单螺杆挤出机的固体输送
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θ+tan φ)最大时，Q↑。
到此结束，第二组演讲到此结 束。谢谢谢谢！
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> Fbzห้องสมุดไป่ตู้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。
影响固体输送送料量的因素：
（1）物料的移动角（前进角）的影响：0≤ φ ≤90 φ =0时， φ最小，φ =90时， φ最大。 但对成型来说都不现实！！！
（2）槽深h的影响： 在D不变时，h增大，θ提高。
（3）摩擦系数（ fs）的影响，减小fs，Q↑。 （4）摩擦系数（fb ）的影响，增大fb，Q↑。
提高固体输送效率的措施：
（1）在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）； （2）采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结构； （3） 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。 （4）适当提高螺杆转数N和螺槽深度H ； （5）选择合适的螺旋角θ,且使 tan θtan φ/(tan
理论部分
• 受力情况： Fs — 螺杆对固体塞的摩擦力，推力；Fb — 料筒对固体塞的摩擦力，阻力。 Fbz — Fb 在Z轴方向上
的分力。
• 当Fbz=Fs=0时，物料不发生任何移动； Fbz<Fs，
螺杆带动物料转动而不移动。 • 流动的基本条件：Fbz>Fs
• Q=V·va • Q—单位时间内固体物料的流动体积；va—物料
流率的关键是控制摩擦因数
• 下文
摩擦因素
• 下文
摩擦因素
摩擦因素
• (2) 提高机筒表面的摩擦因数 • 图5也说明增大机筒 内表 面的摩擦因数 。
也有助于提高兰种情况下的固体输送流率 但是,当 fs 值较小时,增大机筒内表 面的 摩擦系数的响不如减小螺杆对塑料的摩擦 因数更明显。此外,图5(c) 曲线的斜率大 于图家a) 和恤)曲线的斜率,说明螺杆机筒 同时旋转时加料段槽深的对固体输送流率 的影响更明显。
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 ； Ｌ/D：长径比；ｈ：螺槽深度；φ：螺旋角； ｅ：螺纹宽度 。
• 结晶型塑料：熔点前。难压缩，所以L较长； • 无定形聚合物：随T升高，形变增加，所以L较短。
固 体 塞 摩 擦 模 型
受力分析
影响。
牵引角
• 在已知螺杆参数 的情下,牵引角夕是影响挤出产 率的重要因素,它取决于螺杆几何参数、摩擦因 数以及固体输送段的压力增长,增大牵引角均有 助于提高固体输送段的体积流率。为对比三种情 况下牵引角对 固体输送体积流率的影.定义下述 函数:
牵引角
牵引角
摩擦因素
由图4也可 以看出三种情况下的体输送产量均是牵 引角口的递增函数,增大口角,均可提高 Qs ,而摩擦 因数是影响牵引角的重要因素,因此提高固体输送
Qs=SVa=π/4 [D2－（D－2h)2]Va=πh(D-h)×Va
螺杆的展开图(a)和固体塞移动距离的计算(b)
由上图的展开图可见，螺杆转动一周，物料在螺纹 斜棱推力作用下，沿与斜棱垂直的方向由A移向B，AB 在螺杆轴上的投影距离为l，物料在轴向的移动速度为 Va；若螺杆的转速为N，则 Va=l×N
前进速度；V—单位螺槽容积。
VD2(D2h)2 4
Va 1 N
N—螺杆转数，Φ—展开后的螺线角（移动角）， θ — 螺杆外径处的旋转角，Φ+θ=90o，l—螺杆转 动一周物料移动距离的轴向投影。
D h 1 h 2 1 co 1 tcot
va
l•N DN ctgctg
由上图中螺杆的几何关系可得出：
πD=b1+b2= l·cotθ+l·cotφ= l（cotθ+ cotφ）
所以 因此
L D cot cot
V acotD c N otD tan N ta ntan ta n（2） Q2Dh(tD anh)N tan tantan （3）
于固体输送区的理论有几种，下面将重点介绍较 有代表性的达涅耳(Darnel）和莫耳（Mol）1956 年提出的根据固体对固体摩擦的静力平衡为基础 建立起来的固体输送理论。
理论部分
固体流量方程的推导
• VX-螺杆斜棱对固体塞产生推力P，使之产生垂 直于斜率方向的推力；此推力轴向的分力产生 固体塞轴向的运动Va；Vb-料筒相对于螺杆产 生的切向运动速度；Vb-VX产生沿螺槽Z方向的 运动VZ.
