擠出成型原理

1、精品資料擠出成型設備1 1、 主機擠出系統(tǒng)：由螺桿與料筒組成，是擠出機關鍵部分。其作用是塑化物料，定量、定壓、 定溫擠出熔體傳動系統(tǒng)：驅(qū)動螺桿，提高所需的扭矩和轉(zhuǎn)矩加熱和冷卻系統(tǒng)：保證塑料和擠出系統(tǒng)在成型過程中溫度達工藝要求2 2、 輔機由機頭、定型裝置、冷卻裝置、牽引裝置、卷取裝置或切割組成3 3、 控制系統(tǒng)由電器、儀表和執(zhí)行機構(gòu)組成。作用：控制主、輔機電動機、以滿足所需轉(zhuǎn)速和功率；控制主輔機溫度、壓力、流量，保證制品質(zhì)量；實現(xiàn)擠出機組的自 動控制，保證主、輔機協(xié)調(diào)運行。擠出成型原理料自料斗進入料筒，在螺桿旋轉(zhuǎn)作用下， 通過料筒內(nèi)壁和螺桿表面摩擦剪切作用向前輸送到加料段（玻璃態(tài)），在此松散固

2、體向前輸送同時被壓實；壓縮段（高彈態(tài)），螺槽深度變精品資料淺，進一步壓實，同時在料筒外加熱和螺桿與料筒內(nèi)壁摩擦剪切作用，料溫升高開始熔融,壓縮段結(jié)束；均化段= =計量段（黏流態(tài)）使物料均勻，定溫、定量、定壓擠出熔體，到機頭后 成型，經(jīng)定型得到制品。L 亠圖5-2螺桿示意圖乩一加料段螺槽深度H一計量段螺槽深度D螺桿宜徑螺旋荊螺桿長度e-棱寬度 a-螺距對于非晶聚物，對它施加恒定的力， 觀察它發(fā)生的形變與溫度的關系，通常特稱為溫度形變曲線或熱機械曲線。 非晶聚物有三種力學狀態(tài)，它們是玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。在溫度較低時，材料為剛性固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會發(fā)生非常小的形變，此狀態(tài)即為玻璃

3、態(tài)：當溫度繼續(xù)升高到一定范圍后，材料的形變明顯地增加，并在隨后的一定溫度區(qū)間形變相對穩(wěn)定， 此狀態(tài)即為高彈態(tài)， 溫度繼續(xù)升高形變量又逐漸增大，材料逐漸變成粘性的流體，此時形變不可能恢復，此狀態(tài)即為粘流態(tài)。我們通常把玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn) 變，稱為玻璃化轉(zhuǎn)變，它所對應的轉(zhuǎn)變溫度即是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，或是玻璃化溫度。高彈態(tài) （rubberyrubbery statestate） :鏈段運動但整個分子鏈不產(chǎn)生移動。 此時受較小的力就可發(fā)生很大的 形變 （10010010001000 %） ,外力除去后形變可完全恢復，稱為高彈形變。高彈態(tài)是高分子所特 有的力學狀態(tài)。相對分子質(zhì)量很大的晶態(tài)聚合物達到后還不

4、能流動，而是先進入高彈態(tài)，在升溫到后才會進入黏流態(tài)，于是有兩個轉(zhuǎn)變。高聚物的玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)是指當 對它施加一個恒定的壓力時，這些制品的形變狀態(tài)與溫度變化的關系。在較低溫度環(huán)境時， 高聚物呈剛性固體態(tài)， 在外力作用7送料段丨 壓縮段-一比量段精品資料下只有很小的形變，與玻璃相似，所以稱這種狀態(tài)為玻璃態(tài)。如果把這個環(huán)境溫度升髙至一定溫度，則其在外力作用下，形狀會有明顯的變化，在一定的溫度區(qū)問內(nèi)，形態(tài)變化相對穩(wěn)定，這個狀態(tài)稱為高彈態(tài)。如果溫度繼續(xù)升高， 則形變量隨溫度的升高逐漸增加，直至變?yōu)轲ば粤黧w，這時其形狀已不能恢復，這個狀態(tài)即為黏流態(tài)。 一般把玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變叫做玻璃化轉(zhuǎn)變，形態(tài)轉(zhuǎn)

