5---挤出机辅机

第三章挤出机第一节概述一.挤出机的组成单螺杆挤出机(Singlescrewextruder)主机组成:挤出系统:加料装置、料筒、螺杆。使塑料塑化成均匀的熔体，并在此过程中建立压力，再被螺杆连续、定压、定温、定量地挤出机头；传动系统:电机、调速、传动装置。驱动螺杆并保证供给螺杆在工作过程中所需的扭矩和转速；冷却加热系统：由温度控制设备组成，一般分段控制。通过对机筒进行加热和冷却，保证挤出系统的成型在工艺要求的温度范围内进行；控制系统：由电器、仪表和执行机构组成。对螺杆转速、料筒及机头温度和压力，开停车装置及辅机各装置进行控制；机头和口模:成型制品的主要部件。使熔融塑料获得其流道几何截面相似断面的塑料制品；辅机：定型、冷却、牵引、切割卷取等装置二．分类按螺杆数目可分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机按是否排气分为排气式和非排气式挤出机按螺杆在空间的位置可分为卧式和立式挤出机等常用的是卧式非排气式挤出机卧式立式螺杆式机单一双螺杆组合式挤出机单一单螺杆组合式挤出阶梯式出机多螺杆－行星式螺杆挤全程可视化塑料挤出机发泡式双螺杆挤出机同相混炼塑料挤出机锥形双螺杆挤出机异向平行双螺杆挤出机双螺杆全程可视化挤出机电磁动态塑化挤出机混炼挤出机阶式挤出机喂料挤出机发泡挤出机排气式挤出机常规挤出机单螺杆无螺杆辊筒式挤出机流体动力式挤出机卧式挤压机立式挤压机柱塞式单螺杆挤出机主机结构示意图第二节螺杆一．普通单螺杆一根带单头或多头右旋螺纹的轴1.作用:输送物料塑化物料对物料加压2.分段,根据物料在螺槽中的运动及物理状态的变化，分为三段加料段：从料斗攫取物料输送给压缩段，同时使物料受热压缩段：压实、熔化物料，将夹带的气体自加料口排出(几何)压缩比,加料段一个螺槽容积与计量段一个螺槽容积之比，对于等距不等深螺杆物理压缩比：物料熔融后的密度与松散状态的密度比，小于几何压缩比31/hh设置压缩比的原因（1）物料逐渐熔融，体积减小，为适应该变化需设压缩比；（2）物料受到压缩，将气体自加料口排出；（3）建立必要的压力，保证物料到螺杆末端有助够的致密度。获得压缩比的方法（1）等深不等距法；（2）等距不等深法；（3）不等深不等距法；（4）采用锥形螺杆。材料ε材料ε材料ε硬PVC粒2~3PE管材3~4PC2~4硬PVC粉3~5PE薄膜〉4POM2.5~4软PVC粒3~4PP3~5PET3.5~3.7软PVC粉3~5PS2~4PA63.5计量段(均化段、压出段)meteringzone作用；使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压由机头和口模的流道挤出要求：该段螺槽深应设计得使其计量能力与压缩段熔融能力匹配影响h3的因素•原材料：PVC热敏，剪切作用大易降解，取大一些，PP,PE热敏小，取小•机头压力：压力大，取浅槽，低压机头取大些；•波动现象：槽深小时，波动相应小；•与h2匹配：即此段输送能力与压缩段能力要匹配，塑化差时，取小些。h3过大，会有未熔物料进入；过小挤出效率下降，一般由经验定h3=0.02~0.06DLm=4~7Dh3h2h1第三节单螺杆挤出原理•挤出过程：预处理料加料——在螺杆中熔融塑化——口模挤出——定型——冷却——牵引——切割•要使制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件：熔体的输送速率=固态物料的熔化速率沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率=挤出机生产率一.固体输送理论1．假设条件：•物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），恒速移动；•略去及物料重力、密度变化的影响；•Hf恒定，压力是螺槽长度的函数；•螺杆不动，料筒以的速度移动；•螺槽为矩形•为分析方便，将一个螺距内的螺杆做平面展开,当螺杆转动一周，设物料固体塞中的一点由A运动到B点。•物料的输送速率是单位时间内从螺杆轴向截面所输送的物料体积，其值等于螺槽在轴向的投影面积A与物料在轴向的运动速度Vpl的乘积。2.公式推导3.讨论bbfbfbplsHDNHDAVQtantantantan24．