单螺杆挤出机挤出工艺实验
反应挤出制备尼龙6工艺研究
反应挤出是以单螺杆或双螺杆挤出机的机筒作为化学反应器进行单体聚合或对聚合物改性的一种新型工艺技术，它和反应注射成型一起构成了反应性聚合物加工的主要内容，反应挤出和反应注射成型已成为聚合物合成与加工的研究热点[1]。
反应挤出类型可分为本体聚合、接枝反应、链接共聚物形成反应、偶联/交联反应、可控降解反应及功能化改性等6类，它可使粘度为10～10000Pa·s的物料在挤出机中完成聚合反应，其特性为易于喂料，且使物料具有极好的分散、分布性能；温度、停留时间分布可控；反应可在压力下进行；可连续加工；易于脱除未反应单体和低分子副产物[2-8]。
笔者主要就催化剂的选择、脱水时间和温度、配方的优化及反应挤出工艺进行了深入研究，制备了具有较好力学性能的尼龙6材料。
1基本原理尼龙6反应挤出技术原理为：在催化剂(促使产生己内酰胺阴离子)及助催化剂(促进生成聚合反应增长中心)存在下，使己内酰胺的阴离子聚合反应可在几分钟内以90%～95%的转化率生成相对分子质量较高的尼龙6，这与反应时间长达10h的水解聚合过程形成鲜明对比[9]。
首先使己内酰胺与碱反应生成己内酰胺阴离子，己内酰胺又与异氰酸酯生成己内酰胺异氰酸酯，随后己内酰胺阴离子进攻己内酰胺异氰酸酯，并发生开环反应，生成另一个活性阴离子，己内酰胺与活性阴离子反应生成活性己内酰胺异氰酸酯，以实现链增长，接着又被己内酰胺阴离子进攻而开环，这样不断循环，最终得到所需相对分子质量的聚合物。
在己内酰胺与碱反应生成己内酰胺阴离子的同时有水生成，必须脱除这部分水，否则聚合反应难以进行。
由己内酰胺转化为尼龙6的反应是一个放热反应，聚合热焓约为125kJ/kg。
2工艺流程尼龙6的反应挤出工艺流程为：己内酰胺熔化后，加入一定量的碱进行脱水，然后与催化剂一起进入双螺杆挤出机进行反应挤出，经拉条、水冷、风冷、切粒、萃取、干燥得到成品。
本实验前处理系统主要设备包括反应釜、缓冲罐、真空泵、主计量泵、辅计量泵、导热油循环泵、混合槽、高位槽等，见图1。
单螺杆挤出机工作原理
单螺杆挤出机工作原理
单螺杆挤出机是一种常用的塑料成型设备，其工作原理是通过回转的螺杆将固态的塑料料柱加热、熔化、排气并通过挤出机筒体的特定结构挤出成形。
具体来说，单螺杆挤出机由进料区、螺杆区、压力区和挤出口组成。
在进料区，未熔化的塑料颗粒被输送到螺杆进料口。
然后，螺杆开始回转，将塑料物料推入螺杆区。
在螺杆区域，塑料物料逐渐加热并熔化。
这是通过螺杆与加热器的摩擦产生的热量实现的。
螺杆旋转的运动将塑料物料向前推送和混炼，使其逐渐达到熔化状态。
接下来进入压力区，其中的螺杆设计有螺纹，将已熔化的塑料物料推向挤出机的出料口。
在这个过程中，由于挤出口的尺寸较小，螺纹的间距逐渐减小，从而产生越来越大的压力，将塑料挤出。
最后，熔化的塑料通过挤出口进入模具或挤出头，形成所需的产品形状。
在模具或挤出头内部，塑料物料开始冷却并固化，最终成为所需的塑料制品。
总之，单螺杆挤出机通过旋转的螺杆将塑料物料加热、熔化、挤压并挤出，实现塑料制品的成型。
其工作原理简单明了，适用于各类塑料的挤出加工。
单螺杆挤出过程的数值模拟
单螺杆挤出过程的数值模拟《单螺杆挤出过程的数值模拟》（SimulationofSingleScrewExtrusionProcess）是一种采用有限差分法模拟连续材料在单螺杆挤出机挤出过程中路径运动的重要工具。
此类模拟技术可以基于实际挤出机的挤出参数，模拟出实际挤出过程中材料的运动路径及挤出参数的变化，有助于进行挤出机的设计和参数优化。
数值模拟技术可以分为三步：首先，对实际原始挤出机进行建模，包括螺杆形状和尺寸、挤出口形状和尺寸、模筒形状和尺寸、模筒到外圈的距离，其次，建立挤出过程的数学模型，使用有限差分法求解挤出参数，最后，利用数值模拟技术精确地模拟挤出过程中实际材料的运动轨迹，清楚地了解挤出过程中各参数的变化。
