第六章 (第四节)

自洁性更好
物料在同向旋转的螺杆的啮合区相对速度更大，自洁性更好。
（三）双螺杆挤出机的优势
由于双螺杆具有以上特性，因此与单螺杆挤出机相比， 双螺杆挤出机在成型加工时具有很大的优势： 1、加料容易； 2、塑料在双螺杆挤出机中的停留时间短； 3、具有优异的混合、塑化效果； 4、优异的排气性能；
5、具有较低的功率消耗；
（4）冷却
充分冷却，防止变形和产生内应力。 常用浸没式冷却水槽和喷淋水箱。
牵引
均匀拉出管材并可以通过调节牵引速度来控制管材的壁厚。
比挤出速度快1～10％。 牵引装置有滚轮式和履带式。
管材挤出工艺流程
管材是具有一定长度的、断面为空心的圆环形制品。
硬管的流程为：加料、塑化、挤离口模、定型、冷却、牵引、切割。
挤出法生产的软管的流程，与硬管基本相同，最后卷绕成盘。
挤出工艺分析 单螺杆挤出机，用PE、PP、PVC等热塑性塑料粒料，生产 管材；双螺杆挤出机可直接用配制的PVC粉料生产。 挤出管材常用树脂选择如下表：
UPVC（粉） UPVC（粒） SPVC（粉） SPVC（粒） LDPE HDPE
90～110 100～120 80～100 90～110 90～100 100～120
120～140 130～150 110～130 120～140 100～140 120～140
150～170 160～180 140～160 140～160 140～160 160～180
第四节 塑料的挤出成型
一、概述 二、挤出机 三、挤出原理和挤出理论 四、常规螺杆 五、新型螺杆 六、双螺杆挤出机 七、典型制品的挤出工艺
一、概述
（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型方法。
6、容积效率非常高。
七、典型制品的挤出工艺
（一）管材 （二）异型材 （三）板材与片材 （四）吹塑薄膜 （五）挤出造粒 （六）其他挤出工艺
（一）塑料管材的挤出成型
管材种类 UPVC 市政 给水 市政 排水 建筑 给水 采用 建筑 排水 采用 室外 燃气
塑料管道种类与应用 热水 供暖 雨水 管 采用 穿线 管 排污 管
（3）压延效应
主要针对于向内反向旋转的双螺杆，会产生使螺杆分离 的反压力，迫使螺杆变形、磨损，因此这样的双螺杆只能在 低速下工作。
2、啮合型同向旋转双螺杆 混合好 物料在啮合型同向旋转双螺杆的流动呈倒8字型流动； 另外，与异向旋转双螺杆挤出机相比，同向双螺杆挤出机的 螺杆无压延效应，转数较高，也有利于使物料受到比异向旋 转双螺更高的剪切。这对于物料充分熔融混合是十分有利的。
树脂 熔体流动速率 g/10min
PP 0.15～ 0.85
LDPE 0.1～5.0
LLDPE 0.2～2.0
HDPE 0.1～0.5
RPVC SG-5
SPVC SG2/3/4
挤出机工艺条件控制 温度 ：挤出机各段温度根据原料和螺杆结构来选择；
管材原料 机身/℃ 1段 2段 3段 机头/℃ 机颈 口模
（五）挤出机的工作过程
塑料由料斗进入料筒后，随着螺杆的旋转而被逐渐推向机 头方向。经过以下四个阶段: 1、加料段：输送并开始压实物料 2、压缩段—压实物料，熔融物料。 3、均化段—均化、挤出
4、机头—成型、定型
三、挤出理论
挤出成型主要是利用了聚合物的可挤压性质，即聚合物 （流体）通过挤压作用（主要受剪切力）发生形变时获得形 状和保持形状的能力。
屏障型螺杆 屏障型螺杆就是在螺杆的某部位设立屏障段。 熔融机理：
工作时，物料由进料槽流入。只有熔融的物料和粒度小于间 隙的固相碎片才能越过间隙而进入出料槽，而那些未熔的粒度较 大的固相碎片被屏障阻挡。 剪切作用: 熔料和未熔融但能通过间隙的固相碎片在通过间隙 时，受到强烈的剪切作用。 混合作用: 进入出料槽的物料在槽中产生涡流而得以混合。
最大特点是适应性强，专用性也强，易于获得最佳的工 作条件，在一定程度上解决了“万能”和“专用”之间的 矛盾。得到了越来越广泛的应用。 这种螺杆设计较复杂，在直径较小的螺杆上结构实现有 困难。
六、双螺杆挤出机
