塑料挤出成型

螺杆挤出机分为单螺杆挤出机和多 螺杆挤出机，其中单螺杆挤出机是最 基本的挤出机。


对物料有搅拌混合作用，塑塞的推挤压力， 将事先塑化好的或由挤出机料筒加热塑化 的物料从机头口模挤出而成型的。

•物料挤出后柱塞退回，再进行下一次操作，生产 是不连续的。
（1）挤出成型用材料 挤出成型工艺适合于所有的高分子材料。 其中塑料挤出成型所占比重最大，也称 挤塑或挤出模塑，几乎能成型所有的热 塑性塑料及少部分热固性塑料。 目前约有50%的热塑性塑料制品是挤出 成型的。
挤出成型生产的产品十分广泛： • 从成品方面来说，塑料挤出的制品有 管材、板材、棒材、片材、薄膜、单丝、 线缆包覆层、各种异型材等。
• 从半成品来说，
•可以为其他成型方法提供原料（如为压延成 型提供塑化的塑料）；
•可以进行塑料的着色、混炼、造粒及塑料的 共混改性（如ABS）等； •以挤出为基础，配合吹胀、拉伸等技术进行 二次加工。
（2）挤出成型设备 挤出成型设备通常有两大部分组成： • 一是将塑料熔融并挤出的挤出成型机 （简称挤出机），习惯上成为主机。 主机具有通用性，即同一台主机可以生 产不同形状的制品，是挤出成型的前阶 段设备。
θ＝ 30º 最适合细粉状物料，
θ＝ 15º 适于方块料，
θ＝ 17º 适于圆柱料，
在均化段θ＝ 30º 时，挤出生产率最高。
• 螺纹棱部宽度 E
E 太小会使漏流增加，导致产量降低， 对低粘度的熔体更是如此； E 太大会增加螺 棱上的动力消耗，有局部过热的危险。 一般取 E＝0.08～0.12Ds，在螺杆的根部取大 值。
过滤网为 2 ～ 3 层的铜丝或不锈钢丝网，两者的
作用是改变塑料的旋转运动为平直运动，过滤黏流
态料中可能混入的机械杂质和未熔化的或分解焦化
的物料，同时增大物流压力，保证挤出制品致密，
提高质量。
为了获得塑料成型前的必要压力，机头和口模 的流道型腔应逐步连续的减小，过滤到所要求的成 型截面形状。机头内塑料流道应光滑，呈流线型，
（3）螺杆 螺杆是挤出机最主要的部件，通过螺杆 的转动，对料筒内塑料产生挤压作用， 使塑料发生移动，得到增压，获得由摩 擦产生的热量。 螺杆的结构形式对挤出成型有重要的影 响，直接关系到挤出机的应用范围和生 产率。
螺杆的结构
螺杆是一根笔直的有螺纹的金属圆棒。螺杆 是用耐热、耐腐蚀、高强度的合金钢制成的。 螺杆的中心有孔道，可通冷却水，目的是防 止螺杆因长期运转与塑料摩擦生热而损坏， 同时使螺杆表面温度略低于料筒，防止物料 黏附其上，有利于物料的输送。
螺杆示意图
螺杆用止推轴承悬支在料筒的中央，与 料筒中心线吻合，不应有明显的偏差。 螺杆与料筒的间隙很小，使塑料受到强 大的剪切作用而塑化。 螺杆由电动机通过减速机构传动，转速 一般为10～120r/min，为无极变速。
螺杆的作用
挤出成型时，螺杆的运转对物料产生如下三 个作用： ① 输送物料，螺杆转动时，物料在旋转的同 时受到轴向压力，向机头方向流动。 ② 传热塑化物料。螺杆与料筒配合使物料接 触传热而不断更新，在料筒的外加热和螺杆 摩擦作用下，物料逐渐软化，熔融为黏流态。 ③ 混合均化物料。螺杆与料筒和机头相配合 产生强大剪切作用，使物料进一步均匀混合， 并定量定压由机头挤出。
