第五章 塑料挤出机

第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三仁者不忧，知者不惑，勇者不俱。——孔子《论语》第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三第五章塑料挤出机械主讲：袁阳冲压与塑压设备第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三目的与要求：重点：1.了解挤出设备的工作原理及基本结构特点。挤出设备工作原理与结构2.掌握挤出机机头参数确定。难点：挤出机机头参数确定第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三内容纲要第一节概述第二节挤出机的结构第三节其它类型的挤出机简介第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三热塑性塑料在恒定压力下不同温度变化时存在三种物理状态，即玻璃态、高弹态、粘流态。在常温下，塑料呈玻璃态，当温度升至某一值时，塑料变为高弹态，再继续升温塑料转变为粘流态。塑料的成型加工(压制、挤出、注射等)是在粘流态下进行的，热塑性塑料随温度变化而发生上述三种状态的变化是可逆的。当温度降低时，塑料将从粘流态转变为高弹态，而温度降低到常温时，塑料将转变为玻璃态。在塑料成型加工中所以能得到制品的几何形状和尺寸精度，正是利用了热塑性塑料在不同温度下的三态变化的特性。第一节概述一、挤出成型的特点第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三一、挤出成型的特点挤出成型是塑料成型加工的主要加工方法之一。大部分热塑性塑料均可用此法加工。据统计，在塑料制品成型加工中，挤出成型制品的产量居首位(占整个塑料制品的一半以上)。第一节概述特点：1、挤出生产过程是连续的，因而其产品都是连续的，可以根据需要生产任意长度的塑料制品；2、生产效率高；3、应用范围广，能生产管材、棒材、板材、簿膜、单丝、电线电缆、异型材以及中空制品等；4、投资少，收效快。第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三将塑料(粒状或粉状)加入挤出机料筒内加热熔融，使之呈粘流状态，在挤出机挤压系统加压的情况下通过具有与制品截面形状相仿的口模，成为形状与口模相仿的粘流态连续体，然后通过冷却，使其具有一定几何形状和尺寸，由粘流态变为高弹态，最后冷却定型为玻璃态而获得所需要的塑料制品。挤出成型过程第一节概述二、挤出机的工作原理及组成塑化挤出成型冷却定型塑件的牵引、卷取、切割第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三挤出机的工作过程塑料原料粘流态螺杆输送压缩区制品机头口模一定几何形状和尺寸塑料融化冷却定型料斗剪切热螺杆表面摩擦料桐内壁定温、压、量外部加热第一节概述一、挤出成型的特点第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三挤塑生产线第一节概述二、挤出机的工作原理及组成第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三控制系统挤出机组成挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置、卷取装置辅机：挤出机：二、挤出机的工作原理及组成第一节概述第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三温度口模的温度比机头温度可稍低一些，但要保证塑料有良好的流动性。机头的温度控制在塑料热分解温度以下加料段的温度不宜过高，压缩段和均化段的温度可高一些。挤出成型工艺参数第一节概述二、挤出机的工作原理及组成塑料从粒料(或粉末)到粘流态，再从粘流态成型为制品是经历了一个复杂的温度变化过程。如果我们将物料沿料筒方向作位移坐标(横坐标)，而温度作纵坐标，将沿料筒方向各点物料温度、螺杆和料筒温度值连成曲线(到机头为止)，就会得到所谓的温度轮廓曲线，如图所示。第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三第五章塑料挤出机第一节概述二、挤出机的工作原理及组成第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三挤出速度:压力:合理控制螺杆转速，保证温控系统的精度，以减小压力波动。二、挤出机的工作原理及组成第一节概述单位时间内由挤出机头和口模中挤出的塑化好的物料量或塑件长度。它表示挤出能力的高低。牵引速度牵引速度与挤出速度相当，可略大于挤出速度。牵引比牵引速度与挤出速度的比值，其值等于或大于1。