第四章挤-出-管-材

1一、挤出管材工艺流程二、挤出机三、挤管机头：结构类型工艺参数确定四、挤管辅机冷却定型装置:定径方法定径套尺寸冷却水槽或水箱牵引装置切割装置扩口装置第一节挤出管材设备2一、典型管材挤出生产流程:挤出机机头定径装置冷却装置牵引装置印商标装置切割装置扩口堆放和转储装置等4二、挤出机挤出机型号的选择应考虑原材料及管材直径。单螺杆挤出机规格选择：选用PVC粒料时，管材横截面积与挤出机螺杆截面积之比约为0.25~0.40即可；选用PE、PP等流动性好的塑料，管材横截面积与挤出机螺杆截面积之比可大些，可在0.35~0.4之间。螺杆直径456590120150200管材直径10~4520~6530~12050~18080~300120~4005双螺杆挤塑机用于生产塑料管材时，其直径可控制在螺杆直径的45％～450％。双螺杆挤出机型号SJZ-45SJZ-55SJZ-65SJZ-80管材定径直径/mm110~12020~25032~30060~4006三机头分流区分流区的作用是使从螺杆推出的熔体经过栅板，使螺旋状流动的熔体转变为直线流动。栅板还可以起过滤作用，把未完全熔化的料挡在栅板外，使之继续熔化，防止它进入机头引起阻塞。通过栅板后的熔体，经分流锥使之初步形成中空的管状流而后进入压缩区。7压缩区压缩区主要是通过截面的变化使熔体受剪切作用，进一步塑化。如图中的压缩区入口截面积大于其出口的截面积。此两截面积之比即为压缩区的压缩比。压缩比小即剪切力小，熔体塑化不均匀，容易招致融合不良；而压缩比过大则残留应力大，易产生涡流和表面粗糙的缺陷。通过模腔内流道几何形状与尺寸的变化，产生必要的成型压力．将分流部分流出物料进行导流并压实8成型区成形区即口模，其作用不仅是把熔体流形成所需要的形状和尺寸，而且使通过分流器支架及分流锥的不平稳的流动使之渐趋平稳并通过一定长度的通道成形为所需要的形状。但由于熔体在受压下流经口模，出口后必然要膨涨(有的部位也可能收缩)，因此口模的尺寸和形状与成品不同.9挤出机头作用1.使熔融物料的螺旋运动直线运动。2.将物料压实。3.使物料进一步塑化均匀。4.成型制品。定型部分导流部分分流部分入流部分10一、基本结构和工作原理口模、芯棒、分流器、分流器支架、机头体、调节螺钉、连接螺钉等1.基本结构2.工作原理直通式管机头结构简单、料流阻力小、芯模加热困难、定型段较长、熔合纹难消除适用于小口径管材（外定径）；PVC塑料11挤出成型模具管材挤塑成型机头1、橡皮片堵头2、定径套3、口模4、芯棒5、调节螺栓6、分流锥7、芯棒支架8、模体9、过滤板12二、设计要点1.压缩比ε压缩比——分流器支架出口处截面积与芯棒口模间的截面积之比ε=3～10低粘度物料：4～10高粘度物料：3～6另一种方法：取分流器支架直径与口模直径之比UPVC：D/d=1.4～1.6PE：D/d=1.4～2大管取小值；小管取大值13分流锥长度L3L3=（1～1.5）DD—分流锥最大直径锥尖半径rr=0.5～2mm热稳定性好的物料：αmax＜90°热稳定性差的物料：α≤60°2.分流锥扩张角α作用——使熔料逐渐变成环形143.分流器支架分流筋形状要求——流线型、不得有大的拐角、有利于熔接线的消除——支撑分流器及芯棒作用——收缩角＜扩张角15分流筋宽度bb≤9～12mm分流筋长度ll≤30～80mm分流筋高度ss≤10～25mm分流筋数量nn=4～8扩张角：β≤60°收缩角：θ＜30°UPVC：θ≈10°164.口模作用——成型管材外表面定型长度L1经验公式：L1≈3DD——管材外径国外资料：L1=（10～30）hh——管材壁厚国内资料：L1=（30～40）hUPVC：（18～33）hPPVC：（15～25）hPE：（14～22）hPP：（14～22）hPA：（13～23）h17口模直径D影响口模直径的因素：①挤出胀大②牵引拉伸③冷却收缩④定径方式→管材截面变大→管材截面变小→管材截面变小→外定径时的真空度、定径套内径与口模直径有关18考虑胀大和定径收缩口模直径：式中：C—系数PVC：0.95～1.05；PO：0.90～1.05拉伸比——环形截面积与管材截面积之比2222管内管外DDdDI式中：D—口模直径d—芯棒直径D管外—管材外径D管内—管材内径I—拉伸比UPVC：1.00～1.08；SPVC：1.10～1.35LDPE：1.20～1.25；HDPE：1.10～1.20ABS：1.00～1.10；PA：1.40～3.00管外DCD195.