5、變過程的溫度區(qū)間稱為玻璃化溫度； 高彈態(tài)向黏流態(tài)轉(zhuǎn)變，這個轉(zhuǎn)變過程區(qū)間的溫度稱為黏流溫度。玻璃化溫度；glassglass transitiontransitiontemperaturetemperature 高聚物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度。通常用 TgTg 表示。沒有很固定的數(shù)值， 往往隨著測定的方法和條件而改變。高聚物的一種重要的工藝指標。在此溫度以上，高聚物表現(xiàn)出彈性；在此溫度以下，高聚物表現(xiàn)出脆性，在用作塑料、橡膠、合成纖維等時必須加以考慮。如聚氯乙烯的玻璃化溫度是8080C。 玻璃化溫度(Glass(Glass transitiontransition temperature)te

6、mperature)無定形或半結(jié)晶聚合物從粘流態(tài)或高彈態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變( (或相反的轉(zhuǎn)變) )的較窄溫度范圍的近似中點，稱為玻璃化溫度，通常以TgTg 表示，是耐熱性的一個指標。特點生產(chǎn)連續(xù)、效率高、操作簡單、應用范圍廣擠出工藝參數(shù)1 1、溫度擠出成型溫度有料筒溫度、塑料溫度、螺桿溫度，一般我們測料筒溫度。溫度由加熱冷卻系統(tǒng)控制， 由于螺桿結(jié)構(gòu)、加熱冷卻系統(tǒng)不穩(wěn)定、 螺桿轉(zhuǎn)速變化等原因精品資料使擠出物料溫度在徑向和軸向都存在波動，從而影響制品質(zhì)量，制品各點強度不一樣，產(chǎn)生殘余應力，表面灰暗無光澤。為保證制品質(zhì)量，溫度應穩(wěn)定。2 2、壓力由于螺桿和料筒結(jié)構(gòu)，機頭、過濾網(wǎng)、過濾板的阻力，使塑料內(nèi)部存

7、在壓力。3 3、擠出速率單位時間內(nèi)由擠出機口模擠出的塑料質(zhì)量或長度。影響擠出速率因素：機頭阻力、螺桿與料筒結(jié)構(gòu)、螺桿轉(zhuǎn)速、加熱、冷卻系統(tǒng)、塑料特性。但當產(chǎn)品已定，擠出速率僅與螺桿轉(zhuǎn)速有關。 擠出速率也存在波動，影響制品幾何形狀和尺寸。溫度、壓力、擠出速率都存在波動現(xiàn)象，為了保證制品質(zhì)量，應正確設計螺桿、控制好加熱冷卻系統(tǒng)和螺桿轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，以減少參數(shù)波動。管材擠出工藝設備：擠出機、機頭、定型裝置、冷卻槽、牽引設備和切割或卷曲設備1 1、 成型由擠出模具實現(xiàn)。熔體經(jīng)過濾網(wǎng)和過濾板，分流區(qū)、壓縮區(qū)、成型區(qū)而 成為管狀物。2 2、 定型方法：內(nèi)徑定徑與外徑定徑（內(nèi)壓法與真空法）3 3、 管材擠出工藝條

