《塑料成型工艺》-第二章 挤出成型

第二章挤出成型1.挤出成型特点一、挤出成型概述挤出成型又叫挤出模塑，是利用加热使塑料熔融塑化成为流动状态，然后在机械力（螺杆或柱塞的挤压）的作用下，使熔融塑料通过一定形状的口模制成具有恒定截面连续的制品，适用于绝大部分热塑性树脂和部分热固性树脂。除了用于挤出造粒、染色、树脂掺和等共混改性，还可用于塑料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等塑料制品的生产。树脂原料挤出连续体成型连续体塑料熔体一定规格的制品助剂加热黏流加压冷却定型切割混合过程成型过程既有混合过程，也有成型过程二、挤出成型过程以管材挤出成型为例原料熔体挤出连续体定型连续体制品三、挤出成型特点1.可以连续化生产，生产效率高。2.设备自动化程度高，劳动强度低。3.生产操作简单，工艺控制容易。4.原料适应性强，适用大多数热塑性树脂和少数热固性树脂。5.可生产的产品广泛，同一台挤出机，只要更换不同的辅机，就可以生产不同的制品。四、常见挤出机组板材挤出机组薄膜挤出机组吹膜挤出机组管材挤出机组挤出成型2.挤出成型设备主机将塑料熔融塑化、混合均匀，并向前推进。喂料斗料筒（螺杆）……辅机将熔融塑料定型、冷却，加工成规格制品。口模冷却牵引装置……挤出成型的完整生产线分为两个部分以管材挤出机组为例一、主机部分1.挤压系统主要由机筒、螺杆、分流版和过滤网等组成，其作用是将粒状或粉状的原料塑化成均匀的熔体，然后被螺杆连续挤入机头。2.传动系统主要由电动机、齿轮减速箱和轴承等组成，其作用是使螺杆在给定的工艺条件下获得稳定的转速。3.加热冷却系统主要由料筒外部的加热器进行加热，以及循环水系统进行冷却，其作用是对挤出机组的相关部件进行加热或冷却。4.加料系统主要由料斗和自动上料装置组成，其作用是给机筒稳定连续地提供物料。主机效果图二、辅机部分1.机头口模使塑料熔体获得初始的几何截面形状和尺寸，形成连续体。2.定型装置将机头挤出来的初始形状的连续熔体稳定下来，并对其进行精整，得到较为精确的截面形状、尺寸和光亮表明的成型连续体。3.冷却装置将定型装置出来的成型连续体进行充分冷却，使其几何状态和尺寸稳定。4.牵引系统均匀地牵引成型连续体，保证后续的挤出过程能够稳定进行，还可通过牵引速度对连续体的截面尺寸和挤出产量进行调节。5.切割系统将成型连续体按制品的规格要求切割成一定的长度尺寸，得到最终的产品。⑥卷取装置

将软制品（薄膜、软管等）按要求卷绕收取。⑦堆放装置

将硬质品（硬管、硬板等）按要求堆放整齐。⑧拉伸装置

将高取向制品（丝、带等）进行取向拉伸提高强度。⑨其他装置

如测宽、测厚、电晕、喷漆等处理装置。挤出机组效果图挤出成型3.挤出工艺理论一、挤出成型过程熔融塑化口模挤出冷却定型二、螺杆分段1.加料段（固体输送段）位置：靠近料斗一段。作用：主要对物料进行输送、压实、预热，并排除气体，减少固体物料之间的缝隙，有利于传热。