从单螺杆挤出机螺杆结构设计上来看，螺杆形状及尺寸是很重要的。
为了精确模拟实际挤出机的挤出过程，需要考虑材料的粘度和双组分特性，以确定螺杆的形状及尺寸。
这些特性决定了螺杆挤出过程中材料在螺杆表面上的运动路径，及挤出过程中挤出参数的变化。
同样重要的是挤出口的形状和尺寸。
此外，挤出口尺寸有一定的要求。
当挤出口形状及尺寸不满足实际要求时，挤出过程中材料的移动路径也是不稳定的，这将使挤出参数产生变化，从而影响挤出过程的质量和效率。
模筒的尺寸和形状也对挤出机的挤出效果有很大的影响。
模筒的尺寸按照实际挤出机的尺寸进行确定，形状也要根据实际挤出机的刀片及滚筒确定。
最后但也是最重要的一步就是建立挤出过程的数学模型。
有限差分法是模拟挤出过程中材料运动路径及各参数变化的重要工具。
有限差分法能够根据螺杆形状、挤出口形状、模筒形状和尺寸，以及模筒与外圈之间的距离等，求解出实际挤出机的挤出参数，发挥出它的最大作用。
综上所述，《单螺杆挤出过程的数值模拟》是通过有限差分法模拟连续材料在单螺杆挤出机挤出过程中路径运动的重要工具，可以根据实际挤出机的挤出参数，模拟出实际挤出过程中材料的运动路径及挤出参数的变化，有助于进行挤出机的设计和参数优化。
单螺杆挤出机原理及应用
单螺杆挤出机原理及应用单螺杆挤出机（Single Screw Extruder）是一种重要的塑料加工设备，它通过将固态塑料加热融化并通过模头挤出成型，广泛应用于塑料制品、管材、型材、薄膜、电缆、地板、造粒等行业。
本文将介绍单螺杆挤出机的工作原理及其应用。
1.工作原理：单螺杆挤出机主要由进料部分、预塑化部分、挤出部分和加热冷却系统等部件组成。
工作时，固态塑料颗粒从进料口进入进料部分，由螺杆转动带动，通过加热区域进行加热升温，固态塑料逐渐熔化成为塑料熔融物。
在预塑化部分，通过相应的螺杆设计和加热方式，使塑料充分熔化并与添加剂充分混合。
然后，在挤出部分，塑料熔融物通过螺杆的外螺旋槽进行挤压，经过过滤网和模头，通过塑料挤出口形成所需的产品形状。
最后，通过加热冷却系统对挤出的塑料进行冷却，使其固化，完成整个挤出过程。
2.应用：（1）塑料制品行业：（2）管材行业：单螺杆挤出机在管材行业中得到广泛应用。
例如，用于生产塑料排水管、塑料给水管、塑料电缆保护管等。
通过挤出机的挤出过程，可以实现管材的定径、定厚，并且能够根据不同的工艺要求进行选择，满足不同管材的生产需求。
（3）型材行业：单螺杆挤出机在塑料型材生产领域也有广泛应用，如生产塑料门窗型材、塑料板材、塑料隔断、塑料围栏等。
通过单螺杆挤出机的工作原理，可以通过合适的模头和挤出机操作参数，实现对塑料的挤出成型，生产出符合要求的塑料型材。
（4）造粒行业：综上所述，单螺杆挤出机是一种重要的塑料加工设备，其工作原理是利用螺杆的旋转和加热系统的作用，将塑料颗粒加热融化后进行挤出成型。
它在塑料制品、管材、型材、薄膜、电缆、地板、造粒等领域有广泛的应用，能够满足不同行业的生产需求。
挤出成型：单螺杆挤出机的基本结构、成型原理、工艺与流程[专业参考]
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专业参考
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熔体在均化段的流动包括四种主要形式：
(1)正流 是物料沿螺槽方向(z方向)向机头的流动， 这是均化段熔体的主流，是拖电流动，它起挤出 物料的作用；
(2)逆流 沿螺槽与正流方内相反(—z方向)的流动， 它是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍所引起 的反压流动，它将引起挤出生产能力的损失
正流和逆流的综合称为净流，是汇流和逆流的种速 度的代数和
专业参考
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专业参考