8、件控制溫度：料筒、機頭和口模溫度，是影響塑化和制品質(zhì)量的主要因素。擠出管材溫度一般較低，粘度高，有利于定型。擠出速率：影響產(chǎn)量和質(zhì)量，其值決定于螺桿轉(zhuǎn)速牽引速度：影響管材壁厚和直徑的的精確性，要與擠出速度相適應。壓縮空氣壓力：內(nèi)壓法壓力0.020.05MPa0.020.05MPa擠出機的概述塑料擠出機的主機是擠塑機，它由擠壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)組成。精品資料1.1.擠壓系統(tǒng) 擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機筒、料斗、機頭、和模具，塑料通過擠壓系統(tǒng)而塑 化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立壓力下，被螺桿連續(xù)的擠出機頭。（1 1）螺桿：是擠塑機的最主要部件， 它直接關系到擠塑機的應用范圍和生產(chǎn)率，由高

9、強度耐腐蝕的合金鋼制成。（2 2）機筒：是一金屬圓筒，一般用耐熱、耐壓強度較高、堅固耐磨、耐腐蝕的合金鋼或內(nèi)襯合金鋼的復合鋼管制成。機筒與螺桿配合，實現(xiàn)對塑料的粉碎、軟化、熔融、塑化、排氣和壓實，并向成型系統(tǒng)連續(xù)均勻輸送膠料。一般機筒的長度為其直徑的 15153030 倍，以使塑料得到充分加熱和充分塑化為原則。（3 3）料斗：料斗底部裝有截斷裝置，以便調(diào)整和切斷料流，料斗的側(cè)面裝有視孔和標定計量裝置。（4 4）機頭和模具：機頭由合金鋼內(nèi)套和碳素鋼外套構(gòu)成，機頭內(nèi)裝有成型模具。 機頭的作用是將旋轉(zhuǎn)運動的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€運動，均勻平穩(wěn)的導入模套中，并賦予塑料以必要的成型壓力。塑料在機筒內(nèi)塑化

10、壓實，經(jīng)多孔濾板沿一定的流道通過機頭脖頸流入機頭成型模具，模芯_ 模套適當配合，形成截面不斷減小的環(huán)形空隙，使塑料熔體在芯線的周圍形成連續(xù)密實的管狀包覆層。為保證機頭內(nèi)塑料流道合理，消除積存塑料的死角，往往安置有分流套筒，為消除塑料擠出時壓力波動，也有設置均壓環(huán)的。 機頭上還裝有模具校正和調(diào)整的裝置，便于調(diào)整和校正模芯和模套的同心度。擠塑機按照機頭料流方向和螺桿中心線的夾角，將機頭分成斜角機頭（夾角 12001200 ）和直角機頭。機頭的外殼是用螺栓固定在機身上，機頭內(nèi)的 模具有模芯坐，并用螺帽固定在機頭進線端口，模芯座的前面裝有模芯， 模芯及模芯座的中心有孔，用于通過芯線； 在機頭前部裝有均

11、壓環(huán)，用于均衡壓力；擠包成型部分由模套座和模套組成，模套的位置可由螺栓通過支撐來調(diào)節(jié)，以調(diào)整模套對模芯的相對位置，便于調(diào)節(jié)擠包層厚度的均勻性。機頭外部裝有加熱裝置和測溫裝置。2 2傳動系統(tǒng) 傳動系統(tǒng)的作用是驅(qū)動螺桿，供給螺桿在擠出過程中所需要的力矩和轉(zhuǎn)速，通常由電動機、減速器和軸承等組成。3.3.加熱冷卻裝置加熱與冷卻是塑料擠出過程能夠進行的必要條件。（1 1）現(xiàn)在精品資料擠塑機通常用的是電加熱，分為電阻加熱和感應加熱， 加熱片裝于機身、機脖、機頭各部分。加熱裝置由外部加熱筒內(nèi)的塑料，使之升溫，以達到工藝操作所需要的溫度。（2 2）冷卻裝置是為了保證塑料處于工藝要求的溫度范圍而設置的。具體說是

