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实验一聚丙烯/EPDM挤出造粒一、实验目的要求1.理解双螺杆挤出机的基本工作原理，学习挤出机的操作方法。2.了解聚烯烃挤出的基本程序和参数设置原理。二、实验原理在塑料制品的生产过程中，自聚合反应至成行加工前，一般都要经过一个配料混炼环节，以达到改善其使用性能或降低成本等目的。比如色母料的生产、填料的加入和增强、增韧、阻燃性能的改性塑料生产。传统方法是用开炼机和密炼机，但是效率低下，不能满足生产提高的需要，随后便产生了单螺杆挤出机，继而发展了双螺杆挤出机。双螺杆挤出机具有塑化能力强，挤出效率高，耗能低，混炼效果好，自清洁能力等吸引了塑料行业的注意并取得了迅速发展。另外挤出机也是塑料生产应用最广泛的机器，使用不同的机头可以挤出不同的产品，如型材、片材、管材和挤出吹膜等。因而挤出机在塑料加工行业有其它机器无法替代的重要性。本实验使用双螺杆挤出机挤出物料切粒，是生产色母料的工艺过程，如果在侧喂料口或者将物料与颜料在捏合机中混合加料，挤出的产品则为色母料，另外如果换为其它机头即可用于生产各种相应产品。图1同向双螺杆挤出机组的结构示意图1.机座；2.动力部分；3.加料装置；4.机筒；5.排气口；6.机头；7.冷却装置；8.切粒装置同向旋转双螺杆挤出机组的结构如图所示，与其它挤出设备一样，包括传动部分、挤压部分、加热冷却系统、电气与控制系统及机架等。由于双螺杆挤出机物料输送原理和单螺杆挤出机不同，通常还有定量加料装置。鉴于同向双螺杆挤出机在塑料的填充、增强和共混改性方面的应用，为适应所加物料的特点及操作的需要，通常在料筒上都设有排气口及一个以上的侧加料口，同时把螺杆上承担输送、塑化、混合和混炼功能的螺纹制成可根据需要任意组合的块状元件，像糖葫芦一样套装在芯轴上，称为积木组合式螺杆，其整机也称为同向旋转积木组合式双螺杆挤出机。挤出机的结构包括以下几个部分：(1)传动部分传动部分就是带动螺杆转动的部分，它通常由电动机、减速箱和轴承等组成，(2)加料部分加料部分一般由传动部分、料斗、料筒、螺杆等组成。(3)机筒由于塑料在机筒内经受高温高压，因此机筒的功用为一承压加热室，机筒外部附有加热设备和温度自控装置及冷却系统（如风冷）。(4)螺杆螺杆是挤出机的核心部件，通过螺杆的转动产生对塑料的挤压作用，塑料在机筒内能产生移动、增压和从摩擦中取得部分热量、塑料在移动中得到混合和塑化，粘流态的塑料熔体在被压实而流经模口时，取得所需的形状而定型。挤出机的规格通常用螺杆直径表示，螺杆的直径D通常为30－200mm，螺杆直径增大，加工性提高，所以挤出机的生产率与螺杆直径的平方成正比。长径比L／D大能改善物料的温度分配，有利于塑料的混合和塑化。(5)机头和模口通常机头和模口是一整体设备，机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体变为向模口方向的平行直线运动，并将熔体均匀平稳地导向模口。模口为具有—定截面形状的通道，塑料熔体在模口中流动时取得所需形状并被模口外的定型装置和冷却系统冷却固化而成型。(6)排气装置及其机理排气部分由排料口和抽真空系统组成、原料及主要设备、低密度聚乙烯颗粒料、TE－34型双螺杆挤出机三、原料配方设计：利用聚乙烯改善聚丙烯的韧性，在实际生产中已广泛使用，为了进一步提高改性效果，设计改性配方如下：聚丙烯/低密度聚乙烯/乙丙橡胶（PP/PE/EPR）改性配方名称丙烯低密度聚乙烯乙丙橡胶防老剂用量85105—101在此配方中，聚乙烯不但起到改善聚丙烯韧性的作用，同时降低了熔体粘度，提高了共混物的加工性能；乙丙橡胶作用相容剂，对提高聚乙烯/聚丙烯共混物的综合性能有重要作用。四、实验方法及过程分析（一）实验前准备工作依照相关资料了解所使用材料（PP）的熔点和流动特性设定挤出温度：PP的熔点在164-170，加工温度在210-250.