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挤出机的生产率
Q=QD-QP-QL
均化段熔体输送理论作如下假定： (1)进入均化段的物料是全部熔融塑化的等温牛顿流体 (2)在流动过程中无粘度和密度的变化，流动是稳定状态 下的层流, 流体是不可压缩的， (3)螺槽为矩形的，该段螺槽宽度与深度之比大于10，
如 果螺槽很浅, 对物料流动影响不大。
4050?挤出机可用于混合造粒和着色共混3专业参考挤出成型?单螺杆挤出机的基本结构?挤出成型原理?挤出成型工艺与过程4专业参考61单螺杆挤出机基本结构及作用?挤出机类型?单螺杆挤出机是由传动系统挤出系统加热和冷却系统控制系统等几部分组成?挤出系统主要包括传动加料装置料筒螺杆机头和口模等几个部分5专业参考6专业参考?一传动部分包括电动机减速箱轴承要求
专业参考
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从图中可看出: (1)与料简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，并形成一层薄膜，称为熔膜. (2)这些不断熔融的物料，在螺杆与料筒的相对运动的作用下，
不断向螺纹推进面汇集，形成旋涡状的流动区，称为熔池. (3)在熔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的固体粒子, 这两种粒子统 称为固体床. (4)熔融区内固相与液相的界面称为迁移面
高分子材料加工实验报告
一．实验目的要求1. 理解单螺杆挤出机、移动螺杆式注射机、拉力试验机的基本工作原理，学习挤出机单螺杆挤出机、移动螺杆式注射机、拉力试验机的操作方法。
2. 了解聚烯烃挤出、流变、及注射成型、拉伸的基本程序和参数设置原理。
二．实验原理挤出造粒原理：在塑料制品的生产过程中，自聚合反应至成行加工前，一般都要经过一个配料混炼环节，以达到改善其使用性能或降低成本等目的。
一般用螺杆挤出机进行混炼，其组成部件有(1)传动部分(2)加料部分(3)机筒(4)螺杆(5)机头和模口(6)排气装置。
流变性能测试原理：由于流体具有粘性．它必然受到自管体与流动方向相反的作用力．根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理进行推导，可得到毛细管管壁处的剪切应力和剪切速率与压力、熔体流率的关系。
(33-I)(33-2)(33-3)式中R 毛细管半径，cm；L 毛细管长度,cm;毛细管两端的压差,pa；Q 熔体流率，；熔体表观粘度，Pa。
在温度和毛细管长径比L／D一定的条件下。
测定不同压力下聚合物熔体通过毛细的流动速率Q．由式(33—1)和式(33—2)计算出相应的和，将对应的和在双对数坐标上绘制—流动的曲线图．即可求得非牛顿指数n和熔体表观粘度。
改变温度和毛细管径比．可得到代表粘度对温度依赖件的粘流活化能以及离模膨胀比B等表征流变特性的物理参数。
注射过程原理：注射成型是高分子材料成型加工中一种重要的方法，应用分广泛，几乎所有的热塑性塑料及多种热固件塑料都可用此法成型。
热塑性塑料的注射成型又称注塑，是将粒状或粉状塑料加入到注射机的料筒。
经加热熔化后呈流动状态，然后在注射机的柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力下。
从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具内。
充满模腔的熔体在受压的情况下，经冷却固化后，开模得到与模具型腔相应的制品。
分为以下几个工序：(1)合模与锁紧、(2)注射充模、（3）保压、(4)制品的冷却和预塑化、（5)脱模。
单螺杆挤出机工作的原理
单螺杆挤出机工作的原理
单螺杆挤出机是一种常用的塑料加工设备，用于将塑料颗粒或粉末加热熔融后挤出成型。
