第2章 塑料挤出机PPT讲稿.ppt

第2章 塑料挤出机第1页，共160页，编辑于2022年，星期一 通过本章的学习，应掌握挤塑机的基本组成通过本章的学习，应掌握挤塑机的基本组成结构及部分的功能、特点；熟知挤塑机的工作过结构及部分的功能、特点；熟知挤塑机的工作过程及工作原理；掌握常用挤塑产品的挤塑辅机的程及工作原理；掌握常用挤塑产品的挤塑辅机的结构组成及特点。了解新型挤塑机组的结构、特结构组成及特点。了解新型挤塑机组的结构、特点及作用。基本具备对常见挤塑机组的操作、维点及作用。基本具备对常见挤塑机组的操作、维护和保养的技能及对常见故障的分析处理的技能。护和保养的技能及对常见故障的分析处理的技能。学习要求第二章第二章 塑料挤出机塑料挤出机2.1 2.1 概述概述 第2页，共160页，编辑于2022年，星期一挤塑成型过程第二章第二章 塑料挤出机塑料挤出机第3页，共160页，编辑于2022年，星期一第4页，共160页，编辑于2022年，星期一第5页，共160页，编辑于2022年，星期一l挤出成型挤出成型：也称挤出模塑或挤出成型，挤出成型是塑料也称挤出模塑或挤出成型，挤出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。成型加工的重要成型方法之一。大部分热塑性塑料大部分热塑性塑料和橡胶和橡胶都能用此法进行加工。都能用此法进行加工。l应用应用：热塑性塑料，由挤出制成的产品都是热塑性塑料，由挤出制成的产品都是连续的型连续的型材材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆等，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆等l热固性塑料热固性塑料：仅限于少数几种塑料，且挤出制品的种仅限于少数几种塑料，且挤出制品的种类也有限。类也有限。第6页，共160页，编辑于2022年，星期一l挤出过程：分为两个阶段：挤出过程：分为两个阶段：第一个阶段第一个阶段是使固态塑料塑化是使固态塑料塑化(即变成粘即变成粘性流体性流体)并在加压情况下使其通过特殊形状的并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面口模而成为截面与口模形状相仿的连续体与口模形状相仿的连续体；第二阶段第二阶段则是用适当的处理方法使挤出则是用适当的处理方法使挤出的连续体失去塑性状态而的连续体失去塑性状态而变为固体变为固体，即得所，即得所需制品。需制品。第7页，共160页，编辑于2022年，星期一l塑化的方式：塑化的方式：挤出工艺可分挤出工艺可分干法干法和和湿法湿法两种两种 ：干法的塑化是靠加热干法的塑化是靠加热将塑料变成熔体，将塑料变成熔体，而塑化和加压可在同一个设备内进行。而塑化和加压可在同一个设备内进行。湿法的塑化湿法的塑化则是则是用溶剂将塑料用溶剂将塑料充分充分软软化化，因此塑化和加压必须分为两个独立的，因此塑化和加压必须分为两个独立的过程，而且定型处理必须采用比较麻烦的过程，而且定型处理必须采用比较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。第8页，共160页，编辑于2022年，星期一l加压方式：加压方式：分为连续和间歇两种。分为连续和间歇两种。连续式所用设备为螺杆挤出机。连续式所用设备为螺杆挤出机。间歇式为柱塞式挤出机。柱塞式挤出机间歇式为柱塞式挤出机。柱塞式挤出机的主要部件是一个料筒和一个由液压操纵的的主要部件是一个料筒和一个由液压操纵的柱塞。柱塞。l螺杆数量螺杆数量单螺杆挤出机单螺杆挤出机，使用最多；，使用最多；双螺杆挤出机双螺杆挤出机，使用比较多；，使用比较多；多螺杆挤出机多螺杆挤出机，兼有塑炼功能，使用不多。，兼有塑炼功能，使用不多。第9页，共160页，编辑于2022年，星期一l挤出成型的特点挤出成型的特点与其它成型方法相比，挤出成型有下述特点：与其它成型方法相比，挤出成型有下述特点：1 1、生生产产过过程程是是连连续续的的，因因而而其其产产品品都都是是连连续续的的；-可可连连续续化生产化生产2 2、生产效率高生产效率高,一台一台200200挤出机挤出机700kg700kg/小时，德国小时，德国500500挤出机挤出机20t/20t/小时。小时。3 3、应用范围广，应用范围广，能生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、能生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材，以及中空制品等；电线、电缆、异型材，以及中空制品等；4 4、投资少，收效快投资少，收效快 。5 5、结构简单，易操作。、结构简单，易操作。