特点：物料仍以玻璃态存在，在加料段末端物料表面接近或达到黏流温度，表面发黏。

要求：输送能力要稍高于熔融段和均化段。2.压缩段（熔融段）位置：螺杆中部一段。作用：输送物料，使物料受到热和剪切作用熔融塑化，并进一步压实和排出气体。特点：物料逐渐由玻璃态转变为粘流态，在熔融段末端物料为粘流态。要求：螺杆结构逐渐紧密，使物料进一步压实。3.计量段（均化段）位置：靠近口模一段。作用：使熔融物料塑化均匀，定量、定压从口模挤出。特点：物料以熔体形式存在，完全达到粘流态。要求：保证挤出压力能使熔融物料稳定挤出。三、输送理论1.固体输送固体物料在料筒中的运动有两种：①轴向运动：旋转螺杆的螺棱推进面对物料产生的轴向推动所致。②旋转运动：物料与机筒、物料与螺杆之间的摩擦所致。打滑自转向前输送物料以轴向运动向前输送，需要做到以下两点：①提高物料与料筒之间的摩擦力②降低物料与螺杆之间的摩擦力从工艺上：①提高螺杆转速②提高加料段物料的温度③降低螺杆的温度从设备上：①增大螺杆的直径②增大螺槽的深度③选用最佳方向角2.熔融物料受剪切摩擦和热作用开始逐渐熔融，由固态转化为液态，熔融区结束时，物料转变为熔体。熔融过程：3.熔体输送进入均化段的物料已经是粘性流体，不仅受到旋转螺杆的挤压作用，而且受到口模的阻力所造成的作用，熔料的流动比较复杂，可分为正流、倒流、横流和漏流。（1）正流由物料受机筒的摩擦拖曳引起的正方向流动。（2）倒流由机头，口型等阻力元件产生的压力引起的回流，方向与正流方向相反。（3）横流（环流）由垂直于螺棱方向的分速度引起的使物料在螺槽内产生翻转运动。对生产能力没有影响，但能促进物料的混合和热交换。（4）漏流由机筒与螺棱间隙处形成的倒流。方向沿螺杆轴线方向，并由机头向后。固体输送熔融塑化熔体输送物料在料筒内部的过程：压缩、剪切、热交换、流动、混合。影响因素：

①物料温度

③熔体压力④在料筒内的停留时间挤出成型4.挤出温度一、挤出温度波动温度是挤出成型得以顺利进行的重要条件之一，直接关系到物料的塑化质量和挤出制品的性能，要根据树脂原料和添加剂的温度敏感性和分散混合效果进行设置，要保证物料在不会分解的前提下具有良好的流动性。

挤出温度的来源有以下两点：①料筒加热器的加热（外热）②物料之间的摩擦；物料与料筒、螺杆之间的摩擦（内热）以物料沿螺杆流动方向为横坐标，温度为坐标，将料筒、螺杆和物料的温度做成曲线。温度轮廓曲线轴向温度波动：沿物料流动方向温度随时间的波动。径向温差：垂直于物料流动方向的截面内的各点之间的温度差。即使在稳定的挤出过程中，其温度相对于时间也是变化的值，这种变化往往具有一定的规律性。温度波动二、温度控制原则温度：低高稍高稍高低温固体输送，高温熔融，恒温挤出根据挤出机温度的波动，在进行物料挤出的过程中，温度应该遵循由低到高的原则，由于挤出机口模有较大的剪切生热，在机头的温度则要比料筒末端低。熔点温度低高稍高稍高同时，料筒温度还应该根据物料的温度特性进行设置，一般加料段末端温度不低于物料的熔点或黏流温度，最高温度不高于物料的分解温度。分解温度常见树脂的挤出温度三、挤出温度的影响（1）一般来说，适当提高挤出温度，可以提高物料的熔融塑化效果，从而提高挤出制品的质量。（2）挤出温度如果过低，物料在挤出机料筒内无法顺利熔融塑化，会降低挤出制品的质量，甚至造成设备堵料，无法进行生产。（3）挤出温度如果过高，物料流动性能过好，容易呈现出自由挤出的现象，甚至可能导致物料分解。挤出成型5.挤出转速一、挤出压力波动在挤出过程中，由于物料流动的阻力，螺纹宽度和螺杆槽深度的变化，以及过滤网、过滤板和口模等产生阻碍，因而沿料筒轴线方向，在塑料内部产生一定的压力。这种压力是塑料变为均匀熔体并得到致密塑件的重要条件之一。

增加机头压力可以提高挤出熔体的混合均匀性和稳定性，提高产品致密度，但机头压力过大将影响产量。以普通挤出机的料筒轴线为横坐标，沿料筒轴线方向（包括口模）为纵坐标，将各点物料的压力值做成曲线。压力轮廓曲线压力随时间的变化也会产生周期性波动，这种波动对塑件质量同样有不利影响，螺杆转速的变化，加热、冷却系统的不稳定都是产生压力波动的原因。

为了减少压力波动，应合理控制螺杆转速，保证加热和冷却装置的温度控制精度。压力波动二、转速控制原则螺杆转速是影响物料在料筒中塑化和输送的热历程和剪切效应，是影响塑化能力和塑化质量的重要参数。转速压力剪切作用熔料温度塑化时间提高提高提高提高缩短降低下降降低降低延长在保证设备安全、物料稳定、塑化效果良好的前提下，螺杆转速越快越好。除了一般原则以外，螺杆转速还应该根据物料的物理化学性质进行设置。对于热敏性的树脂（PVC、POM等），应采用低转速，防止物料分解；对于熔体黏度较高的树脂，也应采用低转速，防止动力过载。