芯棒作用——导流、成型管材内表面收缩角ββ=20°～30°定型长度与口模定型长度相等β应小于分流锥的扩张角αUPVC：β≤24°；PO可稍大20壁厚调节目的：管材壁厚均匀调节螺钉数量：S=4～8经验公式：芯棒直径d1压缩区(段)长度L2216分流器头部与过滤板端面距离L５一般取L５＝10～20mm或稍小于0.1D0（D0为挤出机螺杆2的直径）。22三、直通式机头特点1.优点⑴结构简单，成本低；⑵中心进料，易于物料均匀分配；⑶应用广泛。2.缺点⑴体积大，重量大；⑵分流筋多，熔接线多。232.措施⑴安装绕机头轴线旋转的部件⑵分流筋表面喷涂不粘材料⑶将流道加长⑷加热分流筋⑸使流过分流筋的物料迅速得到压缩⑹芯棒上带多头螺旋沟槽⑺采用阻尼筋或多孔板熔接线的影响——只能减小，不可能消除1.形成原因四、减小熔接线影响的措施24蓝式管机头1.结构2.工作原理共有30圈孔，每圈上各有110个￠1孔，相邻两圈的距离为1.8mm25简单蓝式机头26⑴直通式机头的特殊形式；⑵总压力损失小；⑶产量高，能耗低；⑷机头中热耗散少；⑸重量轻；⑹便于操作。3.特点27⑴筛孔套①要求足够强度、小孔利于物料流动②孔径d⑵口模直径DD/DT≤1.4DT—筛孔套直径4.设计要点d=1～2.5mm5.应用聚烯烃类耐压管材282.直角式挤管机头29直角式挤管机头结构特点是内部不设分流器支架，熔体在机头中包围芯棒流动成型，因此只产生一条分流痕迹。这种机头最突出的优点是：挤出机机筒容易接近芯棒上端，芯棒容易被加热；与它配合的冷却装置可以同时对管材的内外径进行冷却定型，所以定型精度较高：流动阻力较小，料流稳定，出料均匀，生产率高，产品质量好。但结构复杂，制造困难，生产占地面积较大。PPPE303.旁侧式（偏心式）挤管机头31综合了直向式和横向式的优点。物料经改变方向消除了横向机头一次变向所造成的不均匀现象。占地面积小。结构复杂，没有分流器支架，芯模可以加热，定型长度也不长。大小口径管材均适用。挤出阻力大324螺旋芯棒式管机头2.工作原理1.结构33螺旋管材机头结构图1.进料口2.固定螺钉3.模体4.热电偶5.调节螺钉6.压环7.口模8.固定螺钉9.芯模10.螺旋槽11.径向孔12.模底座13.通气杆14.连接体34⑴出料均匀；⑵总压力损失小；⑶产量高，能耗低；⑷机头中热耗散少；⑸无熔接线。3.特点4.应用直径＞400mm的聚烯烃类管材35蓝式、螺旋式模具模具特点：1、熔体流动速度达到预期的力学均匀性、热均匀性。2、无须芯模支架，使生产中常发生的流纹消失。3、压力消耗少，产量高，产量可达到挤出量的80%。4、机构紧凑，连接合理，更换方便。5、采用优质模具钢制造。6、采用不锈钢或铜的水环定径套。36多口模管机头1.结构2.工作原理37⑴充分发挥挤出机的生产能力；⑵节省占地面积；⑶熔体流速慢；⑷结构较复杂。3.特点5.应用小直径薄壁管材4.设计要点带流量调节的分配流道设计38波纹管机头1.结构结构形式与一般机头基本相同，只是口模部分很长。用吹胀法成型波纹2.成型原理39用真空吸附法成型波纹402．管材挤出模具机头（口模）设计原则(l)流道呈流线型为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤出，同时避免物料发生过热分解，机头内流道应呈流线型，不能急剧地扩大或缩小，更不能有死角和停滞区，流道应加工得十分光滑，表面粗糙度应在Ra0.4um以下。41(2)足够的压缩比为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝，根据制品和塑料种类不同，应设计足够的压缩比。压缩比：是指模具体内熔料流道空腔中，进料端最大截面积与口模处环形空腔截面积之比。