提高Qs的措施①适当提高N和H;②采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结构；在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）；③冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小fs）一等螺杆Ra=0.8μm,优等0.4二.熔融理论压缩段物料固-液共存1．目的：•预测螺槽中任一点未熔化物料量•熔化全部物料所需螺杆长度•熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系2．冷却试验和熔融机理•冷却试验：本色料+3~5%着色料挤出——稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒——取出螺杆、剥下物料——切断螺旋带状料并观察截面形状•现象：①熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态②固—液两相有一明显分界线③固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处•熔融机理：加料段压实——逐渐熔融成一层熔膜——超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池——固体床减小——直至物料完全熔融三.熔体输送理论•将螺杆、料筒展开，料筒与螺杆的相对速度Vb被分解为分速度Vbx和Vbz,使熔体产生了不同方向的流动，从而实现了熔体的输送和混合。1.假设：塑料全部熔融塑化，熔体为等温牛顿流体；流动过程中其粘度、密度不变；层流、不可压缩；螺距不变，螺槽等深、矩形螺槽；槽宽远大于槽深。2.熔体输送、混合机理•在机头阻力下，产生了沿螺杆方向的压差，另外由于螺杆和料筒有间隙，使熔体有四种形式的流动：正流、逆流、环流和漏流。•正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz产生沿螺槽向机头方向的流动。由于螺杆转动，塑料在螺杆根部与机筒间形成相对运动造成的，决定挤出量的大小•逆流（反流）Qp，与Qd相反的流动。由机头、多孔板等阻力元件对熔体的反压力造成，也叫压力流，随机头压力的升高而增加•横流（环流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽内与正流垂直的流动。对总挤出量影响不大，可忽略不计，但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用•漏流Ql，由机头阻力元件引起的物料反向流动，沿螺杆与料筒间隙向加料口方向流动，可降低挤出量。正常情况很小0.1~0.6mm，Ql小，但磨损严重时，Ql的增加与平方成正比。3.挤出量的计算若忽略漏流PCPBANeLPDLPHDNHDQQQmbbmbmbbbmblpdm10tan12sin2cossin3222322QPBANQm4.讨论（影响挤出量的因素）①mlpmQQPPQQ则,,~②mmQNNQ,~③mlmQQQ,,~④使物料足够熔化以上在一般,5,;,,,~DLmpmmpmmmmQLQQHHLQ第四节常用机头和口模形式机头：机头和口模常连为一体,通称机头,包括过滤网、多孔板、分流梭（有时与模芯结合为一个部件）、模芯、口模等机头的作用：改变熔融物料的流动方向，使其由螺旋变为直线运动；产生必要的压力使制品密实；使物料进一步塑化均匀；成型制品。•滤网screen，过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片叠在一起的30~120目不锈钢网组成，用多孔板支承。•多孔板（筛板、分流板）厚度为螺杆直径的1/3~1/5，上边钻有φ3~6mm的中间疏、两边密的同心圆孔，距螺杆头部0.1D,即约为计量段一个螺槽容积，太大易积料分解，太小料流不稳定。•分流器（鱼雷头），将圆柱形料流变为薄环状并便于进一步加热塑化。大型分流器内设加热器，支架用以支承分流器及芯棒，同时使料流分束以加强搅拌，小型分流器与芯棒做为一体。