高分子材料成形工艺 挤出成形解析
挤出成型—挤出设备(高分子成型课件)
④螺纹升角θ：物料形状：Ａ细粉30º Ｂ粒状15º Ｃ球状、柱状17º。螺 纹升角θ 一般取17º41′（易加工，对产量影响不大）。 ⑤螺纹宽度：0.08～0.12D，截面通常为梯形，靠近螺槽底部较宽，其根部 应用圆弧过渡。
2 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。 （4）过滤装置
多孔板和过滤网设置：机筒和机头连接处，多孔板支撑过滤网（2~3层的 铜丝网或不锈钢丝网）。 作用：物料离开计量段时，避免有杂质未熔冷料进入机头口模，并减少螺 杆带来的旋转作用。 （5）机头与口模 ü机头：口模与料筒之间的过渡部分。其作用为使物料由挤出时旋转运动 →直线运动，并产生成型压力，保证制件密实使物料进一步均匀塑化，均 匀平稳导入口模。 ü口模：具有一定截面形状的通道，使熔体从口模中流出时获得所需形状 ，是用螺栓/其它方法固定在机头上。 ü机头还设有校正和调整装置（定位螺钉），能调整和校正模芯与口模的 同心度、尺寸和外形。
2 按螺杆转速分： 普通（100r/min）、高速（300r/min）超高速（300-1500r/min）三种挤出机
一、挤出机的分类和组成
（一） 挤出机分类
3 按按螺杆数目分： 单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机（如三 螺杆、四螺杆、五螺杆、…等） 4 按照可否排气： 非排气型挤出机（目前普遍）和排气型挤出机 5 按装配结构分： 整体式和分开式挤出机
二、挤出机组的辅机设备
1 辅机设备 定形装置、冷却装置、牵引装置、切割装置和卷取装置
2 辅机设备型号的表示
辅机型号：主机和辅机是匹配使用的。 一般在主机型号的第 三项后加“F”，然后在加设备汉字的第一个拼音字母表示， 最后是 辅机型号的主参数。
高聚物加工工程6.1 挤出成型-1
• （二）加料装置 • 多采用锥形加料斗，要能容纳一小时的用料。 • 还包括一些附属设备。 • （三）料筒 • 金属圆筒，耐温、耐压，强度高，坚固耐磨、耐腐蚀。
长度为直径的15~30倍。外部有加热、冷却系统。
•
• （四）螺杆 挤出机最主要的部件，直接关系到挤出机的应用范围和生产 率。 螺杆的作用是通过螺杆的转动对塑料产生挤压作用，塑料才 能在料筒中移动、增压并在摩擦的过程中获得部分热量。 塑料在移动过程中得到混合和塑化，处于粘流态的熔体被压 实后经口模流出取得所需的形状而成型。
• （三）熔体输送
• 从压缩段进入均化段的物料是具有恒定密度的粘流态物 料，物料的流动已成为粘性流体的流动，物料不仅受到 旋转螺杆的挤压作用，同时受到由于机头口模的阻力所 造成的反压作用，物料的流动情况很复杂。但是，均化 段熔体输送理论在挤出理论中研究得最早，而且最为充
分和完善。
• Q1代表送料段的送料速率； • Q2代表压缩段的熔化速率； • Q3代表均化段的挤出速率； • 若Q1< Q2< Q3，挤出机处于供料不足的操作状态； • 若Q1≥Q2≥Q3 ；这样均化段就成为控制区域，操作
（6-3）
（6-4）
由式（6-2）和式（6-4）可得到加料段的固体送料量和螺杆 几何尺寸的关系：
（6-5）
• 加料段的送料量与螺杆的几何尺寸和外径处的螺 旋角（前近角）θ有关。
• 通常θ在0- 90°之间。 • θ=0时，Q为零； • θ=90°时，Q最大。
• 为了增加输送量，可以采取：
• （ⅰ）在螺杆直径不变时，增大螺槽深度；
• 在加工聚乙烯塑料时，如果将固体输送段的机筒温度调整 到接近110℃，而将螺杆温度调整到50℃左右，这时螺杆将 有可能获得最大的固体输送能力；
知识点六 挤出成型
知识点六挤出成型挤出成型是一种广泛应用于塑料、橡胶等高分子材料加工的重要工艺。
它通过将原材料加热熔融，并在挤出机的作用下，使其通过特定形状的模具，从而获得具有连续截面形状的制品。
挤出成型的原理相对较为简单，但实际操作中却涉及到众多复杂的因素。
首先，原材料被加入到挤出机的料筒中。
料筒内部通常设置有加热装置，将物料加热至熔融状态。
