塑料成型工艺学第五章 挤出成型
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最新塑料成型工艺学(思考题答案)
序言及第一章1.为什么塑料成型加工技术的发展要经历移植、改造和创新三个时期？(P2)第一段2.移植期、改造期和创新期的塑料成型加工技术各有什么特点?答：移植时期用移植技术制造的塑料制品性能较差，只能成型加工形状与结构简单的制品．而且制品的生产效率也比较低。
这段时问虽然已经出现了几种改性纤维素类热塑性塑料，但其使用性远不如酚醛和脲醛等热固性塑料料，从而使压缩模塑等特别适合成型热固性塑料的制品生产技术；其一是塑料的成型加工技术更加多样化，从前一时期仅有的几种技术发展到数十种技术，借助这几十种技术可将粉状、粒状、纤维状、碎屑状、糊状和溶液状的各种塑料原材料制成多种多样形状与结构的制品，如带有金属嵌件的模制品、中空的软制品和用织物增强的层压制品等；其二是塑料制品的质量普遍改善和生产效率明显提高，成型过程的监测控制和机械化与自动化的生产已经实现，全机械化的塑料制品自动生产线也已出现；其三是由于这一时期新开发的塑料品种主要是热塑性塑料，加之热塑性塑料有远比热固性塑料良好的成型工艺性，因此，这一时期塑料成型加工技术的发展，从以成型热固性塑料的技术为重点转变到以成型热塑性塑料的技术为主; 进入创新时期的塑料加工技术与前一时期相比，在可成型加工塑料材料的范围、可成型加工制品的范围和制品质量控制等方面均有重大突破。
采用创新的成型技术，不仅使以往难以成型的热敏性和高熔体粘度的她料可方便地成型为制品，而且也使以往较少采用的长纤维增强塑料、片状馍型料和团状模塑料也可大量用作高效成型技术的原材料。
3.按所属成型加工阶段划分，塑料成型加工可分为几种类型？分别说明其特点。
答：一次成型技术,二次成型技术,二次加工技术一次成型技术，是指能将塑料原材料转变成有一定形状和尺寸制品或半制品的各种工艺操作方法。
目前生产上广泛采用的挤塑、注塑、压延、压制、浇铸和涂覆等。
二次成型技术，是指既能改变一次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的形状和尺寸，又不会使其整体性受到破坏的各种工艺操作方法。
挤出成型工艺—挤出成型原理(塑料成型加工课件)
二、挤出成型过程
既有混合过 程，也有成 型过程
树脂原料 加热黏流 塑料熔体
助剂
混合过程
加压 挤出连续体
一定规格的 制品
切割 成型连续体
冷却定型
成型过程
以 管 材 挤 出 原料 成型为例
挤出连续体
熔体
定型连续体
制品
三、挤出成型特点
1. 可以连续化生产，生产效率高。 2. 设备自动化程度高，劳动强度低。 3. 生产操作简单，工艺控制容易。 4. 原料适应性强，适用大多数热塑性树脂和少数热固性 树脂。 5. 可生产的产品广泛，同一台挤出机，只要更换不同的 辅机，就可以生产不同的制品。
挤出成型
挤出成型特点
一、挤出成概述
挤出成型又叫挤出模塑，是利用加热使塑料熔融塑化成 为流动状态，然后在机械力（螺杆或柱塞的挤压）的作用下， 使熔融塑料通过一定形状的口模制成具有恒定截面连续的制 品，适用于绝大部分热塑性树脂和部分热固性树脂。
除了用于挤出造粒、染色、树脂掺和等共混改性，还可用于塑 料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板 材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等塑料制品的生产。
料表面接近或达到黏流温度，表面发黏。
要求：输送能力要稍高于熔融段和均化段。
2. 压缩段 （熔融段）
位置：螺杆中部一段。 作用：输送物料，使物料受到热和剪切作用熔 融塑化，并进一步压实和排出气体。 特点：物料逐渐由玻璃态转变为粘流态，在熔 融段末端物料为粘流态。 要求：螺杆结构逐渐紧密，使物料进一步压实。
（3）横流（环流） 由垂直于螺棱方向的分速
度引起的使物料在螺槽内产生翻 转运动。对生产能力没有影响， 但能促进物料的混合和热交换。
（4）漏流 由机筒与螺棱间隙处形成的
塑料成型工艺学课件第五章挤出成型
3
冷却和定型
挤出产生的热量通过冷却和定型系统使塑料固化，形成所需产品。
常见的挤出成型工艺塑料制品的生 产，如塑料管材、板材和 型材等。
2 双螺杆挤出
适用于工程塑料和特殊塑 料制品的生产，如塑料薄 壁制品和复合材料等。
3 共挤出
用于制备多层结构的复合 型材，如隔热管、隔音板 等。
常见的挤出成型缺陷及其解决措施
气泡
调整挤出机、模具和材料的参数，提高材料的 熔体温度和排气能力。
熔体中断
检查挤出机和模具的磨损和堵塞问题，确保材 料的连续供给。
螺纹纹理
调整挤出机和模具的温度、速度和压力，改善 模具的设计和制造。
尺寸不合格
优化挤出工艺参数，检查挤出机和模具的精度， 控制材料的品质。
挤出机的工作原理和组成部分
工作原理
挤出机通过将塑料材料加热、熔化、压缩和挤出， 形成连续的塑料型材或薄壁制品。
组成部分
挤出机主要由进料系统、加热和熔融系统、挤出系 统以及冷却和定型系统等组成。
挤出工艺的基本步骤和流程
1
进料和预热
塑料料粒经过熔融预热系统加热和软化，准备挤出。
2
熔融和挤出
熔化塑料通过螺杆在挤出机筒内熔融，然后被挤出模具形成型材。
挤出模具的设计要点和注意事项
挤出模具的设计需要考虑材料流动性、产品形状和尺寸、模具结构等因素。合理设计模具可以提高挤出成型的 质量和效率。
优点和局限性：挤出成型工艺的优势和限制
优点
高生产效率、产品外观光滑、成型质量稳定、无需 二次加工等。
