塑料成型工艺学课件第五章挤出成型.ppt

第五章第五章 挤出成型挤出成型5.1 5.1 概述概述一、挤出成型一、挤出成型也称挤压模塑或挤塑，即借助螺杆或柱塞的挤压也称挤压模塑或挤塑，即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过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。型方法。挤出法几乎能成型所以热塑性塑料和某些热固性挤出法几乎能成型所以热塑性塑料和某些热固性塑料。塑料。5.1 5.1 概述概述生产的制品：管材、板材、薄膜、线缆包覆物生产的制品：管材、板材、薄膜、线缆包覆物及塑料与其它材料的复合材料等。及塑料与其它材料的复合材料等。5.1 5.1 概述概述挤出制品占热塑性塑料制品的挤出制品占热塑性塑料制品的40405050，此外，此外还可以用于塑化造粒、着色和共混等。还可以用于塑化造粒、着色和共混等。二、挤出成型分类二、挤出成型分类1.1.按塑化方式分：按塑化方式分：（1 1）干法：靠加热）干法：靠加热（2 2）湿法：仅用于硝酸纤维素和少数醋酸纤维）湿法：仅用于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素等。素等。用溶剂将塑料充分软化。用溶剂将塑料充分软化。5.1 5.1 概述概述2.2.按加压方式分：按加压方式分：（1 1）连续式：）连续式：螺杆式挤出机螺杆式挤出机单螺杆单螺杆双螺杆双螺杆借助螺杆旋转产生压力和剪切力，使物料充分借助螺杆旋转产生压力和剪切力，使物料充分塑化和混合均匀，通过型腔（口模）而成型。塑化和混合均匀，通过型腔（口模）而成型。5.1 5.1 概述概述（2 2）间歇式：）间歇式：柱塞式挤出机柱塞式挤出机借助柱塞压力，将事先塑化好的物料挤出口模借助柱塞压力，将事先塑化好的物料挤出口模而成型。而成型。5.2 5.2 挤出设备挤出设备 挤出设备一般是由挤出机、机头和口模、辅机挤出设备一般是由挤出机、机头和口模、辅机等几部分组成的。等几部分组成的。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机挤出机由挤出装置（螺杆和料筒）、传动机构挤出机由挤出装置（螺杆和料筒）、传动机构和加热冷却系统等主要部分组成。和加热冷却系统等主要部分组成。一、单螺杆挤出机一、单螺杆挤出机单螺杆挤出机是由一根阿基米德螺杆在加热的单螺杆挤出机是由一根阿基米德螺杆在加热的料筒中旋转构成的。大小一般用螺杆直径来表料筒中旋转构成的。大小一般用螺杆直径来表示。示。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机带动螺杆转动的部分。通常由电动机、减速带动螺杆转动的部分。通常由电动机、减速箱和轴承等组成。箱和轴承等组成。在挤出过程中，要求螺杆转速稳定，不随螺在挤出过程中，要求螺杆转速稳定，不随螺杆负荷的变化而变化，以保证制品质量均匀杆负荷的变化而变化，以保证制品质量均匀一致。一致。但在不同的场合下，又要求螺杆能变速，以但在不同的场合下，又要求螺杆能变速，以达到一台设备能适应挤出不同塑料或不同制达到一台设备能适应挤出不同塑料或不同制品的要求。品的要求。传动部分采整流子电动机、直流电动机等装置传动部分采整流子电动机、直流电动机等装置达到无级变速。达到无级变速。螺杆转速为：螺杆转速为：1010100100转转/分钟。分钟。设有良好的润滑系统和迅速制动的装置。设有良好的润滑系统和迅速制动的装置。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机供料一般采用粒料、粉料和带状料等几种。供料一般采用粒料、粉料和带状料等几种。装料设备通常使用锥形加料斗，其容积至少能装料设备通常使用锥形加料斗，其容积至少能容纳容纳1 1小时的用料。小时的用料。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流。料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流。侧面有视孔和标定计量的装置。侧面有视孔和标定计量的装置。有些料斗带有减压或加热装置、搅拌器、自动上有些料斗带有减压或加热装置、搅拌器、自动上料或加料装置。料或加料装置。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机挤出机的主要部件之一。挤出机的主要部件之一。为一金属圆筒，一般用耐温耐压、强度较高、为一金属圆筒，一般用耐温耐压、强度较高、坚固耐磨、耐腐的合金钢或内衬合金钢的复合坚固耐磨、耐腐的合金钢或内衬合金钢的复合钢筒制成。钢筒制成。塑料的塑化和加压过程都在其中进行。塑料的塑化和加压过程都在其中进行。