挤塑机的工作原理

河南机电高等专科学校毕业设计/论文1绪论目前我国工业总量已达到相当的水平，且持续高速发展，与电线电缆关联的机械、电子、信息、通讯、轻工等工业的不断增长，促进了我国电线电缆行业的发展，从而带动了电线电缆企业对电工圆铜杆的旺盛需求，而且这种需求已从单纯量的增长转变到对高品质的追求。据统计，2010年，我国的电力电缆产量已达720万公里。电力工业十二五期间，仍将以电网建设为重点，累计电网投资超过10000亿元（据统计每亿元电网投资对铜材需求量约为300吨），这将给电线电缆行业带来了进一步发展的机遇。预计未来几年，我国电线电缆行业将以7-8%的增速发展。其中:架空线用量到2015年将达160～240万吨。北方、中部、南方跨省联网及全国的逐步实现，超高压、大容架空线的大量应用（西北750ｋＶ线路，其余地区500ｋＶ线路）使架空线在十一五期间将有10%的环比增长。中压10～35ｋＶ电缆将以8-10%的环比速度增长。大城市采用双环网供电和市中心地区地下电缆化率的提高将大大增加中压电缆使用量。目前大多数城市规划部门都强调了市区地下电缆供电，有的城市已把这一要求列入地方法规。目前全国平均城市地下电缆化率仅10%，而各城市目标大都确定在50～80%左右，这给中压配电电缆带来较大机遇。建筑工业在２１世纪初成为我国的支柱产业之一，它将给建筑用线及其他电气装备用线缆带来机遇。近年来，我国房地产业发迅猛，除了住宅房之外，商务办公楼数量也有较大增长。住宅的智能化需求加上各种专业网的建设，给电线电缆带来极大市场。预计今后3～5年建筑用布线的产值在电线电缆行业中将超过15%。汽车工业将成为我国新的经济增长点，它将给汽车用线及漆包线带来较快发展。2010年汽车工业占当年国内生产总值的比例已达1.1%。汽车与摩托车行业用线主要有两大类：漆包线与汽车用线。汽车业使漆包线、汽车用线销量大增，2010年，国产汽车线需求超过370万ｋｍ，在今后几年，其需求还将持续10%左右的将长。我国铁路主要技术装备水平的提升，为电气化机车铜合金接触线、机车车辆用线、绕组线等提供了市场。十二五期间，铁道部仍需要3.5ＧＷ以及相应的220ｋＶ变电所设备和线路。5000ｋｍ新建电车线路，如果按一半单线、一半双线考虑，大约要1.3万吨接触线。加上相应的车厢更新换代及维修，大约需要9～10万公里机车车辆线。核电站用电线电缆有一定的需求量。到2010年，核电装机容量已实现2000万千瓦，而到2020年核电将达到4000万千瓦，占当时装机总容量5%左右。目前泰山二期、三期工程、岭澳核电站工程、连云港核电站工程建设进展顺利，山东、河南机电高等专科学校毕业设计/论文2福建、江西、湖南等省均积极筹划建设核电站。平均每新建100万千瓦核电站带来１亿元人民币产值的核电电站用电线电缆产品需求。船舶工业的发展将给船用电缆带来生机，同时船用电缆的更新换代将加快。2007年我国造船已达到420～550万吨左右，需各种船用电缆达到1.7万ｋｍ左右。工业发展将使电动机用量增加以及家电工业产品的升级，电机绝缘等级从Ｂ级向Ｆ级转换将加快漆包线更新换代，促使绕组市场的稳步发展。据统计：全世界电线电缆用铜量2006年为1200万吨，其中电磁漆包线约为240.6万吨，中国约为62万吨。目前绕组线的总量超过90万吨，预计将以5～6%的速度递增。城市的发展将带动城市轨道交通的发展，将促使各种阻燃电缆的应用。隧道和地铁车站用电照明电缆也是一大亮点。根据目前我国电线电缆行业市场预测，可知用铜量增长大约每年递增7～8%，预计到2015年圆铜杆的需求量为420～460万吨，市场缺口将达60万吨以上。本设计就挤塑的原理及在挤塑工艺过程中出现的各种情况进行了详尽的分析和研究.并且就出现的质量问题给予了解决的方法.河南机电高等专科学校毕业设计/论文3第1章挤塑机的工作原理挤塑机的工作原理是：利用特定形状的螺杆，在加热的机筒中旋转，将由料斗中送来的塑料向前挤压，使塑料均匀地塑化（即熔融），通过机头和不同形状的模具，使塑料挤压成连续性的所需要各种形状的塑料层，挤包在线芯和电缆上。