注射加工温度在275.熔融段温度最好在240.PE的成型温度在140-220之间，将所加工材料用电热干燥。检查料斗确认无异物。检查冷凝水连接是否正常。检查润滑油是否足量。（二）实验过程开启总电源，按照工艺要求设定各加热段温度：料筒分为6个区，分段加热：区段机头六区五区四区三区二区一区设定温度200210190185180170160等温度达到设定温度并恒温20min后，往料斗中加入PP。配比标准配比实际用量（共1500g）PP85100500LDPE101260EPDM5-1060老化剂110用手旋转连轴器看螺杆是否转动灵活。往冷却水槽通水。开启润滑电机开关，润滑电机启动。开启切粒装置及风刀。启动主电机，将变频调速器开关转至“on”位置，按向上箭头调节主电机转速到设定速度：每分钟600转，50Hz。开启喂料电机，并调整至合适转速。等LDPE物料从机头挤出长条后，牵引使之通过冷却水槽，然后引至风干系统风干后切粒。（三）停机将加料电机转速降为0，然后关闭加料电机。主机空转1-2min，熔体压力较低后，停主电机。停止润滑后关闭切粒装置和总电源。注意事项：将加料电机转速降为0，然后关闭加料电机；主机空转1-2min，熔体压力较低后，停主电机；开启主电机前要保证润滑电机启动。停机时要将主电机和喂料电机调速环降低到零位。如有异常可紧急停机，然后查明故障原因。五、实验现象分析A、现象：刚开始出料时物料颜色有些发黄，在出料期间线条演戏逐渐转淡。分析：因为上组做实验后在料筒中留有少量PP，在再次做实验室这些PP长期处于高温，部分分解，使得开始出料时物料颜色有些发黄；随着留下的物料不断推出料筒，对新加入的物料影响不断减少；挤出产物正常的变白。B、现象：在拉出的时候线条总是弯曲的且大小不均；分析：一方面是因为我们的牵引速度不均匀，另一方面由于PP有一定的结晶度，冷却速度对结晶性能有很大的影响，在冷却时因为冷却的不均匀导致应力的产生，使得弯曲的产生，同时应力的存在会使得产品的性能降低，本实验因为只是造粒影响不是很大。同时拉伸速度的不均匀会使得挤出线条受到的拉伸的程度不一样，线条大小不一样。C、现象：挤出线条中有些小气泡；分析:从料斗中加入的是粒料，空隙中存在空气，在螺杆挤出过程中，空气未从排气孔中全部排出而包裹在空气中。也可能是物料在高温作用下部分分解，产生气体包裹在挤出物料之中。六、思考题1、排气孔的作用？答：在六区段接近机头处有一个；排气孔，排除熔融过程中的水蒸气以及降解产生的气体；2、为什么机头的温度比六区段的温度要低一点？答：在机头处容积减小，物料流经该处时，速度较大，产生较大的磨檫热，会使得物料的温度升高，所以温度没有必要射的较高，摩擦生热升高的温度足以使得物料维持在六区段的温度，甚至更高。3、配方中各组份的作用？答：聚丙烯作为基料，聚乙烯不但起到改善聚丙烯韧性的作用，同时降低了熔体粘度，提高了共混物的加工性能；乙丙橡胶作用相容剂，对提高聚乙烯/聚丙烯共混物的综合性能有重要作用。4、为什么要对pp进行造粒？答：装置的挤压造粒机，其作用是将混合好的聚丙烯粉料与加入的添加剂一起进一步均匀地混合，通过旋转螺杆对树脂的剪切作用，使机械能转化为热能将树脂充分挤压熔融，最后水下切粒，成为最终的聚丙烯颗粒产品。5、挤出机的参数影响挤出量，怎样影响的？答:直径D：最常见的螺杆直径D为45—150毫米。螺杆直径增大、加工能力提高，挤出机的生产率与螺杆直径D的平方成正比。长径比：通常为18－25。L／D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流。提高挤出机的生产能力，L／D大的螺杆适应性较强，能用于多种塑料的挤出；但L／D过大时，会使塑科受热时间增长而降解，同时因螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，容易引起料简与螺杆间擦伤，并使制造加工困难；增大了挤出机的功率消耗。