局限性
对于某些复杂形状的产品来说，挤出成型可能无法 满足要求。
塑料成型工艺学课件第五 章挤出成型
本章将介绍挤出成型工艺的定义、概况以及其工作原理和组成部分。还将探 讨挤出工艺的基本步骤和流程，以及常见的分类和应用。最后，我们将讨论 挤出模具的设计要点和注意事项，以及挤出成型的优点、局限性和解决措施。
高分子材料基本加工工艺第五章 第一节
熔体输送—均化段 熔体输送 均化段
双螺杆挤出机
是在一个“ ” 是在一个“∞”字形机筒 内，由两根互相啮合的螺 杆组成。 杆组成。螺杆可以是整体 或组装， 或组装，同向旋转或异向 旋转， 旋转，平行或锥形的
双螺杆挤出机和单螺杆 挤出机工作原理比较
物料在单螺杆挤出机中的输送是依靠物料与机 筒的摩擦力 而双螺杆挤出机则为“正向输送” 而双螺杆挤出机则为“正向输送”，有强制将 物料向前输送的作用，另外， 物料向前输送的作用，另外，双螺杆挤出机在 两根螺杆的啮合处还对物料产生剪切作用
螺杆的结构形式与其三个主要工作区
І 加料段：起预热、压实、输送物料的作用，螺槽深度不变 加料段：起预热、压实、输送物料的作用， II 压缩段：螺槽深度逐渐变小；起熔融物料、去阶气体等 压缩段：螺槽深度逐渐变小；起熔融物料、 III 均化段（计量段）：螺槽深度通常为常数；起进一步塑化 化段（计量段）：螺槽深度通常为常数； ）：螺槽深度通常为常数 均匀物料、并将其定量定压的送入机头口模的作用。 均匀物料、并将其定量定压的送入机头口模的作用。
3.塑件的定型与冷却
目的与要求 挤出成型设备
挤出成 型工艺
作业
第五章 塑料挤出成型
第一节 挤出成型概论
三、挤出成型工艺
4.塑件的牵引、卷取和切割 在冷却得同时，连续均匀地将塑件引出。
目的与要求 挤出成型设备
牵引速度略大于挤出速度 不同的塑件，牵引速度不同。
挤出成 型工艺
作业
四、挤出成型工艺条件
温度 挤出速度
压力
牵引速度
第五章 塑料挤出成型
第一节 挤出成型概论
四、挤出成型工艺条件
1.温度
目的与要求 挤出成型设备
加料段的温度不宜过高，压缩段和均化段的温 度可高一些。 机头的温度控制在塑料热分解温度以下 口模的温度比机头温度可稍低一些，但要保证 塑料有良好的流动性。 2.压力 合理控制螺杆转速，保证温控系统的精度，以 减小压力波动。
挤出成型的原理和工艺流程
挤出成型的原理和工艺流程
挤出成型是一种常见的塑料加工工艺，通过将加热熔化的塑料挤压至模具中，使其快速冷却凝固并形成所需产品。
本文将介绍挤出成型的原理和工艺流程。
原理
挤出成型的原理基于塑料的热塑性特性，塑料在一定温度下能够熔化并具有流动性。
在挤出机中，塑料颗粒被加热熔化成为熔体，然后通过螺杆将熔体加压，推动熔体流经模具口向外挤出。
随着熔体在模具中迅速冷却，最终形成固化的塑料制品。
工艺流程
1.塑料颗粒加料：首先将塑料颗粒放入挤出机的料斗中，经过加热系统加热，使其
熔化成为熔体。
2.挤出过程：熔化的塑料经过螺杆的推动，被压入模头中，经过交变的高压和高温
使得熔体形成流态，流经挤出模的成型孔。
3.冷却固化：熔体在挤出口挤压而出后，迅速接触冷却水或风冷，使其迅速冷却凝
固。
4.切割成型：冷却后的塑料制品经过切割装置，按照所需长度进行切割，最终形成
成型的塑料制品。
工艺优势
挤出成型具有以下优点：
•高效率：生产速度快，生产成本相对较低。
•适用性广泛：可以加工各种形状和规格的塑料制品。
•制品质量稳定：产品表面光滑，尺寸精确。
•生产自动化程度高：无需过多人工干预，生产稳定可靠。
应用领域
挤出成型广泛应用于塑料制品生产行业，如管道、板材、型材、薄膜、包装材料等领域。
其高效率、高质量的特点使其成为塑料制品生产中不可或缺的一环。
总的来说，挤出成型作为一种常见的塑料加工工艺，通过简单高效的操作流程，可以生产出质量稳定的塑料制品，在工业生产中发挥着重要作用。
第五章挤出成型第二节挤出成型工艺
转速过快导致的问题
出模膨胀加大和口模内流动的不稳定，使制品表面 质量下降
并且可能会出现因冷却时间过短造成的制品变形、 弯曲
转速过低，挤出速率过慢，物料在机筒内受热
时间变长，会造成物料降解，使制品物理力学
性能下降。
5.2.3 挤出压力
（1）作用
①克服因螺杆槽深度的变化，过滤板、过滤网 和口模等产生料流阻力，即使塑料物理状态 发生变化。 ②使塑件均匀密实。 压力波动
不良影响：
塑件局部疏松，表面不平，弯 曲等。
5.2.4 冷却与牵引
（1）冷却 ① 空气冷却 ② 水冷却
冷却速率过块
易造成残余应力过大，尤其是硬质塑料
冷却速率过慢
生产效率低，塑件变形，尤其是软质塑料
5.2.4 冷却与牵引
牵引速度可与挤出速度相当。牵引速度与挤出速 度的比值称牵引比，其值必须等于或大于1。 （1）牵引
机头
(1) 加料段(固体输送段)温度设定
加料段在挤出 机中的作用 温度设定原则 (1) 不宜太高，影响物料在此段输送；也不宜
高效率输送 固体物料
预热物料
太低，螺杆受力过大或卡死
(2) 一般接近粘流温度，由低到高按梯度排列。
(2) 熔融段(压缩段)温度设定
熔融塑化 物料 压缩物料、排出 空气
熔融段在挤出 机中的作用
一般要求熔融段的温度比粘流温度高15-20℃，以 保证物料的有效熔融。
(2) 熔融段(压缩段)温度设定
Ａ填充料，（提供强剪切使填充物，充分分散），熔融段 高出基料熔点10~20℃（尽量提高），使物料充分熔融均 匀分布。 Ｂ阻燃料，其温度要偏低，尽可能降低。 Ｃ合金料，以两组熔融温度为依据，同时考虑组分比 例及组分热敏性等
塑料成型工艺学第五章 挤出成型
① 如旋转螺丝，而螺帽上无压力，则 螺帽跟着螺丝转动而不前移。