1.1塑料挤出过程电线电缆的塑料绝缘和护套是采用连续挤压方式进行的，挤出设备一般是单螺杆挤塑机。塑料在挤出前，要事先检查塑料是否潮湿或有无其它杂物，然后把塑料预热后加入料斗内。在挤出过程中，装人料斗中的塑料借助重力或加料螺旋进人机筒中，在旋转螺杆的推力作用下不断向前推进，从预热段开始逐渐地向均化段运动；同时，塑料受到螺杆的搅拌和挤压作用，并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦热的作用下转变为粘流态，在螺槽中形成连续均匀的料流。在工艺规定的温度作用下，塑料从固体状态转变为熔融状态的可塑物体，再经由螺杆的推动或搅拌，将完全塑化好的塑料推入机头，到达机头的料流，经模芯和模套间的环形间隙，从模套口挤出，挤包干线芯或缆芯周围，形成连续密实的绝缘层或护套层，然后经冷却和固化，制成电线电缆产品。1.2挤出过程的三个阶段塑料挤出主要依据的是塑料所具有的可塑态。塑料在挤出机中完成可塑成型过程是一个复杂的物理过程：包括了混合、破碎、熔融、塑化、排气、压实并最后成型定型，这一过程是连续实现的。然而习惯上，人们往往按塑料的不同反应将挤塑过程，人为的分成各个不同阶段；塑化阶段（塑料的混合、熔融和均化）；成型阶段（塑料的挤压成型）；定型阶段（塑料层的冷却和固化）。1.2.1塑化阶段也称为压缩阶段。它是在挤塑机机筒内完成的，经过螺杆的旋转作用，使塑料由颗粒状固体变为可塑性的粘流体。塑料在塑化阶段获得热量的来源有两个方面：一是机筒外部的电加热；二是螺杆旋转时产生的摩擦热。起初的热量是由机筒外部的电加热产生的；当正常开车后，热量的取得则是由螺杆旋转物料在压缩，剪切、搅拌过程中与机筒内壁的摩擦和物料分子问的内摩擦而产生的。河南机电高等专科学校毕业设计/论文41.2.2成型阶段它是在机头内进行的，由于螺杆旋转和压力作用，把粘流体推向机头，经机头内的模具，使粘流体成型为所需要的各种尺寸形状的挤包材料，并包覆在线芯或导体外。1.2.3定型阶段它是在冷却水槽中进行的，塑料挤包层经过冷却后，由无定型的塑性状态变为定型的固体状态。1.3塑化阶段塑料流动的变化塑化阶段，塑料沿螺杆轴向被螺杆推向机头的移动过程中，经历着温度、压力、粘度、甚至化学结构的变化，这些变化在螺杆的不同区段情况是不同的。塑化阶段根据塑料流动时的物态连续变化过程又可分成三个阶段：加料段（又称破碎段）；熔融段（又称塑化段）；均化段又称均压段）。各段对塑料挤出产生不同的作用，塑料在各段呈现不同的形态，从而表现出塑料的挤出特性。1.3.1加料段首先就是为颗粒状的固体塑料提供软化温度，其次是以螺杆的旋转与固定的机筒之间产生的剪切应力作用在塑料颗粒上，实现对软化塑料的破碎。而最主要的则是以螺杆旋转产生足够大的连续而稳定的推力和反向摩擦力，以形成连续而稳定的挤出压力，进而实现对破碎塑料的搅拌与均匀混合，并初步实行热交换，从而为连续而稳定的挤出提供基础。在此阶段产生的推力是否连续均匀稳定、剪切应变率的高低，破碎与搅拌是否均匀都直接影响着挤出的质量和产量。1.3.2熔融段经破碎、软化并初步搅拌混合的固态塑料，由于螺杆的推挤作用，沿螺槽向机头移动，自加料段进人熔融段。在此段塑料遇到了较高温度的热作用，这时的热源，除机筒外部的电加热外，螺杆旋转的摩擦热也在起着作用。而来自加料段的推力和来自均化段的反作用力，使塑料在前进中形成了回流，回流产生在螺槽河南机电高等专科学校毕业设计/论文5内以及螺杆与机筒的间隙中，回流的产生不但使物料进一步均匀混合，而且使塑料热交换作用加大，达到了表面的热平衡。由于在此阶段的作用温度已超过了塑料的流变温度，加之作用时间较长，致使塑料发生了物态的转变，与加热机筒接触的物料开始熔化，在机筒内表面形成一层聚合物熔膜，当熔膜的厚度超过螺纹顶与机筒之间的间隙时，就会被旋转的螺纹刮下来，聚集在推进螺纹的前面，形成熔池。