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Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-201第五章挤出成型5.1概述5.2单螺杆挤出机的基本结构5.3挤出机的发展5.4挤出成型的工艺过程5.5挤出理论5.6挤出成型工艺（实例）Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2025.1概述一.定义：挤出成型又称挤出模塑或挤塑，它是借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-203挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-204管材Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-205挤出过程：加料——在螺杆中熔融塑化——机头口模挤出——定型——冷却——牵引——切割Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-206二.适用范围1.热塑性塑料的成型：几乎所有的热塑性塑料都可以用这种方法成型，如果挤出机配备不同的机头和辅机，就可以生产各种管材、板材、薄膜、丝、异型材。2.可用来生产电线、电缆等涂复或包复涂层制品。3.塑料的制备4.聚合物的共混、染色5.热固性塑料的成型6.反应挤出Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-207三.特点：1.具有连续性：生产作业连续性产品连续性2.容易实现机械化、自动化，生产效率高；3.设备成本低，制品密实均匀。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-208四.挤出工艺分类1.按塑化方式分为：干法和湿法a.干法：依靠加热将塑料变成熔体优点：塑化、加压，可在同一设备中进行，制品定型处理简单。b.湿法：依靠溶剂将塑料充分软化或溶胀，变成溶液，然后再进入挤出机加压成型。优点：可避免塑料受热降解，塑化比较均匀。缺点：定型处理较复杂，因为必须考虑溶剂的脱出和回收。由于干法比湿法优越，故挤出成型采用干法挤出工艺，而湿法仅用于硝酸纤维素和少量醋酸纤维素塑料等的成型。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2092.按加压方式分为：连续法和间歇法a.连续法：采用螺杆挤出。在螺杆挤出中，螺杆物料的塑化、混合、加压、成型是同时进行的，因此整个生产过程是一个连续过程。b.间歇法：采用柱塞挤出。由柱塞做往复运动，对物料间歇施压，因此整个生产过程是不连续的。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20105.2单螺杆挤出机的基本结构单螺杆挤出机主要由五部分组成：传动装置，加料装置，料筒，螺杆，机头和口模。置装动传置装料加筒料杆螺模口和头机Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2011一.传动装置1.作用：给螺杆提供扭矩，调节螺杆转速。2.构成：主要包括电动机、减速器轴承等部件。3.衡量传动装置好坏的指标：a.用挤出单位质量物料所消耗的功率数来衡量，即kWh/kg。反映了结构设计的合理性，材质性能的好坏，值越小越好。b.用挤出量来衡量传动装置的好坏，即kg/h。反映了挤出机的综合性能。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20124.对传动装置的要求a.要求能提供稳定的转速；b.传动装置能够无级变速，以适合挤出不同品种的塑料和不同牌号的树脂。实现方法：·直流电机或整流子电动机；·常速电动机驱动的机械摩擦传动；·用电动机驱动油泵，将油送到液压马达。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2013二.加料装置主要是指料斗，大多数设备用的加料斗是圆锥形的，其容量至少要求能容纳1h的用料。底部有截断装置，以便调整和切断料流。侧面有视镜和标定计量的装置。有些加料斗常有真空装置或加热装置，以便防止物料从空气中吸收水分。有些料斗有搅拌器，并能自动上料与加料。料斗底部有冷却装置，防止搭桥。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2014三.料筒1.作用：输送物料，对物料进行加热、加压。2.要求：耐温，坚韧，耐磨和耐腐。料筒常是钢制外壳和合金钢内衬共同组成的。3.料筒的外部装置a.加热装置：采用电阻丝加热，也可电感应加热，蒸汽或油加热。b.冷却装置：空冷或水冷，其作用是防止进料口处的物料过热发粘，出现搭桥现象，使物料供料不足。另外在紧急停车时，避免物料过热降解。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2015四.螺杆1.螺杆的作用：a.对物料进行输送和加压；b.混合、塑化、加热；c.定量挤出。2.螺杆形状a.渐变形螺杆：螺槽容积是逐渐变小。分为等距不等深螺杆和等深不等距螺杆。b.突变形螺杆：螺槽容积是突然变小。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20161H加料段螺槽深度2H计量段落槽深度D螺杆直径e螺棱宽度θ角旋螺S螺距压料段螺杆长度HS1H2θL2L加料段1L3L段量计压料段螺杆长度HS1H2L2L加料段1L3L段量计Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20173.螺杆基本尺寸：a.直径：D，直径越大，加工能力越高。b.长径比：L/D，螺杆有效长度与直径之比。长径比大，可以使物料温度分布均匀，有利于塑料的混合；能减少漏流和逆流；可提高挤出机的生产能力；螺杆的适应性强，适合多种塑料的挤出。但长径比也不能过大，否则会使物料停留时间增长，物料容易受热降解；也会使螺杆的自重增加，自由端必然下重，容易引起螺杆和料筒间相互擦伤，也给加工带来困难；另外使挤出机的功率消耗增大。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2018c.螺旋角θ：指螺纹与螺杆槽截面间的夹角。θ↑，生产能力↑，塑料塑化↓。d.螺槽深度h：螺槽底到料筒内部一边之差。靠近料筒处较深，螺杆头部较浅。e.螺棱宽度e：垂直螺棱方向上的宽度。f.螺槽宽度W：垂直螺棱方向的螺槽宽度。g.螺杆与料筒的间隙δ。1H加料段螺槽深度2H计量段落槽深度D螺杆直径e螺棱宽度θ角旋螺S螺距压料段螺杆长度HS1H2θL2L加料段1L3L段量计压料段螺杆长度HS1H2L2L加料段1L3L段量计Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2019归纳：L、D：定值θ、w、e：螺杆径向函数h：螺杆轴向函数δ：时间函数1H加料段螺槽深度2H计量段落槽深度D螺杆直径e螺棱宽度θ角旋螺S螺距压料段螺杆长度HS1H2θL2L加料段1L3L段量计压料段螺杆长度HS1H2L2L加料段1L3L段量计Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20204.