外部设有分区加热和冷却装置。外部设有分区加热和冷却装置。加热：电阻、电感或其它方式。加热：电阻、电感或其它方式。冷却：风冷或水冷。冷却：风冷或水冷。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机挤出机的关键部件，直接关系到挤出机的应用挤出机的关键部件，直接关系到挤出机的应用范围和生产率。范围和生产率。通过螺杆的转动，对塑料产生挤压作用，塑料通过螺杆的转动，对塑料产生挤压作用，塑料在料筒中才能产生移动、增压和从摩擦取得部在料筒中才能产生移动、增压和从摩擦取得部分热量，塑料在移动过程中得到混合和塑化，分热量，塑料在移动过程中得到混合和塑化，粘流态的熔体在被压实而流经口模时，取得所粘流态的熔体在被压实而流经口模时，取得所需形状而成型。需形状而成型。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机由于塑料品种很多、性质各异，因此为适应加由于塑料品种很多、性质各异，因此为适应加工不同塑料的需要，螺杆的种类很多，结构上工不同塑料的需要，螺杆的种类很多，结构上也有差异，以便能对塑料产生较大的输送、挤也有差异，以便能对塑料产生较大的输送、挤压、混合和塑化作用。压、混合和塑化作用。表示螺杆结构特征的基本参数有直径、长径比、表示螺杆结构特征的基本参数有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等。筒的间隙等。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机（1 1）螺杆的直径（）螺杆的直径（D D）长径比（）长径比（L/D L/D）5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机 螺杆直径（螺杆直径（D D）根据所制制品的形状、大小及需要的生产率来根据所制制品的形状、大小及需要的生产率来决定的。决定的。一般一般4545150mm150mm，螺杆直径增大，加工能力提，螺杆直径增大，加工能力提高，挤出机的生产率与螺杆直径高，挤出机的生产率与螺杆直径D D的平方成正的平方成正比。比。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机 长径比（长径比（L/DL/D）螺杆工作部分有效长度与直径之比。螺杆工作部分有效长度与直径之比。通常为通常为18182525。L/DL/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机的生产能力。的生产能力。L/DL/D大，螺杆适应能力强，能用于多种塑料的挤大，螺杆适应能力强，能用于多种塑料的挤出。出。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机但但L/DL/D过大，使塑料受热时间增长而降解；过大，使塑料受热时间增长而降解；螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，引起料筒与螺杆间擦伤，使制造引起料筒与螺杆间擦伤，使制造 加工困难，增大功率消耗。加工困难，增大功率消耗。过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。（2 2）螺旋角（）螺旋角（）螺纹与螺杆横断面的夹角。螺纹与螺杆横断面的夹角。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机随随 增大，挤出机的生产能力提高，但剪切作用增大，挤出机的生产能力提高，但剪切作用和挤压力减小和挤压力减小通常在通常在10103030之间。之间。等距螺杆：螺距等于直径，等距螺杆：螺距等于直径，17 415.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机（3 3）压缩比）压缩比螺杆加料段最初一个螺槽容积与均化段最后一螺杆加料段最初一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。个螺槽容积之比。表示塑料通过螺杆全长范围时被压缩的倍数。表示塑料通过螺杆全长范围时被压缩的倍数。压缩比愈大，塑料受到的挤压作用愈大压缩比愈大，塑料受到的挤压作用愈大螺槽浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有螺槽浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有利于料筒壁和物料间的传热，物料混合和塑化利于料筒壁和物料间的传热，物料混合和塑化的效率高，但生产率降低。的效率高，但生产率降低。螺槽深时，情况相反。螺槽深时，情况相反。