与此同时，螺杆在电机的驱动下旋转，对物料进行搅拌、混合和输送。
螺杆是挤出机的核心部件之一，其设计和参数对于挤出过程的稳定性和产品质量有着至关重要的影响。
螺杆的螺距、螺槽深度以及旋转速度等因素都会影响物料的输送、塑化和挤出量。
在挤出过程中，物料在螺杆的推动下逐渐向前移动，并在机头处汇聚。
机头是连接挤出机和模具的部分，其作用是将物料均匀地分配到模具的各个部位。
模具则决定了最终产品的形状和尺寸。
挤出成型的优点众多。
其一，它具有较高的生产效率，可以实现连续化生产，大大提高了产量。
其二，能够生产出各种复杂截面形状的制品，如管材、板材、棒材、薄膜等，满足了不同领域的需求。
其三，挤出成型的工艺相对较为简单，易于操作和控制，生产成本相对较低。
然而，挤出成型也并非完美无缺。
在生产过程中，可能会出现诸如挤出不均匀、制品表面粗糙、尺寸偏差等问题。
这些问题往往与原材料的性质、挤出机的参数设置、模具的设计以及加工工艺等因素有关。
为了获得高质量的挤出制品，需要对各个环节进行严格的控制和优化。
在原材料的选择方面，要确保其质量稳定、性能符合要求。
对于挤出机的参数设置，需要根据不同的材料和产品要求进行调整，例如螺杆的转速、加热温度等。
模具的设计和制造精度也直接影响着制品的质量，需要精确计算和加工。
此外，挤出成型后的制品还需要进行适当的后处理，如冷却、牵引、切割等。
冷却过程的均匀性对于制品的性能和尺寸稳定性有着重要影响。
牵引速度的控制则关系到制品的拉伸程度和尺寸精度。
在实际应用中，挤出成型在塑料管材生产中发挥着重要作用。
4 《 高分子材料加工工艺》高分子材料加工工艺塑料挤出成型
• （2）分类 • ①按照螺杆结构特点分类 ◆ 平行双螺杆挤出机 ◆ 锥形双螺杆挤出机
第一节 挤出成型概论
• 3、双螺杆挤出机的结构与分类：
• （2）分类 • ②按照螺杆相对位置（啮合方式）分类
◆ 全啮合（A=Rs+Rb） （原理依据） ◆ 非啮合（A≥2 Rb ） （体现不出双螺杆的优点） ◆ 部分啮合（ Rs+Rb ≤ A≤ 2 Rb ） （实际使用）
• 六. 挤出工艺流程
• 七、挤出机的分类
• 挤出机的分类：随着挤出机用途的增加，出现了各种 挤出机，分类方法很多。 • 1、 按螺杆数目的多少，可以分为单螺杆挤出机和多 螺杆挤出机； • 2、 按可否排气，分为排气挤出机和非排气挤出机； • 3、 按螺杆的有无，可分为螺杆挤出机和无螺杆挤出 机； • 4、 按螺杆在空间的位置，可分为卧式挤出机和立式 挤出机。
第一节 挤出成型概论
五. 挤出成型设备的组成
1、主机
• 挤压系统：主要由料筒和螺杆组成。塑料通过挤压系 统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立的压 力下，被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。 • 传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。 • 加热冷却系统：其功用是通过对料筒（或螺杆）进行 加热和冷却，保证成型过程在工艺要求的温度范围内 完成。
• 3、控制系统（检测和控制）
• 挤出机的控制系统：它由各种电器、仪表和执行机构 组成。根据自动化水平的高低，可控制挤出机的主机、 辅机的拖动电机、驱动油泵、油（汽）缸和其它各种 执行机构按所需的功率、速度和轨迹运行，以及检测、 控制主辅机的温度、压力、流量，最终实现对整个挤 出机组的自动控制和对产品质量的控制。
十、挤出工艺过程
高分子材料挤出成型工艺详解-推荐
高分子材料挤出成型工艺一、概述挤出成型是高分子材料加工领域中变化众多、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。
挤出成型是使高聚物的熔体(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，所得的制品为具有恒定断向形状的连续型材。
挤出成型工艺适合于所有的高分子材料。
