成型工艺学第三章塑料的挤出成型工艺.ppt

第三章第三章 塑料挤出成型工艺塑料挤出成型工艺第一节概述第二节挤出机第三节挤出成型原理第四节几种制品的挤出成型工艺第三章第三章塑料的挤出成型工艺塑料的挤出成型工艺第一节第一节概述概述一一.挤出成型挤出成型：借助于螺杆的旋转挤压作用，使受热熔融塑化的塑料在压力推动下连续通过机头口模，经冷却定型而得到具有特定断面形状的连续制品的成型方法。二二.挤出成型在塑料成型加工工业中的地位挤出成型在塑料成型加工工业中的地位1.挤出成型塑料制品产量约占总产量的50%，挤出成型设备产量约占塑料成型机械总产量的30%。2.几乎所有的热塑性塑料和一些热固性塑料均可用挤出机成型（如酚醛塑料、脲醛塑料等）。3.挤出成型制品多。（1）.管、棒、膜、丝、板、网、带等。（2）.各种异型材，如楼梯扶手、塑料门窗等。（3）.中空制品，如桶、灯笼、包装容器等。（4）.电线、电缆等。（5）.为压延成型喂料，造粒等。三三.挤出成型的主要特点挤出成型的主要特点：1设备投资少，便于土法上马。2连续化生产，自动化程度高，生产效率高。3产品质量均匀、紧密。4.操作简单，工艺控制容易，可以一机多用。四四.挤出成型发展趋势挤出成型发展趋势1.大型化、高挤出速度、多效能、自动化、连续化。2.复合共挤出、异型共挤出、挤出发泡等。第二节第二节挤出机挤出机一一单螺杆挤出机主要参数单螺杆挤出机主要参数二二单螺杆挤出机主要类型单螺杆挤出机主要类型三三单螺杆挤出机主要构造单螺杆挤出机主要构造四四双螺杆挤出机简介双螺杆挤出机简介第二节第二节挤出机挤出机一一、单螺杆挤出机的主要参数单螺杆挤出机的主要参数1螺杆长径比（螺杆长径比（L/D）指指螺杆的有效长度（有螺纹部分长度）与螺杆外径之比。L：螺杆有效长度；D：螺杆外径。2.转速范围：转速范围：（nmaxnmin，转/分）3产率：产率：Q（Kg/h）与挤出机型号有关。4.电机功率电机功率(N)：单位为千瓦。5.加热功率加热功率(E)：单位为千瓦。6.加热段数加热段数(B)：多为三段加热，也有56段加热的。7机器中心高机器中心高(H)：螺杆中心线距地面的距离。二、单螺杆挤出机的规格型号二、单螺杆挤出机的规格型号1原一机部标准原一机部标准：（JB129173）（1）SJX（90）：表示螺杆外径为x（90）mm的单螺杆塑料（S）挤出机（J）。如经多次改型，则表示为SJX（90）A、B、C。系列产品有SJ30（45、65、90、120、150、200、250）（2）SJZ：表示塑料挤出造粒机。：表示塑料挤出造粒机。（3）JWY（250）：表示螺杆外径为Y（250）mm的喂料挤出机。2轻工部标准轻工部标准(82年苏州会议).。SJ15025（DL/D）：表示螺杆外径为150mm，螺杆长径比为25的塑料挤出机。2轻工部标准轻工部标准(82年苏州会议).。SJ15025（DL/D）：表示螺杆外径为150mm，螺杆长径比为25的塑料挤出机。三三单螺杆挤出机的基本结构：单螺杆挤出机的基本结构：单螺杆挤出机是目前应用最广泛的挤出机，其结构如图361所示。图图361单螺杆挤出机结构示意图单螺杆挤出机结构示意图1机座机座2电动机电动机3传动装置传动装置4料斗料斗5料斗冷却区料斗冷却区6料筒料筒7料筒加热器料筒加热器8热电偶控温点热电偶控温点9螺杆螺杆10过滤网及多孔板过滤网及多孔板11机头加热器机头加热器12机头机头13挤出物挤出物1螺杆：螺杆：（1）螺杆的主要参数）螺杆的主要参数：D：螺杆外径；d：螺杆根径；L：螺杆长度；：螺距；：螺槽宽度；：压缩比：螺纹宽度；：螺槽深度；：螺旋角；/D：长径比。图图363螺杆结构的主要参数螺杆结构的主要参数（2）螺杆的分段）螺杆的分段图图362几种螺杆的结构形式几种螺杆的结构形式1渐变型渐变型(等距不等深等距不等深)2渐变型渐变型(等深不等距等深不等距)3突变型突变型4鱼雷头螺杆鱼雷头螺杆加料段（固体输送段加料段（固体输送段）压缩段（熔融段）压缩段（熔融段）计量段（均化段）计量段（均化段）(3)螺杆的分类螺杆的分类.等距不等深螺杆等距不等深螺杆:A.特特点点:a.h1、h3不变，h1h3，t不变，只是h2变小，以获得对物料的压实。b.h1大，进料易，产率Q高，但螺杆易折断。.原原因因：加料段负荷大，d小，强度低，所以不能太大。c.因t不变，则传热面积不变，对物料输送、传热、塑化有利，机加工方便。所以应用最广泛。B.分类：分类：a.渐变型渐变型:h2是逐渐变小的,压缩段较长。