷却不平衡）－热处理吸湿性材料，为尽快达到吸湿平衡－调湿处理当前第47页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型树脂品种：PE,PVC,PP,PS，PB,PEX,ABS,PA,PC等管材品种：普通圆管、波纹管、夹网管、复合管、铝塑复合管及发泡管等密度小、耐腐蚀性好、电性能优良、价格低廉、安装施工力便各种液体、气体的输送，如上、下水管、建筑线路管、煤气管、采暖管等。塑料管道是国家化学建材产业重点推广项目

当前第48页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型工艺流程及使用设备挤出机、机头口模、定型装置、冷却水槽、牵引及切割装置等组成，机头口模和定型装置是关键部件。当前第49页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型挤出机：螺杆D,L/D,ε机头：直通式，直角式，旁侧式等。包括：分流器、分流器支架、芯模、口模和调节螺钉等。（以PVC硬管机头为例）当前第50页\共有87页\编于星期二\5点当前第51页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型当前第52页\共有87页\编于星期二\5点8.2.1塑料制品的挤出成型

－管材的挤出成型当前第53页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型分流器：使料层变薄，进一步均化物料。扩张角α:α

过大，料流阻力大，塑料易过热分解；太小，料流很快变薄，不利于均化。60～900分流器长度L3：1～1.5D（分流器支架与分流器连接处的直径）。当前第54页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型分流器支架：支撑分流器和芯棒分流筋３～８根，流线型（注意合流痕）,进气孔芯棒：形成管材内表面，流线型收缩角β小于α平直段长度：L1收缩角及平直段长度影响到塑料合流痕的强度。当前第55页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型口模：机头压缩比：分流器支架出口处流道环形面积与口模出口处环形面积之比。3～10平直段长度Ｌ1压缩比和平直段长度：压实，消除分流器支架产生的合流痕，料流均匀稳定。还要考虑料流阻力当前第56页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型冷却定径装置：管子的定径和初步冷却由定径套完成。影响管子的尺寸，几何形状，光洁度。定径方法：内径定径和外径定径。外径定径分为内压定径，真空定径。定径套的长度，与管材接触面的光洁度…影响制品的质量。当前第57页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型当前第58页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型当前第59页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型当前第60页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型真空水箱定径法的特点：使用同一机头口模，可通过选择不同直径的定径套及控制真空度来使管坯膨胀和缩小，而获得不同直径的管子管材冷却充分、由于毛细管作用，水在定径套和管子之间起润滑作用，从而减小摩擦力，管材表面光洁引管容易、牵引力小当前第61页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型冷却水槽：充分冷却，长度取决于管材直径、管壁厚度，管材温度、冷却方式、冷却水温、牵引速度和塑料的种类等因素。一般要求冷却后管子平均温度为30℃。喷淋式，浸泡式。

当前第62页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型牵引装置：克服摩擦力，调节壁厚。要求牵引速度稳定，无级变速，不打滑，不使管材变形…。橡胶带式，滚轮式，履带式切割装置：自动式或手动式圆锯切割机，行星式自动切割机卷取装置：当前第63页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型当前第64页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型当前第65页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型PVC管材挤出工艺

特点：易热分解，分解产生腐蚀性气体机头口模、芯棒、挤出机料筒、螺杆耐腐蚀机头：直通型，流道光滑，没有死角温度控制要求精度高每次挤出停机时间长，必须加清洗料，排空后，拆机头，螺杆清理干净。加工温度最高一般不超过190℃。当前第66页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型PVC管材的挤出工艺当前第67页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型

原料的干燥条件，挤出机机筒温度，机头口模温度，螺杆转速，冷却水温度，内压定径压力，真空定径真空度，牵引速度塑料管材的挤出工艺条件当前第68页\共有87页\编于星期二\5点8.4管材的挤出成型作业：请结合结晶性塑料和非结晶性塑料的特点分别说明它们挤出成型管材的特点（可举例说明）。当前第69页\共有87页\编于星期二\5点8.5吹塑薄膜挤出成型

薄膜的成型方法有;挤出吹塑，压延，流延，挤出拉幅及狭缝机头直接挤出等以吹塑成型经济和简便吹塑即在挤出型坯内通过压缩空气吹胀后成型。当前第70页\共有87页\编于星期二\5点8.5吹塑薄膜挤出成型树脂品种：PE,PVC,EVA,PP,PA，PET，PVA等该法生产薄膜简单、经济薄膜经双向拉伸，强度高厚度均匀度较差受冷却定型控制，生产速度较低各种包装，农业地膜，大棚膜等当前第71页\共有87页\编于星期二\5点8.5吹塑薄膜挤出成型工艺流程图：管坯挤出，吹胀，冷却，牵引，卷取平挤上吹平挤下吹平挤平吹当前第72页\共有87页\编于星期二\5点8.5吹塑薄膜挤出成型当前第73页\共有87页\编于星期二\5点8.5吹塑薄膜挤出成型设备设计及工艺控制的关键薄膜均匀度的提高冷却速度的提高当前第74页\共有87页\编于星期二\5点8.5吹塑薄膜挤出成型机头当前第75页\共有87页\编于星期二\5点8.5吹塑薄膜挤出成型机头薄膜厚度均匀，不会产生“偏中”现象。分流器支架有3～4条筋，薄膜的合流线较多，机头内部空腔较大，积料多，对热敏性塑料(如PVC等)不适当前第76页\共有87页\编于星期二\5点8.5吹塑薄膜挤出成型当前第77页\共有87页\编于星期二\5点8.5吹塑薄膜挤出成型其它：还有旋转式机头等提高薄膜厚薄均匀度。机头工艺条件的设定：机头周边温度一致，温控要求严