（一）双螺杆挤出机结构
双螺杆挤出机主要由两个螺杆、机筒、加料装置等组成。
双螺杆也分为加料段、压缩段、均化段三段。 机筒结构呈∞字形，分为整体式和组装式。
挤出理论：
描述物料在挤出机中运动变化规律的基本理论。 是根据物料在挤出机螺杆中物态变化和流动行为来研究。 挤出理论研究的意义在于：通过理论分析，寻求在聚合 物加工中提高产量、提高塑化质量、降低能量消耗的有效途 径，为聚合物挤出过程改进工艺、改进设备提供依据。
四、常规螺杆
所谓常规全螺纹三段螺杆，是指出现最早、应用最广、 整根螺杆由三段组成，其挤出过程完全依靠全螺纹的形式 完成的螺杆。 1、评价螺杆的标准
采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用
LDPE
螺旋缠绕管 交联 聚乙烯管 双壁波纹管 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用 采用
采用
无规共聚聚丙烯 管(PP-R) ABS管 玻璃钢管(FRP) 铝塑复合管 钢塑复合管
采用 采用 采用 采用 采用
几乎适合除PTFE外的所有热塑性塑料。
只要改变机头口模，就可改变制品形状。 可用来塑化、造粒、染色、共混改性，也可同其它方法混合 成型。此外，还可为压延成型供料，配合吹胀和双轴拉伸：吹 塑成型和拉幅成型。
（三）挤出成型分类
1、按塑化方式分 （1）干法挤塑 （2）湿法挤塑 2、按加压方式分
（1）连续式挤出
（2）间歇式挤出
目前应用较多的是干法连续挤出成型。
二、单螺杆挤出成型设备
（一）挤出成型设备的组成
主机（单螺杆挤出机）：熔融塑化物料。 挤出机组
辅机：成型并冷却。
控制系统：控制主辅机，保证工艺条件， 实现自动化生产。
主机：
挤压系统：螺杆、机筒，加料装置、机头组成； 作用：熔融塑化，并提供压力。 传动系统：电机、减速装置等。 作用：驱动螺杆（扭矩和转速）。 加热冷却系统：保证温度的要求。
挤出机生产率：即挤出机的生产能力，用Q表示，单位
m3/h或kg/h； 机器的中心高：指螺杆中心线到地面的高度，用H表示；
机器的外形尺寸：主要指主机的外形尺寸，即长×宽×高，
单位mm。
（三）挤出机螺杆
螺杆的作用： （1）输送物料； （2）传热塑化物料； （3）混合与均化物料。
常规螺杆通常分为三段：
加料段（输送段）： 自物料加料口向前延伸的一段，一般螺杆是等距等深， 主要是为了输送物料，使物料受压、受热、前移。物料在移 动过程中保持固体状态。
压缩段（迁移段）：
螺杆等距不等深，压实物料，使物料由固体转化为熔体， 并排除物料中的挥发份。 均化段（计量段）： 螺杆等距等深，熔融均化物料，并定量定压把熔体送入 机头，使它在口模中成型。
① 机头的通道应平滑过渡，有利于物料的流动；
② 机头结构有利于对熔体物料建立压力； ③ 在满足强度的条件下，要结构紧凑，零件少，重量轻， 拆装方便，形状规则、对称； ④ 机头材料的选择要考虑耐磨和耐腐蚀。
（3）定径 挤出硬管的定径方法有内定径和外定径。 外定径制得的管材外壁光滑，外径尺寸精确，装置简 单操作方便。我国硬管标准以外径表示管材规格，所以硬 管以外定径为主。 内定径是具有很小锥度的芯模延长轴内通冷却水，靠 芯模延长轴的外径确定管材内径的方法。
挤出属于一次成型，又称为口模成型。
挤出成型是塑料加工工业中应用最早的成型方法之一， 应用最广泛。目前塑料制品的三分之一是用挤出方法生产的。 生产的制品： 管材、异型材、板材、薄膜、线缆包覆物及塑料与其它 材料的复合材料等。
（二）挤出成型特点
1、连续成型，产量大，生产效率高。 2、制品外形简单，是断面形状不变的连续型材。 3、制品质量均匀密实，各向异性小，尺寸准确性较好。 4、适应性很强：
（四）挤出机的其他部分
1、机筒 2、分流板和过滤网 分流板主要作用：改变塑料熔体的螺旋运动为直线方向运动， 起到增压作用，使成型制品更加密实。 过滤网主要作用：过滤杂质，也可以通过滤网层数的增加和减 少来调节机头压力。 3、加料系统 加料系统由加料斗和上料装置组成。