6 6、挤出成型在挤出机上进行挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加工机械的挤出机是塑料成型加工机械的重要机台之一。重要机台之一。第10页，共160页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 挤出机的组成与分类挤出机的组成与分类 为使成型过程得以进行，一台挤出机一为使成型过程得以进行，一台挤出机一般由下列各部分组成：般由下列各部分组成：1.1.主机主机2.2.辅机辅机3.3.控制系统控制系统 第11页，共160页，编辑于2022年，星期一1 1、主机、主机挤压系统：挤压系统：主主要要由由料料筒筒和和螺螺杆杆组组成成。塑塑料料通通过过挤挤压压系系统统而而塑塑化化成成均均匀匀的的熔熔体体，并并在在这这一一过过程程中中所所建建立立的的压压力力下下，被被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。第12页，共160页，编辑于2022年，星期一l传动系统：传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。l加热冷却系统：加热冷却系统：其其功功用用是是通通过过对对料料筒筒（或或螺螺杆杆）进进行行加加热热和和冷冷却却，保保证证成成型型过过程在工艺要求的温度范围内完成。程在工艺要求的温度范围内完成。l加料系统加料系统第13页，共160页，编辑于2022年，星期一2 2、辅机、辅机机机头头（口口模模、芯芯架架等等）：它它是是制制品品成成型型的的主主要要部部件件，熔熔融融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。定定型型装装置置：它它的的作作用用是是将将从从机机头头中中挤挤出出的的塑塑料料的的既既定定形形状状稳稳定定下下来来并并对对其其进进行行精精整整，从从而而得得到到更更为为精精确确的的截截面面形形状状、尺尺寸寸和和光光亮亮的的表表面面。通通常常采采用用冷冷却却和和加加压压的的方方法法达到这一目的。达到这一目的。第14页，共160页，编辑于2022年，星期一 冷冷却却装装置置：由由定定型型装装置置出出来来的的塑塑料料在在此此得得到到充充分分的的冷却，获得最终的形状和尺寸。冷却，获得最终的形状和尺寸。牵牵引引装装置置：其其作作用用为为均均匀匀地地牵牵引引制制品品。并并对对制制品品的的截截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。第15页，共160页，编辑于2022年，星期一3 3、控制系统（检测和控制）、控制系统（检测和控制）挤挤出出机机的的控控制制系系统统：它它由由各各种种电电器器、仪仪表表和和执执行行机机构构组组成成。根根据据自自动动化化水水平平的的高高低低，可可控控制制挤挤出出机机的的主主机机、辅辅机机的的拖拖动动电电机机、驱驱动动油油泵泵、油油（汽汽）缸缸和和其其它它各各种种执执行行机机构构按按所所需需的的功功率率、速速度度和和轨轨迹迹运运行行，以以及及检检测测、控控制制主主辅辅机机的的温温度度、压压力力、流流量量，最最终终实实现现对对整整个个挤挤出出机机组组的的自自动控制和对产品质量的控制。动控制和对产品质量的控制。我们一般称由以上各部分组成的挤出装置为我们一般称由以上各部分组成的挤出装置为挤出机挤出机组。组。第16页，共160页，编辑于2022年，星期一按工作原理分按工作原理分螺杆式螺杆式无螺杆式无螺杆式单螺杆式单螺杆式双螺杆式双螺杆式普通型普通型高速自热型高速自热型按排气状况分按排气状况分排气式排气式分段组合式分段组合式4、挤出机的分类挤出机的分类第17页，共160页，编辑于2022年，星期一按用途分按用途分造粒挤出机造粒挤出机超高分子量挤出机超高分子量挤出机混炼挤出机混炼挤出机安装位置分安装位置分立式挤出机立式挤出机卧式挤出机卧式挤出机目前用的最广泛的是卧式单螺杆和双螺杆挤出机。目前用的最广泛的是卧式单螺杆和双螺杆挤出机。本章重点介绍本章重点介绍卧式单螺杆非排气式卧式单螺杆非排气式挤出机挤出机第18页，共160页，编辑于2022年，星期一2.1.2 2.1.2 单单螺杆螺杆挤出机的主要参数挤出机的主要参数 单螺杆挤出机的性能特征通常用以下几个主要技单螺杆挤出机的性能特征通常用以下几个主要技术参数表示：术参数表示：螺螺杆杆直直径径：指指螺螺杆杆外外径径，用用D D表表示示，单单位位毫毫米米。(美美国国max750mm)max750mm)螺杆长径比：螺杆长径比：用用L LD D表示。其中表示。其中L L为螺杆的有效长度，为螺杆的有效长度，即有螺纹部分的长度（工艺上将即有螺纹部分的长度（工艺上将L L定义为由加料口中心定义为由加料口中心线到螺纹末端的长度），线到螺纹末端的长度），D D为螺杆直径。