② 若在螺帽上加一定压力，再旋转螺 丝，则螺帽就会随螺丝旋转而前移。
✓ 成型时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑 料与料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应 大于料筒的光洁度。否则，塑料只能抱着 螺杆空转打滑不能前移。
30
固体塞摩擦模型
31
✓ 受力分析
5.3.2 固体熔融
39
✓ 研究目的： ● 预测螺槽中未熔化物料量 ● 熔化全部物料所需螺杆长度 ● 熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系
✓ 冷却试验和熔融机理：
冷却试验：本色料+3~5%着色料挤出——稳定后停止并迅速冷却螺杆 和料筒——取出螺杆、剥下物料——切断螺旋带状料并观察截面形状
✓ 现象： ● 熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态 ● 固—液两相有一明显分界线 ● 固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处
9
✓ 挤出成型的特点:
① 连续化,效率高,质量稳定 ② 应用范围广 ③ 设备简单,投资少,见效快 ④ 生产环境卫生,劳动强度低 ⑤ 适于大批量生产
✓ 适用的树脂材料：
绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、 PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树 脂、酚醛树脂及密胺树脂等
✓ 应用：
料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度 连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异 型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。
10
5.1 挤出设备
• 由挤出机、机 头和口模、辅 机等组成。
11
主要设备
12
5.1.1 单螺杆挤出机的组成
✓单螺杆挤出机主要 由传动系统、加料 系统、塑化系统、 加热与冷却系统、 控制系统等组成。
② 若在螺帽上加一定压力，再旋转螺 丝，则螺帽就会随螺丝旋转而前移。
✓ 成型时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑 料与料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应 大于料筒的光洁度。否则，塑料只能抱着 螺杆空转打滑不能前移。
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固体塞摩擦模型
31
✓ 受力分析
5.3.2 固体熔融
39
✓ 研究目的： ● 预测螺槽中未熔化物料量 ● 熔化全部物料所需螺杆长度 ● 熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系
✓ 冷却试验和熔融机理：
冷却试验：本色料+3~5%着色料挤出——稳定后停止并迅速冷却螺杆 和料筒——取出螺杆、剥下物料——切断螺旋带状料并观察截面形状
✓ 现象： ● 熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态 ● 固—液两相有一明显分界线 ● 固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处
9
✓ 挤出成型的特点:
① 连续化,效率高,质量稳定 ② 应用范围广 ③ 设备简单,投资少,见效快 ④ 生产环境卫生,劳动强度低 ⑤ 适于大批量生产
✓ 适用的树脂材料：
绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、 PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树 脂、酚醛树脂及密胺树脂等
✓ 应用：
料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度 连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异 型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。
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5.1 挤出设备
• 由挤出机、机 头和口模、辅 机等组成。
11
主要设备
12
5.1.1 单螺杆挤出机的组成
✓单螺杆挤出机主要 由传动系统、加料 系统、塑化系统、 加热与冷却系统、 控制系统等组成。
第五章挤出成型(六讲)
• 挤出制品的质量决定于工艺条件，关键在于塑化情 挤出制品的质量决定于工艺条件， 取决于温度和剪切情况）： 况（取决于温度和剪切情况）： 料筒外的加热 温度 螺杆对物料的剪切产生的摩擦热（主要） 螺杆对物料的剪切产生的摩擦热（主要） T ↑ ， η↓ ，利于塑化， T ↑↑ ，挤出物形状稳定 利于塑化， 性差；易分解，制品质量下降。 性差；易分解，制品质量下降。 T ↓ ， η↑ ，机头压力 ↑ ，制品致密，形状稳定， 制品致密，形状稳定， 易出现离模膨胀效应， 易出现离模膨胀效应， T ↓↓ ，塑化差，质量差。 塑化差，质量差。 利于塑化， 转速 n ↑ ，剪切 ↑ ，利于塑化， η↓ ，但料筒中物 料的压力 ↑ 。