Q2D(hD tg h)tNgtg•tg
影响固体输送的因素
在固体输送段对内螺杆的两种等效情况下固体塞的 运动和受力作了深入分析。理论上证明了这两种情 况下的固体输送机理与外螺杆的情况相同,均建立 在固体摩擦输送机理基础之上;讨论了牵引角、摩 擦因数和螺纹升角对上述三种情况固体输送流率的
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。
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。
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。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。
输送料时，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。
螺旋升角
加工工艺的影响
• 控制螺杆与机筒的温度 • 金属与聚合物的摩檫系数是温度的函数,而
且有一个极大值
固体输送
•
加料段（固体输送段）是自料斗到
压缩段开始的位置，具有输送固体物料，兼有
预压、预热作用。 要使制品质量、产量稳定，
须满足以下两个条件： 1. 熔体的输送速率等于固态物料的熔化
速率 2. 沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率
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(b)
假设条件： ①物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞，以恒速移动; ②略去物料重力、密度变化的影响； ③摩擦系数恒定，压力是螺槽长度的函数； ④螺槽为矩形
加料段的送料量 Qs （摩擦力静平衡）， Qs应为螺 槽的横截面积与轴向速度Va的乘积，可得:
时稳定、 • 定量地向口模输送料流
• 物料的输送机理：
• 物料与螺杆间的相对运动状态类似于螺栓 与螺母间的相对运动
固体的概念
固体分类
固体输送理论
• 目 的：定量计算固体输送率，探索其影响因素 • 发展概况：1956年，Darnell和Mol通过固体对固
体摩擦 • 的静力平衡，建立了固体输送理论。 • 1972年，Broyer和Tadmor对上述理论进行了 • 修正，得到Darnell- Mol理论，成为研究物 • 料在螺杆挤出过程中固体输送的经典理论目前关
塑料挤出成型技术—— 单螺杆挤出机固体输送
第二小组31——36
单螺杆挤出工作原理
工作原理
• 单螺杆挤出机的输送过程主要是依靠摩擦力实现 的。物料在输送的过程中经历了从固态到粘流态 的物理过程，温度；压力和机械性能参与进来完 成了一定产量物料的均匀稳定挤出
工作原理
• 螺杆的分段： • 加料段：固体输送 • 压缩段：压缩物料，并使物料熔融塑化 • 计量段：对熔融物料进行搅拌和混合，同
到此结束，第二组演讲到此结 束。谢谢谢谢！
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> Fbzห้องสมุดไป่ตู้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。
影响固体输送送料量的因素：
（1）物料的移动角（前进角）的影响：0≤ φ ≤90 φ =0时， φ最小，φ =90时， φ最大。 但对成型来说都不现实！！！
（2）槽深h的影响： 在D不变时，h增大，θ提高。
（3）摩擦系数（ fs）的影响，减小fs，Q↑。 （4）摩擦系数（fb ）的影响，增大fb，Q↑。
提高固体输送效率的措施：
（1）在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）； （2）采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结构； （3） 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。 （4）适当提高螺杆转数N和螺槽深度H ； （5）选择合适的螺旋角θ,且使 tan θtan φ/(tan
理论部分
• 受力情况： Fs — 螺杆对固体塞的摩擦力，推力；Fb — 料筒对固体塞的摩擦力，阻力。 Fbz — Fb 在Z轴方向上
的分力。
• 当Fbz=Fs=0时，物料不发生任何移动； Fbz<Fs，
螺杆带动物料转动而不移动。 • 流动的基本条件：Fbz>Fs
• Q=V·va • Q—单位时间内固体物料的流动体积；va—物料
流率的关键是控制摩擦因数
• 下文
摩擦因素
• 下文
摩擦因素
摩擦因素
• (2) 提高机筒表面的摩擦因数 • 图5也说明增大机筒 内表 面的摩擦因数 。
也有助于提高兰种情况下的固体输送流率 但是,当 fs 值较小时,增大机筒内表 面的 摩擦系数的响不如减小螺杆对塑料的摩擦 因数更明显。此外,图5(c) 曲线的斜率大 于图家a) 和恤)曲线的斜率,说明螺杆机筒 同时旋转时加料段槽深的对固体输送流率 的影响更明显。
