聚合物加工工艺

第七章挤出成型1.挤出机由哪几部分构成？1）传动系统作用2）加料装置（料斗）3）加热冷却系统4）机头与口模5）定型装置6）冷却装置7）牵引装置8）卷取装置9）控制系统组成：电器、仪表、执行机构挤出机螺杆有哪些参数？（1）螺杆直径Ds：指其外径。（2）螺杆长径比L／Ds：螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比。（3）压缩比A：螺杆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，表达塑料通过螺杆的全过程被压缩的限度。（4）螺槽深度H：加料段h1、均化段h3一定值；压缩段h2变化。（5）螺旋角θ：螺纹与螺杆横截面之间的夹角，随着θ的增大，挤出机的生产能力提高，但螺杆对塑料的挤压剪切作用减少。（6）螺纹棱部宽E：E太小，易漏流；E太大，增长动力消耗，局部过热；（7）螺杆与料筒的间隙δ：影响挤出机的生产能力和物料的塑化。δ大，生产效率低，不利热传导，减少剪切速率；δ小，剪切作用过大，物料降解，挤出机螺杆的作用：任何一根螺杆都必须完毕加料、输送、压缩、熔融、混合和排气根据螺距和螺槽深度的变化，螺杆可分为等距变深螺杆．等深变距螺杆和变距变深螺杆。挤出时，渐变螺杆和突变螺杆具有不同的加工特点。已知：PVC软化点75~165℃；尼龙的熔融温度范围则较窄，约10℃，它们应分别选用何种螺杆进行加工？简要说明理由。答案：PVC应选用渐变螺杆而尼龙应选择突变螺杆进行加工。解释：物料在料筒中的塑化经历固体输送、熔融、混合及均化三个阶段，这个过程能否圆满完毕，挤压系统螺杆的结构起着关键作用。一般螺杆在挤出中要完毕三个基本职能：固体输送、熔融、均化，不同职能对螺杆结构规定不同，因此一般的挤出机螺杆可分为三段：固体输送段、熔融段、均化段。螺杆结构上的三个区段应尽也许与物料的状态变化相适应。PVC是无定形塑料，无固定的熔点，软化温度范围较宽，其熔融过程是逐渐进行的，所以选择熔融段较长的渐变螺杆；PA是结晶性塑料，有固定的熔点，熔融温度范围较窄，温度达成熔点后，熔融较快，应选择熔化区较短的突变螺杆。5挤出过程和螺杆各段的职能：根据塑料在挤出机中的三种物理状态的变化过程及对螺杆各部件的工作规定，将挤出机的螺杆提成加料段(固体输送区)、压缩段(熔融区)和均化段(熔体输送区)三段。、1）加料段职能：对塑料进行输送并压实，物料仍以固体状态存在。2）、熔融段职能：使塑料进一步压实和熔融塑化，排除物料内空气和挥发份。在该段，熔融料和未熔料以两相的形式共存，至熔融段末端，塑料最终所有熔融为粘流态。3）、均化段职能：塑料在机头口模阻力导致的回压作用下被进一步混合塑化均匀，并定量定压地从机头口模挤出，在该段，螺杆对熔体进行输送。6旋转运动：由于物料与螺杆之间的摩擦力作用被转动的螺杆带着运动。轴向水平运动：由于螺杆旋转时螺杆斜棱对物料的推力产生的轴向分力使物料沿螺杆的轴向移动。7为提高固体输送速率，可采用的措施有：（1）在螺杆直径不变时，增大螺槽深度；（2）减少物料与螺杆的静摩擦因素fs；（3）增大物料与料筒的静摩擦因素fb；（4）选择合适的螺旋角θ，8熔融过程的描述：由加料段送来的固体物料进入压缩段，在料筒温度的外加热和物料与物料之间及物料与金属之间的摩擦作用的内热作用下而升温，同时逐渐受到越来越大的压缩作用，固体物料逐渐熔化，最后完全变成熔体，进入均化段。在压缩段既存在固体物料又存在熔融物料，物料在流动过程中有相变化发生。