3、主要工艺控制参数 、
１）温度：Ａ机筒：分段控制在粘流温度范围 温度：Ａ机筒： ：Ａ机筒 模头：模体Ｔ＞口模Ｔ（分区控制） Ｔ＞口模Ｔ（分区控制 Ｂ模头：模体Ｔ＞口模Ｔ（分区控制） 膜的吹胀和牵引：即压缩空气量（ ２）膜的吹胀和牵引：即压缩空气量（吹胀压力一 MPa 般20~40MPa）的调节和牵引速度与螺杆转速的调节 MP 横向吹胀比（ ）： 横向吹胀比（α）： 膜泡直径与口模直径之比。 大 膜泡直径与口模直径之比。 α大．横向强度提 膜宽，制品厚度小． 小 膜窄。 高，膜宽，制品厚度小． α小．膜窄。用此调膜宽 纵向牵引比（ ）： 纵向牵引比（β）： 牵引膜的线速度与未经牵引膜的线速度之比用 此调膜厚和强度。 大纵向强度提高 膜薄。 大纵向强度提高， 此调膜厚和强度。 β大纵向强度提高，膜薄。 冷却定型：风冷、水冷。有风量、 ３）冷却定型：风冷、水冷。有风量、风环出风角 的调节
3 、定型和冷却 （同时进行） 同时进行）
• 管材、异型材 —— 独立的定型装置 管材、 板材、片材——压辊定型 板材、片材 压辊定型 薄膜、单丝、 无需定型装置， 薄膜、单丝、线缆包覆 —— 无需定型装置，直接冷却定 型。 定型方法： 定型方法： 管材：定径套（外径定型、内径定型） 管材：定径套（外径定型、内径定型） 原理：管坯内外形成压力差。使管外紧贴于套内壁冷却。 原理：管坯内外形成压力差。使管外紧贴于套内壁冷却。 冷却速度： 冷却速度： 硬质塑料：慢些，以避免内应力。软质塑料、结晶塑料： 硬质塑料：慢些，以避免内应力。软质塑料、结晶塑料： 快些。 熔体粘度低） 快些。 （熔体粘度低） • （问题 ：如何控制冷却速度？2：为何硬塑慢，软塑要快 问题1：如何控制冷却速度？ ：为何硬塑慢， 些？）
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第五章 挤出成型
内容简介： 内容简介：
挤出成型是借助螺杆的挤压作用,它使塑化均匀的 塑料强行通过机头（口模）而成为连续的制品，如管 材、板材、丝、薄膜、电线电缆等。挤出成型是塑料 成型加工的重要方法之一。根据对塑料的加压方式不 同，可分为连续式和间歇式；按塑料的塑化方式不同 可分为干法和湿法两种。
本章重点： 本章重点：
（3）
36
影响加料段送料量的因素： 影响加料段送料量的因素
●物料的移动角（前进角）的影响：0≤ φ ≤900 物料的移动角（前进角）的影响 物料的移动角 Ⅰ φ =00时， φ最小。 Ⅱ φ =900时， φ最大。 但对成型来说都不现实！！！ ●槽深h的影响 槽深h的影响 槽深 的影响： 在D不变时，h增大，θ提高。 ●减小 s，Q↑。 减小f 减小 ●增大 b，Q↑。 增大f 增大 ●选择合适的螺旋角 选择合适的螺旋角θ,且使 选择合适的螺旋角 ● D↑，Q↑， N ↑ ，Q↑ 。 ， ， ● φ ↑， θ ↑ 。 ，
挤出吹塑薄膜
7
挤出中空吹塑成型
8
塑料挤出成型工艺流程
挤出过程： ：
加料 定型 在螺杆中熔融塑化 机头口模挤出 冷却 牵引 切割
9
挤出成型的特点:
① 连续化,效率高,质量稳定 ② 应用范围广 ③ 设备简单,投资少,见效快 ④ 生产环境卫生,劳动强度低 ⑤ 适于大批量生产
适用的树脂材料：
绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、 PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树 脂、酚醛树脂及密胺树脂等
●使物料由螺旋运动转变为平直运动； ●过滤杂质和未熔化好的塑料颗粒； ●使物料受到较大的剪切作用，以利于塑料塑化均匀； ●使料筒和机头定位。
机头结构的要求： 机头结构的要求：
●口模定型部分应有适当长度。 ●使物料处于稳定流动; ●减小熔体弹性和出口膨胀； ● L长，产量提高; ●太长，笨重，阻力大，Q降低。 ●机头中过渡部分应光滑，呈流线型。 原因：防止物料的停滞和分解。 ●应设置调节装置，改善周边的流率分布(厚度均匀) 。
应用：
料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度 连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异 型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。
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5.1 挤出设备
•
由挤出机、机 头和口模、辅 机等组成。
11
主要设备
12
5.1.1 单螺杆挤出机的组成
单螺杆挤出机主要 由传动系统、加料 系统、塑化系统、 加热与冷却系统、 控制系统等组成。 挤出系统是最主要 的系统，它由料筒、 螺杆、多孔板和过 滤网组成。
25
5.3 单螺杆挤出工作原理
26
27
28
5.3.1 固体输送
加料段具有输送固体物料，兼有预压、预热作用。 要使 输送固体物料，兼有预压、预热作用 输送固体物料 制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件： ●熔体的输送速率等于固态物料的熔化速率 ●沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率等于挤出机生产 率 目前对此理论的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。