头部压力稳定,料流稳定,制品质量好。主要适用PVC等非晶高聚物、(熔程较宽的结晶高聚物)。原因原因：由玻璃态向粘流态转变时，高弹态范围较宽。b.突变型突变型:h2突然变小,压缩段很短,只有12D。L3较长。（使熔体更为均匀）主要适用于聚酰胺、聚乙烯等结晶高聚物。c.鱼雷头型螺杆鱼雷头型螺杆:特特点点：计量段没有螺纹，剪切作用大，塑化效果好。（但易使物料分解）适用范围适用范围：PS、PE、PA、PMMA、PDVC等。.等深不等距螺杆等深不等距螺杆：A.计量段计量段h3太大，塑化效果不好太大，塑化效果不好。原因：原因：螺槽越深，物料受到的剪切作用越小。B.传热面积减小，不利于传热、塑化传热面积减小，不利于传热、塑化。原因原因：因为螺距变小了。C.生产率生产率Q降低，料流不稳定。降低，料流不稳定。D.适用于适用于L/D大的小型挤出机大的小型挤出机。原因原因：因加料段d较大，螺杆强度高。.几种新型螺杆几种新型螺杆：A屏障型螺杆屏障型螺杆：在熔融段的螺纹旁再加一道辅助螺纹，将主螺槽分为熔体槽和固体槽两部分。B销钉螺杆销钉螺杆：在熔融段的末端及计量段，设置一组或几组销钉。C波纹螺杆波纹螺杆：螺槽根部是偏心的，偏心部位沿轴向呈螺旋形移动。D分配混合型螺杆分配混合型螺杆：在螺杆末端镶上一个特制的静态混合器。E组组合合型型螺螺杆杆：由不同的剪切元件、混合元件和输送元件等组合而成。2.机头和口模机头和口模（1）.机头的分类机头的分类：.直通机头直通机头：挤出机螺杆轴向与口模中料流方向一致。主要用于大、小不同直径的管材，小径薄膜，丝，棒等。.角式机头（弯机头）角式机头（弯机头）A.直角机头：直角机头：挤出机螺杆轴向与口模中料流方向成直角。主要用于吹塑薄膜，对内径要求严格的管材，中空成型等。B.线缆包复式机头线缆包复式机头：用于电线、电缆的包皮的包复。.鱼尾式机头鱼尾式机头：衣架式机头、窄缝型机头等。主要用于挤出片材、双向拉伸薄膜等。（2）过滤板（网）的作用）过滤板（网）的作用：.使物料由螺旋运动转变为平直运动。.过滤杂质和未熔化好的塑料颗粒。.使物料受到较大的剪切作用，以利于塑料塑化均匀。.使料筒和机头定位。（3）对机头结构的要求：）对机头结构的要求：.口模定型部分应有适当长度口模定型部分应有适当长度。A.使物料处于稳定流动;B.减小熔体弹性和出口膨胀；C.L长，产量提高;D.太长，笨重，阻力大，Q降低。.机头中过渡部分应光滑，呈流线型机头中过渡部分应光滑，呈流线型。原因原因：防止物料的停滞和分解。.应设置调节装置，改善周边的流率分布应设置调节装置，改善周边的流率分布。（厚度均匀）四四双螺杆挤出机双螺杆挤出机1双螺杆挤出机的主要特点双螺杆挤出机的主要特点（1）加料容易。（）加料容易。（正位移原理，没有压力回流）。（2）停留时间短。停留时间短。适合于适合于易固化或易凝胶的着色和混料。（3）排气性能好。）排气性能好。（4）自洁性能好。）自洁性能好。（5）混合、塑化效果优异。）混合、塑化效果优异。（6）比功率消耗低。）比功率消耗低。（7）容积效率高，螺杆特性线硬，流率对口模压力）容积效率高，螺杆特性线硬，流率对口模压力变化不敏感。变化不敏感。2双螺杆挤出机主要参数双螺杆挤出机主要参数（1）螺杆直径）螺杆直径/mm:国外多在28340mm。（2）螺杆长径比：）螺杆长径比：整体式：整体式：过去多为718，有增大趋势。组合式：组合式：可达36：1以上。（3）螺杆的转向：）螺杆的转向：同向（混料），异向（生产制品）。（4）螺杆承受的扭矩）螺杆承受的扭矩（5）推力轴承的承载能力）推力轴承的承载能力（6）驱动功率、加热功率和加热段数。）驱动功率、加热功率和加热段数。3双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理（1）非啮合型全螺纹螺杆区段的流动情况）非啮合型全螺纹螺杆区段的流动情况（2）啮合同向的螺纹段中的流动情况）啮合同向的螺纹段中的流动情况（3）异向回转啮合型双螺杆中物料的运动）异向回转啮合型双螺杆中物料的运动4双螺杆挤出机的发展双螺杆挤出机的发展（1）提高使用可靠性，扩大应用范围。（2）降低挤出机的磨损。（3）加强挤出原理研究。（4）加强结构制造及控制方面的研究。（5）在双螺杆挤出机的基础上，进一步开展多螺杆挤出机的研究。第三节第三节挤出成型原理挤出成型原理一一固体输送理论固体输送理论二二熔融理论熔融理论三三熔体输送理论熔体输送理论第三节第三节 挤出成型原理挤出成型原理一、一、加料段（固体输送段）加料段（固体输送段）1主要作用主要作用：输送固体物料，兼有预压、预热作用。