12、為了排除螺桿旋轉(zhuǎn)的剪切摩擦產(chǎn)生的多余熱量，以避免溫度過高使塑料分解、焦燒或定型困難。機筒冷卻分為水冷與風冷兩種，一般中小型擠塑機采用風冷比較合適，大型則多采用水冷或兩種形式結(jié)合冷卻；螺桿冷卻主要采用中心水冷，目的是增加物料固體輸送率，穩(wěn)定出膠量，同時提高產(chǎn)品 質(zhì)量；但在料斗處的冷卻，一是為了加強對固體物料的輸送作用，防止因升溫使塑料粒發(fā)粘堵塞料口，二是保證傳動部分正常工作。二、 輔助設備塑料擠出機組的輔機主要包括放線裝置、校直裝置、預熱裝置、冷卻裝置、牽引裝置、計米器、火花試驗機、收線裝置。擠出機組的用途不同其選配用的輔 助設備也不盡相同。如還有切斷器、吹干器、印字裝置等。校直裝置：塑料擠出廢

13、品類型中最常見的一種是偏心，而線芯各種型式的彎曲則是產(chǎn)生絕緣偏心的重要原因之一。在護套擠出中，護套表面的刮傷也往往是由纜芯的彎曲造成的。因此，各種擠塑機組中的校直裝置是必不可少。校直裝置的主要型式有：滾筒式（分為水平式和垂直式）；滑輪式（分為單滑輪和滑輪組）；絞輪式，兼起拖動、校直、穩(wěn)定張力等多種作用；壓輪式（分為水平式 和垂直式）等。預熱裝置：纜芯預熱對于絕緣擠出和護套擠出都是必要的。對于絕緣層，尤其是薄層絕緣，不能允許氣孔的存在， 線芯在擠包前通過高溫預熱可以徹底清除表面 的水份、油污。對于護套擠出來講，其主要作用在于烘干纜芯，防止由于潮氣（或繞包墊層 的濕氣）的作用使護套中出現(xiàn)氣孔的可能

14、。預熱還可防止擠出中塑料因驟冷而殘留內(nèi)壓力的作用。在擠塑料過程中，預熱可消除冷線進入高溫機頭，在?？谔幣c塑膠接觸時形成的懸殊溫差，避免塑膠溫度的波動而導致擠出壓力的波動，從而穩(wěn)定擠出量，保證擠出質(zhì)量。擠塑機組中均采用電加熱線芯預熱裝置，要求有足夠的容量并保證升溫迅速，使線芯預熱和纜芯烘干效率高。預熱溫度受放線速度的制約，一般與機頭溫度相仿即可。冷卻裝置：成精品資料型的塑料擠包層在離開機頭后，應立即進行冷卻定型， 否則會在重力的作用下發(fā)生變形。冷卻的方式通常采用水冷卻，并根據(jù)水溫不同，分為急冷和緩冷。急冷就是冷水直接冷卻，急冷對塑料擠包層定型有利， 但對結(jié)晶高聚物而言， 因驟熱冷卻，易在擠包層組

15、織內(nèi)部殘留內(nèi) 應力，導致使用過程中產(chǎn)生龜裂，一般PVCPVC 塑膠層采用急冷。緩冷則是為了減少制品的內(nèi)應力，在冷卻水槽中分段放置不同溫度的水，使制品逐漸降溫定型，對PEPE、PPPP 的擠出就采用緩冷進行，即經(jīng)過熱水、溫水、冷水三段冷卻。三、控制系統(tǒng)塑料擠出機的控制系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及工藝參數(shù)測量系統(tǒng)，主要由電器、儀表和執(zhí)行機構(gòu)（即控制屏和操作臺）組成。其主要作用是：控制和調(diào)節(jié)主輔機的拖動電機，輸出符合工藝要求的轉(zhuǎn)速和功率，并能使主輔機協(xié)調(diào)工作；檢測和調(diào)節(jié)擠塑機中塑料的溫度、壓力、流量；實現(xiàn)對整個機組的控制或自動控制。擠出機組的電氣控制大致分為傳動控制和溫度控制兩大部分，實現(xiàn)對擠塑工藝