一.挤管机头1.直通式熔体在机头中流动方向与螺杆轴向一致结构简单易制造适于硬、软PVC,PE,PA2.直角式熔体在机头中流动方向与螺杆轴向垂直从料筒流出的熔体绕过芯模再向前流动，会产生一条分流痕，流动阻力小，料流稳定，出料均匀，但其结构复杂，占地面积大。适于PP、PE及尺寸要求严格的管材3.旁侧式熔体经过一个近似直角的过渡区才流入机头阻力大，结构更复杂。•上述几种机头由于存在分流器支架,会产生熔接线,影响制品外观及质量•消除熔接线的方法:适当加大口模平直段(成型段)长；增大分流器支架与出料口的距离；使进口角(扩张角)大于出口角(收缩角)；加大机头进口处截面与出口截面比;采用异型芯棒(目的是增大料流阻力).4.筛孔板式：(生产聚烯烃类大管时,可克服自重产生的薄厚不均现象)无分流梭和芯模,物料经筛孔板进入口模成型段可保证物料充分熔融、塑化无熔接痕，强度高，结构紧凑，占地面积小。二.板（片材）机头•口模由引流道、分配腔和模唇组成1.支管式为将圆柱状流体变为扁平的矩形截面且有相等流速的流体，要设置一个纵向切口为管状的分配腔，其作用是对熔体稳压、分流，使其均匀地挤出宽幅制品。优点是结构简单，制造容易；可调幅宽；温度易控制；体积小，重量轻2.鱼尾形：熔体从中部进入沿扇形扩展开来优点是物料呈流线型流动；物料停留时间短，适用的温度范围广；结构简单缺点是鱼尾形部分扩张角不可过大（避免中心处压力速度太大造成中心出料多两端少）；不能生产宽幅制品3.衣架式：分配腔为两根直管递减的支管并有一个扩张角可大至160~170º的型腔，（吸收了支管式和鱼尾形机头的优点）优点是支管小，缩短了物料在机头内的停留时间；扇形型腔提高了制品的薄厚均匀性，制品幅宽可达4~5m4.螺杆分配式：在直支管式机头模腔中插入一根旋转的分配螺杆分配螺杆的作用是将模腔内的熔体进一步塑化并沿宽度方向均匀分布；压力沿横截面各点一致，挤速均匀；减少机头内积料的可能性优点：生产能力高，制品均匀；可以发泡成型，易成型宽、厚板材；机头内料温易控制；可连续运转缺点是加工困难，成本高；分配螺杆旋转，使料流到口模区变为直线运动的距离短，易在制品中留下波浪形痕迹三.吹膜用机头1.芯棒式：（侧进料）料流在芯棒处分为两股，再沿芯棒尖的斜刀口处汇合，向模口呈薄管挤出，芯棒中通压缩空气吹胀。优点是机头内通道间隙小，存料少，物料不宜过热分解，适于加工PVC料；只有一条熔接线；加工方便。缺点是芯棒尖处易积料；压力作用到芯棒尖上，易偏中，造成制品不均匀开裂。2.十字形：（中心进料）PP,PE等热稳料优点是压缩比可大到7~8，无偏心缺点是有分流器支架，存在3~4条熔接线（可在支架上方开设缓冲槽改善）3.螺旋式：存在渐变的4~8条螺纹形流道，物料逐渐由螺旋变为轴向运动，再自环形间隙挤出膜管优点是无熔接线；芯棒不偏心，成型稳定，厚薄均匀；芯棒粗，不易变形缺点是加工复杂4.旋转式芯棒和口模各自能单独旋转优点是使厚度不均匀性被平均分配到整个圆周上，卷取平整；消除了熔接线缺点是加工、控制复杂四.异型口模•板接式,PP,PE，结构简单，但波动大；•流线型，硬PVC,造价高，加工难度大。第五节挤出机的加热冷却系统一.加热•料筒熔融段和机头外部•方式有电、液体和蒸汽加热。二.冷却•螺杆加料段逆向通冷却水以加大输送能力•加料口下方用冷却水冷却，防止热量传向传动侧烧坏电机，并防止料斗中“架桥”•料筒非工作侧用鼓风机带走过多的热量防止物料分解。日本40t/h世界最大挤出机第六节螺杆主要参数及其选择1.螺杆直径D(mm)指螺杆外径，表征挤出机挤出量的大小。(1)在初步确定螺杆生产能力Q(kg/h)和转速n(r/min)后，可由经验生产能力公式确定为经验出料系数0.003~0.007由公式计算后再从系列标准30,45,65,90,120,150,200中选取(2)还可根据加工制品的断面尺寸及形式要求选取（单位mm）3nQD螺杆直径30456590120150200硬管直径3~3010~4520~6530~12050~18080~300120~400吹膜直径50~300100~500400~900700~1200~2000~3000~4000挤板宽度400~800700~12001000~14001200~25002.螺杆长径比L/D其中L为螺杆工作部分长度，用以表征螺杆的塑化能力和塑化质