2加料段长度加料段长度L1的确定原则：的确定原则：（1）结晶塑料L1最长。（2）硬质非结晶塑料L1较长。（3）软质非结晶塑料L1最短。（4）一般情况下，L1、L2和L3的分配：塑料类型L1L2L3非晶塑料1025%5065%2025%结晶塑料5065%12D2535%3物料在加料段的流动状况（图物料在加料段的流动状况（图366）图图366固体塞摩擦模型固体塞摩擦模型（1）物物料料在在该该段段类类似似于于“弹弹性性固固体体塞塞”，固固体体塞在螺槽内的运动就如螺帽在螺丝上的运动一样。塞在螺槽内的运动就如螺帽在螺丝上的运动一样。如旋转螺丝，而螺帽上无压力，则螺帽跟着螺丝转动而不前移。若在螺帽上加一定压力，再旋转螺丝，则螺帽就会随螺丝旋转而前移。（2）成成型型时时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑料与料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应大于料筒的光洁度。否则，塑料只能抱着螺杆空转打滑不能前移。图图367螺槽中固体输送的理想模型螺槽中固体输送的理想模型(a)和固体塞移动速度的矢量图和固体塞移动速度的矢量图(b)（3）受力分析）受力分析A.由图366，367知：Fb=PAbfb，Fs=PAsfs，Fbz=AbfbPcos。B稳定流动时，Fs=Fbz，则Asfs=AbfbcosCFs=Fbz=0，物料在料筒中不能发生任何流动。FsFbz，物料被夹带于螺杆中随螺杆转动不产生移动。FsFbz，物料能在料筒与螺杆间产生相对运动。（4）.减小减小Fs措施措施：.螺杆要镀铬或磨光。螺杆要镀铬或磨光。应该到7以上，可以使产量提高1/3。.在料筒上开设纵向沟槽在料筒上开设纵向沟槽。一般为812条，深为0.5mm。这样光洁度可以高些，以免物料发生分解。.在螺杆中心通水冷却在螺杆中心通水冷却。原因原因：因为温度降低，摩擦系数降低。4.加料段的送料量加料段的送料量Qs（摩擦力静平衡）（摩擦力静平衡）Qs应为螺槽的横截面积与送料速度Va的乘积，可得Qs=VVa=/4D2（D2h）2Va（362）=h（Dh）Va图图368螺杆的展开图螺杆的展开图(a)和固体塞移动距离的计算和固体塞移动距离的计算(b)由图368的展开图可见，螺杆转动一周，物料在螺纹斜棱推力作用下，沿与斜棱垂直的方向由A移向B，AB在螺杆轴上的投影距离为l，物料在轴向的移动速度为Va；若螺杆的转速为N，则Va=lN。由图368中螺杆的几何关系可求出：D=b1+b2=lcot+lcot=l（cot+cot）D所以l=（363）cot+cotDNDNtantan因此Va=（364）cot+cottan+tan由式362和式364可得到加料段送料量与螺杆几何尺寸的下述关系：2Dh（Dh）NtantanQ=（365）tan+tan5影响加料段送料量的因素影响加料段送料量的因素：（1）前进角的影响）前进角的影响：0900=00时，=0。=900时，最大。（2）槽深槽深h的影响的影响：在D不变时，h增大，提高。（3）减小减小fs，Q。（4）增大）增大fb，Q。tantan（5）选择合适的螺旋角）选择合适的螺旋角,且使tan+tan最大，Q。（6）D，Q。（7）.N，Q。二二、熔融段、熔融段1主要作用主要作用（1）.使物料熔融塑化。（2）.压实物料。（3）.排出物料中的气体。2.螺杆的压缩比螺杆的压缩比():（1）定定义义：指螺杆加料段第一个螺槽容积与计量段最后一个螺槽容积之比。对于常用的等距不等深螺杆的压缩比常用加料段和计量段螺槽的横截面积之比来表示。（2）几何压缩比）几何压缩比：D2d12D1h1=D2d32D3h3工厂常用式=0.93h1/h3来表示。（3）几何压缩比的确定原则几何压缩比的确定原则：粉料的粉料的应大于粒料的应大于粒料的。（常为45）原因原因：因粉料的压缩率比粒料的压缩率大。薄制品的薄制品的应大于厚制品的应大于厚制品的。塑料的压缩率大，塑料的压缩率大，也应大也应大。常用塑料的压缩比（引自塑料成型工艺学常用塑料的压缩比（引自塑料成型工艺学P57）常用塑料的的压缩比常用塑料的的压缩比4压缩段长度的确定压缩段长度的确定：（1）非晶高聚物的）非晶高聚物的L2应最长应最长。原因：高弹区范围宽，粘流转变范围宽，可达总长65%。（2）结晶高聚物结晶高聚物：熔程宽熔程宽，L2较长，可达总长的40%，如聚乙烯。