9熔化过程：:当固体物料从加料段进入压缩段时，物料是处在逐渐软化和互相粘结的状态，与此同时越来越大的压缩作用使固体粒子被挤压成紧密堆砌的固体床。固体床在前进过程中受到料筒外加热和内摩擦热的同时作用，逐渐熔化。一方面在靠近料筒表面处留下熔膜层，当熔膜层厚度超过料筒与螺棱的间隙时，就会被旋转的螺棱刮下并汇集于螺纹推力面的前方，形成熔池，而在螺棱的后侧则为固体床。随着螺杆的转动，来自料筒的外加热和熔膜的剪切热不断传至未熔融的固体床，使与熔膜接触的固体粒子熔融。这样，在沿螺槽向前移动的过程中，固体床的宽度逐渐减小，直至所有消失，即完毕熔化过程。10相迁移面：熔化区内固体相和熔体相的界面称为相迁移面，它是由固体相转变为熔体相的过渡区域。均化段的熔体输送理论：正流、逆流、横流、漏流。12挤管工艺:由挤出机均化段出来的塑化均匀的塑料，通过滤网、粗滤器而达分流器，并为分流器支架分为若干支流，离开分流器支架后再重新汇合起来，进入管芯与口模间的环形通道，最后通过口模到挤出机外而成管子，接着通过定径套定径和初步冷却，再进入冷却水槽或具有喷淋装置的冷却水箱，进一步冷却成为具有一定口径的管材，最后经由牵引装置引出并根据规定的长度规定而切割得到所需的制品。13机头涉及分流器、分流器支架、管芯、口模和调节螺钉等几个部分，分流器与粗滤板之间的空腔起汇集料流作用。14机头压缩比：机头压缩比表达粘流态塑料被压缩的限度，是分流器支架出口处流道环形面积与口模及管芯之间的环形截面积之比。15试述管材挤出的工艺过程及工艺控制要点：挤出工艺：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。影响因素：温度、螺杆转速及冷却、牵引速度、压缩空气等，分别进行合理分析。试述管材挤出的工艺过程及工艺控制要点。挤出工艺：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。影响因素：温度、螺杆转速及冷却、牵引速度、压缩空气等，分别进行合理分析。试述管材挤出的工艺过程及工艺控制要点。请问为什么挤出机要在料斗座处加冷却装置？为避免加料斗出现“架桥”现象而影响加料及固体输送效率。3机筒加热和冷却的目的是什么？加热促进物料塑化；冷却为防物料过热。什么叫螺杆的长径比？螺杆长径比的增长对物料的加工有何好处？螺杆有效工作长度与直径之比。n一定期，L/D增长，物料在螺杆中运营时间延长，有助于物料塑化与混合，使升温过程变缓；可使均化段长度增长，可减少逆流和漏流，有利提高生产能力。影响固体输送率最重要的因素有哪些？输送角是影响生产率的重要因素，为提高固体输送率，要尽也许地增大输送角，控制固体塞的摩擦系数，使它与螺杆摩擦系数减小（螺杆表面刨光），与机筒摩擦系数增大（开设纵向沟槽）。挤管机头的作用是什么？对塑化的物料加热，以保证物料的塑化状态，并产生一定压力，使物料成型为所需要的现状。挤出成型是在什么温度之间进行的？在黏流温度Tf与分解Td之间挤出成型；范围越宽越易挤出成型。具体温度应根据原料的配方、挤出机头结构、螺杆转速来定。挤管机头中分流器扩张角的大小对物料的影响是什么？扩张角过大，料流阻力过大，甚至物料会停止流动而发生分解；扩张角过小，不利于料层不久便薄，对加热不利。16塑料薄膜的成型方法重要有挤出吹塑、流延、压延、挤出拉幅以及使用狭缝机头直接挤出等方法17薄膜吹塑成型工艺流程：物料由直角机头环形缝隙向上挤出成圆筒状的膜管，从机头下面进气口吹入一定量的压缩空气使之横向吹胀。