塑料挤出成型亦称挤塑或挤出模塑，几乎能成型所有的热塑性塑料，也可用于热固性塑料，但仅限于酚醛等少数几种热固性塑料，且可挤出的热固性塑料制品种类也很少。
塑料挤出的制品有管材、板材、捧材、片材、薄膜、单丝、线缆包裹层、各种异型材以及塑料与其他材料的复合物等。
目前约50%的热塑性塑料制品是挤出成型的。
此外挤出工艺也常用于塑料的着色、混炼、塑化、造粒及塑料的共混改性等，以挤出为基础，配合吹胀、拉伸等技术则发展为挤出--吹塑成型和挤出--拉幅成型制造中空吹塑和双轴拉伸薄膜等制品。
可见挤出成型是塑料成型最重要的方法。
橡胶的挤出成型通常叫压出。
橡胶压出成型应用较早，设备和技术也比较成熟，压出是使胶料通过压出机连续地制成各种不同形状半成品的工艺过程，广泛用于制造轮胎胎面、内胎、胶管及各种断面形状复杂或空心、实心的半成品，也可用于包胶操作，是橡胶工业生产中的一个重要工艺过程。
在合成纤维生产中，螺杆挤出熔融纺丝，是从热塑性塑料挤出成型发展起来的连续纺丝成型工艺，在合成纤维生产中占有重要的地位。
挤出成型工艺特点挤出成型工艺特点：：♣连续成型，产量大，生产效率高。
♣制品外形简单，是断面形状不变的连续型材。
♣制品质量均匀密实，尺寸准确较好。
♣适应性很强：几乎适合除了PTFE 外所有的热塑性塑料。
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，还可作压延成型的供料。
挤出成型的基本原理挤出成型的基本原理：：1、塑化塑化：：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。
《高分子材料成型加工基础》课件——项目三-挤出成型
三.辅助设备:
• 前处理设备:预热. 干燥 • 控制生产的设备:各种控制仪表
四. 挤出机的一般操作法:
• 处理挤出物的设备:冷却定型. 牵引.切割.卷取
① 开机前准备: ② 料最好先干燥、必要时须预热 ③ 换上新的多孔板及滤网，检查并装上机头 ④ 检查电器及机械,在传动部分加足润滑油
⑤ 开电热预热：先预热机头、后机身，同时料 斗座通水冷却
● 3.螺杆: ● 挤出机的改进主要在螺杆上 ● (1)螺杆直径(D)与长径比(L/D): ● D↑:挤出机大,产量高(产量∝D2) ● L/D: L为有效长度 ● L/D↑:利于塑化, ↑产量,适应性强
(2)螺杆各段的作用:
• ①加料段: • 加料口(2~10D) • 使塑料受热前移、
压实物料
使塑料密实、排气 ● 热:外加热、 内摩擦热，物料由固体→熔体 ● 完全塑化后经机头挤出成型、冷却定型或拉、吹胀为最终制品
二.塑料在挤出成型中的受热:
● 热量来源：外加热与摩擦热 ● 加料段:
固体物料,螺槽深,温差大,外加热为主 ● 均化段:
熔体,螺槽浅,温差小,摩擦热为主 ● 压缩段:
介于以上两段之间 ● 故挤出机必须分段控温
一.挤出成型的塑料
● 几乎所有热塑性料和某些热固性料：如PVC、PE、PP、PS、PA、ABS、PC等及 PF、UF（脲醛树脂）等
二.挤出成型的制品
● 管、板、单丝、膜、电线、棒、异型材、中空制品（瓶等）等
三.挤出成型特点
生产连续化 生产效率高：挤出制品单机产
量比注塑制品大一倍以上
适应范围广 经济效益好：设备成本低、投资收效快
一.挤出成型设备（挤出生产线或挤出机组） ● ——以塑料异型材为例
高分子成型加工原理 第五章挤出成型
① 螺杆直径（D）
根据所制制品的形状、大小及需要的生产 率来决定的。
一般45～150mm，螺杆直径增大，加工能 力提高，挤出机的生产率与螺杆直径D的平方 成正比。
5.2.1 螺杆挤出机
② 长径比（L/D） 螺杆工作部分有效长度与直径之比。
通常为18～25。
L/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料 的混合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤 出机的生产能力。
L/D大，螺杆适应能力强，能用于多种塑料 的挤出。
5.2.1 螺杆挤出机