指其外径，通常在30～200 mm之间，最 常见的是60～150 mm。 随螺杆的直径增大，挤出机的生产能力 提高，所以挤出机的规格常以螺杆的直 径大小表示。
• 螺杆的长径比 L/Ds
指螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比，此值通 常为15～25，目前以25居多。
• 适当增大长径比，能改善塑料的温度分布，混合更
• 二是机头、口模、冷却系统、牵引系统 和卷取系统（或切割系统）。这些装置 是将熔融塑料进行定型、冷却、加工成 具体形状的制品，习惯上称为辅机。
辅机具有专用性，即某种辅机只能生产 某一种产品，是挤出成型的后阶段设备。
挤出设备有螺杆挤出机和柱塞式挤出机 两大类，
前者为连续式挤出，
后者为间歇式挤出。
带强制加料器的料斗
1 螺杆传动装置 2 螺杆
（2）料筒
料筒，又叫机筒，是一个受热受压的金属圆筒。 物料的塑化和压缩都是在料筒中进行的。料筒 的结构形式直接影响传热的均匀、稳定性和整 个挤出系统的工作性能。 挤出成型时的工作温度一般在180～290℃， 料筒内的压力可达55MPa。 在料筒的外面设有分段加热和冷却的装置，以 便对塑料加热和冷却。
不存在死角。为了保证料流的稳定以及消除熔接缝，
口模应有一定长度的平直部分。
根据生产不同的挤出制品，机头和口模的组成
部件有所不同。
• 螺杆与料筒的间隙 δ
δ大小影响挤出机的生产能力和物料的塑化。
•δ值大，生产效率低，且不利于热传导并降低剪切 速率，不利于物料的熔融和混合。
•但δ过小时，强烈的剪切作用易引起物料出现热降 解。 •一般δ＝0.1～0.65 mm为宜，对大直径螺杆，取δ＝ 0.002 Ds，小直径螺杆，取δ＝0.005 Ds。
•挤出机对物料没有搅拌混合作用，塑化效果差。
•但由于柱塞能对物料施加很高的推挤压力，只应 用于熔融粘度很大及流动性极差的塑料，如聚四 氟乙烯管材的挤出成型。
（3）挤出成型方法
根据挤出物料塑化方式的不同，挤出成型可分 为干法挤出和湿法挤出。
• 干法挤出是靠外部加热将物料变成熔体，塑化 是在挤出机内完成，制品的定型处理为简单的 冷却固化。 • 湿法挤出的物料塑化是通过有机溶剂对物料的 作用，使其成为黏流状态，塑化是在挤出机之 外预先完成的，制品的定型处理是依靠溶剂的 挥发而固化。
聚苯乙烯 聚丙烯
2-2.5(2-4) 3.7-4(2.5-4)
聚砜(膜） 聚砜（管型材）
3.7-4 3.3-3.6
• 螺槽深度 H
螺槽深度影响塑料的塑化及挤出效率，H小时，
对塑料可产生较高的剪切速率，有利于传热和塑
化，但挤出生产率降低。因此，热敏性塑料（如
PVC）宜用深槽螺杆，而熔体黏度低和热稳定性较
挤出机机头和口模示意图
1－挤出机 2－口模
3－模唇调节器
4－口模成型段 5－扼流调节器
挤出机机头和口模示意图
1－口模 2－分流梭 3－机头 4－分流器
5－挤出机 6－螺杆 7－粗滤板
在机头和料筒之间有粗滤器和过滤网。 粗滤器也叫多孔板，是一块多孔的金属圆板， 孔眼的大小和板的厚度随料筒的直径增大而增大。
加料装置是保证向挤出机料筒连续供料的装置， 形如漏斗，由圆锥形和方锥形，也称料斗。 料斗的底部与料筒连接处是加料孔，该处有截 断装置，可以调整和截断料流。 在加料孔的周围有冷却夹套，用以防止高温料 筒向料斗传热，避免料斗内塑料升温发粘而引 起加料不均和料流受阻情况发生。