螺杆的分段：a.加料段：靠近料斗附近作用：使塑料受热前移，将料斗供给的物料送往压缩段。物料特征：固态结构：等距等深(0.10-0.15D)，长度据情况而定(4-8D)。1H加料段螺槽深度2H计量段落槽深度D螺杆直径e螺棱宽度θ角旋螺S螺距压料段螺杆长度HS1H2θL2L加料段1L3L段量计压料段螺杆长度HS1H2L2L加料段1L3L段量计Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2021b.压缩段：螺杆中部一段（5-15D）作用：加热熔化物料；加压压实物料；排除空气。1H加料段螺槽深度2H计量段落槽深度D螺杆直径e螺棱宽度θ角旋螺S螺距压料段螺杆长度HS1H2θL2L加料段1L3L段量计压料段螺杆长度HS1H2L2L加料段1L3L段量计Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2022物料状态：液相、固相共存几何压缩比：第一个螺槽容积/最后一个螺槽的容积，大小取决于物理压缩比、物料进料时聚集状态和制品的状态。ε=h1(D-h1)/h3(D-h3)物理压缩比:指塑料制品的比重与原料比重之比。一般几何压缩比(1.5～5)要大于物理压缩比(1.5～3)。原因：避免发生缺料和漏料。几何压缩比获得方法：改变螺槽深度；改变螺距；同时改变螺槽深度与螺距Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2023Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2024c.均化段：螺杆最后一段作用：使熔体塑化均匀；使料流定量、定压挤出。物料特征：液态结构：等距等深(0.02-0.06D)，长度据情况而定(6-10D)。1H加料段螺槽深度2H计量段落槽深度D螺杆直径e螺棱宽度θ角旋螺S螺距压料段螺杆长度HS1H2θL2L加料段1L3L段量计压料段螺杆长度HS1H2L2L加料段1L3L段量计Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2025螺杆头Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2026普通三段式螺杆存在的问题目前，一般单螺杆多采用等距不等深螺杆，加料段常和均化段螺槽深度不变，压缩段螺槽逐渐变浅。这种螺杆可以满足一般的挤出成型，但存在以下几方面的问题：1.熔融效率低熔融段熔体与固体床共同存在于一个螺槽中，减小了料筒壁与固体床的接触面积；固体床随着熔融解体，部分碎片进入熔体中，很难从剪切获得热量，这样，固体床不能彻底熔融；另外，已熔物料与料筒壁接触，从料筒壁和熔膜处获取热量，温度继续升高过热。2.压力、温度和产量波动大固体输送时又与螺杆旋转产生较高频率的波动，由于熔融过程的不稳定性产生低频波动，温控系统的稳定性差或环境因素的变化引起的波动。3.混合效果差，不能很好适应一些特殊塑料的加工或混炼、着色工艺过程。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2027新型螺杆1、排气式螺杆主要适用于含水和易产生挥发组分的物料。排气原理：物料到排气段基本塑化，由于该段螺槽突然加深，压力骤降，气体从熔体中逸处，从排气口排出。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2028Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20292、分离型（屏障型）螺杆原理：在螺杆熔融段再附加一条螺纹，将原来一个螺纹所形成的螺槽分为两个，将已熔物料和未熔物料尽早分离，促进未熔料尽快熔融。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2030不同类型屏障型螺杆的比较：Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20313、销钉型螺杆原理：物料流经过销钉时，销钉将固体料或未彻底熔融的料分成许多细小料流，这些料流在两排销钉间较宽位置又汇合，经过多次汇合分离，物料塑化质量得以提高。销钉设置在熔融区，排列形状有人字形、环形等，销钉形状有圆柱形、菱形、方形等。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2032Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20334、混合螺杆在熔融段末或均化段增设置混合、混炼、剪切、均化等作用的元件，可以提高混合的均匀性、混炼效果好，混色均匀，分散性好。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2034Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2035Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2036Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2037五.机头和口模1.机头：口模与料筒的过渡部分。作用：i使旋转运动的熔体转变为平行直线流动；ii进一步塑化，将熔体平稳的导入口模；iii赋予必要的成型压力，保持制品密实。构成：由过滤网、分流器、模芯及口模组成。种类：直式和角式Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20382.口模：赋予制品横截面的工具，用螺栓或其它方法固定在机头上。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2039Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2040Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2041Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2042Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2043Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2044六.辅助设备1.挤出前处理物料设备，如预热、干燥等；2.处理挤出物的设备；3.控制生产设备。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-