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 ； Ｌ/D：长径比；ｈ：螺槽深度；φ：螺旋角； ｅ：螺纹宽度 。
• 结晶型塑料：熔点前。难压缩，所以L较长； • 无定形聚合物：随T升高，形变增加，所以L较短。
固 体 塞 摩 擦 模 型
受力分析
影响。
牵引角
• 在已知螺杆参数 的情下,牵引角夕是影响挤出产 率的重要因素,它取决于螺杆几何参数、摩擦因 数以及固体输送段的压力增长,增大牵引角均有 助于提高固体输送段的体积流率。为对比三种情 况下牵引角对 固体输送体积流率的影.定义下述 函数:
牵引角
牵引角
摩擦因素
由图4也可 以看出三种情况下的体输送产量均是牵 引角口的递增函数,增大口角,均可提高 Qs ,而摩擦 因数是影响牵引角的重要因素,因此提高固体输送
Qs=SVa=π/4 [D2－（D－2h)2]Va=πh(D-h)×Va
螺杆的展开图(a)和固体塞移动距离的计算(b)
由上图的展开图可见，螺杆转动一周，物料在螺纹 斜棱推力作用下，沿与斜棱垂直的方向由A移向B，AB 在螺杆轴上的投影距离为l，物料在轴向的移动速度为 Va；若螺杆的转速为N，则 Va=l×N
前进速度；V—单位螺槽容积。
VD2(D2h)2 4
Va 1 N
N—螺杆转数，Φ—展开后的螺线角（移动角）， θ — 螺杆外径处的旋转角，Φ+θ=90o，l—螺杆转 动一周物料移动距离的轴向投影。
D h 1 h 2 1 co 1 tcot
va
l•N DN ctgctg
由上图中螺杆的几何关系可得出：
πD=b1+b2= l·cotθ+l·cotφ= l（cotθ+ cotφ）
所以 因此
L D cot cot
V acotD c N otD tan N ta ntan ta n（2） Q2Dh(tD anh)N tan tantan （3）
于固体输送区的理论有几种，下面将重点介绍较 有代表性的达涅耳(Darnel）和莫耳（Mol）1956 年提出的根据固体对固体摩擦的静力平衡为基础 建立起来的固体输送理论。
理论部分
固体流量方程的推导
• VX-螺杆斜棱对固体塞产生推力P，使之产生垂 直于斜率方向的推力；此推力轴向的分力产生 固体塞轴向的运动Va；Vb-料筒相对于螺杆产 生的切向运动速度；Vb-VX产生沿螺槽Z方向的 运动VZ.
Q2D(hD tg h)tNgtg•tg
影响固体输送的因素
在固体输送段对内螺杆的两种等效情况下固体塞的 运动和受力作了深入分析。理论上证明了这两种情 况下的固体输送机理与外螺杆的情况相同,均建立 在固体摩擦输送机理基础之上;讨论了牵引角、摩 擦因数和螺纹升角对上述三种情况固体输送流率的
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。
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。
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。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。
输送料时，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。
螺旋升角
加工工艺的影响
• 控制螺杆与机筒的温度 • 金属与聚合物的摩檫系数是温度的函数,而
且有一个极大值
固体输送
•
加料段（固体输送段）是自料斗到
压缩段开始的位置，具有输送固体物料，兼有
预压、预热作用。 要使制品质量、产量稳定，
须满足以下两个条件： 1. 熔体的输送速率等于固态物料的熔化
速率 2. 沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率
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(b)
假设条件： ①物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞，以恒速移动; ②略去物料重力、密度变化的影响； ③摩擦系数恒定，压力是螺槽长度的函数； ④螺槽为矩形
加料段的送料量 Qs （摩擦力静平衡）， Qs应为螺 槽的横截面积与轴向速度Va的乘积，可得:
时稳定、 • 定量地向口模输送料流
• 物料的输送机理：
• 物料与螺杆间的相对运动状态类似于螺栓 与螺母间的相对运动
固体的概念
固体分类
固体输送理论
• 目 的：定量计算固体输送率，探索其影响因素 • 发展概况：1956年，Darnell和Mol通过固体对固
体摩擦 • 的静力平衡，建立了固体输送理论。 • 1972年，Broyer和Tadmor对上述理论进行了 • 修正，得到Darnell- Mol理论，成为研究物 • 料在螺杆挤出过程中固体输送的经典理论目前关
塑料挤出成型技术—— 单螺杆挤出机固体输送
第二小组31——36
单螺杆挤出工作原理
工作原理
• 单螺杆挤出机的输送过程主要是依靠摩擦力实现 的。物料在输送的过程中经历了从固态到粘流态 的物理过程，温度；压力和机械性能参与进来完 成了一定产量物料的均匀稳定挤出
工作原理
• 螺杆的分段： • 加料段：固体输送 • 压缩段：压缩物料，并使物料熔融塑化 • 计量段：对熔融物料进行搅拌和混合，同