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机因此，热敏性塑料，宜用深螺槽螺杆（如因此，热敏性塑料，宜用深螺槽螺杆（如PVCPVC）；）；熔体粘度高，热稳定性较高的塑料，宜用浅螺熔体粘度高，热稳定性较高的塑料，宜用浅螺槽螺杆（如槽螺杆（如PAPA）。）。（4 4）螺杆的结构形式）螺杆的结构形式5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机渐变型：等距不等深渐变型：等距不等深5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机渐变型：等深不等距渐变型：等深不等距5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机突变型突变型5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机鱼雷头螺杆鱼雷头螺杆5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机（5 5）螺杆各段的功能）螺杆各段的功能物料沿螺杆前移时，经历着温度、压力、粘度物料沿螺杆前移时，经历着温度、压力、粘度等的变化，这种变化在螺杆全长范围内是不同等的变化，这种变化在螺杆全长范围内是不同的，根据物料的变化特征，将螺杆分为以下三的，根据物料的变化特征，将螺杆分为以下三段：段：加（送）料段加（送）料段将料斗供给的料送往压缩段。将料斗供给的料送往压缩段。塑料在移动过程中，一般保持固体状态，由于塑料在移动过程中，一般保持固体状态，由于受热而部分熔化。受热而部分熔化。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机挤出结晶聚合物最长，硬性无定形聚合物次之，挤出结晶聚合物最长，硬性无定形聚合物次之，软性无定形聚合物最短。软性无定形聚合物最短。螺槽容积可以保持不变。螺槽容积可以保持不变。压缩段（迁移段、过渡段）压缩段（迁移段、过渡段）压实物料，使物料由固体转为熔融体，并排除压实物料，使物料由固体转为熔融体，并排除物料中的空气。物料中的空气。为适应将物料压实，将气体推回加料段和物料为适应将物料压实，将气体推回加料段和物料熔化时体积减小等特点，本段应对塑料产生较熔化时体积减小等特点，本段应对塑料产生较大的剪切作用和压缩，通常使螺槽容积逐渐缩大的剪切作用和压缩，通常使螺槽容积逐渐缩减，缩减的程度由塑料的压缩率决定。减，缩减的程度由塑料的压缩率决定。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机 均化段（计量段）均化段（计量段）将熔融的物料，定容（定量）定压地送入机头将熔融的物料，定容（定量）定压地送入机头使其在口模中成型。使其在口模中成型。螺槽容积恒定不变。螺槽容积恒定不变。为避免物料因滞留在螺杆头端面死角处引起分为避免物料因滞留在螺杆头端面死角处引起分解，螺杆头部常设计成锥形或半圆形。解，螺杆头部常设计成锥形或半圆形。有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体，有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体，称为称为“鱼雷头鱼雷头”，但也有刻上凹槽或铣刻成花，但也有刻上凹槽或铣刻成花纹的。纹的。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动脉冲现鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动脉冲现象的作用，并能增大物料的压力，降低料层厚象的作用，并能增大物料的压力，降低料层厚度，改善加热状况，且能进一步提高螺杆塑化度，改善加热状况，且能进一步提高螺杆塑化效率。效率。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体转变机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并为平行直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并将熔体均匀而平稳地导入口模，赋予必要的成将熔体均匀而平稳地导入口模，赋予必要的成型压力，使塑料易于成型和取得制品密实。型压力，使塑料易于成型和取得制品密实。口模为具有一定截面形状的通道，塑料熔体在口模为具有一定截面形状的通道，塑料熔体在口模中流动时取得所需形状，并被口模外的定口模中流动时取得所需形状，并被口模外的定型装置和冷却系统冷却硬化而成型。型装置和冷却系统冷却硬化而成型。