单螺杆挤出机的工作原理如下：
1. 加料：塑料颗粒或粉末通过进料口加入到螺杆挤出机的进料段。
2. 进料和融化：螺杆在机筒中旋转推动塑料颗粒向前移动，并同时施加高温和高压力。
随着塑料在螺杆和机筒内摩擦加热，塑料开始融化并形成均匀的熔体。
3. 压力增加和融化区：螺杆的螺纹逐渐变浅，使得交通道变窄，从而增加了塑料在机筒中的压力，并进一步加热、融化和混合塑料。
4. 挤出：在融化区后面的机筒中，螺杆开始改变形状，将熔融的塑料推向机筒出口，并进一步加压，使塑料通过机筒的模具孔挤出。
5. 冷却和定型：挤出的塑料通过模具孔进入到冷却水中进行快速冷却，使之硬化和定型。
通常，挤出机的模具孔和冷却系统都是根据所需的产品形状来设计的。
6. 切割和收集：挤出的成型物从模具孔中连续挤出，然后被切割成所需的长度，并通过传送带或其他收集装置进行收集和包装。
总结：单螺杆挤出机的工作原理是通过螺杆的旋转和设计，将塑料颗粒加热、融化和压力推向模具孔进行挤出，最后冷却和定型。
这种工作原理可以实现连续、高效、精确的塑料挤出成型过程。
单螺杆挤出机加工双色制品
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设｜ ｓ 维 修 ・
单 螺 杆 挤 出机 加 工 双 色 制 品
南京理工大学 （１０４ 张 巨 香 邵 立 强 ２０ １）
加 工 塑 料 制 品 时 ，最 常 用 的成 形 方 法 有 ：挤 起挤 出 ．可实 现双 色 、多色 产 品的挤 出加 工 。但 是 出 、注 塑 、压 延 、模 压 等 。其 中挤 出成 形 是橡 胶 、 值 得 指 出的是 ，以加 工 双色 管材 为例 ，多层 机头挤 塑 料加 工 的主要 工艺过 程之一 。挤 出机按其 螺杆 数 出机 的 主系统挤 出管 体 ，其余 系统 每个 可 以加工 出 量 可 以分 为单 螺杆 、双 螺杆 和多螺 杆挤 出机。 目前
一
条 彩色条 纹 ，那么 要想 在 管体周 围加 上 二十条 以
以单螺杆挤 出机应用 最 为广 泛 ，适 宜 于一般 材料 的 至更 多条条 纹 ，需 要 的系 统 数 目不 可想 象 。可 见 ， 挤 出加 工 。双螺杆挤 出机 由于具有 由摩擦 产生 的热 如 果想 通 过添加 系统 数 目使之 与所 需 的条纹 数 目相 量较 少 、物料所 受 到 的剪 切 比较均 匀 、螺杆 的输送 同 ，来 获得 几 十条 条 纹 ，不 但 设 备 造 价不 可想 象 ， 能 力较大 、挤 出量 比较稳 定 、物料在 机 筒 内停 留时 而 且 ，这种设 备 也很难 实 现 。
间较短等 优点 ，近年来 发 展较 快 。
由以上分 析 可知，
但是 ，无论 是单螺 杆挤 出机还是 双 、多螺 杆挤 要在 单 机 头 挤 出机 上 加 出机 ，都 只能进 行单 色制 品 的加 工 。如 果要在 同一 工多 条 纹 双 色 管 材 ，必 制品 中 同时加工 出两种 颜 色或多 种颜 色 ，必须使 用 须改 造 机 床 添 加 另 一 套 Ａ 十分 昂贵 的多层 机头 挤 出机 。如何改 造 目前使 用最 系统 ，这 套 系 统 与 多 层 多 的单螺杆 单机 头挤 出机 ，使之 能够加 工双色 产品 机头 挤 出 侧 部 的 系 统 类 是一 大技术 难题 。我们 利 用现有条 件 ，经 过半 年多 似 ，以 实 现 两 种 色 料 的 的努 力 ，成 功地解 决 了这 一难题 。 １ 单、 多层机 头挤 出机原 理 、结构 的对 比 ．
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单螺杆挤出实验
一、实验目的与要求
了解单螺杆挤出机的基本结构及各部分的作用，掌握挤出成型基本操作；通过实验，理解挤出成型原理，分析挤出工艺参数对塑料制品产量和性能的影响。
二、实验重点与难点