为螺杆直径。第19页，共160页，编辑于2022年，星期一螺杆的转数范围：螺杆的转数范围：用用n/minn/min表示。表示。驱驱动动电电机机功功率率：用用N N表表示示，单单位位千千瓦瓦。德德国国500-500-3600kw 600-5000kw3600kw 600-5000kw料筒加热段数：料筒加热段数：用用B B表示。表示。料筒加热功率：料筒加热功率：用用E E表示，单位千瓦。表示，单位千瓦。第20页，共160页，编辑于2022年，星期一挤出机生产率：挤出机生产率：用用Q Q表示，单位公斤小时。表示，单位公斤小时。机机器器的的中中心心高高：用用H H表表示示，指指螺螺杆杆中中心心线线到到地地面面的的高高度。单位毫米。度。单位毫米。机器的外形尺寸机器的外形尺寸:长、宽、高。单位毫米。长、宽、高。单位毫米。第21页，共160页，编辑于2022年，星期一挤塑成型设备的型号表示挤塑成型设备的型号表示主机的的型号表示主机的的型号表示辅机的的型号表示辅机的的型号表示机组的的型号表示机组的的型号表示 GB/T 12783-2000第22页，共160页，编辑于2022年，星期一 螺杆是挤出机的关键性部件。通过它螺杆是挤出机的关键性部件。通过它的转动，料简内的塑料才能发生移动，得的转动，料简内的塑料才能发生移动，得到增压和部分的热量到增压和部分的热量(摩擦热摩擦热)。螺杆的几。螺杆的几何参数，诸如直径、长径比、各段长度比何参数，诸如直径、长径比、各段长度比例以及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均例以及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均有重大的影响有重大的影响 ，一般螺杆的结构如图所示。，一般螺杆的结构如图所示。2.1.3 2.1.3 螺杆的主要参数螺杆的主要参数第23页，共160页，编辑于2022年，星期一第24页，共160页，编辑于2022年，星期一1 1 螺杆的直径螺杆的直径(D)(D)和长径比和长径比(L(LD)D)螺杆直径是螺杆基本参数之一。使用时，它螺杆直径是螺杆基本参数之一。使用时，它是根据所制制品的形状大小及需要的生产率是根据所制制品的形状大小及需要的生产率来决定的。来决定的。表征螺杆特性的另一重要参数是螺杆的有效表征螺杆特性的另一重要参数是螺杆的有效长度长度(L)(L)与其直径之比，即长径比与其直径之比，即长径比(L(LD)D)。2 2 螺杆各段的作用螺杆各段的作用 按塑料在螺杆上运转的情况可分为送料、熔按塑料在螺杆上运转的情况可分为送料、熔化和计量三个区域化和计量三个区域 。第25页，共160页，编辑于2022年，星期一 加（送）料段加（送）料段 自塑料入口向前延伸一段的距离自塑料入口向前延伸一段的距离(视挤出机的情况不同可有视挤出机的情况不同可有2 210D10D的变化的变化)为送料段。为送料段。熔化段熔化段(压缩段压缩段)螺杆中部的一段为熔化段。螺杆中部的一段为熔化段。计量段计量段(均化段均化段)螺杆的最后一段为计量段。螺杆的最后一段为计量段。很明显，为了取得最好的效果，挤压不同塑料，三很明显，为了取得最好的效果，挤压不同塑料，三段长短与结构都应结合塑料的特性和所挤制品的类段长短与结构都应结合塑料的特性和所挤制品的类型来考虑。型来考虑。第26页，共160页，编辑于2022年，星期一 3 3 螺杆上的螺旋角螺杆上的螺旋角，螺旋角的大小与物料螺旋角的大小与物料的形状有关。物料的形状不同，对送料段的螺的形状有关。物料的形状不同，对送料段的螺旋角要求也不一样。旋角要求也不一样。4 4 螺杆头部的形状螺杆头部的形状 ，螺杆头部一般呈钝尖螺杆头部一般呈钝尖的锥形，借以避免物料在螺杆头部停滞过久而的锥形，借以避免物料在螺杆头部停滞过久而引起分解。引起分解。5 5 螺槽深度、螺槽深度、压缩比、螺纹螺距、螺纹深压缩比、螺纹螺距、螺纹深角、螺槽轴向宽度角、螺槽轴向宽度（P24)P24)6 6 技术参数（技术参数（P25)P25)第27页，共160页，编辑于2022年，星期一转动装置转动装置加料装置加料装置料筒料筒机头和口模机头和口模2.1.4 2.1.4 挤出机其它重要部分挤出机其它重要部分第28页，共160页，编辑于2022年，星期一1传动装置传动装置 包括：电动机、减速机构和轴承包括：电动机、减速机构和轴承等所组成。等所组成。要求：无级调速，良好的润滑系统，要求：无级调速，良好的润滑系统，迅速制动的装置。常用体系：迅速制动的装置。