熔程窄熔程窄，L2较短，常为12D，如聚酰胺、PET为5D。5塑料的熔化（相迁移）过程塑料的熔化（相迁移）过程：（1）塑塑炼炼时时料料温温和和机械功与塑炼时间的关系，如图369所示。tA时，转距为MA（最小）特特征征：表面熔化发粘，被破坏，分子热运动加速，粒子开始膨胀，转矩最小。原因原因：料温和摩擦热作用。MB温度转矩转矩MCMAtAtBtCtD时间时间图图369塑炼时料温与机械功和塑炼时间的关系塑炼时料温与机械功和塑炼时间的关系tB时，转距为时，转距为MB（最大）原因原因：塑炼时间，热量，T（但尚低），。tC时时，转距为MC，料温和粘度处于平衡状态。原因：温度升高，熔融加速，减小，逐渐转化为螺杆挤压作用的粘性流动，转矩降低。tC时，完全熔化，趋于平衡。TD时时，出现（热降解）与交联，转矩和温度升高。（2）冷却试验）冷却试验由图3610可见：螺杆加料口附近为固体粒子充满。均化段被塑料熔体充满。螺杆中间部分，则为两相共存。由上可见，塑料熔化过程是在熔融段进行的。图图3610螺槽全长范围固体床熔融过程示意图螺槽全长范围固体床熔融过程示意图:固体床在螺槽中的分布变化固体床在螺槽中的分布变化(a)和固体床在螺杆熔融区的体积变化和固体床在螺杆熔融区的体积变化(b)（3）熔化过程熔化过程:图图3611为固体物料在螺槽中的熔化过程示意图。为固体物料在螺槽中的熔化过程示意图。图图3611固体物料在螺槽中的熔融过程固体物料在螺槽中的熔融过程1熔膜熔膜2熔池熔池3迁移面迁移面4熔结的固体粒子熔结的固体粒子5未熔结的固体粒子未熔结的固体粒子熔熔膜膜：与料筒（螺杆）表面接触的固体物料，由于料筒热传导和摩擦热作用，首先熔化，形成一层熔膜（1）。熔池熔池：逐渐熔化的物料，在料筒与螺杆的相对运动作用下，不断向槽螺的推进面汇集，而形成漩涡状的流动区，称为熔池（2）液相。固体床：固体床：熔池前面充满着受热软化和半熔化后粘接在一起的固体粒子（4），和完全未熔化的固体粒子（5）、（4）和（5）总称为固体床。固相。迁移面迁移面：熔膜和固体床间的界面称为迁移面（3）。熔化过程主要在迁移面进行。随着塑料向机头方向的移动随着塑料向机头方向的移动，熔化过程逐渐进行。从始熔点A起，固体床宽度逐渐减小，熔池宽度逐渐增大，直至B点时，固体床消失，即完成了熔化过程。（固体床深度的变化见图3612）图图3612螺杆中聚丙烯熔融时固体床在螺槽中的深度与熔融区域长度的关系螺杆中聚丙烯熔融时固体床在螺槽中的深度与熔融区域长度的关系D=90mmN=60转转/分分Q=71Kg/h图图3613熔融理论的物理模型熔融理论的物理模型1熔膜熔膜2熔池熔池3迁移面迁移面4熔结的固体粒子熔结的固体粒子5未熔结的固体粒子未熔结的固体粒子5.熔融段熔融段y轴方向的速度分布（如图轴方向的速度分布（如图3613）在挤出过程中，假定螺杆不动，料筒转动，则料筒转动的线速度Vb应为：Vb=ND（366）Vb可分为两个分量，即Vx、Vz，分别为：Vx=Vbsin（367）Vz=Vbcos（368）Vx是垂直于螺槽方向的流速；Vz是物料沿螺槽方向的流速。由于料筒内表面的拖动作用，Vz在螺槽深度方向的速度分布如图3614所示。图图3614螺杆压缩段中物料的计算速度分布螺杆压缩段中物料的计算速度分布(a)和计算温度分布和计算温度分布(b).料筒内表面处，料筒内表面处，Vz最大。最大。.熔膜中熔膜中，Vz在深度方向（Y）自上而下减小。.固体床中固体床中，各处Vz相等。原因原因：有熔结固体块，粘度大，移动困难，差别不明显。.靠靠近近螺螺杆杆的的熔熔膜膜中，Vz在Y方向自上而下减小，直至螺杆处，Vz=0。以上仅是对拖动流的分析。以上仅是对拖动流的分析。三计量段（均化段）三计量段（均化段）1主要作用主要作用：（1）使物料进一步混合、塑化均匀使物料进一步混合、塑化均匀。（2）使使物物料料定定压压、定定温温、定定量量的的由由机机头头口口模模稳稳定定挤出。挤出。2计量段物料的流动计量段物料的流动：高聚物熔体在计量段螺槽中的流动可由图339、3310、3311、3312所示的三向直角坐标表示。分析可知，包括四种流动，实际流动是这四种流动的组合。图图339挤出线缆包复物口模和挤出机螺杆槽中的拖曳流动挤出线缆包复物口模和挤出机螺杆槽中的拖曳流动图图3310螺槽中的压力流动和拖曳流动螺槽中的压力流动和拖曳流动(a)和流动迭加后的速度分布和流动迭加后的速度分布(b)(c)图图3311螺槽中沿螺槽中沿x方向的环形流动及速度分布方向的环形流动及速度分布图图3312聚合物液体在螺槽中流动情况示意图聚合物液体在螺槽中流动情况示意图（1）正流）正流：物料沿螺槽由加料口向机头方向的流动(QD)。