由于机筒和螺纹根部的相对运动，使熔池产生了物料的循环流动。螺棱后面是固体床（固体塑料），物料沿螺槽向前移动的过程中，由于熔融段的螺槽深度向均化段逐渐变浅，固体床不断被挤向机简内壁，加速了机筒向固体床的传热过程，同时螺杆的旋转对机筒内壁的熔膜产生剪切作用，从而使熔膜和固体床分界面的物料熔化，固体床的宽度逐渐减小，直到完全消失，即由固态转为粘流态（可塑态）。此时塑料分子结构发生了根本的改变，分子间张力极度松弛，若为结晶性高聚物，则其晶区开始减少，无定形增多，除其中的特大分子而外，主体完成了塑化，即所谓的“初步塑化”，并且在压力的作用下，排除了固态物料中所含的气体，实现初步压实。1.3.3均化段具有这样几个突出的工艺特性：这一段螺杆螺纹深度最浅，即螺槽容积最小，所以这里是螺杆与机筒间产生压力最大的工作段；另外来自螺杆的推力和筛板等处的反作用力，是塑料“短兵相接”的直接地带；这一段又是挤出工艺温度最高的一段，所以塑料在此阶段所受到的径向压力和轴向压力最大，这种高压作用，足以使合于塑料内的全部气体排除，并使熔体压实、致密。该段所具有的“均压段”之称即由此而得。由于高温的作用，使得经过融熔段未能塑化的高分子在此段完成塑化，从而最后消除“颗粒”，使塑料塑化充分均匀，然后将完全塑化熔融的塑料定量、定压地由机头均匀地挤出。1.4．挤出过程中塑料的流动状态挤出过程中，由于螺杆的旋转使塑料推移，而机筒是不动的，这就在机筒和螺杆之间产生相对运动，这种相对运动对塑料产生摩擦作用，使塑料被拖着前进。另外，由于机头中的模具、多孔筛板和滤网的阻力，又使塑料在前进中产生反作用力，这就使塑料在螺杆和机筒中的流动复杂化。通常将塑料的流动状态看成是由以下四种流动形式组成的。河南机电高等专科学校毕业设计/论文61.4.1正流是指塑料沿着螺杆螺槽向机头方向的流动。它是由螺杆旋转的推挤力产生的，是四种流动形式中最主要的一种。正流量的大小直接决定着挤出量。1.4.2倒流又称逆流，它的方向与正流的流动方向正好相反。它是由于机头中的模具、筛板和滤网等阻碍塑料的正向运动，在机头区域里产生的压力（塑料前进的反作用力）造成的。由机头至加料口形成了“压力下的回流”也称为“反压流动”。它能引起生产能力的损失。1.4.3横流它是沿着轴的方向，即与螺纹槽相垂直方向的塑料流动。也是由螺杆旋转时的推挤所形成的。它的流动受到螺纹槽侧壁的阻力，由于两侧螺纹的相互阻力，而螺杆是在旋转中，使塑料在螺槽内产生翻转运动，形成环状流动，所以横流实质是环流。环流对塑料在机筒中的混合、塑化及热交换影响很大，塑料所以能在螺杆中混合、塑化成熔融状态，环流使物料在机筒中产生搅拌和混合，并且利于机筒和物料的热交换，它对提高挤出质量有重要的意义，但对挤出流率的影响很小。1.4.4漏流它也是由机头中模具、筛板和滤网的阻力产生的。不过它不是螺槽中的流动，而是在螺杆与机筒的间隙中形成的倒流。它也能引起生产能力的损失。由于螺杆与机筒的间隙通常很小，故在正常情况下，漏流流量要比正流和倒流小得多。在挤出过程中，漏流将影响挤出量，漏流量增大，挤出量将减小。塑料的四种流动状态都不能以单独形式出现，就某一塑料质点来说，既不会有真正的倒流，也不会有封闭的环流。熔体塑料在螺纹槽中的实际流动是上述四种流动状态的综合，以螺旋形轨迹向前的一种流动。河南机电高等专科学校毕业设计/论文71.5挤出量挤出量是挤塑机的重要特性参数，是挤出理论的重要研究内容之一。如上所述挤出过程中塑料流动是人为的将螺杆按某工作特性分为三个部分，事实上，螺杆本身是一个整体；塑料沿螺杆全长上的物态变化，是逐渐连续发生、发展并完成的，并不存在一个两相界面。为此，对挤出量就有了两个假设，把塑料由固态转为粘流态的全过程假定发生并完成在变化区段的所谓“粘结点”，而塑料被压实则假定发生并完成在变化区段的所谓“填实点”，由此人为的将全部物料分为两部分，即“粘结点”前的固体部分和“粘结点”后的流体部分。对于一个结构合理的挤出机构，由于挤出具有连续性的特点，其固态下的挤出量与粘流态下的挤出量应绝对