加料段压实——逐渐熔融成一层熔膜——超过后边螺槽刮落于前侧形 成熔体池——固体床减小——直至物料完全熔融
40
主要作用
●使物料熔融塑化。 ●压实物料。 ●排出物料中的气体。
螺杆的压缩比(ε): 定义： 定义：指螺杆加料段第一个螺槽容积与计量段最后一个螺槽容积之比。 对于常用的等距不等深螺杆的压缩比常用加料段和计量段螺槽的横截面积 之比来表示。 几何压缩比 ：
擦热）；
螺杆的直径（D）和长径比（L/D），长径比决定了体积容 量以及塑化的均匀性。
15
螺杆的主要参数： D：螺杆外径； d：螺杆根径； L：螺杆长度； ｔ：螺距； Ｗ：螺槽宽度； ε：压缩比 ｅ：螺纹宽度 ； ｈ：螺槽深度； φ：螺旋角； Ｌ/D：长径比。
16
螺杆形式和结构组成（分段）
1-渐变型 等距不等深 渐变型(等距不等深 渐变型 等距不等深) 2-渐变型 等深不等距 渐变型(等深不等距 渐变型 等深不等距) 3-突变型 突变型 4-鱼雷头螺杆 鱼雷头螺杆 加料段（ Ⅰ-加料段（固体输送段） 加料段 压缩段（ Ⅱ-压缩段（熔融段） 压缩段 熔融段） 计量段（ Ⅲ-计量段（均化段） 计量段 均化段）
49
螺杆压缩段中物料的速度分布(a) 和温度分布(b) 螺杆压缩段中物料的速度分布 和温度分布
50
可视化研究熔融实验结果
粒料加人挤出机后, 固体 粒子以松散状态向前运动, 同 时粒子之间存在相互滑移。随 着内部压 力的建立, 松散的粒 子渐渐被压实, 粒子间隙缩小, 粒子相互运动的自由度减小
进入熔融段后, 粒子受热发 生粘连, 但粒子间界面仍然很清 楚。由于热、力的作用使粒子 发生变形, 粒子间的空隙逐渐被 填充, 如图所示。从图可以看出, 粒子中心的颜色接近固体颜色, 粒子周边的颜色半透明, 接近熔 体颜色, 这表明粒子中心部分的 温度低于周边温度, 同一粒子内 部存在温度差。因此对每一个 粒子而言, 其熔融过程是从外向 内进行的。
32
螺槽中固体输送的理想模型(a) 和固体塞移动速度的矢量图 和固体塞移动速度的矢量图(b) 螺槽中固体输送的理想模型
假设条件：
●物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），以恒速移 动； ●略去物料重力、密度变化的影响； ●磨擦系数恒定，压力是螺槽长度的函数； ●螺槽为矩形; 经过分析可看出物料的运动类似螺母运动。
30
固体塞摩擦模型
31
受力分析
由上图知：Fb= PAbfb，Fs= PAsfs ，Fbz=AbfbPcosφ。 稳定流动时，Fs= Fbz，则Asfs=Abfbcosφ ①Fs= Fbz=0，物料在料筒中不能发生任何流动。 ② Fs> Fbz，物料被夹带于螺杆中随螺杆转动不产生移动。 ③ Fs< Fbz，物料能在料筒与螺杆间产生相对运动。
22
5.2.2 挤出机的辅助设备
物料处理设备:
主要指预热干燥等设备;
挤出物处理设备:
主要指冷却、牵引、切割、卷取、检测设备
控制生产工艺的设备:
主要指各种测控设备
23
5.2.2 挤出机的一般操作方法
设备调试 安全 清洗
24
5.3 单螺杆挤出原理
学习目标： 学习目标：
掌握挤出理论中影响生产和产品质量的因素
最常用的是等距不等深螺杆
17
螺旋角和螺棱宽度(e):
螺旋角取决于料粒的形状，例如30o对应粉状， 15o左右对应方块状，17o左右对应球状和柱状；
螺杆头部形状：
一般呈锥形，以避免在螺杆头部停留过久而导致 分解出现。
18
5.1.2 双螺杆挤出机的结构
19
典型的双螺杆挤出机的螺杆：
Colombo螺杆； 锥型双螺杆； 组合型双螺杆；
20
5.2.2 机头和口模
圆孔口模：
主要用来生产棒材、单丝造粒，口模平直部分长度和 直径比小于10；
扁平口模：
一般用来生产厚度小于0.25mm的膜或板材；
环形口模：
一般用来生产管材、管状薄膜、吹塑用型胚以及电线 电缆；
异形口模：
主要用来挤出不同横截面的制品。
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过滤板（ 过滤板（网）的作用： 的作用
D=90mm
N=60转/分 转分
Q=71Kg/h
螺杆中聚丙烯熔融时固体床在螺槽中的深度变化曲线
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压缩段速度和温度的分布
①料筒内表面处，Vz最大。 ②熔膜中，Vz-在深度方向（Y）自上而下减小。 ③ 固体床中，各处Vz相等。 这是因为有熔结固体块，粘度大，移动困难， 差别不明显。 ④靠近螺杆的熔膜中，Vz在Y方向自上而下减小， 直至螺杆处，Vz=0。
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螺槽全长范围固体床熔融过程示意图: 螺槽全长范围固体床熔融过程示意图 固体床在螺槽中的分布变化(a) 固体床在螺槽中的分布变化 和固体床在螺杆熔融区的体积变化(b) 和固体床在螺杆熔融区的体积变化
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随着塑料向机头方向的移动，熔化过程逐渐进行。从始熔 点A起，固体床宽度逐渐减小，熔池宽度逐渐增大，直至B点时， 固体床消失，即完成了熔化过程。（固体床深度的变化见下图 ）