常用体系：整流子电动机或直流电动机，它既是驱动装整流子电动机或直流电动机，它既是驱动装置，又是变速装置；置，又是变速装置；常速电动机驱动的机械摩擦传动，如用皮带常速电动机驱动的机械摩擦传动，如用皮带传动或齿轮传动的无级变速装置；传动或齿轮传动的无级变速装置；用电动机驱动油泵，将油送至液压马达，改用电动机驱动油泵，将油送至液压马达，改变泵的排油量从而改变挤出机螺杆转速。变泵的排油量从而改变挤出机螺杆转速。第29页，共160页，编辑于2022年，星期一2 2加料装置加料装置 供料的形式有粒状、粉状和带状等几供料的形式有粒状、粉状和带状等几种。加料装置一般都采用加料斗，料斗的容量至少种。加料装置一般都采用加料斗，料斗的容量至少应能容纳一小时的用料。加料斗内应有切断料流、应能容纳一小时的用料。加料斗内应有切断料流、标定料量和卸除余料等。上料装置。标定料量和卸除余料等。上料装置。3 3料筒料筒 料筒是挤出机主要部件之一，塑料的塑化和料筒是挤出机主要部件之一，塑料的塑化和加压过程都在其中进行。挤压时料简内的压力可达加压过程都在其中进行。挤压时料简内的压力可达5555兆帕，工作温度一般为兆帕，工作温度一般为180250180250，因此料筒可看作，因此料筒可看作是受压和受热的容器。是受压和受热的容器。另外，一般挤出机在料筒和机头之间还设有粗滤器，它另外，一般挤出机在料筒和机头之间还设有粗滤器，它是由带孔的合金钢板制成的，主要作用是使塑料由旋转是由带孔的合金钢板制成的，主要作用是使塑料由旋转流动变为平直流动，且沿螺杆方向形成压力，增大塑化流动变为平直流动，且沿螺杆方向形成压力，增大塑化的均匀性，过滤塑料中可能混入的杂质的均匀性，过滤塑料中可能混入的杂质(这在挤压回料时这在挤压回料时可能性更大可能性更大)和阻止未塑化的物料进入机头和阻止未塑化的物料进入机头 第30页，共160页，编辑于2022年，星期一4 4机头和口模机头和口模 机头是口模与料筒之间的过机头是口模与料筒之间的过渡部分，其长度和形状随所用塑料的种类、制渡部分，其长度和形状随所用塑料的种类、制品的形状、加热方法及挤出机的大小和型式而品的形状、加热方法及挤出机的大小和型式而定。定。口口模模是是制制品品横横截截面面的的成成型型部部件件，它它是是用用螺螺栓栓或或其其它它方方法法固固定定在在机机头头上上的的。如如果果口口模模和和机机头头是是一个整体，一般就统称为机头。一个整体，一般就统称为机头。第31页，共160页，编辑于2022年，星期一机头和口模结构的好坏，对制品的产量和质量机头和口模结构的好坏，对制品的产量和质量影响很大。其尺寸都根据实践经验或流变学知影响很大。其尺寸都根据实践经验或流变学知识来确定。从工艺角度考虑识来确定。从工艺角度考虑 ：(1)(1)口模定型部分是决定制品横截面的重要部口模定型部分是决定制品横截面的重要部件件 (2)(2)过渡部分的流道应尽量平滑，使其呈流线过渡部分的流道应尽量平滑，使其呈流线型，以免物料在流道中停滞而发生分解型，以免物料在流道中停滞而发生分解(3)(3)机头和口模应有足够的刚度，以免在工作机头和口模应有足够的刚度，以免在工作压力下使流道变形。压力下使流道变形。第32页，共160页，编辑于2022年，星期一2.1.52.1.5 挤出机的一般操作方法挤出机的一般操作方法 1 1、准备工作。、准备工作。2 2、加热、加热(提前小时提前小时)。3 3、上紧机头、上紧机头 （温度升高后紧固）。（温度升高后紧固）。4 4、开车启动、开车启动 ，严格低速启动。，严格低速启动。5 5、停车。、停车。将挤出机内的塑料尽可能挤完，以便下次操将挤出机内的塑料尽可能挤完，以便下次操作。挤压时应注意的安全项目有：电、热、机械作。挤压时应注意的安全项目有：电、热、机械的转动和笨重部件的装卸等。的转动和笨重部件的装卸等。拆除时应先拆出螺杆，后拆料筒，而安装时拆除时应先拆出螺杆，后拆料筒，而安装时则应先装料筒，后装螺杆。则应先装料筒，后装螺杆。第33页，共160页，编辑于2022年，星期一2.2.1 2.2.1 挤出机工作过程与原理挤出机工作过程与原理 挤出机要达到稳定的产量和质量，一方面，沿螺槽方向挤出机要达到稳定的产量和质量，一方面，沿螺槽方向任一截面上的质量流率必须保持恒定且等于产量，另一方面，任一截面上的质量流率必须保持恒定且等于产量，另一方面，熔体的输送速率应等于物料的熔化速率。熔体的输送速率应等于物料的熔化速率。否则否则.T,P,QT,P,Q波动波动 因此，从理论上阐明挤出机成型过程三阶段因此，从理论上阐明挤出机成型过程三阶段固体输送固体输送、熔融熔融和和熔体输送熔体输送与与操作条件操作条件操作条件操作条件、塑料性能塑料性能塑料性能塑料性能和和螺杆的几何结螺杆的几何结螺杆的几何结螺杆的几何结构构构构之间的关系，无疑是有重要意义的。之间的关系，无疑是有重要意义的。