但L/D过大，使塑料受热时间增长而降解； 螺杆自重增加，自由端挠曲下垂， 引起料筒与螺杆间擦伤，使制造 加工困难，增大功率消耗。
5.2.1 螺杆挤出机
鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动脉 冲现象的作用，并能增大物料的压力，降低料 层厚度，改善加热状况，且能进一步提高螺杆 塑化效率。
5.2.1 螺杆挤出机
5.机头和口模
机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体 转变为平行直线运动，使塑料进一步塑化均匀， 并将熔体均匀而平稳地导入口模，赋予必要的 成型压力，使塑料易于成型和取得制品密实度。
由口模套和芯模组成，有 直角式 螺旋芯模式
储料缸式
5.2.1 螺杆挤出机
（4）异形口模 异型制品（型材）：从任一口模（异形口模） 挤出而得到具有不规则截面的半成品。 有中空和开放式两大类。
5.2.1 螺杆挤出机
二、双螺杆挤出机
指在一根两相连孔道组成∞截面的料筒内由两
根相互啮合或相切的螺杆组成的挤出装置。
5.2.1 螺杆挤出机
料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流。 侧面有视孔和标定计量的装置。
有些料斗带有减压或加热装置、搅拌器、自 动上料或加料装置。
高分子材料成型加工中的挤塑成型工艺
高分子材料成型加工中的挤塑成型工艺在高分子材料的制备过程中，挤塑成型工艺是一种常见且重要的加工方法。
挤塑成型是通过将高分子材料在一定温度和压力下加工成所需形状的工艺过程。
本文将就高分子材料成型加工中的挤塑成型工艺进行探讨。
一、挤塑成型工艺的原理挤塑成型是利用挤出机将预热的高分子物料压入模具中，通过挤出口将材料挤出形成所需形状的工艺方法。
在挤塑成型的过程中，高分子材料经过加热软化后，经过模具的压力形成连续均匀的截面。
这种方法适用于大批量生产，且制品成型精度高，表面质量好。
二、挤塑成型工艺的优点1.成型精度高：挤塑成型可按照模具设计要求制成各种形状的制品，成型精度高，尺寸稳定。
2.生产效率高：挤塑成型工艺适用于连续大批量生产，生产效率高，可降低制品单位成本。
3.节约材料：挤塑成型可通过模具设计优化，减少废料产生，节约材料资源。
4.表面质量好：由于挤塑成型是通过模具压力形成制品形状，所以表面质量好，光滑度高。
三、挤塑成型工艺的应用领域挤塑成型工艺在高分子材料的成型加工中具有广泛的应用，包括但不限于以下领域：1.管道制造：挤塑成型是生产管道的主要加工方法之一，可以生产各种规格的管道产品。
2.塑料制品：挤塑成型可生产各种塑料制品，如板材、型材、管材、薄膜等。
3.包装行业：挤塑成型在包装行业中应用广泛，可生产各种塑料包装制品。
4.建筑材料：挤塑成型可生产各种建筑材料，如窗框、门框、地板等。
四、挤塑成型工艺的发展趋势随着高分子材料工艺技术的不断提高，挤塑成型工艺也在不断创新和发展。
未来，挤塑成型工艺将朝着以下方向发展：1.智能化生产：挤塑成型生产线将实现智能化生产，提高生产效率和品质控制。
2.多材料复合成型：挤塑成型将与多材料复合技术结合，生产出更具功能性的复合制品。
3.绿色环保：挤塑成型将致力于节能减排，推广环保型高分子材料的应用。
4.定制化生产：挤塑成型将实现定制化生产，满足不同客户的个性化需求。
综上所述，挤塑成型工艺在高分子材料成型加工中具有重要的地位和广阔的应用前景。
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L／D大：改善料温分布，利于混合塑化，减少 漏流逆流，提高产能
L／D过大：物料受热时间增长易降解，自由端
易与机筒擦伤
L／D过短：易出现物料混炼和塑化不良
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③压缩比（A） 定义：一般2~5 A越大：物料受挤作用越大，排气能力越大，
但太大，螺杆强度下降 A值选择取决于成形聚合物种类和形态
第五章 挤出成形