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机机头与口模的组成部件包括过滤网、多孔板、机头与口模的组成部件包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等部件。分流器、模芯、口模和机颈等部件。（1 1）圆孔口模）圆孔口模挤出塑料圆棒、单丝和造粒。挤出塑料圆棒、单丝和造粒。具有圆形出口的横截面。具有圆形出口的横截面。典型的一维流动，同心圆上的轴向流速是相同。典型的一维流动，同心圆上的轴向流速是相同。（2 2）扁平口模）扁平口模挤出法生产平膜和片材。挤出法生产平膜和片材。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机出口具有狭缝形的横截面。出口具有狭缝形的横截面。具有分配腔具有分配腔直管式口模：聚烯烃、聚酯直管式口模：聚烯烃、聚酯鱼尾形口模：无死角，熔体粘度鱼尾形口模：无死角，熔体粘度 高，热稳定性差高，热稳定性差衣架式口模：停留时间一致，硬衣架式口模：停留时间一致，硬 PVC PVC5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机（3 3）环形口模）环形口模挤出管子、管状薄膜、吹塑用型坯、涂布电线。挤出管子、管状薄膜、吹塑用型坯、涂布电线。出口具有环形截面。出口具有环形截面。由口模套和芯模组成，有由口模套和芯模组成，有支架式支架式直角式直角式螺旋芯模式螺旋芯模式储料缸式储料缸式5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机（4 4）异形口模）异形口模异型制品（型材）：从任一口模（异形口模）异型制品（型材）：从任一口模（异形口模）挤出而得到具有不规则截面的半成品。挤出而得到具有不规则截面的半成品。有中空和开放式两大类。有中空和开放式两大类。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机二、双螺杆挤出机二、双螺杆挤出机指在一根两相连孔道组成指在一根两相连孔道组成截面的料筒内由两截面的料筒内由两根相互啮合或相切的螺杆组成的挤出装置。根相互啮合或相切的螺杆组成的挤出装置。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机双螺杆结构设计的差别：双螺杆结构设计的差别：（1 1）啮合还是非啮合；）啮合还是非啮合；（2 2）对啮合螺杆：同向转动还是反向转动；）对啮合螺杆：同向转动还是反向转动；（3 3）螺杆是圆柱形还是锥形；）螺杆是圆柱形还是锥形；（4 4）压缩比的实现是靠：螺纹高度或导程；）压缩比的实现是靠：螺纹高度或导程；根径由小变大或外根径由小变大或外 径由大变小；径由大变小；螺纹头数变化。螺纹头数变化。（5 5）螺杆是整体的还是组合的。）螺杆是整体的还是组合的。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机螺杆类型：螺杆类型：（1 1）ColomboColombo螺杆：螺杆：螺杆分为三段，每一段有一混合室。螺杆分为三段，每一段有一混合室。加料段的外径和螺距最大；加料段的外径和螺距最大；压缩段次之；压缩段次之；均化段为最小。均化段为最小。同一段中，螺杆是等径等距的。同一段中，螺杆是等径等距的。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机（2 2）锥形双螺杆）锥形双螺杆向外反向转动。向外反向转动。从加料段到计量段，螺杆的外径和根径均匀从加料段到计量段，螺杆的外径和根径均匀地由大到小变化。地由大到小变化。螺杆各部分的长度、螺纹头数、螺槽数、螺螺杆各部分的长度、螺纹头数、螺槽数、螺棱宽度、螺棱形状等均有变化。棱宽度、螺棱形状等均有变化。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机（3 3）组合型双螺杆）组合型双螺杆由不同数目的具有不同功能的螺杆元件按一定由不同数目的具有不同功能的螺杆元件按一定要求和顺序装到带导键或三角形芯轴上组合而要求和顺序装到带导键或三角形芯轴上组合而成的。成的。可以连续输送、塑化、均化、加压、排气。可以连续输送、塑化、均化、加压、排气。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机（4 4）非啮合型双螺杆）非啮合型双螺杆类似两根平行单螺杆在料筒中转动，但两根类似两根平行单螺杆在料筒中转动，但两根螺杆反向转动并相切。螺杆反向转动并相切。分为单阶和双阶两种形式。分为单阶和双阶两种形式。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机三、挤出机的辅助设备三、挤出机的辅助设备1.1.