2.2 2.2 挤出螺杆设计挤出螺杆设计第34页，共160页，编辑于2022年，星期一1 挤塑过程的三个主要参量及其波动挤塑过程的三个主要参量及其波动三个主要波动三个主要波动温度及其波动温度及其波动压力及其波动压力及其波动产量及其波动产量及其波动 关系：互相制约、互相影响关系：互相制约、互相影响 原因：原因：影响：影响：温度或者热量的来源？温度或者热量的来源？温度或者热量的来源？温度或者热量的来源？主要有哪些波动？主要有哪些波动？主要有哪些波动？主要有哪些波动？危害是什么？危害是什么？危害是什么？危害是什么？压力来源？压力来源？压力来源？压力来源？1.1.螺杆结构设计不合理螺杆结构设计不合理螺杆结构设计不合理螺杆结构设计不合理2.2.机筒结构设计不合理机筒结构设计不合理机筒结构设计不合理机筒结构设计不合理3.3.机头结构设计不合理机头结构设计不合理机头结构设计不合理机头结构设计不合理4.4.加热冷却系统不稳定加热冷却系统不稳定加热冷却系统不稳定加热冷却系统不稳定5.5.螺杆转速控制不稳定螺杆转速控制不稳定螺杆转速控制不稳定螺杆转速控制不稳定6.6.物料量的加入不稳定物料量的加入不稳定物料量的加入不稳定物料量的加入不稳定1.1.残余应力，强度不均，变形开裂残余应力，强度不均，变形开裂残余应力，强度不均，变形开裂残余应力，强度不均，变形开裂2.2.颜色不均，甚至变色颜色不均，甚至变色颜色不均，甚至变色颜色不均，甚至变色3.3.表面灰暗无光泽表面灰暗无光泽表面灰暗无光泽表面灰暗无光泽4.4.形状和尺寸不准确形状和尺寸不准确形状和尺寸不准确形状和尺寸不准确第35页，共160页，编辑于2022年，星期一三大挤塑理论和相应的数学模型计量段计量段(均化段均化段)熔化段熔化段(压缩段压缩段)送料段送料段固体输送理论固体输送理论固体输送理论固体输送理论固体熔化固体熔化固体熔化固体熔化(压缩压缩压缩压缩)理论理论理论理论熔体输送熔体输送熔体输送熔体输送(计量计量计量计量)理论理论理论理论第36页，共160页，编辑于2022年，星期一 2.2.固体输送理论固体输送理论 目前理论推导最为简单的是以固体对固体目前理论推导最为简单的是以固体对固体的摩擦力静平衡为基础的。的摩擦力静平衡为基础的。基本假设：基本假设：(1)(1)物料与螺槽和料筒内壁所有边紧密接触，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；形成固体塞或固体床，并以恒定的速率移动；(2)(2)略去螺翅与料筒的间隙、物料重力和密度略去螺翅与料筒的间隙、物料重力和密度变化等的影响；变化等的影响；(3)(3)螺槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度的螺槽深度是恒定的，压力只是螺槽长度的函数，摩擦系数与压力无关；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。第37页，共160页，编辑于2022年，星期一当螺杆转动一转当螺杆转动一转时，螺槽中固体时，螺槽中固体塞上的塞上的A A点移动点移动到到B B点，这时点，这时ABAB与螺杆轴向垂直与螺杆轴向垂直面的夹角为面的夹角为，此角常称为移动此角常称为移动角。角。第38页，共160页，编辑于2022年，星期一通过推导，可得固体输送速率通过推导，可得固体输送速率(Qs)(Qs)的计算公式为的计算公式为：为了计算固体输送率为了计算固体输送率QsQs需要先知道移动角需要先知道移动角的的大小。其值可按下式计算：大小。其值可按下式计算：Q Qs s:固体传输率；固体传输率；n n：螺杆转速；螺杆转速；h h1 1：加料段落槽深度：加料段落槽深度D D：螺杆直径：螺杆直径：固体传输角；：固体传输角；b b：螺棱宽度；：螺棱宽度；：移动角（螺旋角）：移动角（螺旋角）M M：螺槽中力：螺槽中力的合集的合集第39页，共160页，编辑于2022年，星期一对实践的指导意义 因因为为Qs与与正正切切函函数数成成正正比比，所所以以正正切切函函数数最最大大时时，输输送送量量也也最最大大。从从图图中中可可见见1720度度时时，可可以以得得到到最最大大输输送送量量。第40页，共160页，编辑于2022年，星期一 为获得最大的固体输送速率，可从为获得最大的固体输送速率，可从挤挤出机结构出机结构和和挤出工艺挤出工艺两个方面采取措施两个方面采取措施 。1 1、从挤出机结构角度来考虑，增加螺槽深、从挤出机结构角度来考虑，增加螺槽深度是有利的，但会受到螺杆扭矩的限制。度是有利的，但会受到螺杆扭矩的限制。2 2、降低塑料与螺杆的摩擦系数、降低塑料与螺杆的摩擦系数(f)(f)也是有也是有利的，增大塑料与料筒的摩擦系数，也可利的，增大塑料与料筒的摩擦系数，也可以提高固体输送速率。以提高固体输送速率。