第八章 塑料制品的挤出成型

第八章塑料制品的挤出成型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。塑料制品的挤出成型挤山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制品精密程度差塑料制品的挤出成型挤出成型的过程中使用的设备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塑料制品的挤出成型8.1单螺杆挤出机的基本结构8.1单螺杆挤出机的基本结构8.1单螺杆挤出机的基本结构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-65-258.1单螺杆挤出机的基本结构8.1单螺杆挤出机的基本结构加料装置向挤出机料筒连续供料的装置－料斗。料斗的底部与料筒连接处是加料孔，该处有截断装置。加料孔周围有冷却夹套料斗的侧面有玻璃视孔及标定计量的装置。其它：预热干燥和真空减压装置，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（强制下料装置）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。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等。8.1单螺杆挤出机的基本结构料筒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。8.1单螺杆挤出机的基本结构螺杆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/D8.1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Φ3193.0hh１、螺杆几何结构参数8.1单螺杆挤出机的基本结构螺杆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：高聚物的结构（结晶型，非结晶性，模量）螺槽体积：等距等深加料段（固体输送段）：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：物料状态，高聚物的结构（结晶型，非结晶性，模量），制品结构螺槽容积逐渐减少压缩段（熔融段）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（结晶型，非结晶型，热敏型）均化段（计量段）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。8.1单螺杆挤出机的基本结构料筒的冷却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，保证挤出机的止常工作。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）8.1单螺杆挤出机的基本结构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)8.2单螺杆挤出机的辅机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。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。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。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。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②保温时间应充分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。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↑，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．．．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非结晶塑料的冷却定型定型模具的设计应考虑不同材料的工艺要求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。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）8.4管材的挤出成型8.2.1塑料制品的挤出成型－管材的挤出成型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）。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。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。8.4管材的挤出成型8.4管材的挤出成型8.4管材的挤出成型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。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：8.4管材的挤出成型8.4管材的挤出成型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℃。8.4管材的挤出成型PVC管材的挤出工艺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）。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。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8.5吹塑薄膜挤出成型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8.5吹塑薄膜挤出成型机