原料输送、干燥等预处理设备；原料输送、干燥等预处理设备；2.2.定型和冷却设备，如定型装置、水冷却装置、定型和冷却设备，如定型装置、水冷却装置、空气冷却装置；空气冷却装置；3.3.用于连续地、平稳地将制品接出的可调速牵用于连续地、平稳地将制品接出的可调速牵引装置；引装置；4.4.成品切断和辊卷装置；成品切断和辊卷装置；5.5.控制设备等。控制设备等。5.2.1 5.2.1 螺杆挤出机螺杆挤出机四、挤出机的一般操作方法四、挤出机的一般操作方法1.1.开车前准备的工作；开车前准备的工作；2.2.机器运行开始的工作；机器运行开始的工作；3.3.停车时的工作；停车时的工作；4.4.清理设备。清理设备。注意：电、热、机械转动、笨重部件装卸等。注意：电、热、机械转动、笨重部件装卸等。5.3 5.3 单螺杆挤出原理单螺杆挤出原理5.3.1 5.3.1 固体输送固体输送以固体对固体的摩擦力静平衡为基础。以固体对固体的摩擦力静平衡为基础。假设：假设：（1 1）物料与螺槽和料筒内壁所有边紧密接触，形）物料与螺槽和料筒内壁所有边紧密接触，形成固体塞或固体床，并以恒定的速率移动；成固体塞或固体床，并以恒定的速率移动；（2 2）略去螺棱与料筒的间隙，物料重力和密度变）略去螺棱与料筒的间隙，物料重力和密度变化等的影响；化等的影响；5.3.1 5.3.1 固体输送固体输送（3 3）螺槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度）螺槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度的函数，摩擦系数与压力无关；的函数，摩擦系数与压力无关；（4 4）螺槽中固体物料像弹性固体塞一样移动，）螺槽中固体物料像弹性固体塞一样移动，受周围的螺杆和料筒表面之间的摩擦力控制，受周围的螺杆和料筒表面之间的摩擦力控制，只有物料与螺杆之间的摩擦力小于物料与料只有物料与螺杆之间的摩擦力小于物料与料筒之间的摩擦力时物料才能沿轴向前进，否筒之间的摩擦力时物料才能沿轴向前进，否则物料将与螺杆一起转动。则物料将与螺杆一起转动。5.3.1 5.3.1 固体输送固体输送P P：螺槽中体系的压力；：螺槽中体系的压力；AbAb、AsAs：固体塞与料筒和螺杆间的压力；：固体塞与料筒和螺杆间的压力；fbfb、fsfs：摩擦系数；：摩擦系数；FbFb、FsFs：摩擦力。：摩擦力。5.3.1 5.3.1 固体输送固体输送固体输送率固体输送率QsQs：RsRs、RbRb：螺槽底部和顶部半径；：螺槽底部和顶部半径；e:e:螺棱宽度；螺棱宽度；a a：平均螺旋角；：平均螺旋角；i:i:螺纹头数。螺纹头数。5.3.1 5.3.1 固体输送固体输送5.3.1 5.3.1 固体输送固体输送则：则：N N：螺杆转数；：螺杆转数；b b：料筒表面处的螺旋角；：料筒表面处的螺旋角；DbDb：螺杆外径；：螺杆外径；HfHf：螺槽深度。：螺槽深度。5.3.1 5.3.1 固体输送固体输送可见：固体输送率与螺杆的几何尺寸和移动可见：固体输送率与螺杆的几何尺寸和移动角角 有关。有关。通常通常 在在0 0 90 90范围，范围，0 0时，时，QsQs为零，为零，9090时，时，QsQs为最大。为最大。5.3.1 5.3.1 固体输送固体输送因此，为了增大输送量，可以采取以下措施：因此，为了增大输送量，可以采取以下措施：（1 1）螺杆直径不变时，增大螺槽宽度）螺杆直径不变时，增大螺槽宽度（2 2）减小聚合物与螺杆的摩擦系数）减小聚合物与螺杆的摩擦系数fsfs（3 3）增大聚合物与料筒的摩擦系数）增大聚合物与料筒的摩擦系数fbfb，如：料筒，如：料筒 内开设纵向沟槽；锥形开槽料筒内开设纵向沟槽；锥形开槽料筒（4 4）减小螺旋角）减小螺旋角 b b，使，使 为最大为最大（5 5）从工艺角度上考虑送料段料筒和螺杆的温度）从工艺角度上考虑送料段料筒和螺杆的温度5.3.2 5.3.2 固体熔化固体熔化塑料在挤出机中的塑化过程是很复杂的。塑料在挤出机中的塑化过程是很复杂的。本色塑料本色塑料着色塑料（着色塑料（3 35 5）加热加热挤出挤出稳态稳态停车停车迅速冷却迅速冷却塑料凝固塑料凝固剥下塑料进行分析剥下塑料进行分析5.3.2 5.3.2 固体熔化固体熔化由实验观察到在一个螺槽中固体物料的熔化由实验观察到在一个螺槽中固体物料的熔化过程：过程：与料筒表面接触的固体粒子，由于料筒的传与料筒表面接触的固体粒子，由于料筒的传导热和摩擦热的作用，首先熔化，并形成一导热和摩擦热的作用，首先熔化，并形成一层薄膜，层薄膜，称为熔膜称为熔膜。这些不断熔融的物料，在螺杆与料筒的相对这些不断熔融的物料，在螺杆与料筒的相对运动下，不断向螺纹推进面汇集，从而形成运动下，不断向螺纹推进面汇集，从而形成漩涡状的流动区，漩涡状的流动区，称为溶池称为溶池。