原因原因：由于螺杆的转动（相当于料筒转动）而拖动塑料熔体向前移动(拖动流)。剪切流动(具有横向速度梯度场)。流率分布流率分布：.x=0，x=w，y=0处，VZ=0。（三个壁面）.在y=h处，（料筒内壁），VZ最大。.由料筒内壁至螺杆根部，VZ逐渐减小。（2）逆逆流流：物料沿螺槽由机头向料斗方向的流动。体积流率为QP。（压力流，具有横向速度梯度场。）原原因因：机头（口模）、滤板、滤网等对塑料熔体的反压作用而产生的流动。流率分布流率分布：在螺槽y方向上的流率分布近似于抛物线型。特特点点：如如机机头头完完全全开开放放，无阻力时，QD最大，即正流最大，逆流最小（QP=0）。.如如机机头头完完全全封封闭闭，反压最大，即逆流QP最大，QD=0。.流动方向与正流方向相反流动方向与正流方向相反。（3）横流（环流）横流（环流）：物料沿x方向即与螺纹相垂直的方向的流动。原原因因：螺杆转动时螺纹的推力在螺槽x方向作用的结果（压力流）。流流动动途途径径:物料沿x方向流动（+）螺纹受阻y方向流动（+）螺纹受阻x方向流动（）螺纹受阻y方向流动（）特点特点：.横流不影响流率。.横流对塑料在料筒中的混合、热交换和塑化等极为有利。（4）漏流）漏流：物料沿螺杆轴向从螺纹与料筒间隙向料斗方向的流动。原原因因：机头（口模）、滤板和滤网等对塑料熔体的反压作用而产生的流动。流率为QL（压力流）特点特点：.QL比QP和QD小的多（因很小）.对塑料熔体的混合、塑化等有利。（5）物料流动的实际情况物料流动的实际情况在实际成型加工过程中，物料在料筒中的四种流动不会截然分开，而是四种流动的组合，形象的说“物料在螺杆计量段中的流动是以螺旋形的轨迹向前流动的。”3挤出机的生产率挤出机的生产率：Q=QDQPQL（369）（1)几点假设几点假设：.塑料的流动为滞流，牛顿型流动。.塑料的温度不变，不变。.螺杆宽度与该段深度比大于10；如槽深与螺杆直径之比h/D0.01时，螺纹侧壁对流动影响不大，可略去。(2)挤出机生产率（流动速率挤出机生产率（流动速率）2D2hNcossinDh3sin2P2D23tgPQ=212L12eL（3610）式中Q挤出机的生产率，D螺杆外径，h均化段螺杆深度N螺杆转速，转/秒螺旋角，度e螺纹斜棱宽度，P均化段料压力降，螺杆与料筒间隙，塑料熔体的粘度，L均化段长度。实际上，很小，QL可略去，并用机头压力代替P，并令D22hsincosDh2sin2A=,B=则212LQ=ANBP/(3611)上式中A、B只与螺杆的结构尺寸有关，当螺杆确定后，A、B为常数。式3610仅作为确定生产率的参考。如塑料是假塑性液体，则式3610式中略去QL后可改为2D2hNsincosDhm+2NsinmPQ=K（）m，2（m+2）2m+1L（3612）4影响挤出机生产率的主要因素影响挤出机生产率的主要因素（1）挤出机的结构）挤出机的结构.Q随着D的增大而增大。.Q随着h3的增大而增大。一般h3=0.020.06D(h10.1D,t=13.5D,e=0.080.12D),但但h太大时太大时，A.塑化效果差；（受到的剪切作用小）B.QDh，Qph3。aP低时，Q浅Q深。推推论论：浅槽螺杆的流率对机头压力敏感性小，能在压力波动下挤出质量较高的制品，但h太浅时，则易使塑料烧焦变色。.L，Q，同时挤出量波动也较小。（因漏流随L3而）.Q随而。原原 因因，QL 3，所 以 一 般 应 较 小，0.10.6mm。A.小，剪切作用大，有利于塑化，Q。B.太小时，塑料易分解，混合作用不好。原因原因，a.剪切作用大，易分解。b.QL=0，QP=0，混合作用差。、=1741（2）挤出工艺条件）挤出工艺条件.Q（P）.Q（N）增大的速率与有关，越大，Q增大的幅度越大。.T，Q。原原因因：温度升高，物料的粘度，从而引起倒流、倒漏流量增大。第四节第四节 几种制品的挤出工艺几种制品的挤出工艺一塑料管材生产工艺二吹塑薄膜生产工艺三拉幅薄膜生产工艺第四节第四节 几种制品的挤出工艺几种制品的挤出工艺一一、管材的挤出成型、管材的挤出成型：准备管坯挤出冷却定径牵伸切割。（一）（一）挤出前的准备工作挤出前的准备工作：1根根据据管管材材要要求求，选择适当机头（口模），并将其安装好。包括分流器、芯模、口模、过滤板、网等。（1）.