第三章擠出成型(新)

1、第三章第三章 擠出成型擠出成型主要內(nèi)容主要內(nèi)容3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 單螺桿擠出理論單螺桿擠出理論3.3 3.3 螺桿擠出機的結(jié)構(gòu)及選用方法螺桿擠出機的結(jié)構(gòu)及選用方法3.4 3.4 擠出成型過程擠出成型過程3.5 3.5 幾種制品的擠出成型幾種制品的擠出成型3.6 3.6 擠出成型的發(fā)展擠出成型的發(fā)展3.1 3.1 概述概述1. 1. 擠出成型擠出成型( (Extrusion Molding) )是指用機械運動施加是指用機械運動施加力迫使高分子材料流體通過成型裝置力迫使高分子材料流體通過成型裝置( (機頭、口機頭、口模模) ) ，定型為具有恒定截面的連續(xù)型材的一種成型，定型為具

2、有恒定截面的連續(xù)型材的一種成型方法。方法。加料輸送壓縮塑化定型加料：粉料、粒料，聚合物分散體等性狀的擠出用物加料：粉料、粒料，聚合物分散體等性狀的擠出用物料，通過加料斗，依靠自重或強制加料器作用，進(jìn)料，通過加料斗，依靠自重或強制加料器作用，進(jìn)入料筒與螺桿的螺槽或柱塞構(gòu)成的空間，在螺棱或入料筒與螺桿的螺槽或柱塞構(gòu)成的空間，在螺棱或柱塞的推動下向前擠出。柱塞的推動下向前擠出。輸送：施力部件強制推進(jìn)物料的作用。輸送：施力部件強制推進(jìn)物料的作用。壓縮：因施力部件強制推擠物料、流道的橫斷面積逐壓縮：因施力部件強制推擠物料、流道的橫斷面積逐漸減小及機頭處阻力元件增壓作用，擠出機對物料漸減小及機頭處阻力元件

3、增壓作用，擠出機對物料產(chǎn)生的壓實作用。產(chǎn)生的壓實作用。塑化：將固體高分子材料轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成均勻、溫度均勻、塑化：將固體高分子材料轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成均勻、溫度均勻、無可揮發(fā)性氣體和空氣的，具有良好的可塑性的流無可揮發(fā)性氣體和空氣的，具有良好的可塑性的流體的過程。體的過程。濕法擠出成型濕法擠出成型干法擠出成型干法擠出成型定型：高分子材料熔體通過具有一定截面形狀的機頭定型：高分子材料熔體通過具有一定截面形狀的機頭( (口?？谀? )，冷卻固化的過程。，冷卻固化的過程。2.2.工藝特點：工藝特點：擠出成型生產(chǎn)工藝分干法和濕法；擠出成型生產(chǎn)工藝分干法和濕法；擠出過程分連續(xù)和間歇式擠出；擠出過程分連續(xù)和間歇式擠出；擠

4、出成型工藝控制參數(shù)除與擠出溫度、壓力、速率擠出成型工藝控制參數(shù)除與擠出溫度、壓力、速率有關(guān)外，擠出機結(jié)構(gòu)參數(shù)、冷卻、牽引等控制因素有關(guān)外，擠出機結(jié)構(gòu)參數(shù)、冷卻、牽引等控制因素都會影響制品的質(zhì)量；都會影響制品的質(zhì)量；擠出機因機頭及輔機不同，可生產(chǎn)多種產(chǎn)品；擠出機因機頭及輔機不同，可生產(chǎn)多種產(chǎn)品；擠出成型工藝按用途可分為：擠出制品成型和成擠出成型工藝按用途可分為：擠出制品成型和成型用原料配制。型用原料配制。3、擠出成型加工歷史、擠出成型加工歷史 1845, , R. A. Brooman 柱塞式擠出機柱塞式擠出機 第一個工業(yè)擠出過程采用柱塞擠壓材料，第一個工業(yè)擠出過程采用柱塞擠壓材料，1818世紀(jì)