5.3.2 5.3.2 固体熔化固体熔化在溶池的前边充满着受热软化和半熔融后粘结在溶池的前边充满着受热软化和半熔融后粘结在一起的固体粒子和尚未完全熔结和温度较低在一起的固体粒子和尚未完全熔结和温度较低的固体粒子，的固体粒子，统称为固体床统称为固体床。沿螺槽前移的过程中，固体床宽度逐渐减小，沿螺槽前移的过程中，固体床宽度逐渐减小，直至全部消失。直至全部消失。从熔化开始到固体床的宽度下降到零的总长度，从熔化开始到固体床的宽度下降到零的总长度，称为熔化区的长度称为熔化区的长度。一般的，熔化速率越高，。一般的，熔化速率越高，熔化长度越短。熔化长度越短。5.3.2 5.3.2 固体熔化固体熔化综上可知：综上可知：5.3.3 5.3.3 熔体输送熔体输送一、简化的流动方程一、简化的流动方程（1 1）正流）正流沿着沿着5.4 5.4 单螺杆结构设计的改进单螺杆结构设计的改进一、排气式螺杆一、排气式螺杆可连续从聚合物中抽出挥发物、单体、低聚物、可连续从聚合物中抽出挥发物、单体、低聚物、缩聚反应物、配料时的挥发组分、水分。缩聚反应物、配料时的挥发组分、水分。在料筒上设置一个或多个排气孔。在料筒上设置一个或多个排气孔。二、屏障型螺杆二、屏障型螺杆在压缩段的螺纹旁再加一道辅助螺纹，将主螺在压缩段的螺纹旁再加一道辅助螺纹，将主螺纹的前缘分为熔体槽，后缘分为固体槽，实现纹的前缘分为熔体槽，后缘分为固体槽，实现熔体与固体的分离。熔体与固体的分离。5.4 5.4 单螺杆结构设计的改进单螺杆结构设计的改进MaileferMailefer螺杆螺杆5.4 5.4 单螺杆结构设计的改进单螺杆结构设计的改进BarrBarr螺杆螺杆5.4 5.4 单螺杆结构设计的改进单螺杆结构设计的改进KimKim螺杆螺杆5.4 5.4 单螺杆结构设计的改进单螺杆结构设计的改进三、销钉型螺杆三、销钉型螺杆在靠近熔化段末端到计量段这一区间设置一组在靠近熔化段末端到计量段这一区间设置一组或几组起混合作用的销钉。或几组起混合作用的销钉。使料流发生搅动，产生局部的高剪切以增进固使料流发生搅动，产生局部的高剪切以增进固体粒子的熔化；有利于内压力提高，保证螺槽体粒子的熔化；有利于内压力提高，保证螺槽被充满和压实。被充满和压实。缺点：产率减少，熔体温度提高。缺点：产率减少，熔体温度提高。5.4 5.4 单螺杆结构设计的改进单螺杆结构设计的改进四、波型螺杆四、波型螺杆螺槽根部是偏心的，偏心部位沿轴向按螺旋形螺槽根部是偏心的，偏心部位沿轴向按螺旋形移动。移动。轴向波型螺杆，带有辅助螺纹。轴向波型螺杆，带有辅助螺纹。5.4 5.4 单螺杆结构设计的改进单螺杆结构设计的改进五、混合螺杆五、混合螺杆1.1.分配混合元件：密集的销钉、沟槽、凹穴等。分配混合元件：密集的销钉、沟槽、凹穴等。2.2.分散混合元件：剪切元件。分散混合元件：剪切元件。5.5 5.5 双螺杆挤出原理双螺杆挤出原理5.5.1 5.5.1 分类分类R.ErdmergerR.Erdmerger从理论上将双螺杆分为从理论上将双螺杆分为1212类：类：5.5.1 5.5.1 分类分类1.1.横向开口：指垂直螺棱方向，物料能越过螺横向开口：指垂直螺棱方向，物料能越过螺棱，在一根螺杆的各个螺棱之间进行物料交换。棱，在一根螺杆的各个螺棱之间进行物料交换。2.2.纵向开口：指自加料口到口模有一通道，物纵向开口：指自加料口到口模有一通道，物料从一根螺杆流往另一根螺杆。料从一根螺杆流往另一根螺杆。3.3.非啮合双螺杆在纵、横向都是开口的。非啮合双螺杆在纵、横向都是开口的。4.4.全啮合、反向转动的双螺杆在纵、横向都是全啮合、反向转动的双螺杆在纵、横向都是闭合的，不考虑机械间隙，能形成封闭室。闭合的，不考虑机械间隙，能形成封闭室。5.5.1 5.5.1 分类分类6.6.捏合盘在纵向、横向都是开口的。捏合盘在纵向、横向都是开口的。7.7.部分啮合的双螺杆，要区分纵向开口和横向部分啮合的双螺杆，要区分纵向开口和横向封闭系统与纵、横向开口系统。封闭系统与纵、横向开口系统。5.5.全啮合、同向转动的双螺杆是纵向开口、横全啮合、同向转动的双螺杆是纵向开口、横向封闭的。向封闭的。5.5.2 5.5.2 反向啮合型双螺杆挤出机反向啮合型双螺杆挤出机封闭式反向转动啮合（封闭式反向转动啮合（CICTCICT）型双螺杆挤出）型双螺杆挤出机的螺杆几何形状：机的螺杆几何形状：5.5.2 5.5.2 反向啮合型双螺杆挤出机反向啮合型双螺杆挤出机特点：特点：两根螺杆螺槽间的开口是很小的；两根螺杆螺槽间的开口是很小的；具有滚压式啮合，啮合区的螺杆速度都在同一具有滚压式啮合，啮合区的螺杆速度都在同一个方向；个方向；进入啮合区的物料有强制通过该啮合区的倾向。进入啮合区的物料有强制通过该啮合区的倾向。5.5.2 5.5.2 反向啮合型双螺杆挤出机反向啮合型双螺杆挤出机适用范围：适用范围：CICTCICT挤出机一般适合在低速下运行。