控制机筒和螺杆的温度与表面粗糙度控制机筒和螺杆的温度与表面粗糙度控制机筒和螺杆的温度与表面粗糙度控制机筒和螺杆的温度与表面粗糙度第41页，共160页，编辑于2022年，星期一 从输出工艺角度来考虑，关键是控制从输出工艺角度来考虑，关键是控制送料段料筒和螺杆的温度，因为摩擦系数送料段料筒和螺杆的温度，因为摩擦系数是随温度而变化的，一些塑料对钢的摩擦是随温度而变化的，一些塑料对钢的摩擦系数与温度的关系如图所示。系数与温度的关系如图所示。第42页，共160页，编辑于2022年，星期一 如果物料与螺杆之间的摩擦力是如此之大，以致物料如果物料与螺杆之间的摩擦力是如此之大，以致物料抱住螺杆，此时挤出量抱住螺杆，此时挤出量Qs和移动速度均为零，因为和移动速度均为零，因为0。这时物料不能向前进行，这就是常说的这时物料不能向前进行，这就是常说的“不进料不进料”的情况的情况（封闭挤出封闭挤出封闭挤出封闭挤出）。如果物料与螺杆之间的摩擦力很小，。如果物料与螺杆之间的摩擦力很小，甚至可略而不计，面对料筒的摩擦力很大，这时物料甚至可略而不计，面对料筒的摩擦力很大，这时物料即以很大的移动速度前进，即即以很大的移动速度前进，即 900。如果料在筒内。如果料在筒内开有纵向沟槽，迫使物料沿令开有纵向沟槽，迫使物料沿令 900方向前进，这是方向前进，这是固体输送速率的理论上限固体输送速率的理论上限（自由挤出自由挤出自由挤出自由挤出）。一般情况即是。一般情况即是在在00900范围。在挤出过程中，如果不能控制物范围。在挤出过程中，如果不能控制物料与螺杆和料筒的摩擦力为恒定值，势必引起移动料与螺杆和料筒的摩擦力为恒定值，势必引起移动角变化，最后造成产率波动。角变化，最后造成产率波动。第43页，共160页，编辑于2022年，星期一2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计螺杆、料筒、分流板和过滤网组成了挤出机的挤压系统。螺杆、料筒、分流板和过滤网组成了挤出机的挤压系统。螺杆螺杆为是挤压系统的重要部件，人们通常称之为挤出机的心为是挤压系统的重要部件，人们通常称之为挤出机的心脏。脏。塑料塑料(橡胶橡胶)正是在这一部分正是在这一部分由玻璃态转变为粘流态由玻璃态转变为粘流态，然，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。后通过口模、辅机而被做成各种制品的。如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关键地位。如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关键地位。这是因为一台这是因为一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物的挤出机的生产率、塑化质量、填加物的分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定于螺杆的性分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定于螺杆的性能。能。因此，下面较详细地介绍有关螺杆设计的诸问题，前因此，下面较详细地介绍有关螺杆设计的诸问题，前一部分介绍常规螺杆，后一部分介绍新型螺杆。一部分介绍常规螺杆，后一部分介绍新型螺杆。第44页，共160页，编辑于2022年，星期一85橡胶螺杆橡胶螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第45页，共160页，编辑于2022年，星期一60销钉螺杆销钉螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第46页，共160页，编辑于2022年，星期一120销钉螺杆销钉螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第47页，共160页，编辑于2022年，星期一250大螺杆大螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第48页，共160页，编辑于2022年，星期一双锥螺杆双锥螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第49页，共160页，编辑于2022年，星期一锥形双螺杆锥形双螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第50页，共160页，编辑于2022年，星期一锥形双螺杆锥形双螺杆2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第51页，共160页，编辑于2022年，星期一1 1 评价螺杆的标准评价螺杆的标准如如何何评评价价螺螺杆杆的的好好坏坏呢呢？