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物料在该段类似于“弹性固体塞” 物料在该段类似于“弹性固体塞”，固体 塞在螺槽内的运动就如螺帽在螺丝上的运 动一样。 动一样。 ① 如旋转螺丝，而螺帽上无压力，则 螺帽跟着螺丝转动而不前移。 ② 若在螺帽上加一定压力，再旋转螺 丝，则螺帽就会随螺丝旋转而前移。 成型时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑 料与料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应 大于料筒的光洁度。否则，塑料只能抱着 螺杆空转打滑不能前移。
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●熔膜：
与料筒（螺杆）表面接触的固体物料，由于料筒热 传导和摩擦热作用，首先熔化，形成一层熔膜。 ● 熔池： 逐渐熔化的物料，在料筒与螺杆的相对运动作用下， 不断向槽螺的推进面汇集，而形成漩涡状的流动区，称 为熔池即液相。 ●固体床： 熔池前面充满着受热软化和半熔化后粘接在一起的 固体粒子 ，和完全未熔化的固体粒子，总称为固体床。 ●迁移面： 熔池和固体床间的界面称为迁移面。熔化过程主 要在迁移面进行。
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tan θ tan φ 最大时，Q↑。 tan θ + tan φ
影响加料段送料量的因素： 影响加料段送料量的因素
●适当提高N和H; ●采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结 构； 在加料段料 筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）； ● 冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小 fs ）一等螺杆Ra=0.8µm,优等0.4µm。 ● 在螺杆中心通冷却水，以降低螺杆表面的摩擦系数
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单螺杆挤出机的结构
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传动系统：是带动螺杆转动的部分，通常由电机、减速机构以及轴
内容简介： 内容简介：
挤出成型是借助螺杆的挤压作用,它使塑化均匀的 塑料强行通过机头（口模）而成为连续的制品，如管 材、板材、丝、薄膜、电线电缆等。挤出成型是塑料 成型加工的重要方法之一。根据对塑料的加压方式不 同，可分为连续式和间歇式；按塑料的塑化方式不同 可分为干法和湿法两种。
本章重点： 本章重点：
（3）
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影响加料段送料量的因素： 影响加料段送料量的因素
●物料的移动角（前进角）的影响：0≤ φ ≤900 物料的移动角（前进角）的影响 物料的移动角 Ⅰ φ =00时， φ最小。 Ⅱ φ =900时， φ最大。 但对成型来说都不现实！！！ ●槽深h的影响 槽深h的影响 槽深 的影响： 在D不变时，h增大，θ提高。 ●减小 s，Q↑。 减小f 减小 ●增大 b，Q↑。 增大f 增大 ●选择合适的螺旋角 选择合适的螺旋角θ,且使 选择合适的螺旋角 ● D↑，Q↑， N ↑ ，Q↑ 。 ， ， ● φ ↑， θ ↑ 。 ，
挤出吹塑薄膜
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挤出中空吹塑成型
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塑料挤出成型工艺流程
挤出过程： ：
加料 定型 在螺杆中熔融塑化 机头口模挤出 冷却 牵引 切割
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挤出成型的特点:
① 连续化,效率高,质量稳定 ② 应用范围广 ③ 设备简单,投资少,见效快 ④ 生产环境卫生,劳动强度低 ⑤ 适于大批量生产
适用的树脂材料：
绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、 PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树 脂、酚醛树脂及密胺树脂等
●使物料由螺旋运动转变为平直运动； ●过滤杂质和未熔化好的塑料颗粒； ●使物料受到较大的剪切作用，以利于塑料塑化均匀； ●使料筒和机头定位。
机头结构的要求： 机头结构的要求：
●口模定型部分应有适当长度。 ●使物料处于稳定流动; ●减小熔体弹性和出口膨胀； ● L长，产量提高; ●太长，笨重，阻力大，Q降低。 ●机头中过渡部分应光滑，呈流线型。 原因：防止物料的停滞和分解。 ●应设置调节装置，改善周边的流率分布(厚度均匀) 。
应用：
料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度 连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异 型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。