挤出机一般适合在低速下运行。CICTCICT挤出机的最大允许螺杆速度是机器正位挤出机的最大允许螺杆速度是机器正位移输送特性的良好指标。移输送特性的良好指标。低的最大螺杆转速：低的最大螺杆转速：202040r/min40r/min，型材挤出；，型材挤出；高的最大螺杆转速：高的最大螺杆转速：100100200r/min200r/min，配料、，配料、连续化学反应和特定聚合物加工。连续化学反应和特定聚合物加工。5.5.2 5.5.2 反向啮合型双螺杆挤出机反向啮合型双螺杆挤出机假设螺槽被物料完全充满而且无漏流，则假设螺槽被物料完全充满而且无漏流，则CICTCICT挤出机的挤出机的理论最大产量为：理论最大产量为：i:i:平行螺纹数；平行螺纹数；：C C形室的体积；形室的体积；N N：螺杆转数。：螺杆转数。实际上存在着漏流：实际上存在着漏流：（1 1）螺棱漏流，）螺棱漏流，QfQf（2 2）压沿漏流，）压沿漏流，QcQc（3 3）侧面漏流，）侧面漏流，QsQs（4 4）四面体漏流，）四面体漏流，QtQt则实际产量为：则实际产量为：5.5.2 5.5.2 反向啮合型双螺杆挤出机反向啮合型双螺杆挤出机5.5.3 5.5.3 同向、啮合型双螺杆挤出机同向、啮合型双螺杆挤出机有低速和高速两种，低速同向转动双螺杆挤出机适于有低速和高速两种，低速同向转动双螺杆挤出机适于型材挤出；高速挤出机适于特定聚合物的加工作业。型材挤出；高速挤出机适于特定聚合物的加工作业。一、封闭式啮合型挤出机一、封闭式啮合型挤出机封闭式啮合螺杆（封闭式啮合螺杆（CICOCICO）的几何形状：其中一根螺杆）的几何形状：其中一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽而且紧密配合，即共扼的螺纹插入另一根螺杆的螺槽而且紧密配合，即共扼螺杆轮廓。螺杆轮廓。5.5.2 5.5.2 反向啮合型双螺杆挤出机反向啮合型双螺杆挤出机特点：特点：两根螺杆的螺槽之间存在着相当大的开口；两根螺杆的螺槽之间存在着相当大的开口；具有滑动式啮合，啮合区螺杆的速度是相反的；具有滑动式啮合，啮合区螺杆的速度是相反的；物料呈物料呈8 8字形运动，同时沿轴向运动；字形运动，同时沿轴向运动；CICOCICO型挤出机物型挤出机物料在进入啮合区料在进入啮合区处产生高的压力，处产生高的压力，因此必须在低速因此必须在低速下运转。下运转。5.5.2 5.5.2 反向啮合型双螺杆挤出机反向啮合型双螺杆挤出机二、自洁式挤出机二、自洁式挤出机高速同向挤出机（高速同向挤出机（CSCOCSCO），具有封闭式匹配的螺纹轮），具有封闭式匹配的螺纹轮廓，从一个螺槽到相邻螺槽有颇大的开口。廓，从一个螺槽到相邻螺槽有颇大的开口。具有封闭式自洁作用。具有封闭式自洁作用。特点：特点：啮合区不产生的压力啮合区不产生的压力降，可以高速运转：降，可以高速运转：600r/min600r/min，不适于直，不适于直接挤出型材，物料大接挤出型材，物料大部分按部分按8 8字形运动。字形运动。5.5.3 5.5.3 非啮合型双螺杆挤出机非啮合型双螺杆挤出机NOCTNOCT，反向转动的非啮合型双螺杆。其输送与，反向转动的非啮合型双螺杆。其输送与单螺杆相似，差别在于物料从一根螺杆到另一单螺杆相似，差别在于物料从一根螺杆到另一根螺杆。根螺杆。主要用于共混、排气和化学反应。主要用于共混、排气和化学反应。5.6 5.6 挤出成型工艺与过程挤出成型工艺与过程通常的程序：通常的程序：成型物料预处理成型物料预处理挤出造型挤出造型制品的定型与冷却制品的定型与冷却制品的牵引与卷取（切割）制品的牵引与卷取（切割）后处理后处理包装包装一、一、成型物料预处理成型物料预处理通常包括干燥、预热、着色、混入各种添加剂和废品的回通常包括干燥、预热、着色、混入各种添加剂和废品的回收利用等。收利用等。水分：影响挤出过程的正常进行和制品的质量。制品出现水分：影响挤出过程的正常进行和制品的质量。制品出现气泡、表面晦暗、物理机械性能下降、甚至无法挤出。气泡、表面晦暗、物理机械性能下降、甚至无法挤出。控制含水量控制含水量0.50.5以下。同时不含有任何可见杂质。以下。同时不含有任何可见杂质。5.6 5.6 挤出成型工艺与过程挤出成型工艺与过程二、挤出成型二、挤出成型挤出过程中螺杆转数、料筒压力、温度应视具体情况挤出过程中螺杆转数、料筒压力、温度应视具体情况而加以调整。而加以调整。1.1.物料温度：来源于料筒加热物料温度：来源于料筒加热器和螺杆对物料的剪切。器和螺杆对物料的剪切。5.6 5.6 挤出成型工艺与过程挤出成型工艺与过程料温升高：粘度降低，利于塑化；料温升高：粘度降低，利于塑化；熔体流量大，出料加快，机头和口模温度过熔体流量大，出料加快，机头和口模温度过 高，挤出物形状稳定性差，制品收缩率增加，高，挤出物形状稳定性差，制品收缩率增加，甚至制品发黄、出现气泡。