16、包括溫度、壓力、螺桿轉(zhuǎn)數(shù)、螺桿冷卻、機筒冷卻、制品冷卻和外徑的控制，以及牽引速度、整齊排線和保證收 線盤上從空盤到滿盤的恒張力收線控制。1.1.擠塑機主機的溫度控制電線電纜絕緣和護套的塑料擠出是根據(jù)熱塑性塑料變形特性，使之處于粘流態(tài)進行的。 除了要求螺桿和機筒外部加熱，傳到塑料使之融化擠出，還要考慮螺桿擠出塑料時其本身的發(fā)熱，因此要求主機的溫度應從整體來考慮，既要考慮加熱器加熱的開與關，又要考慮螺桿的擠出熱量外溢的因素予以冷卻，要有有效的冷卻設施。并要求正確合理的確定測量元件熱電偶的位置和安裝方法，能從控溫儀表讀數(shù)準確反映主機各段的實際溫度。以及要求溫控儀表的精度與系統(tǒng)配合好，使整個主機溫度控

17、制系統(tǒng)的波_動穩(wěn)定度達到各種塑料的擠出溫度的要求。為了反映機頭的擠出情況，需要檢測擠出時的機頭壓力,由于國產(chǎn)擠塑機沒有機頭壓力傳感器，一般是對螺桿擠出后推力的測量替代機頭壓力的測 量，螺桿負荷表（電2.2.擠塑機的壓力控制精品資料流表或電壓表）能正確反映擠出壓力的大小。擠出壓力的波動，也是引 起擠出質(zhì)量不穩(wěn)的重要因素之一，擠出壓力的波動與擠出溫度、 冷卻裝置的使用，連續(xù)運轉(zhuǎn)時間的長短等因素密切相關。當發(fā)生異?，F(xiàn)象時，能排除的迅速排除，必須重新組織生產(chǎn)的 則應果斷停機，不但可以避免廢品的增多，更能預防事故的發(fā)生。通過檢測的壓力表讀數(shù)， 就可以知道塑料在擠出時的壓力狀態(tài)，一般取后推力極限值報警控制

18、。3.3.螺桿轉(zhuǎn)速的控制螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與穩(wěn)定是主機傳動的重要工藝要求之一。螺桿轉(zhuǎn)速直接決定出膠量和擠出速度，正常生產(chǎn)總希望盡可能實現(xiàn)最高轉(zhuǎn)速及實現(xiàn)高產(chǎn)，對擠塑機要求螺桿轉(zhuǎn)速從起動到所需工作轉(zhuǎn)速時，可供使用的調(diào)速范圍要大。而且對轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性要求高，因為轉(zhuǎn)速的波動將導致擠出量的波動，影響擠出質(zhì)量，所以在牽引線速度沒有變化情況下，就會造成線纜外徑的變化。 同理如牽引裝置線速波動大也會造成線纜外徑的變化， 螺桿和牽引線速度可通過操作臺上相應儀表反映出來，擠出時應密切觀察，確保優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。4.4. 外徑的控制如上所述為了保證制品線纜外徑的尺寸，除要求控制線芯（纜芯）的尺寸公差外，在擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、牽引

19、裝置線速度等方面應有所控制保證，而外徑的測量控制則綜合反映上述控制的精度和水平。在擠塑機組設備中，特別是高速擠塑生產(chǎn)線上，應配用在線外徑檢測儀，隨時對線纜外徑進行檢測，并且將超差信號反饋以調(diào)整牽引或螺桿 的轉(zhuǎn)速，糾正外徑超差。5.5. 收卷要求的張力控制為了保證不同線速下的收線，從空盤到滿盤工作的恒張力要求，希望收排線裝置有貯線張力調(diào)整機構(gòu)，或在電氣上考慮恒線速度系統(tǒng)和恒張力系統(tǒng)的收卷等等。6.6.整機的電氣自動化控制這是實現(xiàn)高速擠出生產(chǎn)線應具備的工藝控制要求，主 要是：開機溫度聯(lián)鎖；工作壓力保護與聯(lián)鎖；擠出、牽引兩大部件傳動的比例同步控制；收 線與牽引的同步控制；外精品資料徑在線檢測與反饋控