第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三压力如果将沿料筒轴线方向(包括口模)测得的各点物料压力值作为纵坐标，以料筒轴线为横坐标，作出一条曲线，即可得到所谓压力轮廓曲线，如图所示。第一节概述二、挤出机的工作原理及组成第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三挤塑模具是塑料挤出成型模具的总称，由挤出机头和定型模两部分组成。挤塑模具挤出机头的作用挤出机头（1）使物料由螺旋运动变为直线运动；（2）产生必要的成型压力，保证制品密实；（3）使物料通过机头得到进一步塑化；（4）通过机头成型所需要的断面形状。第一节概述二、挤出机的工作原理及组成塑料制件成型的主要部件，产生必要的成型压力。第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三组成1、挤出机(主机)2、辅机(1)挤出系统(2)传动系统(3)加热冷却系统(1)机头(2)定型装置(3)冷却装置(4)牵引装置(5)卷取装置(6)切割装置3、控制系统：主要由电器、仪表和执行机构组成第一节概述二、挤出机的工作原理及组成第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三图5-1卧式单螺杆塑料挤出机结构1-螺杆2-机筒3-加热器4-料斗支座5-料斗6-推力轴承7-传动系统8-螺杆冷却系统9-机身第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三第一节概述二、挤出机的工作原理及组成第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三吹塑簿膜辅机示意图1—卷取装置2—牵引装置3—人字板4—风环（冷却定型装置）5—挤出机机头第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三三、挤出机的分类1、按螺杆的数量分：无螺杆挤出机(其中又分柱塞式挤出机和弹熔体挤出机)、单螺杆挤出机(这种类型的挤出机应用最广泛)、双螺杆(图5-2所示)和多螺杆挤出机。2、按螺杆空间位置不同分：卧式挤出机和立式挤出机。3、按螺杆转速分：普通挤出机、高速和超高速挤出机。按可否排气分：排气式挤出机和非排气式挤出机。4、按装配结构分：整体式挤出机和分开式挤出机(即传动装置与挤出系统分开安装)。目前，在实际生产中最常用的是卧式单螺杆非排气整体式挤出机，本章将以此为重点进行介绍。第一节概述第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三四、单螺杆挤出机的技术参数反映挤出机工作性能的主要技术参数有：螺杆直径Ｄ(指大径)、螺杆的长径比、螺杆的转速n范围、主螺杆的拖动电动机功率P、机器的生产能力(产量)Q、名义比功率、中心高H，加热段数B等。bDL1、螺杆直径它是指螺杆大径，用Ｄ表示，单位为mm。螺杆的直径系列：20、30、45、65、90、120、150、165、200、250、300，其中：250、300为推荐发展规格，目前尚未有这两个系列的相关参数。第一节概述第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三2、螺杆长径比它是指螺杆工作部分长度L与螺杆直径D之比值，是挤出机的重要参数之一。用表示。bDL四、单螺杆挤出机的技术参数3、螺杆转速范围它是指螺杆可获得稳定转速的最小和最大的范围，用nmin～nmax表示，单位为r/min。4、螺杆驱动电机功率用P表示，单位为kW。第一节概述第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三5.挤出机生产能力（产量）用Q表示，单位为。它是指加工某种塑料(如硬聚氯乙烯HPVC)时，每小时挤出的塑料量，是一个表征机器生产能力的参数。6.名义比功率用表示，单位为。它是指每小时加工1kg塑料所需的电动机功率，是一个综合参数指标。'P)(1hkgkW四、单螺杆挤出机的技术参数第一节概述第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三功率(能量)式中：E——由螺杆输入的机械能；E1——外部加热器输入的热能；Eq——熔融物料所需的能量；EP——物料在熔融温度和成型压力下所需的压力能；Ef——由于辐射、传热而造成的能量损失。第一节概述四、单螺杆挤出机的技术参数其能量平衡方程如下：E+E1=Eq+Ep+Ef第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三7．