1，挤出成型基本操作和挤出成型原理。
2，挤出工艺参数对塑料制品产量和性能的影响。
三、提问及互动设计
1，单螺杆挤出机结构和挤出成型加工原理。
2，介绍挤出机牌号的含义。
3，要求学生根据高分子物理和聚合物共混原理对具体的聚合物设定挤出工艺参数。
4，讨论影响制品性能和产量的因素。
四、实验讲解
1，挤出机各部分的结构和作用
1）传动装置。
由电动机、减速机构和轴承等组成。
具有保证挤出过程
中螺杆转速恒定、制品质量的稳定以及保证能够变速作用。
2）加料装置。
无论原料是粒料、粉状和片状，加料装置都采用加料斗。
加料斗内应有断料流、标定量料和卸除余料等装置。
3）料筒。
料筒是挤出机的主要部件之一，塑料的混合、塑化和加压过
程都在其中进行。
挤压时料筒内的压力可达55MPa,工作温度一般为
180-250℃，因此料筒是受压和受热的容器，通常由高强度、坚韧耐
磨和耐腐蚀的合金钢制成。
料筒外部设有分区加热和冷却的装置，
而且各自附有热电偶和自动仪表等。
4）螺杆。
螺杆是挤出机的关键部件。
通过螺杆电转动，料筒内的物料
才能发生移动，得到增压和部分热量。
螺杆的几何参数，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有重
大影响。
5）口模和机头。
机头是口模和料筒之间的过渡部分，其长度和形状随
所用塑料的种类、制品和形状、加热方式及挤出机的大小和类型而
定。
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
寸根据流变学和实践经验确定。
2，实验步骤
1）工艺参数控制
温度控制：塑料的挤出成型温度包括料筒、机头和口模等温度控制，这些温度控制与物料粘度的高低，对温度的敏感性和高聚物聚集态等有关，一
般来讲，低粘度物料的机头和口模温度低，高粘度物料的机头和口模温度高，
流动性好。
转速控制：对于挤出加工来说，螺杆转速加大，则剪切速率增加，热塑性塑料熔体大体都是非牛顿型假塑料流体，其粘度随剪切速率的增加而下降，
流动性提高挤出产量也随之提高。
但是过大的剪切速率熔体粘度过低，会造
成生产操作上的困难，同时低粘度熔体在螺杆反压作用下倒流、漏流量明显
增加，在一定程度上又影响了产量，又是，甚至会出现螺杆在高转速下打滑
现象，因此应该把螺杆转速控制在一定范围内。
此外，在生产过程中，应尽
量保持螺杆转速稳定，避免时快时慢。
否则，将会因物料熔融粘度变化过大
而造成出料不均，影响正常生产。
2）开、停机操作
检查挤出机的各部分，确认设备正常，接通电源，设定挤出温度参数，加热。
当各部分达到指定温度后，再保温20-30分钟，检查机头连接螺栓是否松动，并趁热拧紧，防止漏料。
开动挤出机，调节转速。
挤出平稳，继续加料，调整各部分工艺参数，维持正常操作。
观察挤出物料形状和外观质量，挤出物均匀、光滑时的各段温度等工艺条件，记录一定时间内的挤出量，计算产率，重复加料挤出。
实验完毕，关闭主机和电源。
如果停机时间较长，对热稳定性较差的塑料一定要将料筒内的塑料全部挤出，以免下次开机时，因升温和保温时间长
而引起热分解，必要时，对机头、螺杆和多孔板应拆卸清洁，对于热稳定性
好的物料可以带料停机。
3，实验报告
1）列出实验用挤出机的技术参数。
2）报告实验所用原料及操作工艺条件，计算挤出产率。
3）讨论：结合试样性能结果，分析产物性能与物料、工艺条件及实验设备操作的关系。
影响挤出物均匀性的主要原因有哪些？怎样影响？如何控制？4，实验注意事项
1）实验前应充分预习，了解原料品种、规格，提出温度控制范围，了解挤出工艺。
2）熔体被挤出之前，任何人不得在机头、口模的正前方。
挤出过程中，严防金属杂质、小工具等物落入进料口。
3）按操作程序开机，注意启动挤出机时，转速要缓慢上升，同时注意进料情况。
4）操作时分工负责，协调配合，注意观察现象，详细记录，并进行分析，如发现异常现象，根据分析原因采取适当处理方法。