20、制； 根據(jù)各種不同需要組成部件的單機與整機 跟蹤的控制。擠出機分類按數(shù)量分：無螺桿、單螺桿、雙螺桿按空間位置：臥式和立式按螺桿轉(zhuǎn)速：普通、高速和超高速可否排氣：排氣式和非排氣式按裝配結(jié)構(gòu)：整體式和分開式最常用臥式單螺桿非排氣式整體式擠出機擠出機的主要零部件一、螺桿1 1、評價螺桿性能的標準和設計螺桿應考慮的因素1 1）評價螺桿性能標準塑化質(zhì)量：必須滿足質(zhì)量要求。制品質(zhì)量與機頭、輔機有關，但與螺桿的塑化質(zhì)量關系更大，如溫度不均、軸向壓力波動、徑向溫度大、染色等分散不均勻，這都直 接影響制品質(zhì)量。產(chǎn)量：在保證質(zhì)量前提下，通過機頭擠出量。好的螺桿，應具有高的塑化能力名義比功率單耗：每擠 1Kg1Kg

21、 塑料消耗的產(chǎn)量即 P/QP/Q （功率/ /產(chǎn)量），保證質(zhì)量下，單耗越少越好。適應性：對加工不同塑料、匹配不同機頭和不同制品的適應能力。但一般適應性強，往往塑化效率低。制造難易：必須易制造、成本低2 2）設計螺桿應考慮物料特性及加工時的幾何形狀、尺寸、溫度狀況。由于不同物料物理特性不同，因此加工性能不同，對螺桿結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)有不同要求?？谀５膸缀涡问胶蜋C頭阻力特性。螺桿形狀要與他們相匹配。料筒的結(jié)構(gòu)形式和加熱冷卻情況。如在加料段料筒內(nèi)壁加工出錐度和縱向溝槽并冷卻，則提高固體輸送效率， 螺桿在設計時應考慮提高熔融速率、均化能力，使之與加料段輸送相匹配。螺桿轉(zhuǎn)速擠出機用途：作混煉、造粒和喂料等作

22、用，螺桿結(jié)構(gòu)有所不同2 2、常規(guī)全螺紋三段螺桿指螺桿由加料段、壓縮段、均化段三段螺紋組成，其擠出過程完全依靠螺紋的形式來完成的一種螺桿。1 1）螺桿類型確定按螺槽深度從加料段較深向均化段較淺設計精品資料的過渡情況分：漸變型：螺槽深度變化在較長距離逐漸變淺。用于無定型、熱敏性塑料加工、也可用結(jié)晶型。突變型：用于熔點突變、粘度低的塑料。如PAPA、PEPE、PPPP，不適于 PVCPVC 等熱敏性塑料2 2）螺桿直徑已經(jīng)標準化，其大小一般根據(jù)所加工制品的斷面尺寸、加工塑料種類、 所需擠出量確定3 3）螺桿長徑比 L/DbL/Db 長徑比越大，則塑料在料筒中停留時間越長，塑化更充分、均勻，以保證制品質(zhì)單螺桿擠出機技術參數(shù)和型號1 1、單螺桿擠出機技術參數(shù)螺桿直徑 DbDb :指大徑，系列標準 2020、3030、4545、6565、9090、120120、150150、165165、200200、250250、300300螺桿長徑比 L/DbL/Db :螺桿工作部分長度與螺桿直徑比值螺桿轉(zhuǎn)速范圍：nmin-nmaxnmin-nmax r/minr/min驅(qū)動螺桿電機功率 P P: KWKW 擠出機生產(chǎn)能力 Q:Q:每小時擠出的塑料量比流量每小時每轉(zhuǎn)一周擠出機生產(chǎn)能力名義比功率每小時加工 kgkg 塑料所需