直通式机头直通式机头：（应用最广泛，最经济，最简单）.使用范围使用范围：对外径要求严格的中、小型管材。.熔结痕及其生产原因熔结痕及其生产原因当料流通过多角架时被分割;靠近多角架筋处，物料受到剪切作用大，中心处则小;因受应力作用而产生的弹性变形如在机头内得不到恢复，则在管材表面显露出一条可见的料线或纵向裂纹熔结痕熔结痕。（2）.偏移式机头（弯机头）偏移式机头（弯机头）.适用范围适用范围：对内径要求严格的管材、大口径管材等。.特特点点：产量高，熔结痕少，制品强度高，但结构复杂，造价高。（3）.过滤板（网）过滤板（网）：过滤板厚度一般为料筒内径的20%（1/31/4D），孔径为36mm，与螺杆相距为0.1D左右。滤网可少些，细度可大些。一般为40120目，14层。HPVC可不放网，因易受热分解。（4）.分流器：分流器：与多孔板距离一般为1020mm。扩张角=6090。分流锥长度L为0.61.5D。2.初初步步调调整整口口模模、芯模同心，并使机头、冷却定径、牵引、切割等装置一致。3.将应加热的部件将应加热的部件加热，开通料斗底部冷却水。4.当当达达到到要要求求的的温温度度时时，乘热将各部分拧紧，以防漏料。检查各部分运动是否正常、漏流、堵塞等。（二）（二）管坯挤出管坯挤出：1操作要点操作要点：（1）.慢速开车慢速开车，空转，听有否异常声，电流表是否超荷。（2）.如如一一切切正正常常，可少量加料，待管坯挤出后，方可正常加料，将速度调至正常（3040转/分钟，有增大的趋势）。（3）.若管材有弯曲若管材有弯曲、厚薄不均等缺陷时，应调整。厚处降温，紧螺栓；反则反之。2.工艺条件工艺条件（1）.料筒温度料筒温度与压力分布(如图3620)图图3620料筒和机头中温度和压力的分布料筒和机头中温度和压力的分布（2）.料筒（机头）温度料筒（机头）温度料筒料筒(机头）温度对塑料性能的影响机头）温度对塑料性能的影响A.a.T,有利于塑化，出料加快,Q；b.T,形状稳定性差，收缩率,发黄、气泡、难以正常挤出；c.T,塑料易分解，甚至出现爆炸现象。B.a.T,P,有利挤出物压实，制品形状稳定性好。b.T,出口膨胀，应提高牵伸速度，以减小由于膨胀而增大的壁厚；c.T,塑化不良，黏度明显增大，功率消耗增大，挤出成型难进行。C.口模和芯模温度差别大，制品出现向内翻或向外翻，扭曲等。确定料筒温度应考虑的因素确定料筒温度应考虑的因素A.料筒温度应为Tf(Tm)Td,至少应比Tf(Tm)高1040。B.M,M分布窄，温度应高；M,M分布宽，温度应低；C.热敏性塑料，机头温度可比料筒温度高。热稳定性塑料，机头温度可比料筒温度低。（便于成型）D.与制品尺寸和形状、配方、转速有关。E.如料条光亮、光滑、无气泡、颜色正则比较合适。聚氯乙烯硬管加工温度聚氯乙烯硬管加工温度 表表3-6-1 3-6-1 聚氯乙烯硬管加工参考温度聚氯乙烯硬管加工参考温度 原料 料筒温度/C 口模温度/C 粉料粉料 160170 170-180 160170 170-180 粒料粒料 160180 170-190 160180 170-190 主要热塑性塑料挤出成型温度，见表主要热塑性塑料挤出成型温度，见表31（P132）（3）螺杆转速螺杆转速N，强化了剪切作用，有利于物料的混合和塑化；N,进料过快，超出塑化能力，反而不利于混合和塑化；N，Q，对提高产量有利；如单靠提高N来提高产量，而不对设备进行改造，则会造成塑化不良，内壁粗糙，强度；N，多数塑料熔体，提高料筒中塑料的压力；大机慢，如SJ90，2030转/分钟。小机快，如SJ45，3050转/分钟。（三）（三）冷却定径冷却定径：1.外定径：外定径：（图3623）定径套内壁与管坯外壁紧密接触下进行冷却而实现的。（1）压缩空气压缩空气：0.050.02MPa.如是PVC,则应更高些。要稳定，否则要成竹节形。（2）抽真空）抽真空：对HPVC管，300500mmHg柱。2.定内径：（用的少定内径：（用的少）在内定径套上沿圆面有一排小孔，用于真空抽吸，从而使管坯紧贴定径套外壁。将冷却水从芯棒处伸进，所以必须要用偏移式机头。图图3623两种挤出圆管的定径套两种挤出圆管的定径套(上上)内压空气定径法内压空气定径法(下下)外真空定径法外真空定径法1机头机头2定径套定径套3水冷却槽水冷却槽4管状制品管状制品5密封塞密封塞3.操作要点操作要点：（定外径）（1）.当挤出管坯正常时，停机，快速装上定径套，使其与机头中心线同心。（2）.装好气塞和气塞杆，开适量压缩空气，然后开车。