过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良；间隙δ：料筒内径与螺杆直径差的一半称间隙δ，它能影响挤出机的生产能力，随δ的增大，生产率降低．通常控制δ在o．1一o．6毫米左右为宜。δ小，物料受到的剪切作用较大，有利于塑化，但δ过小，强烈的剪切作用容易引起物料出现热机械降解，同时易使螺杆被抱住或与料筒壁摩擦，而且，δ太小时，物料的漏琉和逆流几乎没有，在一定程度上影响熔体的混合。影响挤出量的还有螺槽深度，螺旋角，螺槽宽度等。6、结合螺杆的三段论，分析塑料在塑化过程中的熔融情况？答：根据物料的变化特征可将螺杆分为加(送)料段、压缩段和均化段。加料段的作用是将料斗供给的料送往压缩段，塑料在移动过程中一般保持固体状态，由于受热而部分熔化。加料段的长度随塑料种类不同，可从料斗不远处起至螺杯总长75％止。压缩段(迁移段)的作用是压实物料，使物料由固体转化为熔融体，并排除物料中的空气；为适应将物料中气体推回至加料段、压实物料和物料熔化时体积减小的特点，本段螺杆应对塑料产生较大的剪切作用和压缩。为此，通常是使螺槽容积逐渐缩减，缩减的程度由塑料的压缩率(制品的比重／塑料的表观比重)决定。压缩比除与塑料的压缩率有关外还与塑料的形态有关，粉料比重小，夹带的空气多，需较大的压缩比(可达4—5)，而粒料仅2．5—3。均化段(计量段)的作用是将熔融物料，定容(定量)定压地送入机头使其在口模中成型。均化段的螺槽容积与加料段一样恒定不变。为避免物料因滞留在螺杆头端面死角处，引起分解，螺杆头部常设计成锥形或半圆形；有些螺汗的均化段是一表面完全平滑的杆体称为鱼雷头，但也有刻上凹槽或铣刻成花纹的。鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动时脉动(脉冲)现象的作用，并随增大物料的压力，降低料层厚度，改善加热状况，且能进一步提高螺杆塑化效率。本段可为螺杆全长20一25％。与料筒表面接触的固体粒子，由于料筒的传导热和摩擦热的作用，首先熔化，并形成一层薄膜，称为熔膜，这些不断熔融的物料，在螺杆杆与料筒的相对运动的作用下，不断向螺纹推进面汇集，从而形成旋涡状的流动区，称为熔池(简称液相)，而在熔池的前边充满着受热软化和半熔融后粘结在一起的固体粒子，和尚未完全熔结和温度较低的固体粒子，和统称为固体床(简称固相)。熔融区内固相与液相的界面称为迁移面，大多数熔化均发生在此分界面上，它实际是由固相转变为液相的过渡区域。随塑料往机头方向的输送，熔融过程逐渐进行。7、在造粒过程中，为什么要过水浴，优点和缺点各有哪些？答：本实验所要的是造粒成型，由于熔体在刚挤出时呈现粘流态，如果不用冷水冷却，在牵引的时候就较难且易使两条物料粘在一起这对造粒来说会产生麻烦。故要进行冷水冷却。但由于没有足够的时间进行链的解取向和链缠绕出的产品会有较大的内应力8、利用螺杆挤出机进行混合，最大的优点是什么？答：单螺杆挤出机主要优点是：结构简单、加工制造及维护成本低、操作方便、生产效率高、挤出过程连续、见效快、具有很高的性能价格比。双螺杆挤出机有平行双螺杆和锥型双螺杆之分，从转向上又分为同相与反向两种，具有挤出产量高、混合效果好等优点，在橡胶、塑料和食品加工方面得到迅速推广，发展较快。与双螺杆挤出机相比，单螺杆挤出机的主要缺陷之一就是混合效果较差。但是双螺杆挤出机的传动以及控制系统较单螺杆挤出机结构复杂，成本也较高，其发展速度又受到经济条件的制约。9、单螺杆和双螺杆挤出机的最大区别是什么？为什么双螺杆挤出机的混合效果要远远优于单螺杆挤出机？答：最大区别在于双螺杆挤出机较单螺杆多了一根螺杆，这就使得双螺杆可以产生更多的剪切力，且在在过去的20a里，对聚合物混合过程的认识有了显著的进展。对双螺杆挤出机中流体的数学分析发现：在捏合区发生了明显的拉伸流动。拉伸流动能显著达到比剪切流动更充分的分散效果，所以双螺杆挤出机的混合效果要远远优于单螺杆挤出机。