由由前前面面对对挤挤出出过过程程的的分分析析可可以以看看出出，至少应当从以下几个方面评价螺杆：至少应当从以下几个方面评价螺杆：1 1）塑化质量）塑化质量一根螺杆首先必须一根螺杆首先必须能生产出合乎质量要求的制品能生产出合乎质量要求的制品。所所谓谓合合乎乎质质量量要要求求是是指指所所生生产产的的制制品品应应当当合合乎乎以以下下几几个个方方面面的要求的要求:a a、具具有有合合乎乎要要求求的的各各种种性性能能。包包括括规规定定的的物物理理、化化学学、力力学学、电学性能；电学性能；b b、具具有有合合乎乎要要求求的的表表观观质质量量。如如能能达达到到用用户户对对气气泡泡、晶晶点、染色分散均匀性的要求等。点、染色分散均匀性的要求等。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第52页，共160页，编辑于2022年，星期一c c、具有合乎要求的螺杆的塑化质量：、具有合乎要求的螺杆的塑化质量：螺螺杆杆所所挤挤出出的的熔熔体体温温度度是是否否均均匀匀，轴轴向向波波动动、径径向向温温差差多多大。大。是否有得以成型的最低的熔体温度。是否有得以成型的最低的熔体温度。挤出的熔体是否有压力波动。挤出的熔体是否有压力波动。染色和其它填加剂的分散是否均匀等。染色和其它填加剂的分散是否均匀等。应应当当指指出出，低低温温挤挤出出是是目目前前的的一一个个发发展展趋趋势势，它它能能改改善善挤挤出出制制品品的的质质量量（如如降降低低内内应应力力等等），防防止止热热敏敏性性物物料料过过热热分分解解，降低能量消耗，减少主辅机冷却系统的负担，提高生产率。降低能量消耗，减少主辅机冷却系统的负担，提高生产率。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第53页，共160页，编辑于2022年，星期一2 2）产量）产量所所谓谓产产量量是是指指在在保保证证塑塑化化质质量量前前提提下下，通通过过给给定定机机头头的的产产量量或或挤挤出出量量。产产量量一一般般用用公公斤斤/小小时时或或公公斤斤转转来来表表示。示。一一根根好好的的螺螺杆杆，应应当当具具有有较较高高的的塑塑化化能能力力。（生生产产能能力）力）3 3）适应性）适应性所所谓谓螺螺杆杆的的适适应应性性是是指指螺螺杆杆对对加加工工不不同同塑塑料料、匹匹配配不不同同机机头头和和不不同同制制品品的的适适应应能能力力。一一般般说说来来，适适应应性性越越强强，往往往往伴伴随随着塑化效率的降低。着塑化效率的降低。因因此此我我们们总总希希望望一一根根好好的的螺螺杆杆，其其适适应应性性和和高高的的塑塑化化效效率率都应兼备。都应兼备。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第54页，共160页，编辑于2022年，星期一4 4）单耗）单耗所所谓谓单单耗耗，是是指指每每挤挤出出一一公公斤斤塑塑料料（橡橡胶胶）所所消消耗耗的的能能量量，一一般般用用 N N用用表表示示。其其中中 N N为为功功率率（千千瓦瓦），Q Q为为产产量量（公公斤斤/小时）。小时）。一一根根好好的的螺螺杆杆，在在保保证证塑塑化化质质量量的的前前提提下下，单单耗耗应应尽尽可可能低。能低。5 5）制造的难易）制造的难易一根好的螺杆还必须易于加工制造，成本低。一根好的螺杆还必须易于加工制造，成本低。以以上上几几条条标标准准必必须须综综合合起起来来考考虑虑，只只强强调调一一方方面面是是片片面面的的。当然，也允许针对不同要求，重点保证某条标准的达到。当然，也允许针对不同要求，重点保证某条标准的达到。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第55页，共160页，编辑于2022年，星期一2 2 设计螺杆考虑的因素设计螺杆考虑的因素要要设设计计一一根根合合乎乎以以上上标标准准的的性性能能优优异异的的螺螺杆杆并并非非一一件件轻轻而而易举的事。在进行螺杆设计时，要综合考虑以下诸因素：易举的事。在进行螺杆设计时，要综合考虑以下诸因素：1)1)物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度状况。物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度状况。不不同同物物料料的的物物理理特特性性（如如挤挤出出温温度度范范围围、粘粘度度、稳稳定定性性和流变性能）相差很大，因而加工性能也很不相同。和流变性能）相差很大，因而加工性能也很不相同。橡橡胶胶挤挤出出机机螺螺杆杆与与塑塑料料挤挤出出机机螺螺杆杆差差别别很很大大：如如螺螺杆杆长长径径比比、螺螺槽槽深深度度、螺螺杆杆结结构构（塑塑料料挤挤出出机机螺螺杆杆带带有有混混炼炼元元件件、剪剪切切元件）等。