（3）.将冷却水槽接近冷却外定径套，管坯经冷却进行牵伸。伸。（四）、冷却：（四）、冷却：1冷却水槽冷却：冷却水槽冷却：（1）设备简单，用途广泛。（2）管材易变形。原因原因：槽中上、下水温不同，冷却速度、收缩不一致。（3）水流方向与管材移动方向相反。原因原因：冷却缓和，减小内应力。（4）水槽长度一般为26米。2喷淋水箱冷却：喷淋水箱冷却：（在管上方喷冷却水）冷却效果好，使变形减小。（五）、牵伸与切割：（五）、牵伸与切割：1.牵伸装置：牵伸装置：（1）滚滚轮轮式式：结构简单，牵引力小，适合100mm以下。.适度夹紧:A.太紧，管材易开裂。B.太松，不能正常拉伸。.具有调速装量，可调整牵伸比。（2）履带式）履带式：接触面积大，不易变形、打滑，适用于薄壁大管材。2挤管牵伸比挤管牵伸比：（1）含义含义：挤出成型管材时，牵引速度与挤出速度之比称之为挤管牵伸比。.（2）牵伸比的计算牵伸比的计算：口模环隙面积R12R22牵伸比牵伸比=管材截面积r12r22牵伸比牵伸比=口模环隙宽度/管材厚度=T/TS一般T/TS=1.751,对HPVC管材T/TS=1.001.08,对聚乙烯管材T/TS=1.11.95。原原因因:因为聚氯乙烯比聚乙烯熔体弹性小,出口膨胀较小,所以T/TS较小。3口模、定径套和管材尺寸的关系：口模、定径套和管材尺寸的关系：（1）影响管材尺寸的两个主要因素：）影响管材尺寸的两个主要因素：.冷却收缩，牵伸冷却收缩，牵伸，一般使尺寸（厚度）减小。.出口膨胀（弹性出口膨胀（弹性）一般使厚度增加。（2）口模内径）口模内径定径套内径定径套内径。(PE，一般为515%).出口膨胀的管坯易进入定径套。.本身有适当膨胀，借压缩空气作用，进行横向拉伸，强度提高。（3）管材外径）管材外径管材外径口模内径。4工艺控制要点：工艺控制要点：（1）牵伸比）牵伸比（速度）小，管材大、小不一致，强度低。（2）牵牵伸伸比比（速度）过大时，管材纵向收缩率增大，尺寸稳定性差。原因：原因：拉伸取向解取向。（3）牵伸速度影响厚薄）牵伸速度影响厚薄。.牵伸速度大，管材壁薄。.牵伸速度小，管材壁厚。（4）熔体弹性大）熔体弹性大，拉伸比应高；反则反是。(六六).常见缺陷的产生原因及消除措施常见缺陷的产生原因及消除措施1.厚度不均厚度不均(纵、横向纵、横向).设备设备:A.芯模与口模定位不正。B.牵伸与挤出轴线不正。.工艺工艺:A.口模温度不一致,不稳定。B.牵伸速度大小不稳定,不适当。C.压缩空气压力不稳定。D.机头压力不稳定。2.管材弯曲管材弯曲:(1).管材厚度不均.。(2).口模温度不均匀。(3).冷却不均。(4).冷却水槽两孔不正。3.管材光泽差管材光泽差:(1).口模温度过低(塑化不良)。(2).口模温度过高(分解).。(3).口模表面粗糙。4.有黑色条纹有黑色条纹:(1).料温过高；(2).过滤板(网)未清理干净；(3).原料热稳定性差,配方不合适；(4).机头设计不合理,有死角。5.管面有皱纹管面有皱纹:(1).口模周围温度不一致.；(2).冷却水太热；(3)牵引速度太慢。6.内壁毛糙内壁毛糙,有裂纹有裂纹:(1).料中有杂质；(2).芯模温度过低.；(3).料筒温度过低.；(4).牵引速度太快.。二二.吹塑薄膜吹塑薄膜由图3624可知,吹塑薄膜的主要生产工艺流程为:挤出机熔融塑化膜坯(管)挤出冷却吹胀牵伸卷取。图图3624挤出吹塑成型工艺示意图挤出吹塑成型工艺示意图1管坯挤出管坯挤出2吹气膨胀吹气膨胀3冷却牵引冷却牵引4切断切断5辊卷辊卷1.膜坯的挤出膜坯的挤出:(1).挤出机和机头挤出机和机头:.挤出机（挤出机（一般为3090(mm),长径比为20.）薄膜的折径薄膜的折径规格型号折径/mm规格型号折径/mmSJ3050300SJ1202000SJ45100500SJ1503000SJ65400900SJ2004000SJ907001200.机头机头:A.直通式直通式:a.多用于平挤平吹法、小规格薄膜和热敏性(PVC)塑料。b.易重力下垂,热对流,温度分布不均匀.。B.芯棒式机头芯棒式机头:（泡管与挤出方向垂直,侧面进料.）主要特点主要特点:a.结构简单,轻便,易制造。b.拼缝线少,膜强度高。c.机头存料少,适用于PVC等热敏性塑料。d.有推力作用,口模易摆动;料流转弯,流速不一,厚度不均。C.其其它它:螺旋式机头、十字形机头、复合机头等.（2）温度控制）温度控制:.热稳定性差,料温低,机头温度可稍高；反则反是。.料筒温度高,膜易发脆,纵向拉伸强度降低。.