挤出成型技术

料筒 作用：输送、塑化、压缩 工作温度：180-290℃ 压力：≤55MPa 设有分段加热和冷却装置 制造材料：耐磨、耐腐蚀、高强度的合金钢等 料筒除了可以用45号钢、40Cr、38CrMoAL外，还可以 用铸钢和球墨铸铁制造。带衬套的加料段可以用优质 铸铁制成。
螺杆
（1）作用：输送、挤压、剪切
挤出机的发展
发展方向: 高速、高效、提高自动化水平、
多品种多规格、研制特殊用途
和新型挤出机等方向发展。
机 头和 口 模
螺杆
料筒
加料 装置
传 动 装 置
加料装置及作用 • 有些加料斗还配备真空装置或加热装置，以便防止物料从空 气中吸收水分。有些料斗有振动搅拌器，并能自动上料与加 料。 • 料斗底部有冷却夹套，防止“架桥”。
• 主要是指料斗，大多数设备用的加料斗是圆锥形的，其容量
至少要求能容纳1h的用料。底部有截断装置，以便调整和切 断料流。侧面有玻璃视镜和标定计量的装置。
3 螺杆几何尺寸 生产率qv ∝螺杆直径 D2 正流qvD ∝ 螺槽深度H qvp ∝ H3
4 物料温度 温度的变化直接影响物料的粘度，从我们前面推导出的公式 来看，Q与η 无关。 在机头和口模尺寸不变的情况下，粘度大的物料，螺杆对其 产生的压力高： 结论：Q与温度T也无关。 实际上，T的变化相当于影响了均化段的长度。 5 机头口模的阻力 物料流动时受到阻力，大体上与口模的截面积成反比，与 长度成正比。阻力愈小，挤出量受压力的影响愈大。
（5）螺旋角 θ ＝10°－30° • 定义：螺纹与螺杆横截面之间的夹角 • θ 大，挤出机的生产能力提高，但螺杆对塑料的 剪切挤压作用减小 • θ ＝10°－30° • 实验证明： • θ ＝30°适合细粉状物料；均化段的挤出产率 提高 • θ ＝15°适合方块状物料 • θ ＝17°适合圆柱状物料 • 常用螺杆的θ ＝17.7°
（6）螺杆与料筒的间隙 δ δ 大，生产效率低，剪切作用小，不利于热传导，
不利于物料的熔融和混合
δ 小，剪切作用大，容易引起物料热力学降解 小直径螺杆δ ＝0.005 DS 大直径螺杆δ ＝0.002 DS δ ＝0.1-0.65mm
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螺杆的作用
• 连续稳定地运输（固体、熔体）
• 熔融、塑化（固体→熔体）
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挤出成型基本过程
（1）塑化：在挤出机内将固体塑料加热并依靠塑料之间 的内摩擦热使其成为粘流态物料。 （2）成型：在挤出机螺杆的旋转推挤作用下，通过具有 一定形状的口模，使粘流态物料成为连续的型材。 （3）定型：用适当的方法，使挤出的连续型材冷却定型 为制品。
挤出成型工艺流程
加料——在螺杆中熔融塑化——机头口模挤出
根据流动分析，影响挤出机生产能力的是正流、逆流、漏 流，横流对挤出量没有影响 挤出机的生产能力表示为 Qv=Qv,D -Qv,p - Qv,L
影响挤出机生产率的因素
1.机头压力 当机头压力△p＝0 可获最大挤出量
当机头口模封闭时无挤出量 机头最大压力降
2 螺杆转速 机头和螺杆的尺寸一定时，挤出量与螺杆转速 成正比。
回，再进行下一次操作，挤出机对物料没有搅拌混合作用。
挤出机能够产生较大的压力，一般来说，其操作是间歇进 行，物料的塑化程度和均匀性不如螺杆式挤出机，因此应用 范围受限制。适用于聚四氟乙烯，超高相对分子质量聚乙烯 等塑料的挤出。
螺杆式挤出机
借助螺杆旋转时螺纹所切作用，促进物料的塑
挤出成型原理
根据塑料在挤出机中的物理状态变化和流动 行为，建立了 • 固体输送理论 • 熔化理论 • 熔体输送理论
（1）正流Qv,D 塑料熔体在料筒和螺杆之间沿着螺槽方向朝机头方向的流 动。它是由旋转螺杆的挤压所造成的，其体积流量用Qv,D
表示。
（2）逆流Qv,p 其流动方向与正流相反，它是由机头、多孔板、过滤板 等阻力引起的压力梯度所造成，又称为压力倒流，其体积
造粒及塑料的共混改性等。 • 橡胶挤出——压出 合成纤维——螺杆挤出纺丝 塑料挤出——主要以热塑性塑料为主
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挤出成型的特点
（1）操作简单，工艺易控，可连续化、工业化、自动化生产，
生产效率高、应用范围广。
（2）挤出—吹塑成型，中空吹塑制品 挤出—拉幅成型，双轴拉伸薄膜 （3）产品形状多样 （4）设备简单，投资少，占地面积小
（3）螺杆的压缩比A 定义：加料段第一个螺槽容积：均化段最后一个螺槽 容积，表示物料通过螺杆的全过程被压缩的程 度一般是2－5 获得方法：采用等距变深、等深变距、变深变距螺槽 （4）螺槽深度H 决定塑料的塑化及挤出效率 小：剪切速率高，利于传热和塑化，但挤出生产效率低 热敏性塑料——深槽螺杆 热稳定性较高、熔体粘度低——浅槽螺杆 H1≥0.1 DS H3=0.02－0.06 DS