压缩比一般取4~10，如果熔料粘度较高，取压缩比在2.5~642(3)正确的断面形状机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规定的断面形状，由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响，机头的成型部分的断面形状并非就是制品的相应的断面形状，二者有相当的差异，设计时应考虑此因素，使成型部分有合理的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时间有关，因此控制必要的成型长度是一个有效的方法。离模膨胀拉伸比43(4)结构紧凑在满足强度条件下，机头结构应紧凑，其形状应尽量做得规则而对称，使传热均匀，装卸方便和不漏料。(5)选材要合理由于机头磨损较大，有的塑料又有较强的腐蚀性，所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢，有的甚至要镀铬，以提高机头耐腐蚀性。此外，机头的结构尺寸还和制品的形状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者应根据具体情况灵活应用上述原则。44管材的定型45管材定径的方法内径定径外径定径内压定径真空定径46管材内定径方法内径定径法的定径套直接与机头模芯连接，定径套内通入循环冷却水，熔体出口模后直接在定径套上冷却。管材内径尺寸与定径棒尺寸一致管材外径自由冷却，外径尺寸难以控制。47真空定径有如下优点(1)引管简单快速,废料少;(2)内压定径方法中,压缩空气存留在管内,随着生产的连续进行,气体温度不断升高,而真空定径空气在管材内部自由流动,管材内壁冷却效果好;(3)能较好控制尺寸公差;(4)管坯在机头出口处于塑化状态几乎没有变形;48真空定径有如下优点(5)管材的内应力小;(6)没有被螺塞撕裂的危险;(7)不会因螺塞磨损而停产;(8)机头口模与真空定径装置二者分离,因而温度能单独控制。49高速挤出管材最常见的方法是在定径入口处设置冷却水入口，通过特殊的喷嘴或在定径套上开缝，让水直接包覆在管坯外圆。50带水环的定径套51定径环组外定径组装图1.冷却水入口；2.至真空泵；3.真空区；4冷却水出口54冷却装置管子由冷却定型装置出来时，并没有完全冷却到室温，如果不继续冷却，在其壁厚径向方向存在的温度梯度会使原来冷却的表层温度上升，引起变形，因此必须继续冷却，排除余热。冷却装置就承担了此项任务，使管子尽可能冷却到室温。55冷却装置一般有冷却水槽和喷淋水箱两种，对于薄壁管子有的用冷空气冷却.冷却水槽一般分2～4段，长约2~3米。一般通入自来水或经过热交换器的循环水作为冷却介质。水多从最后一段水箱通入，使水流方向与管子运动方向相反,以使冷却缓和,减少管子的内应力。水槽中水位应将管材完全浸没。56冷却水槽因上下层水温不同，管材有可能弯曲；大管受浮力大，也易弯曲。冷却长度与冷却水温、管子给定的温度、管子的壁厚，牵引速度和塑料的种类有关，几乎完全凭经验确定.一般要求冷却后管子的平均温度为30⁰C.结晶型聚合物冷却水槽的长度一般为PVC的两倍.57喷淋冷却喷淋水管可有3~6根，均布管子周围。靠近定径套一端喷水孔较密。喷淋冷却能提供强烈的冷却效果，由于水喷到四周的管壁上，故克服了水槽冷却因粘到管壁上的水层大大减少热交换的缺点。该法适用于大直径管材的冷却.58牵引装置给由机头出来的已获得初步形状和尺寸的管子提供一定的牵引力和牵引速度，均匀地引出管材，并通过牵引速度调节管子的壁厚。牵引速度必须能在一定的范围内进行无级平滑地变化。由于同一台挤出机要挤出不同直径的管材，故其速比范围要宽一些，通常为1：10。牵引力也必须能保持恒定，不能有一推一拉的现象，否则也会在管材表面形成波纹。牵引装置对管子的夹持力必须能调节。以使薄壁管材不产生永久变形，同时也能适应挤出大直径管子时需要的大的牵引力。牵引装置一般有橡胶带式，滚轮式，履带式59橡胶带式牵引装置：它由一条橡胶传送带和压紧辊组成.用压紧辊将管子压到橡胶传送带上，靠二者之间的