料筒温度低,塑化不良,流动困难,不规则；拉伸强度,表面光泽差,透明度降低,出现年轮花纹,熔结痕明显。.对h大或L/D小的螺杆,采用机头温度少低于料筒温度,可弥补螺杆的不足,以获得较高质量.。（3）.工艺操作要点工艺操作要点:.用铜制塞尺调整口模与芯模间环形缝隙厚度。如0.030.05mm膜,则应为0.40.8mm，圆周均匀一致。.将泡管四周挤出量调均匀。A.间隙调均匀。间隙调均匀。a.出料快处,上紧螺丝。b.出料慢处,放松螺丝。B.温度均匀一致.a.出料快处,降温。b.出料慢处,升温。.压紧泡管端部引至牵引设备;开压缩空气,吹胀薄膜。.调节牵引速度、吹胀比,使薄膜折径、厚度符合要求。.调整膜厚均匀度。A.调整冷却风环位置、风量。B.稳定泡径长度。C.取样测厚度,找出厚、薄部分,进行调整。2.膜坯的吹胀膜坯的吹胀:（1）.吹吹胀胀比比:在吹塑薄膜中,吹胀后泡管直径与口模直径之比。（2）.吹胀比一般控制在23,应稳定。（3）.吹胀比大,膜薄,透明度高,光洁度好。吹胀比过大时,泡管不稳,厚度不均,其它缺陷增多。（4）.直通式机头:压缩空气多角架筋的中心芯模中心。芯棒式机头:由机头底部芯棒中心压缩空气。3.牵伸牵伸:（1）.牵伸装量牵伸装量:（2）.牵伸比牵伸比:.含含义义:在吹塑薄膜中,牵引线速度与挤出速度之比称为牵引比。通常为46。.牵伸比太大时,膜易拉断,厚度难以控制。4.冷却冷却（1）.冷却风环安装在口模斜上方,有四个进风口分布四周。（2）.风量应均匀,否则膜厚不均匀。（3）.冷冻线刚挤离口模的泡管是透明的,一旦冷却至适当温度,即有晶体形成,就失去了透明性,而变得混浊,透明与混浊的交界线被称为冷冻线。（4）.影响冷冻线的因素影响冷冻线的因素:.吹胀比、冷却速率大，冷冻线离口模近。.牵引速率、口模厚度大,冷冻线离口模远。.离口模距离远时,横向撕裂强度降低,浊度,冲击强度降低。（5）.若若冷冷却却不不够够,泡颈变长,尺寸变化大,易皱折。此时,应降低牵伸速度。(二二).常见缺陷的产生原因及克服措施常见缺陷的产生原因及克服措施:1.薄膜厚度不均薄膜厚度不均:（1）.设备设备:.芯模和口模定位不正。.牵引与挤出不正。.冷却风环位置不当(高低、四周)。（2）.工艺工艺:.口模圆周温度不均匀、不稳定。.牵引速度大小不合适、不稳定。.冷却风量大小不合适、不稳定。.牵伸比和吹胀比不适当。.机头压力不稳定。2.泡管歪斜泡管歪斜:（1）.料筒、口模温度高。（2）.膜厚不均。（3）.连接器温度过高。3.有白点、焦粒有白点、焦粒:（1）.原料有杂质.。（2）.过滤网破裂。（3）.树脂分解。（4）.聚氯乙烯混料不均。4.膜面发花膜面发花（1）.料筒、口模温度过低。（2）.螺杆转速过快。（3）.螺杆温度过高或过低。（4）.PVC配方不合理.(铅盐,耐寒性增塑剂多)。5.透明性差透明性差:（1）.料筒和口模温度过低.。（2）.冷却速度太慢。6.气泡气泡:（1）原料潮湿。（2）树脂分解。（3）螺杆压缩比小。7.粘膜粘膜:（1）.冷却不够。（2）.牵伸速度太快。（3）.PVC配方不合理。(增塑剂多,润滑剂少)（4）.未加防粘剂(白垩、滑石粉)。三三.拉幅薄膜的成型拉幅薄膜的成型:1.拉拉幅幅薄薄膜膜:(图3715,3716,3717,3718,3719)将挤出得到的厚度为13mm的厚片或管坯,重新加热到TgTm(Tf)温度范围进行大幅度拉伸而形成的薄膜。2.主要优点主要优点（1）强度高,提高35倍。（2）透明性和表面光滑好。（3）气体和水蒸气渗透性降低,使用价值升高。（4）膜厚减少,宽度增大,平均面积增大,成本降低。（5）耐热、耐寒性好,尺寸稳定，使用范围广。3.生产方法生产方法:先纵后横拉伸单向取向逐次取向平膜法先横后纵拉伸双向取向薄膜拉伸取向薄膜拉伸取向纵横同时拉伸泡管法管膜法双向同时拉伸平板式拉伸法4.常用树脂常用树脂PET、PP、PVC、PS、PDVC、PE、PA、PVA等。5.平膜法逐步拉伸薄膜的成型平膜法逐步拉伸薄膜的成型:（1）拉伸方法）拉伸方法:(先纵后横).单点拉伸单点拉伸:A.加热至类橡胶态的厚片由两个不同转速的辊筒拉伸。B.拉伸比:两辊筒表面的线速度之比，一般为39。.多点拉伸多点拉伸:A.拉伸比拉伸比分配在若干个不同转速的辊筒来完成的。B.拉拉伸伸比比:最后一个拉伸辊(或冷却辊)的转速与第一个拉伸辊(或预热辊)的转速之比。C.优优点点:拉伸均匀,拉伸强度大,不易产生细颈现象(薄膜两边变厚,而中间变薄),应用广泛。（2