5、世紀(jì)9090年代英國年代英國的的 J. Bramah 用這種方法生產(chǎn)鉛管。用這種方法生產(chǎn)鉛管。 擠出機是一種泵，在泵的功能基礎(chǔ)上能夠擠出機是一種泵，在泵的功能基礎(chǔ)上能夠用于其他多種工藝過程。用于其他多種工藝過程。PVCPVC管生產(chǎn)線管生產(chǎn)線板材生產(chǎn)線板材生產(chǎn)線薄膜生產(chǎn)線薄膜生產(chǎn)線將固體顆粒或粉末加入擠出機的將固體顆?；蚍勰┘尤霐D出機的料斗料斗，在料簡在料簡預(yù)預(yù)熱，干燥熱，干燥；物料在運動過程中與料筒、螺物料在運動過程中與料筒、螺桿、以及物桿、以及物料與物料之間相互摩擦、剪切，產(chǎn)生大量的熱，這時料與物料之間相互摩擦、剪切，產(chǎn)生大量的熱，這時物料由物料由玻璃態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)粘流態(tài)轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)

6、變； 熔融物料被螺熔融物料被螺桿輸入通過具有一定形桿輸入通過具有一定形口?？谀：蠛蟪尚统尚停M(jìn)入進(jìn)入冷卻定型冷卻定型裝置，裝置，再經(jīng)過再經(jīng)過牽引牽引，獲得最終的制品尺獲得最終的制品尺寸。寸。最后最后根據(jù)需要根據(jù)需要切割切割成一定長度的制品，再成一定長度的制品，再堆放堆放在在堆放架上。堆放架上。 聚合物熔融聚合物熔融( (擠出機擠出機) ) 成型成型( (口?？谀? ) 定型定型( (定型定型 裝置裝置) ) 冷卻（水或風(fēng)冷裝置）冷卻（水或風(fēng)冷裝置） 牽引牽引( (牽引機）牽引機） 切割切割( (切割機切割機) ) 堆放堆放( (堆放裝置堆放裝置) )。 圖圖22 擠出硬管生產(chǎn)線擠出硬管生產(chǎn)線

7、1、擠出機、擠出機 2、口模、口模 3、定型裝置定型裝置4、冷卻水槽、冷卻水槽 5、 牽引機牽引機 6、切割機切割機 7、堆放裝置堆放裝置5. 擠出成型設(shè)備及主要技術(shù)參數(shù)擠出成型設(shè)備及主要技術(shù)參數(shù) 擠出成型設(shè)備的組成擠出成型設(shè)備的組成a. a. 主機：主機：擠壓系統(tǒng)擠壓系統(tǒng) （螺桿和機筒）、傳動系統(tǒng)（螺桿和機筒）、傳動系統(tǒng)（傳動馬達(dá)、變速箱）、加熱冷卻系統(tǒng)（電加（傳動馬達(dá)、變速箱）、加熱冷卻系統(tǒng)（電加熱、水冷、風(fēng)冷）。熱、水冷、風(fēng)冷）。b. b. 輔機：輔機：機頭（口模）、定型、冷卻、牽引、切機頭（口模）、定型、冷卻、牽引、切割、堆放或卷取裝置。割、堆放或卷取裝置。c. c. 控制系統(tǒng)：控制系

8、統(tǒng)：主要由電器儀表和執(zhí)行機構(gòu)組成，主要由電器儀表和執(zhí)行機構(gòu)組成，其主要作用其主要作用是：控制主、輔機的驅(qū)是：控制主、輔機的驅(qū)動電機，使動電機，使其按操作要求的轉(zhuǎn)速和功率運轉(zhuǎn)，并保其按操作要求的轉(zhuǎn)速和功率運轉(zhuǎn)，并保證主、證主、輔機協(xié)調(diào)運行；控制主、輔機的溫度、輔機協(xié)調(diào)運行；控制主、輔機的溫度、壓力、壓力、流流量和制品的質(zhì)量；實現(xiàn)整個機組的自動控制。量和制品的質(zhì)量；實現(xiàn)整個機組的自動控制。1、料斗、料斗 即即加料裝置加料裝置，向料筒的加料口提供物料。，向料筒的加料口提供物料。 有保溫有保溫夾套，有定時定量自動加料裝置。夾套，有定時定量自動加料裝置。 2、料筒、料筒 是一個受壓，受熱的金屬圓筒，溫度