同时，借助于牵引辊连续运转进行纵向拉伸，并经设立在膜管外的冷却风环吹出的冷却空气定型。由人字板压叠成双折薄膜，通过牵引辊以恒定线速度进入卷取装置。18吹塑类型根据牵引方法，可分为：平挤上吹、平挤下吹和平挤平吹、平挤下吹和平挤平吹三种。其中，以平挤上吹的应用为主。此外，尚有将挤出机垂直安装的竖挤上吹和竖挤下吹。19模具设计时须考虑近于挤出机一侧料流的速度应大于另一20吹胀比α：管坯被吹胀后的膜管直径D2与挤出机环形口膜直径D1之比牵伸比β：膜管通过夹辊时的速度V2与口模挤出管坯的速度V1之比。β=V2/V121冷凝距离线：膜管在机头上方开始变得浑浊的距离，亦称冷却线距离。实际中用来判断冷却条件是否适当22什么叫薄膜的吹胀比？什么叫薄膜的拉伸比？吹塑后的膜泡直径与口模直径之比叫做吹胀比。工业生产中常用薄膜的折径（膜泡压平后的双层宽度）与口模直径的关系表达。薄膜牵引速度与管坯挤出速度之比叫做拉伸比。2、吹膜过程中，假如发现冷固线过高，请问是什么因素导致的？并给出相应的解决方案。机头温度过高（降温）；挤出量过大（减少螺杆转速）；冷却局限性（加强冷却）。3、吹膜过程中，假如发现冷固线过低，请问是什么因素导致的？并给出相应的解决方案。机头温度过低（升温）；挤出量过小（提高螺杆转速）；4、塑料薄膜生产的成型方法有哪些？挤出吹塑；压延成型法；流延成型法；5、请问吹塑薄膜制品时“鱼眼”现象指的是什么？如何导致的？在吹塑过程中，泡管的膜面出现以晶点为中心，周边呈年轮状纹样，晶点周边薄膜较薄，这就是所谓的“鱼眼”。重要因素是加工温度太低导致的6双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜的优点是什么？用途如何？BOPP在生产中通过两个方向的拉伸，分子链进一步定向，故具有良好的力学性能、较好的透明性、印刷性、较低的透水透氧性能，与其他透明薄膜比较，具有包装材料所需要的较好的综合性能。故BOPP广泛用于香烟、食品、服装、化妆品、各种工艺品的包装和挂历、画册、胶黏带、电容膜等加工。对于食品包装，为进一步减少其透气性能，多采用复合的方法与pp、LDPE及AL进行双层或三层复合。22双螺杆挤出机的分类：螺杆因有旋转方向、啮合限度等问题，根据两根螺杆的相对位置啮合型、非啮合型；双螺杆挤出机和单螺杆挤出机结构上相似，并且同样承担着输送、塑化、混合等功能23橡胶压出机与塑料挤出机的重要差别在于其长径比较小，防止胶料过热和焦烧；为了减少橡胶的剪切和导致的粘性生热，橡胶压出机螺杆的螺槽深度通常相称大。橡胶压出机螺杆的压缩比A相对较小。24掌握胶料的膨胀率是口型设计的关键；压出胶料的断面变形通常是中间大边沿小的；压出温度通常，口型处的温度最高，机头次之，机身则最低第八章1注射机的分类：1）柱塞式2）双阶柱塞式（3）螺杆预塑化柱塞式（4）移动螺杆式按注射机外形特性分类：（1）立式（2）卧式（3）角式2注塑机系统组成：注射系统、锁模系统、液压传动及电器控制系统、注射模具单螺杆挤出机系统组成：传动系统、挤出系统、加热冷却系统、控制系统、辅助系统3分流梭的作用：是使料筒内流经该处的料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程：加快热传导，有助于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象。同时，塑料熔体分流后，在分流梭与料筒间隙中流速增长，剪切速度增大，从而产生较大的摩擦热，料温升高，粘度下降，使塑料得到进一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射机的生产率及制品质量。