螺杆的主参数(1)螺杆的分段(2)螺槽深度(3)压缩比(5)螺纹升角(4)螺纹螺距(6)螺纹线数(8)螺槽宽度(7)螺棱宽度四、单螺杆挤出机的技术参数部分国外生产的挤出机的技术参数参见教材P157表5-1第一节概述第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三塑料挤出机的型号第二节挤出机结构示例：SJ-150表示螺杆直径150mm，长径比为20：1的塑料挤出机。与SJ-150相配的辅机SJ-FMl700，表示上吹法，牵引辊筒工作长度为1700mm的塑料吹塑薄膜辅机，其中，FM为辅机代号。第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三（一）螺杆的分段1.加热段第二节挤出机结构一、螺杆2.熔融段3.均化段第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三塑料在普通螺杆挤出机中的挤出过程简图一、螺杆第二节挤出机结构第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三1．评价螺杆性能的标准（1）塑化质量（2）产量（3）名义比功率单耗（4）适应性（5）制造的难易第二节挤出机结构一、螺杆一台挤出机的生产能力、塑化质量、熔体温度、动力消耗等主要取决于螺杆性能。2．螺杆设计中应考虑的因素(1)物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸、温度状况(2)口模的几何形状和机头阻力特性(3)料筒的结构形式和加热冷却情况(4)螺杆转数(5)挤出机的用途第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三所谓常规全螺纹三段螺杆是指出现最早、应用最广、整根螺杆由加料段、压缩段、均化段等三段螺纹所组成的，其挤出过程完全依靠螺纹的形式来完成的一种螺杆。这种螺杆的设计包括螺杆型式的确定、直径和长径比的确定、螺杆分段及各段参数的确定、螺杆与料筒间隙的确定等。第二节挤出机结构一、螺杆（二）螺杆结构1．螺杆型式的确定按螺槽深度从加料段较深向均化段较浅的过渡情况来分，常规三段螺杆有渐变型和突变型螺杆两种，如图所示。a)渐变螺蝉杆b)突变螺杆第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三螺杆直径是一个重要参数，它在一定意义上表示挤出机挤出量的大小。螺杆直径已经标准化，我国挤出机标准所规定的直径系列为：30、45、65、90、120、150、200。2．螺杆直径的确定一、螺杆第二节挤出机结构螺杆直径与挤出制品尺寸之间的关系（二）螺杆结构第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三螺杆长径比是螺杆的重要参数之一。若将它与螺杆转数联系起来考虑，在一定意义上也表示螺杆的塑化能力和塑化质量。力求在较小的长径比条件下，获得高产量和高质量。目前，长径比在20～30范围内。3．螺杆长径比的确定一、螺杆第二节挤出机结构4．螺杆的分段及各段参数的确定(1)加料段它的作用是输送物料给压缩段和均化段。加料段的核心是输送能力问题。（二）螺杆结构第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三4．螺杆的分段及各段参数的确定(1)加料段1)螺纹升角的确定理论上45时为最佳，但实际上为了加工的方便，一般取螺纹升程(螺距)等于螺杆直径，此时螺纹升角＝1742’。一、螺杆第二节挤出机结构2)螺槽深度的确定在理论上，若是大，固体输送能力就大。在确定时要考虑螺杆机械强度(因螺杆加料段根径最小)和物料的物理压缩比大小。一般先确定均化段螺槽深度，后由螺杆的几何压缩比来计算加料段的螺槽深度。（二）螺杆结构第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三(1)加料段3)加料段长度的确定根据经验数据取加料段长度占螺杆有效工作长度的百分比为：对非结晶型塑料：=（10%~25%）L对结晶型塑料：=（30%~65%）L一、螺杆第二节挤出机结构4．螺杆的分段及各段参数的确定（二）螺杆结构第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三4．螺杆的分段及各段参数的确定(2)压缩段(亦称转换段)压缩段螺杆参数中有两个重要概念，一个是所谓的螺杆根径变化的渐变度；另一个是所谓的压缩比。螺杆根径的渐变度若用A表示则式中A——渐变度；、——分别为加料段和均化段的螺槽深度；L2——压缩段的长度。1h3h231LhhA一、螺杆第二节挤出机结构（二）螺杆结构第五章塑料挤出机2020年2月12日星期三(2)压缩段(亦称转换段)压缩段螺杆参数中有两个重要概念，一个是所谓的螺杆根径变化的渐