9、可達(dá)是一個受壓，受熱的金屬圓筒，溫度可達(dá)150-410C，壓力可達(dá)，壓力可達(dá)30-50Mpa，要求機筒的材料高，要求機筒的材料高強度，耐磨，耐腐蝕，通常由鋼制外殼和合金鋼內(nèi)強度，耐磨，耐腐蝕，通常由鋼制外殼和合金鋼內(nèi)襯共同組成，其外層有加熱和冷卻系統(tǒng)。襯共同組成，其外層有加熱和冷卻系統(tǒng)。料筒料筒的作用：的作用： 對塑料加熱；對塑料加熱； 配合螺桿使塑料塑化。配合螺桿使塑料塑化。 對塑料冷卻的目的：防止停車時，因過熱造成對塑料冷卻的目的：防止停車時，因過熱造成分解分解。 瓣合式機筒：機筒由兩瓣組成，用螺栓聯(lián)接，便瓣合式機筒：機筒由兩瓣組成，用螺栓聯(lián)接，便于研究和拆卸。但破壞了機筒加熱的均勻性，增

10、加了于研究和拆卸。但破壞了機筒加熱的均勻性，增加了熱損失。熱損失。3、螺桿、螺桿 是擠出機的最主要部件，其結(jié)構(gòu)對擠出工藝有重是擠出機的最主要部件，其結(jié)構(gòu)對擠出工藝有重要影要影 響，擠出不同高聚物有不同結(jié)構(gòu)形式的響，擠出不同高聚物有不同結(jié)構(gòu)形式的螺桿螺桿。螺桿的結(jié)構(gòu)：螺桿的結(jié)構(gòu)： 螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù) 擠出機的主要技術(shù)參數(shù)擠出機的主要技術(shù)參數(shù)螺桿直徑螺桿直徑D（20350mm）長徑比長徑比L/D（1830）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n（10250r/min）電機功率電機功率（5.5100 kW ） 擠出能力擠出能力Q（1.52200kg/h）等。等。 擠出機的大小擠出機的大?。?）螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參

11、數(shù)）螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)螺桿直徑螺桿直徑D：指外徑，指外徑，代表擠出機的規(guī)格。代表擠出機的規(guī)格。隨直徑增大，隨直徑增大，生產(chǎn)能力提高。生產(chǎn)能力提高。螺桿長徑比螺桿長徑比L/D：螺桿的有效長度與螺桿直徑之比。：螺桿的有效長度與螺桿直徑之比。 L/D大，溫度分布好，混合均勻。影響擠出機的產(chǎn)量大，溫度分布好，混合均勻。影響擠出機的產(chǎn)量和擠出質(zhì)量（衡量塑化效率）。和擠出質(zhì)量（衡量塑化效率）。L/D愈大愈大，塑料的停，塑料的停留時間愈長，混合塑化效果愈好，但加工的難度增大。留時間愈長，混合塑化效果愈好，但加工的難度增大。螺桿壓縮比螺桿壓縮比A：指加料段第一螺槽的容積與均化段最后指加料段第一螺槽的容積與均化

12、段最后一個螺槽容積之比。一般為一個螺槽容積之比。一般為25。 A螺桿第一螺槽的容積螺桿第一螺槽的容積 / 螺桿最后螺槽的容積螺桿最后螺槽的容積 A 的獲得：等距變深，等深變距，變深變距。的獲得：等距變深，等深變距，變深變距。螺槽深度螺槽深度H：H 小，產(chǎn)生的剪切速率大，塑化小，產(chǎn)生的剪切速率大，塑化效果好，但生產(chǎn)率低。螺槽深度與物料的穩(wěn)定性效果好，但生產(chǎn)率低。螺槽深度與物料的穩(wěn)定性有關(guān)，對剪切比較敏感的塑料如有關(guān)，對剪切比較敏感的塑料如PE,PA適合選擇適合選擇較淺的螺槽，對剪切速率不太敏感的塑料如較淺的螺槽，對剪切速率不太敏感的塑料如PVC,PC等，應(yīng)選擇較深螺槽。等，應(yīng)選擇較深螺槽。 HK