另外，螺杆转速还要和挤出温度配合设置。常见树脂的挤出参数三、挤出转速的影响（1）一般来说，适当提高转速，可以提高物料的熔融塑化效果和挤出生产效率。（2）提高螺杆转速，一方面缩短物料在料筒内的受热时间，一方面增大物料的剪切生热。（3）转速如果过高，可能导致物料局部剪切生热过高而分解，也可能导致料筒堵塞而无法进行生产。（4）转速如果过低，会延长物料在料筒内的受热时间，降低挤出生产效率，也可能提高物料的混合效果。挤出成型6.管材挤出工艺一、管材挤出机组二、工艺流程以PVC管材挤出为例，工艺流程如图所示：管材挤出的工艺流程还因原料和设备的不同略有差别。原则上，几乎所有的热塑性塑料都可以用来挤出生产管材，但常用的塑料是PVC、PE和PP。三、操作规程（1）根据管材要求，选择合适的机头（口模）安装好，包括分流器、模芯、口模、过滤版等。（2）初步调整口模、模芯同心，并使机头、定径装置、牵引装置、切割装置等装置中心一致。1.开机准备2.预热

将料筒、机头和口模的温度调整到比正常挤出操作温度高10~20摄氏度，口模出温度应该略低，以消除管材中的气泡，防止挤出时管材因自重而下垂，而温度过低又将影响挤出速度和制品的光泽。3.熔融挤出

待挤出机温度稳定后，缓慢调整转速，使物料熔融挤出，出料正常后可逐步调整到预定要求。主要喂料量要由少到多，直至达到管材规格所需要的用量。4.定径牵引

管材挤出时，在引入真空定型套（或其他形式的定型套）及冷却器中，先校验其同心度，管材挤出口模后，若不平直而向某一方偏斜，则易造成管壁厚度不均，应及时矫正。将矫正好的管材引入牵引机，牵引速度应该有慢到快直至达到规定的速度。。5.工艺参数调整

在刚开机到正常生产前的这一阶段，工艺参数要不断调节，直至管材符合要求。需要调节的参数有：（1）挤出机温度（2）冷却水温度（3）螺杆转速（4）牵引速度

要在挤出机正常挤出管材的时候，注意牵引速度的适中，及冷却装置的合理性。6.切割检验

将冷却牵引出来的管材引到切割装置，达到要求的长度后切割收取，并对管材的质量进行初步的检查，如目测其圆度、表面光泽度、颜色均一度等。挤出成型7.挤出吹膜工艺一、挤出吹膜机组二、工艺流程塑料经挤出机塑化后进入机头，被机头环形口模挤成筒状型胚，型坯上引的同时吹入空气扩张，又被牵引滚拉伸形成薄膜。平挤上吹的工艺流程如图所示：三、操作规程

开启设备加热到规定的温度并保持一段时间。

温度控制是挤出吹膜中的关键，直接影响制品的质量，不同塑料、不同型号设备的温度控制各有不同。一般的温度变化规律是：挤出机加料段到口模温度要逐渐上升，但不能超过物料的分解温度。1.预热2.加料挤出

当挤出机和机头的温度达到要求并稳定之后，启动挤出机螺杆，项料斗加入少量物料，开始先让螺杆以低速转动，当熔融物料通过机头并吹胀成管泡后，逐渐提高螺杆转速，同时把料加满。3.提料喂辊

将通过机头的熔融物料汇集在一起，并将其提起，同时通入少量空气，以防止相互黏结。然后将提起额管泡喂入压辊，通过夹辊将管泡压成折膜，再通过导辊送至卷取装置。

在此过程中要注意薄膜的冷却，需要使薄膜从口模到压辊的运行时间内冷却定型。4.充气调整

塑料管泡喂辊后，即可将空气吹入管泡，直到达到要求的宽幅为止，由于管泡中的空气被夹辊所封闭，几乎不能渗透出去，因此管泡中的压力保持恒定。

薄膜的厚薄也可通过口模间隙、冷却风环的风量和牵引辊的速度进行调整纠正。挤出成型8.挤出机的操作一、操作设备挤出机主要用于塑料的挤出成型，生产具有恒定截面连续的塑料制品。根据不同类型的螺杆和辅机设备，可制得的塑料制品也不同，其主要关键的操作在于挤出设备的操作。1.检查清理设备二、操作过程检查喂料口和排气口是否通畅，冷却水槽的水量是否足够；将挤出螺杆和喂料螺杆的转速调节回零；接通电源，检查电箱风机是否正常，并接通所有