对于一些流动性较 差的松散物料，如 薄片状物料、大长 径比的颗粒，可以 采用强制加料器。
第三章 塑料挤出成型
1 挤出成型概述 2 单螺杆挤出机基本结构及作用
1 概述
挤出成型是高分子材料加工领域中变化较多、 生产率高、适应性强、用途广泛、所占比重 最大的成型加工方法。
挤出成型：
是通过加热、加压使高聚物（塑料、橡胶和 纤维）的熔体（或黏性流体）在挤出机的螺 杆（或柱塞）的挤压作用下通过一定形状的 口模而连续成型，所得的制品为具有恒定断 面形状的连续型材或制品。
常用螺杆头部形状
（a）大圆锥（120°，熔体流动性好者应用） （b）锥体（锥角为60°，适用于PVC） （c）半圆形 （应用广泛） （d）鱼雷体（多用与PS）
（4）机头与口模
机头是口模与料筒的过渡连接部分，口模是制 品的成型部件，通常机头和口模是一个整体， 习惯上统称为机头。机头和口模的作用：
① 使黏流态物料从螺旋运动变为平行直线运动， 并稳定地导入口模而成型。 ② 产生回压，使物料进一步均化，提高制品质 量。 ③ 产生必要的成型压力，以获得结构密实和形 状准确的制品。
压缩的程度。
• A越大，塑料受到挤压的作用也就越大，排除物料
中所含空气的能力就越大，
• 但 A 太大，螺杆本身的机械强度下降。压缩比一
般在2～5之间，粉状塑料的压缩比应大于粒状塑料， 薄壁制品的压缩比应大于厚壁制品。
挤出不同塑料的螺杆压缩比
名称 硬聚氯乙烯（粒） 硬聚氯乙烯(粉） 软聚氯乙烯(粒） 软聚氯乙晞（粉） 聚乙烯 压缩比 2.5(2-3) 3-4(2-5) 3.2-3.5(3-4) 3-5 3-4 名称 ABS（丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯共聚物） 聚甲醛 聚碳酸酯 聚苯醚(PPO) 聚砜fēng（片） 压缩比 1.8（1.6-2.5） 4(2.8-4) 2.5-3 2(2-3.5) 2.8-3
螺杆的几何结构参数 螺杆的几何结 构参数有直径、 长径比、压缩 比、螺槽深度、 螺旋角、螺杆 与料筒的间隙 等，对螺杆的 Ds－螺杆外径 Db－料筒内径 Ls－螺距 －螺槽深度 W－螺槽宽度 θ－螺旋角 工作特性有重 H E－螺纹棱部宽度 δ－间隙 L－螺杆长度 d－螺杆根径 大的影响。
• 螺杆直径 Ds
•加热一般分三至四段，常用电阻或电感应加热， 也有采用远红外线加热的。 •冷却的目的是防止塑料过热发生降解，冷却一 般采用风冷或水冷。 •料筒要承受很高的压力和温度，故要求具有足 够的强度和刚度，内壁光滑。料筒一般用耐磨、 耐腐蚀、高强度的合金钢或炭钢内衬合金钢来 制造。料筒的长度一般为其直径的15～24倍。
• 挤出系统主要包括：
•加料装置
•料筒
•螺杆
•机头和口模
单螺杆挤出机挤出系统结构示意图
1 树脂 2 料斗 3 硬衬垫 4 热电偶 5 机筒 6 加热装置 7 衬套加热器 8 多口板 9 熔体热电偶 10 口模 11 衬套 12 过滤网 13 螺杆 14 冷却夹套
（1）加料装置
挤出成型的供料一般采用粒状料、粉状料和带 状料。