13、D K0.020.06，H為均化段的螺槽深度。為均化段的螺槽深度。n螺旋角螺旋角：是螺紋與螺桿橫截面之間的夾角，通是螺紋與螺桿橫截面之間的夾角，通常在常在100300之間。隨著之間。隨著增大，生產(chǎn)能力提高，增大，生產(chǎn)能力提高，擠壓剪切作用減少。擠壓剪切作用減少。增大增大，出料快，生產(chǎn)率提，出料快，生產(chǎn)率提高，但停留時間短，塑化效果下降。高，但停留時間短，塑化效果下降。n螺紋棱寬度螺紋棱寬度E： E大動力消耗大，大動力消耗大， E小漏流增加。小漏流增加。一般一般E=0.080.12D.n螺桿與料筒的間隙螺桿與料筒的間隙： 值大生產(chǎn)效率低，值大生產(chǎn)效率低， 值過值過小時，強烈剪切，會引起過熱降解，

14、一般小時，強烈剪切，會引起過熱降解，一般與螺與螺桿直徑之比為桿直徑之比為0.0005-0.002左右。左右。3、螺桿的作用、螺桿的作用輸送物料輸送物料 螺桿轉(zhuǎn)動時，物料在旋轉(zhuǎn)的同時受到軸向壓螺桿轉(zhuǎn)動時，物料在旋轉(zhuǎn)的同時受到軸向壓力，向機頭方向流動以擠出成型。力，向機頭方向流動以擠出成型。傳熱塑化物料傳熱塑化物料 與料筒配合，使物料接觸傳熱面并不斷更新，與料筒配合，使物料接觸傳熱面并不斷更新，在料筒外加熱與螺桿摩擦作用下軟化、熔融為粘在料筒外加熱與螺桿摩擦作用下軟化、熔融為粘流態(tài)。流態(tài)。混合與均化物料混合與均化物料 與料筒和機頭相配合產(chǎn)生強大的剪切作用，使與料筒和機頭相配合產(chǎn)生強大的剪切作用，使

15、物料混合均勻、塑化完全。物料混合均勻、塑化完全。螺桿沿長度方向一般分為三段，各段的作用和螺桿沿長度方向一般分為三段，各段的作用和結(jié)構(gòu)是不同的：結(jié)構(gòu)是不同的：（1）加料段）加料段 L1 靠近料斗一側(cè)，在該段對物料主要起傳熱軟化、靠近料斗一側(cè)，在該段對物料主要起傳熱軟化、輸送作用，無壓縮作用，是固體輸送。輸送作用，無壓縮作用，是固體輸送。L1 的長度：的長度： 結(jié)晶型塑料：熔點前，難壓縮，因此結(jié)晶型塑料：熔點前，難壓縮，因此L1 較長。較長。 無定形塑料：隨無定形塑料：隨T升高升高，形變增大，有壓縮，因此，形變增大，有壓縮，因此L1 較短。較短。（2）壓縮段）壓縮段 L2 螺桿的中段。物料在此段繼

16、續(xù)吸熱軟化、熔螺桿的中段。物料在此段繼續(xù)吸熱軟化、熔融，直到最后完全塑化，塑料在該段內(nèi)可以進(jìn)行融，直到最后完全塑化，塑料在該段內(nèi)可以進(jìn)行較大程度的壓縮。較大程度的壓縮。壓縮段的長度：壓縮段的長度：結(jié)晶型塑料：結(jié)晶型塑料：熔點范圍熔點范圍很窄，到很窄，到熔點熔點后，后，粘度下降粘度下降比較厲害比較厲害，因此，因此L2 很短即可。很短即可。無定形塑料無定形塑料：粘流溫度范圍粘流溫度范圍較寬，所以較寬，所以L2較長。較長。（3）均化段）均化段 L3 靠機頭口模一側(cè)。為等距等深的淺槽螺紋，靠機頭口模一側(cè)。為等距等深的淺槽螺紋，其作用是把壓縮段送來的已塑化的物料，在均其作用是把壓縮段送來的已塑化的物料，