挤出成形制品：横截面恒定 （塑化方式）挤出工艺：干法和湿法两种
干法：熔体物料，塑化和定形主要传热 湿法：溶液物料，塑化和定形主要传质
2
应用：最重要成形方法。几乎所有热塑和部分热 固，50%以上制品
特点：效率高、质量稳定、易连续化和自动化、 设备及操作简单、劳动强度小等，宜批量生产
（有的国家50%以上）
按可否排气：非排气型（普遍）和排气型
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按空间布置：卧式和立式，多为卧式 按用途：成形用、混炼造粒用和供料用
其它用途：喂料、混料、塑化造粒及树
脂共混和复合等
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5.1.1 挤出过程及功能 5.1.2 单螺杆挤出机 5.1.3 双螺杆挤出机 5.1.4 特殊辅助设备
模等，最核心是螺杆 一、挤出系统 1．机筒 机筒（料筒）：内压可达100MPa或更高，温度
一般150~300℃
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图5.2 单螺杆挤出机的结构示意图 1－机座 2－电动机 3－传动装置 4－料斗 5－料斗冷却区 6－料筒 7－料筒加热器 8－热电偶控制点 9－螺杆 10－过滤网和多孔板 11－机头加热器 12－机头 13－挤出物 14－风机
中心线吻合 （1）螺杆几何结构参数 几何结构参数：直径、长径比、压缩比、螺距、
螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒间间隙、螺头 形状等
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图5.3 普通螺杆结构示意图 —加料段螺槽深度 —计量段螺槽深度 D—螺杆直径
—螺旋角 L—螺杆长度 e—螺棱宽度
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①直径（D） 通常30~200mm，最常见65~150mm 挤出机规格：采用螺杆直径表示 ②长径比（L／D） 定义：工作部分有效长度与直径之比 国标L／D系列：15、20、25、30等，最大达43，
螺距决定螺旋角并影响螺槽容积 物料形态不同，加料段螺旋角不同
粉料采用30°时螺杆产能最高，方块料
宜约15°，圆柱料宜约17°
等距不等深螺杆：常取螺距等于直径，螺旋角 17°42′
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⑥螺棱宽度（e） 定义：一般取0.08~0.12D
e：太小使漏流量增加致产量降低；太大增加动
力消耗和有局部过热危险
图5.4 鱼雷头结构
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（2）螺杆功能
普通螺杆功能段：加料段、压缩段和均化段 加料段：输送固体料并预热，固态，无压缩
通常采用等深等螺矩的深槽螺纹 结晶型聚合物：较长（约60%~65%） 无定形聚合物：较短（约10%~25%）
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压缩段：熔融物料，螺槽容积逐渐减小
无定形聚合物：较长（约55%~65%），有的很
3
5.1 挤出成形设备 5.2 挤出成形原理 5.3 挤出成形工艺 5.4 挤出成形的发展
4
5.1 挤出成形设备
设备：核心是挤出机，辅助有前辅助和后辅助
前辅助：输送、粉碎、混合和干燥等设备 后辅助：定形装置、冷却装置、牵引装置、
切断装置和控制装置等 挤出机类型：螺杆式和柱塞式
螺杆式是连续式，柱塞式是间歇式，普遍使
其他：波状型、剪切型、强冷输送型、空心型和 组合型等形式
聚合物种类不同，所要求压缩比不同 粉料选择A值较大，粒料选择A值较小
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④螺槽深度（h） 螺槽深浅与物料热稳定性、螺杆塑化效率及压
