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塑料制品的挤出加工技术探讨主讲：冯玉敏青岛宏达常务副总高工青岛大学硕导郝际臣青岛宏达总工高工一、塑料制品加工技术简介一次成型：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。二、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、着色等1、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2、挤出成型的设备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挤出设备2.1单螺杆挤出机的基本结构单螺杆挤出机的基本结构单螺杆挤出机的基本结构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单螺杆挤出机的基本结构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）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。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。单螺杆挤出机的基本结构料筒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。单螺杆挤出机的基本结构螺杆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/D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Φ3193.0hh１、螺杆几何结构参数单螺杆挤出机的基本结构螺杆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）：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）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）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。单螺杆挤出机的基本结构料筒的冷却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。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）单螺杆挤出机的基本结构2.2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)单螺杆挤出机的辅机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。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。2.3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。2.4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)挤出制品挤出成型工艺挤出机及机头口模的加热：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保温时间应充分挤出成型工艺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。挤出成型工艺剪切作用（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．．．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挤出成型工艺牵引与挤出速度的配合，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--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－调湿处理三、吹塑薄膜挤出成型薄膜的成型方法有;挤出吹塑、压延、流延、挤出拉幅等吹塑即在挤出型坯内通入压缩空气吹胀后成型。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，大棚膜等吹塑薄膜挤出成型—工艺流程管坯挤出，吹胀，冷却，牵引，卷取平挤上吹平挤下吹平挤平吹薄膜挤出成型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吹塑薄膜挤出成型—机头机头吹塑薄膜挤出成型—机头机头薄膜厚度均匀，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)不适吹塑薄膜挤出成型—机头吹塑薄膜挤出成型--机头其它：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，温控要求严格，加工前间隙应仔细调节芯棒与口模间隙。吹塑薄膜挤出成型—吹胀牵引吹胀比α：吹胀后管膜直径与口模直径之比，决定了薄膜横向的力学性能牵伸比β：管膜牵引速度与挤出速度的比值，决定了薄膜的纵向力学性能。吹塑薄膜厚度δ：b-机头口模环形间隙的宽度b吹塑薄膜挤出成型--冷却冷凝线（冻结线，冷却线）：PE等结晶型薄膜冷却时，薄膜透明区与浑浊区的交界线。冻结线的高低与冷却速度的关系，影响透明度及制品力学性能。吹塑薄膜挤出成型—冷却吹塑薄膜—结构、层数与性能为了发挥各种原料的性能，薄膜可为多层结构，如三层共挤农膜：外层：以耐老化、防尘为主（MLL助剂）中层：以保温、流滴为主（EVA助剂）内层：以流滴减雾为主(EVA助剂）又如三层复合基材膜：内层要加MLL，提高热封性外层要电晕且用无或低添加剂的原料提高粘结性四、板材挤出成型板材挤出工艺流程板材挤出成型该套装置可用于生产板、片、平膜通常：0.25mm以下称为膜，0.25~1mm称为片材，1mm以上称为板材。板材挤出成型板材挤出特点：板材宽度方向上厚薄均匀度的保证：狭缝机头流道的设计要使熔体在口模宽度方向上应以相同速度挤出；宽度方向上熔体温度应严格控温板材挤出成型板材挤出特点：板材光洁度，平整度：三辊压光机：表面光滑，尺寸精度高，可调速，调温。冷却：板材的缓慢冷却可减少内应力及翘曲变形；压光机与机头的距离等。板材挤出成型板材挤出特点：板材的应用实例冰箱板材：GPPS\HIPS\PEPS三层共挤板材光亮、吸拉、耐141B游艇板材：抗UVABS层\ABS层五、树脂天然树脂的使用可以追溯到古代，但现代塑料工业形成于1930年，近80年来获得了飞速的发展。树脂这一名称是由树木分泌出的脂质而得的。人类最早使用的天然树脂是松香、虫胶等。天然树脂的生产受到地区的限制而产量不大，质量也不高，使用受到限制。人们为了寻求天然树脂的代用品，1846年用纤维素（棉花）和硝酸制得硝酸纤维素，将潮湿的硝酸纤维素和樟脑混合，制成虫胶的代用品，于1872年建厂生产。虽然从发现至今已有一百余年，但目前仍在广泛使用，常用名称为赛璐珞，如乒乓球、玩具、梳子、钮扣等。塑料随着合成树脂的出现和大量应用，根据其特性分通用塑料、工程塑料和特种塑料，通用塑料有五大品种，即聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯及ABS。它们都是热塑性塑料。PE的加工与应用1.LDPE可采用多种方法加工，但主要还是采用熔融加工方法。LDPE加工特点：非极性聚合物，吸水性极低，加工时不需要预先进行干燥热稳定性较好，加工时可加入抗氧剂；结晶度较高，成型收缩率大，一般为l．5％～2．0％；为化学惰性材料，为提高可印刷性，一般对其表面进行处理，如火焰处理和高压放电处理，以提高表面浸润性。PE的加工与应用LDPE的常用加工方法：挤出和注塑，其他方法还有压塑、层合、粉末喷涂、滚塑、真空成型及发泡成型等。挤出挤出成型是利用挤出机使树脂在一定温度和压力下熔融、混炼、挤出，并通过机头部的模口形成各种形状断面的薄膜、管材、片材、型材，再经冷却得到成品，挤出成型还可制成粒状、纤维、片、板、棒、中空异型材，包覆材料(电线电缆)等产品。挤出机可以是单螺杆，也可以是双螺杆，根据加工制品不同，可选用不同螺杆直径和长径比。PE的加工与应用注塑注塑成型的设备是注塑机，注塑成型具有生产效率高、经济性好、成品尺寸精度高、表面光洁度好等优点而得到广泛应用，特别适用于制造形状复杂、壁薄、嵌件小、成型孔长的制品。注塑加工自动化程度高，制品质量可以从几克到几十千克。注塑加工制品根据原料性质、制品形状、尺寸和性能，可采用普通注塑法、挤注模压法、注压模塑法及双层制品注塑等不同加工方法。PE的加工与应用吹塑吹塑成型主要用于生产薄膜和中空容器。吹塑薄膜是用挤出机将树脂熔融、塑化后，由挤出机的机头呈圆筒形膜管挤出，并向管状熔融树脂中吹入压缩空气，将树脂管吹胀到所需要尺寸