4注射模具：：注射模具重要由浇注系统、成型部件和结构零件等三大部分组成。模具由定模（或上模）和动模（或下模）两部分组成，由于只有一个分型面，故称单分型面注射模。定模（或上模）：安装在注射机定模安装板上的部分，动模（或下模）：安装在注射机动模移动板上的部分在单分型面模具基础上拆除定模座板和定模型腔板之间的固定螺钉，并使该型腔板在拉杆作用下成为浮动的中间板，用于点浇口进料的模具，所以称双分型面注射模。5注射模具重要零部件名称及定义：定位圈使注射机喷嘴与模具浇口套对中，决定模具在注射机上安装位置的定位零件2.定模座板使定模固定在注射机定模安装板上的板件；3.定模板(凹模固定板)用于固定凹模镶件的板状零件；4.浇口套直接与注射机喷嘴反复接触，带有主流道通道的衬套类零件5.型芯成型塑件内表面的凸状零件；6.动模板(型芯固定板)用于固定型芯的板状零件；7.支承板防止成形零件（凹模、凸模、型芯或镶件）和导向零件轴向移动并承受成型压力的板件；8.垫块调节模具闭合高度，形成推出机构所需的推出空间的块状零件；9.导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以拟定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度10.导柱与安装在另一半模上的导套（或孔）相配合，用以拟定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆柱形零件；11.推板支承推出和复位零件，直接传递注射机推出力的板件12.推杆固定板支承推出和复位零件，直接传递注射机推出力的板件；13.拉料杆为了拉出浇口套内的浇注凝料，在主流道的正对面，设立头部带有凹槽或其他形状的杆14.推杆用于推出塑件或浇注系统凝料的杆件；15.复位杆借助模具的闭合动作，使推出机构复位16.动模座板动模固定在注射机的移动工作板上的板件；6熔体流的运动机理熔休从浇口处向模腔底部以层流方式推动时，形成扩展流动的前峰波的形状可提成三个典型阶段：熔体流前缘呈圆弧形的初始阶段；前缘从圆弧渐变为直线的过渡阶段；前缘呈直线移动的主流充满模腔的阶段。熔体流中心的运动速度是大于前缘的运动速度的；熔体质点赶上运动着的前缘后，运动速度就减小到前缘的速度，并在邻近模壁处作层状的移动。因此，在前缘区域内，熔体质点的运动方向是指向模壁的。熔体质点由与模壁和冷空气接触而在界面形成高粘度的前缘膜，其前进速度变小，由此在熔体流的截面上产生很大的速度梯度，这会始大分子链的两端因处在不同的速度层中而受到拉伸和取向。而大分子在靠近模壁区域内的取向机理不同于熔体流的其他部分。可以推想，开始的取向是指向模壁的，但当熔体由于冷却粘度增大使大分子一端的活动性变小时，大分子就转过弯来，而其另一端就沿前缘运动方向移动，于是大分子受到运动的熔体流的拉伸。如图显示出熔体质点位置的连续变化。因此熔体在模内的推动过程是通过熔体质点被前缘膜阻止转向并被拉伸和新熔体质点不断从内层压出的方式进行的。其结果使制品表面形成“波纹”。由于流动阻力使稍后到来的熔体压力上升又可把前面刚形成的波纹压平构成制品表面。增密过程（压实过程）充模流动结束后，熔体进入模腔的快速流动停止，但这时模腔内的压力并末达成最高值，而喷嘴压力己达最大值，因而浇道内的熔体仍能以缓慢的速度继续流入模腔，使其中的压力升高至能平衡浇口两边的压力为止保压过程：压实结束后柱塞或螺杆不立即退回，在最大前进位置上再停留一段时间，使成型物在一定压力作用下进行冷却。