缩比有关 螺槽浅：剪切作用较大，利于传热，混合塑化
效率高 热敏性聚合物（如PVC）：宜用深槽 熔体黏度低和热稳定性较高（如PA）：宜用浅
槽
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⑤螺旋角（ ）和螺距（s）
9
5.1.1 挤出过程及功能
挤出过程：固体输送区、熔融区和熔体输送区 主要功能：①连续、稳定地输送物料；②固料
塑化成熔料并排气；③均化熔体
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机筒加热区
迟
冷却料斗区
滞
区
固体输送区
固体床
熔池 熔融区
熔体输送区
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5.1.2 单螺杆挤出机
构成：加料、挤出、加热冷却、传动和控制等 挤出系统：主体，包括机筒、螺杆、机头和口
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均化段（计量段）：均化并定量定压输送
一般无压缩，常采用等矩等深的浅槽螺纹 足够长度使料流稳定，通常约20%~25%
需要注意：螺杆结构功能区段与挤出过程物 料运动及物态变化区域尽量吻合
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（3）高效型螺杆
用途：混炼、着色等工艺和某些特种聚合物（普 通螺杆塑化混合不理想、挤出稳定性差等）
主要：分离型、屏障型、分流型、分配混合型和 排气型
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⑦螺杆与机筒间隙（δ） 定义：通常控制δ0.1~0.6mm
δ会影响产能，随δ增大，漏流和逆流增大，产率
降低
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⑧螺杆头部形状
原则：熔料由螺旋流动变直线流动，避免物料 滞留螺杆头端面死角，锥形或半圆形
鱼雷头：典型。与机筒间隙常为均化段深度 40%~50%，因此降低料层厚度，提高塑化效率， 进一步混合均化和稳压作用
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普通机筒：内壁光滑，加料段可设轴向沟槽 机筒结构形式：整体式和组装式
整体式机筒：装配精度高，加热冷却系统易设
置与拆装，加热轴向分布均匀，但整体加工精 度高
组装式机筒：几段组装，优点是可改变长度，
实现多用途，但分段破坏机筒加热均匀性并增 加热损失，加热冷却系统不便设置与维护
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2. 螺杆
表面高硬度和光洁度，减小表面摩擦力 与机筒间隙很小，通过止推轴承悬支，与机筒
用螺杆式
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பைடு நூலகம்
柱塞式：①没有搅拌混合作用，很少
采用；②但挤出压力可很高，适于熔融 黏度很大、流动性极差的塑化物料 （PTFE和硬PVC管材）
其他类型挤出机：无螺杆（如磨盘、鼓式、弹 性熔体和端面混炼等），但很少采用
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按螺杆数目：单螺杆、双螺杆和多螺杆（如三螺 杆、四螺杆…甚至八螺杆等）
单螺杆用得最多，双螺杆现已很广泛
长（如PVC成形100%）
结晶型聚合物：一般约（3~5）D，熔融温度范
围很窄者（如PA）很短甚至仅1D
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螺纹形式：等矩变深、等深变矩或变深变矩等
➢ 等矩变深螺杆：渐变型和突变型两种
突变螺杆：压缩段较短，通常4~5D；
剪切作用大，适于黏度低和熔点明显
渐变螺杆：剪切作用较小，无定形聚
合物多采用，特别适于热敏性聚合物