螺杆直径D：Db—螺杆外径 Ds—螺杆根径 D —螺杆平均直径 螺杆长度L：L —螺杆有效工作部分长度 L1—加料段长度 L2—压缩段长度 L= L1 + L2 + L3 L3—均化段长度 螺杆长径比L/D
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螺杆的几何参数
(1) 螺杆直径DS 外径：30-300mm之间，常见：60-150mm (2) 螺杆的长径比 一般15-25，以25居多，最大可达45 小：对塑料的混合和塑化不利 大：改善塑料的温度分布，混合均匀，减少挤出时的漏流 和逆流，提高挤出机的生产能力；适应性强，可用于多种塑料 的挤出。 过大：热敏性塑料因受热时间太长而容易分解，螺杆的自 重增加，制造和安装都困难，挤出机的功率消耗增大。
流率以Qv,p表示。
（3）横流Qv,T 它是熔体沿着垂直于螺纹壁的流动，它使物料在螺槽内产 生翻转运动，而形成环流。它对挤出量的影响可忽略，但 对挤出过程中熔体的混合和热交换作用却很大。
（4）漏流Qv,L 由于压力梯度在螺杆与料筒间隙处所形成的倒流，其方向 是沿着螺杆的轴向,其体积流率Qv,L表示。
粗滤器、过滤网
作用：使物料流由旋转运动变为直线运动，阻止杂质和
未塑化物料通过并增加料流背压，使制品更加密
实。其中粗滤器还起支撑过滤网的作用，但在挤 出硬聚氯乙烯等粘度大而稳定性差时，一般不用 过滤网。
其它辅助设备 挤出机辅助设备大致可分为以下三类： (1)挤压前物料处理的设备(如预热、干燥等)。 一般用于吸湿性塑料。干燥设备有烘箱或沸腾干燥器等。 有的干燥设备直接设置在加料斗上。 （ 2 ）挤出物的处理设备如用作冷却、牵引、卷取、切断和 检验设备。 （ 3 ）控制生产条件的设备指各种控制仪表，如温度控制器、 电动机启动装置、电流表、螺杆转数表和测定机头压力的 装置等。
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螺杆的形式
• 普通螺杆: 采用等距变深、等深变距、变深变距螺槽 • 高效专用螺杆: L/ DS 大、熔融效率低、塑化混合均匀
机头和口模
（1）使粘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，获得结构密实和形状准确的 制品
（2）用耐热、耐腐蚀、高强度的合金钢制作
（3）表面高硬度、高光洁度 （4）转速10-120 rpm、无级变速
1 螺杆的结构
如下图
H2 S H1
θ
计量段 L 3
压料段 L 2 螺杆长度 L D e S 螺杆直径 螺棱宽度 螺距
加料段 L 1
H1 H2 θ
加料段螺槽深度 计量段落槽深度 螺旋角
表征螺杆结构的基本参数
挤出成型加工技术
主要内容
概述 单螺杆挤出机基本结构及作用 挤出成型原理 挤出机的发展
概述
• 挤出成型是使高聚物熔体（或粘性流体）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，制品 为具有恒定断面形状的连续型材。 • 用于挤出塑料制品，如管材、片材、各种异型材以及塑料和
其它材料的复合物等，也常用于塑料的着色、混炼、塑化、
——定型——冷却——牵引——切割（卷曲）
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挤出成型设备 螺杆式挤出机 连续成型，用途最多。 柱塞式挤出机 间歇成型，一般不用。
螺杆式挤出机
单螺杆 双螺杆 多螺杆
单螺杆挤出机 双螺杆挤出机 行星螺杆挤出机
其中以单螺杆最常用，也较为简单。
柱塞式挤出机 借助柱塞的推挤压力，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成型的。物料被挤完后柱塞退
• 混合、均化（温度、组成分布均匀）
• 增压—有利于排气、传热，使制品密实
(1) 加料段L1(固体输送段) 作用：加热送来的物料并输送到压缩段 (2) 压缩段L2(熔融段) 作用：挤出和剪切加料段送来的物料，加热物料使其转变 为熔融体，赶走塑料中的空气及其它挥发成分，增大塑料 的密度。 无定形塑料，熔融温度范围宽，渐变螺杆 结晶型塑料，熔融温度范围窄, 突变螺杆 (3) 均化段（计量段) 作用：将塑化均匀的物料在均化段螺槽和机头回压作用下 进一步搅拌塑化均匀，并定量定压的通过机头口模挤出成 型。一般无压缩作用。
化和均匀分散，同时使挤出过程连续进行，因此可以提 高挤出制品的质量和产量。适用于绝大多数热塑性塑料 的挤出。
单螺杆挤出机基本结构及作用
• 传动系统 • 挤出系统——挤出成型系统的关键部分 加料装置、料筒、螺杆、机头、口模 • 加热系统：采用电阻丝加热，也可电感应加热， 蒸汽或油加热。 • 冷却系统：空冷或水冷，其作用是防止进料口处 的物料过热发粘，出现搭桥现象，使 物料供料不足。另外在紧急停车时， 避免物料过热降解。