产生保压流动的因素：模腔壁附近的熔体因冷却而产生体积收缩保压流动的必要条件：压实结束后料筒前端仍含一定量的熔体，且浇道系统没有冻结。倒流保压阶段结束后，保压压力撤除，螺杆或柱塞要后退，这时假如模腔浇口还没有冻结，模腔中熔体就会倒流，使模腔压力下降。倒流将连续到浇口冻结为止，8背压：在移动螺杆式注射机成型过程中，预塑化时，塑料随螺杆旋转经螺槽向前输送并熔融塑化，塑化后堆积在料筒的前部，螺杆端部的塑料熔体就产生一定的压力，即背压。注射硫化的最大特点是内层和外层胶料的温度比较均匀一致，保证了产品的质量，提供了高温快速硫化的必要前提，这是模压硫化所欠缺的。9胶料硫化过程四个阶段：A、胶料预热阶段（胶料硫化前整个升温阶段）；B、交联度增长阶段（开始交联、欠硫阶段）；C、交联度最高阶段（进入正硫化）；D、网状结构降解阶段（过硫阶段）。10螺杆转速过高时，螺杆表面橡胶分子链发生拉伸取向，形成多层取向状态，产生一种收缩力，起到一种钳制作用，使胶料成团抱着螺杆一起转动，产生较严重的“包轴现象”11喷嘴直径减少，会强化胶料的剪切作用，使生热量增大，胶料的温度升高，同时要延长注射时间，有充模焦烧的危险12热固性塑料注射成型原理：带有活性基团的线型或稍带支链的低相对分子质量聚合物先在温度相对较低的料筒内塑化到半熔融状态，在随后注射充模过程中进一步塑化，在通过喷嘴时达成最佳的粘度状态，注入高温模腔后继续加热，物料就通过自身反映基团或反映活性点与加入的硬化剂的作用，经一定期间的交联固化反映，使线性树脂逐渐变成体型结构。13在低温料筒内塑化产物能较长时间保持良好流动性，而在高温模腔内能快速反映固化。用于注射成型的热固性塑料关键是其流动性和热稳定性，即在料筒温度下加热不会过早发生交联固化，有较高的流动性和较稳定的粘度，且能保持一定的时间。14热固性塑料注射机的结构特性螺杆的长径比和压缩比较小，防止摩擦热过大物料过早固化。因此通常螺杆几乎不分段，往往是等距等深的无压缩比螺杆，螺杆对塑化物料只起输送作用，不起压缩作用。喷嘴通常用敞开式，喷嘴要便于拆卸，以便发现硬化物时能及时打开进行清理。喷嘴内表面应精加工，以防料流有阻滞而引起硬化。料筒的加热温度相对较低，温控精度规定高，目前较多采用水或油加热循环系统，因此料筒设计成夹套型，这样的加热方式温度均匀稳定。注射机的锁模结构应满足能及时放气排除缩聚交联反映产生的低分子物的操作规定，这就需要具有能迅速减少锁模力的执行机构，一般采用增压油缸来实现对快速开模和合模动作的控制。模具结构相对复杂些，必须设立加热装置和温控系统，以利于物料在模内化学反映的顺利进行。根据热固性塑料注射成型原理，其塑化过程的工艺条件重要是料筒温度、螺杆转速和螺杆背压；注射充模过程的工艺条件重要是注射压力、充模速度和保压时间；固化过程的工艺条件重要是模具温度和固化时间。第十一章1二次成型定义：是相对于一次成型而言是指在一定条件下将高分子材料一次成型所得的型材通过再次成型加工，以获得制品最终型样的技术。2中空吹塑：原理：借助流体压力使闭合在模具中的热熔塑料型坯吹胀形成空心制品的工艺。常用塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、PET、PC等3、多层共挤出吹塑：是运用两台以上的挤出机将不同塑料在不同挤出机内熔融后，在同一个机头内复合、挤出，然后吹塑制造多层中