甚至制品发黄、出现气泡。挤出不能正常进行。挤出不能正常进行。温度降低：熔体粘度大，机头压力增加，制品密实、温度降低：熔体粘度大，机头压力增加，制品密实、形状稳定性好，但离模膨胀严重，应适当形状稳定性好，但离模膨胀严重，应适当 增大牵引速度。增大牵引速度。料温过低：塑化较差，功率消耗增加。料温过低：塑化较差，功率消耗增加。口模与模芯温差过大：挤出制品出现向内或向外翻或口模与模芯温差过大：挤出制品出现向内或向外翻或 扭歪情况。扭歪情况。5.6 5.6 挤出成型工艺与过程挤出成型工艺与过程2.2.增大螺杆的转速：强化对物料的剪切作用，利于增大螺杆的转速：强化对物料的剪切作用，利于物料的混合和塑化，提高物料的压力。物料的混合和塑化，提高物料的压力。5.6 5.6 挤出成型工艺与过程挤出成型工艺与过程三、制品的定型与冷却三、制品的定型与冷却热塑性塑料挤出制品，在离开机头口模后，应进行热塑性塑料挤出制品，在离开机头口模后，应进行冷却定型。冷却定型。定型不及时，自身重力作用下，会发生形变。定型不及时，自身重力作用下，会发生形变。大多数情况下定型与冷却往往同时进行。大多数情况下定型与冷却往往同时进行。挤出管材和各种异型材时才有定型过程，挤出薄膜、挤出管材和各种异型材时才有定型过程，挤出薄膜、单丝、线缆包覆物等不需定型。挤出板材和片材时，单丝、线缆包覆物等不需定型。挤出板材和片材时，有时还通过一对压辊压平，也有定型和冷却作用。有时还通过一对压辊压平，也有定型和冷却作用。5.6 5.6 挤出成型工艺与过程挤出成型工艺与过程四、牵引（拉伸）和热处理四、牵引（拉伸）和热处理制品从口模挤出后，产生离模膨胀，挤出物尺寸和形制品从口模挤出后，产生离模膨胀，挤出物尺寸和形状发生改变。重量增大、不引出、造成堵塞、生产停状发生改变。重量增大、不引出、造成堵塞、生产停滞、破坏挤出连续性，后面挤出物变形。滞、破坏挤出连续性，后面挤出物变形。常用管材牵引设备：滚轮式、履带式。常用管材牵引设备：滚轮式、履带式。牵引速度应与挤出速度很快地配合，且速度均匀。牵引速度应与挤出速度很快地配合，且速度均匀。一般牵引速度大于挤出速度，以消除离模膨胀。一般牵引速度大于挤出速度，以消除离模膨胀。有些制品需热处理：如由狭缝扁平口模直接挤出片有些制品需热处理：如由狭缝扁平口模直接挤出片材经拉伸而得的薄膜，以减小热收缩率，提高尺寸材经拉伸而得的薄膜，以减小热收缩率，提高尺寸稳定性。稳定性。五、合格制品按要求进行切割或卷取五、合格制品按要求进行切割或卷取5.7 5.7 挤出成型的发展趋势挤出成型的发展趋势1.1.大型化：大型化：单螺杆挤出机的单螺杆挤出机的L/DL/D可达可达4242；螺杆直径可达；螺杆直径可达300300420mm420mm，甚至达，甚至达750mm750mm；多螺杆挤出机直径可达；多螺杆挤出机直径可达600mm600mm（卧式），（卧式），300mm300mm（立式），长度可达（立式），长度可达875mm875mm。2.2.高挤出速度：高挤出速度：直径直径6565的挤出机螺杆转速高达的挤出机螺杆转速高达8008001000r/min1000r/min。3.3.多效能：多效能：以挤出机为主机，加上辅机，可生产多种以挤出机为主机，加上辅机，可生产多种制品。制品。4.4.自动化：自动化：挤出温度及压力等工艺条件采用挤出温度及压力等工艺条件采用PID PID（比（比例、积分、微分）测控等。例、积分、微分）测控等。5.5.连续化：连续化：从粉料开始直到制品实现全自动化连续流水从粉料开始直到制品实现全自动化连续流水线。线。5.8 5.8 几种制品的挤出工艺几种制品的挤出工艺5.8.1 5.8.1 管材的挤出管材的挤出挤出管材所用设备有挤出机、机头、定型装置、冷却挤出管材所用设备有挤出机、机头、定型装置、冷却槽、牵引设备、切断设备以及扩口设备等。槽、牵引设备、切断设备以及扩口设备等。1.1.机头和口模机头和口模大体上分为：大体上分为：偏移式：内径尺寸要求准确的生产偏移式：内径尺寸要求准确的生产直通式：常用。直通式：常用。挤出机挤出的熔融塑料进入机头由芯模及口模外套所挤出机挤出的熔融塑料进入机头由芯模及口模外套所构成的环隙通道流出后即成为管状物。构成的环隙通道流出后即成为管状物。5.8.1 5.8.1 管材的挤出管材的挤出5.8.1 5.8.1 管材的挤出管材的挤出挤出的管状物首先应通过定型装置，使之冷却变硬而挤出的管状物首先应通过定型装置，使之冷却变硬而定型。定型。定型方法：定型方法：（1 1）外径定型：在管状物外壁和定径套内壁紧密接）外径定型：在管状物外壁和定径套内壁紧密接触的情况下进行冷却而实现的。结构简单、操作方便，触的情况下进行冷却而实现的。结构简单、操作方便，为我国普遍采用。为我国普遍采用。（2 2）内径定型：是将定径套的冷却水管从芯棒处伸）内径