4、加热冷却系统 挤出机温度控制是为了使塑料达到正常的操作温度和保 持常规下所需的温度。 加热、冷却装置是温度控制系统的重要组成，其设计是 否合理将影响到挤出机生产能力、制品质量和能量的消耗。 5、机头 作用： 将旋转运动的物料流体变成平行直线流动，并将熔体 均匀平稳的导入口模，口模是具有一定截面形状的通道，塑 料熔体在口模中流动并取得所需的形状，然后再经过定型、 冷却等工序成为制品。
分流型螺杆
在螺杆的某一部位设置突起部分或沟槽或孔道，这 样可将螺槽内的物流反复分割，以改变物料的熔融、增 强混炼和均化，这类螺杆称为分流型螺杆。
组合螺杆
不同职能的螺杆元件：
特点：
组合螺杆突破了传统常规全螺纹三段螺杆的框框，螺 杆可以不再是整体的，也可以不再是由三段组成。这是螺 杆设计中的一大进步。 可根据需要，任意组合。
（二）啮合型双螺杆挤出机的工作特性
1、啮合型异向旋转双螺杆 （1）强制输送物料 强制输送：
优点：无论粉状、粒状；装填的程度如何都可以输送。
缺点：容易造成挤出不稳定，因此设置定量加料装置。
（2）自洁性能
由于啮合处的速度差，使得一个螺棱对另一螺槽中的物 料有清理作用，使得物料不易粘于螺杆上，这被认为是双螺 杆良好的自洁性。
（二）挤出成型设备的主要技术参数
螺杆直径：指螺杆外径，用D表示，单位mm；反映产能 螺杆长径比：用 L/D表示，L为螺杆有效长度；反映塑化效果 螺杆的转数范围： Nmax～Nmin，用r/min表示； 驱动电机功率：用N表示，单位kW； 料筒加热段数：用B表示； 料筒加热功率：用E表示，单位kW；
五、新型螺杆
所谓新型螺杆，是相对于常规全螺纹三段螺杆而言 的。新型螺杆在原理、结构设计上有许多特点，它们是 在常规全螺纹三段螺杆的基础上发展起来的，目前已得 到广泛应用。
（一）常规全螺纹三段螺杆存在的问题 1、熔融效率低、塑化混炼（染色、加填充物）不均匀；
2、压力波动、温度波动和产量波动大；
3、加工物料适应性差。 为克服常规螺杆存在的上述缺点，目前在常规三段 螺杆上常用的方法就是：加大长径比；提高螺杆转数； 加大均化段的螺槽深度等。
（1）塑化质量
（2）产量 （3）适应性
பைடு நூலகம்
（4）单耗
（5）制造的难易
2、设计螺杆考虑的因素 （1）物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度状况 （2）口模的几何形状和机头阻力特性
（3）料筒的结构形式和加热冷却情况
（4）螺杆转数
（5）挤出机的用途
3、常规全螺纹三段螺杆的选择
（1）关于螺杆型式的确定
（2）关于螺杆直径的确定 （3）关于螺杆长径比的确定 （4）螺杆的分段及各段参数的确定 （5）螺杆与料筒间隙的确定 （6）螺杆其它参数的确定 （7）螺杆头部结构
160～170 170～180 150～160 160～170 140～160 160～180
170～180 180～190 160～170 170～180 140～160 160～180
机头
成型管材的成型部分，分直通式和直角式两种。 直通式机头结构简单，制造容易，料流阻力小，采用广泛。
机头设计原则：
采用 采用
CPVC
聚 单壁波纹 氯 管(SWP) 乙 芯层发泡 烯 管(PSP) 管 螺旋 系 列 消音管
采用
采用
采用
采用 采用 采用 采用 采用
采用
双壁波纹 采用 采用 管(DWP)
螺旋 缠绕管 采用
径向筋管
采用
管材种类 聚 乙 烯 管 系 列 HDPE MDPE
市政给 水
采用
市政 建筑 建筑 室外 热水 雨水 穿线 排污 排水 给水 排水 燃气 供暖 管 管 管
（二）几种常见的新型螺杆
针对常规螺杆存在的问题，对挤出过程进行了深入研 究，在大量实验和生产实践的基础上，发展了各种新型螺 杆。与常规螺杆相比，其优点如下： 提高了挤出量；
改善了塑化质量；
减少了产量波动，压力波动和温度波动； 提高了混合的均匀性和填加物的分散性。 新型螺杆越来越得到广泛的应用。 新型螺杆的形式很 多，但尚无一个全面的科学的螺杆分类。