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5.1 挤出设备
•
由挤出机、机 头和口模、辅 机等组成。
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主要设备
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5.1.1 单螺杆挤出机的组成
单螺杆挤出机主要 由传动系统、加料 系统、塑化系统、 加热与冷却系统、 控制系统等组成。 挤出系统是最主要 的系统，它由料筒、 螺杆、多孔板和过 滤网组成。
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5.3 单螺杆挤出工作原理
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5.3.1 固体输送
加料段具有输送固体物料，兼有预压、预热作用。 要使 输送固体物料，兼有预压、预热作用 输送固体物料 制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件： ●熔体的输送速率等于固态物料的熔化速率 ●沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率等于挤出机生产 率 目前对此理论的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。
加料段压实——逐渐熔融成一层熔膜——超过后边螺槽刮落于前侧形 成熔体池——固体床减小——直至物料完全熔融
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主要作用
●使物料熔融塑化。 ●压实物料。 ●排出物料中的气体。
螺杆的压缩比(ε): 定义： 定义：指螺杆加料段第一个螺槽容积与计量段最后一个螺槽容积之比。 对于常用的等距不等深螺杆的压缩比常用加料段和计量段螺槽的横截面积 之比来表示。 几何压缩比 ：
擦热）；
螺杆的直径（D）和长径比（L/D），长径比决定了体积容 量以及塑化的均匀性。
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螺杆的主要参数： D：螺杆外径； d：螺杆根径； L：螺杆长度； ｔ：螺距； Ｗ：螺槽宽度； ε：压缩比 ｅ：螺纹宽度 ； ｈ：螺槽深度； φ：螺旋角； Ｌ/D：长径比。
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螺杆形式和结构组成（分段）
1-渐变型 等距不等深 渐变型(等距不等深 渐变型 等距不等深) 2-渐变型 等深不等距 渐变型(等深不等距 渐变型 等深不等距) 3-突变型 突变型 4-鱼雷头螺杆 鱼雷头螺杆 加料段（ Ⅰ-加料段（固体输送段） 加料段 压缩段（ Ⅱ-压缩段（熔融段） 压缩段 熔融段） 计量段（ Ⅲ-计量段（均化段） 计量段 均化段）
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螺杆压缩段中物料的速度分布(a) 和温度分布(b) 螺杆压缩段中物料的速度分布 和温度分布
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可视化研究熔融实验结果
粒料加人挤出机后, 固体 粒子以松散状态向前运动, 同 时粒子之间存在相互滑移。随 着内部压 力的建立, 松散的粒 子渐渐被压实, 粒子间隙缩小, 粒子相互运动的自由度减小
进入熔融段后, 粒子受热发 生粘连, 但粒子间界面仍然很清 楚。由于热、力的作用使粒子 发生变形, 粒子间的空隙逐渐被 填充, 如图所示。从图可以看出, 粒子中心的颜色接近固体颜色, 粒子周边的颜色半透明, 接近熔 体颜色, 这表明粒子中心部分的 温度低于周边温度, 同一粒子内 部存在温度差。因此对每一个 粒子而言, 其熔融过程是从外向 内进行的。
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螺槽中固体输送的理想模型(a) 和固体塞移动速度的矢量图 和固体塞移动速度的矢量图(b) 螺槽中固体输送的理想模型
假设条件：
●物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），以恒速移 动； ●略去物料重力、密度变化的影响； ●磨擦系数恒定，压力是螺槽长度的函数； ●螺槽为矩形; 经过分析可看出物料的运动类似螺母运动。
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固体塞摩擦模型
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受力分析
由上图知：Fb= PAbfb，Fs= PAsfs ，Fbz=AbfbPcosφ。 稳定流动时，Fs= Fbz，则Asfs=Abfbcosφ ①Fs= Fbz=0，物料在料筒中不能发生任何流动。 ② Fs> Fbz，物料被夹带于螺杆中随螺杆转动不产生移动。 ③ Fs< Fbz，物料能在料筒与螺杆间产生相对运动。
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5.2.2 挤出机的辅助设备
物料处理设备:
主要指预热干燥等设备;
挤出物处理设备:
主要指冷却、牵引、切割、卷取、检测设备
控制生产工艺的设备:
主要指各种测控设备
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5.2.2 挤出机的一般操作方法
设备调试 安全 清洗
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5.3 单螺杆挤出原理
学习目标： 学习目标：
掌握挤出理论中影响生产和产品质量的因素
最常用的是等距不等深螺杆
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螺旋角和螺棱宽度(e):
螺旋角取决于料粒的形状，例如30o对应粉状， 15o左右对应方块状，17o左右对应球状和柱状；
螺杆头部形状：
一般呈锥形，以避免在螺杆头部停留过久而导致 分解出现。
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5.1.2 双螺杆挤出机的结构
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典型的双螺杆挤出机的螺杆：
Colombo螺杆； 锥型双螺杆； 组合型双螺杆；
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5.2.2 机头和口模
圆孔口模：
主要用来生产棒材、单丝造粒，口模平直部分长度和 直径比小于10；
扁平口模：
一般用来生产厚度小于0.25mm的膜或板材；
环形口模：
一般用来生产管材、管状薄膜、吹塑用型胚以及电线 电缆；
异形口模：
主要用来挤出不同横截面的制品。
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过滤板（ 过滤板（网）的作用： 的作用
D=90mm
N=60转/分 转分
Q=71Kg/h
螺杆中聚丙烯熔融时固体床在螺槽中的深度变化曲线
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压缩段速度和温度的分布
①料筒内表面处，Vz最大。 ②熔膜中，Vz-在深度方向（Y）自上而下减小。 ③ 固体床中，各处Vz相等。 这是因为有熔结固体块，粘度大，移动困难， 差别不明显。 ④靠近螺杆的熔膜中，Vz在Y方向自上而下减小， 直至螺杆处，Vz=0。
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螺槽全长范围固体床熔融过程示意图: 螺槽全长范围固体床熔融过程示意图 固体床在螺槽中的分布变化(a) 固体床在螺槽中的分布变化 和固体床在螺杆熔融区的体积变化(b) 和固体床在螺杆熔融区的体积变化
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随着塑料向机头方向的移动，熔化过程逐渐进行。从始熔 点A起，固体床宽度逐渐减小，熔池宽度逐渐增大，直至B点时， 固体床消失，即完成了熔化过程。（固体床深度的变化见下图 ）
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物料在该段类似于“弹性固体塞” 物料在该段类似于“弹性固体塞”，固体 塞在螺槽内的运动就如螺帽在螺丝上的运 动一样。 动一样。 ① 如旋转螺丝，而螺帽上无压力，则 螺帽跟着螺丝转动而不前移。 ② 若在螺帽上加一定压力，再旋转螺 丝，则螺帽就会随螺丝旋转而前移。 成型时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑 料与料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应 大于料筒的光洁度。否则，塑料只能抱着 螺杆空转打滑不能前移。
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●熔膜：
与料筒（螺杆）表面接触的固体物料，由于料筒热 传导和摩擦热作用，首先熔化，形成一层熔膜。 ● 熔池： 逐渐熔化的物料，在料筒与螺杆的相对运动作用下， 不断向槽螺的推进面汇集，而形成漩涡状的流动区，称 为熔池即液相。 ●固体床： 熔池前面充满着受热软化和半熔化后粘接在一起的 固体粒子 ，和完全未熔化的固体粒子，总称为固体床。 ●迁移面： 熔池和固体床间的界面称为迁移面。熔化过程主 要在迁移面进行。
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tan θ tan φ 最大时，Q↑。 tan θ + tan φ
影响加料段送料量的因素： 影响加料段送料量的因素
●适当提高N和H; ●采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结 构； 在加料段料 筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）； ● 冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小 fs ）一等螺杆Ra=0.8µm,优等0.4µm。 ● 在螺杆中心通冷却水，以降低螺杆表面的摩擦系数
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单螺杆挤出机的结构
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传动系统：是带动螺杆转动的部分，通常由电机、减速机构以及轴