元件）等。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第56页，共160页，编辑于2022年，星期一l同是塑料挤出机螺杆也不相同：同是塑料挤出机螺杆也不相同：l例例如如聚聚氯氯乙乙烯烯和和聚聚烯烯烃烃就就有有很很大大差差别别。前前者者为为无无定定形形塑塑料料，粘粘度度大大，对对温温度度比比较较敏敏感感，无无明明显显熔熔点点。后后者者为为结晶性塑料粘度较低，有明显的熔点。结晶性塑料粘度较低，有明显的熔点。l就就是是同同是是聚聚氯氯乙乙烯烯，但但由由于于生生产产厂厂家家不不同同，或或批批号号不不同同，其性能也有差异。其性能也有差异。l进进而而言言之之，同同是是一一种种物物料料，粉粉状状和和粒粒状状的的加加工工性性能能也也不不尽尽一样，预热和不预热对加工性能也有影响。一样，预热和不预热对加工性能也有影响。l因此，因此，要采取不同的螺杆设计来适应不同的物料要采取不同的螺杆设计来适应不同的物料。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第57页，共160页，编辑于2022年，星期一2 2）口模的几何形状和机头阻力特性。）口模的几何形状和机头阻力特性。由由挤挤出出机机的的工工作作图图可可知知，口口模模特特性性线线要要与与螺螺杆杆特特性性线线很很好好地地匹配，才能获得满意的挤出效果。如：匹配，才能获得满意的挤出效果。如：a a、高高阻阻力力机机头头，一一般般要要配配以以均均化化段段螺螺槽槽深深度度较较浅浅的的螺螺杆，杆，b b、低阻力机头，需与均化段螺槽较深的螺杆相配。、低阻力机头，需与均化段螺槽较深的螺杆相配。c c、对对排排气气挤挤出出机机，机机头头阻阻力力的的大大小小和和螺螺杆杆性性能能的的匹匹配配显得更重要，弄得不好，挤出机甚至不能工作。显得更重要，弄得不好，挤出机甚至不能工作。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第58页，共160页，编辑于2022年，星期一3)3)料筒的结构形式和加热冷却情况。料筒的结构形式和加热冷却情况。由由固固体体输输送送理理论论知知，在在加加料料段段料料筒筒壁壁上上加加工工出出锥锥度度和和纵纵向向沟沟槽槽并并进进行行强强力力冷冷却却，会会大大大大提提高高固固体体输输送送效效率率。若若采采用用这这种种结结构构形形式式的的料料筒筒，设设计计螺螺杆杆时时必必须须在在熔熔融融段段和和均均化化段段采采取取相相应应措措施施，使使熔熔融融速速率率、均均化化能能力力与与加料段的输送能力相一致。加料段的输送能力相一致。4)4)螺杆转数。螺杆转数。由由于于物物料料的的熔熔融融速速率率很很大大程程度度上上取取决决于于剪剪切切速速率率，而而剪剪切切速速率率与与螺螺杆杆转转数数有有关关，故故进进行行螺螺杆杆设设计计时时必必须须考考虑螺杆转数这个因素。虑螺杆转数这个因素。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第59页，共160页，编辑于2022年，星期一5)5)挤出机的用途。挤出机的用途。设设计计螺螺杆杆时时必必须须弄弄清清楚楚挤挤出出机机是是用用作作加加工工制制品品还还是是用用作作混混料料、造造粒粒或或喂喂料料。因因为为不不同同用用途途的的挤挤出出机机的的螺螺杆杆在在设设计计上上是是有很大不同的。有很大不同的。总总之之，在在对对评评价价螺螺杆杆的的标标准准有有了了统统一一的的看看法法和和对对螺螺杆杆设设计计必必须须考考虑虑的的因因素素有有了了一一个个全全面面的的了了解解之之后后，方方能能进行螺杆的具体设计。进行螺杆的具体设计。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第60页，共160页，编辑于2022年，星期一3 3 常规全螺纹三段螺杆的设计常规全螺纹三段螺杆的设计所所谓谓常常规规全全螺螺纹纹三三段段螺螺杆杆，是是指指出出现现最最早早、应应用用最最广广、整整根根螺螺杆杆由由三三段段组组成成，其其挤挤出出过过程程完完全全依依靠靠全全螺螺纹纹的的形形式式完完成成的的螺螺杆杆。这这种种螺螺杆杆的的设设计计包包括括螺螺杆杆型型式式的的确确定定、螺螺杆杆分分段段及及各各段段参参数数的的确确定定、螺螺杆杆直直径径和和长长径径比比的的确确定定、螺螺杆杆和料筒间隙的确定和料筒间隙的确定等，下面分别叙述。等，下面分别叙述。1 1）关于螺杆型式的确定）关于螺杆型式的确定 按按照照传传统统的的说说法法，常常规规全全螺螺纹纹三三段段螺螺杆杆分分为为渐渐变变型型螺螺杆杆和突变型螺杆和突变型螺杆。2.2.3 2.2.3 常规螺杆设计常规螺杆设计第61页