17、在均化段的淺槽和機頭回壓下攪拌均勻，成為質(zhì)量化段的淺槽和機頭回壓下攪拌均勻，成為質(zhì)量均勻的熔體，并且為定量定壓擠均勻的熔體，并且為定量定壓擠 出成型創(chuàng)造必出成型創(chuàng)造必要條件。（也稱計量段）要條件。（也稱計量段） 均化段要維持較高的而且穩(wěn)定的壓力，以均化段要維持較高的而且穩(wěn)定的壓力，以保持料流穩(wěn)定，因此應(yīng)有足夠的長度，可為螺保持料流穩(wěn)定，因此應(yīng)有足夠的長度，可為螺桿全長的桿全長的2025%。 （4）螺桿的形式）螺桿的形式a. 普通螺桿普通螺桿等距變深螺桿等距變深螺桿 等深變距螺桿等深變距螺桿 變深變距螺桿變深變距螺桿b.特殊螺桿特殊螺桿 這些螺桿均化段設(shè)這些螺桿均化段設(shè)置有一些剪切混合置有一些剪

18、切混合元件，以達(dá)到促進(jìn)元件，以達(dá)到促進(jìn)混合、塑化和提高混合、塑化和提高生產(chǎn)能力的目的。生產(chǎn)能力的目的。4、機頭和口模、機頭和口模 機頭和口模機頭和口模作用：作用：使料流從螺旋運動變?yōu)槠街边\動。使料流從螺旋運動變?yōu)槠街边\動。產(chǎn)生回壓，利于進(jìn)一步塑化，均化粘流態(tài)物料。產(chǎn)生回壓，利于進(jìn)一步塑化，均化粘流態(tài)物料。產(chǎn)生必要的成型壓力，使制品致密。產(chǎn)生必要的成型壓力，使制品致密。成型制品，更換口?？筛淖冎破窋嗝娴男螤?。成型制品，更換口?？筛淖冎破窋嗝娴男螤?。機頭與口模的組成部件：機頭與口模的組成部件： 過濾網(wǎng)過濾網(wǎng)，多孔板多孔板，分流器，模芯，口模和機頸等。，分流器，模芯，口模和機頸等。5、傳動系統(tǒng)、傳動

19、系統(tǒng) 包括帶動螺桿轉(zhuǎn)動的電機和機械傳動部件。包括帶動螺桿轉(zhuǎn)動的電機和機械傳動部件。6、附屬設(shè)備、附屬設(shè)備 塑料的輸送、預(yù)熱、干燥等預(yù)處理裝置。塑料的輸送、預(yù)熱、干燥等預(yù)處理裝置。 擠出后制品的定型、冷卻裝置。擠出后制品的定型、冷卻裝置。 牽引裝置。牽引裝置。 卷繞或切割裝置。卷繞或切割裝置。 控制設(shè)備等?？刂圃O(shè)備等。6. 擠出成型的特點：擠出成型的特點：1)生產(chǎn)連續(xù)化生產(chǎn)連續(xù)化 可生產(chǎn)任意長度的管材、薄膜、電可生產(chǎn)任意長度的管材、薄膜、電纜和纖維等。纜和纖維等。2)生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高 單機產(chǎn)能高，如一臺直徑單機產(chǎn)能高，如一臺直徑65mm 的的雙螺桿擠出機（外形尺寸約雙螺桿擠出機（外形尺寸約2

20、.51.81.7m），），可年產(chǎn)可年產(chǎn)PVC簿膜簿膜450t以上。以上。3)應(yīng)用范圍廣應(yīng)用范圍廣 這種加工方法在橡膠、塑料、纖維的加工中這種加工方法在橡膠、塑料、纖維的加工中都廣為采用，還可用擠出法進(jìn)行混合、塑化、造都廣為采用，還可用擠出法進(jìn)行混合、塑化、造粒、著色等工藝過程。粒、著色等工藝過程。1)設(shè)備簡單，投資少設(shè)備簡單，投資少 與注射成型、壓延成型相比，擠出成型設(shè)備與注射成型、壓延成型相比，擠出成型設(shè)備比較簡單，制造較容易，設(shè)備費用較低，安裝調(diào)比較簡單，制造較容易，設(shè)備費用較低，安裝調(diào)試較方便。試較方便。作業(yè)作業(yè)1. 請舉一個擠出成型在工業(yè)中應(yīng)用的例子。請舉一個擠出成型在工業(yè)中應(yīng)用的例子

21、。3.2 單螺桿擠出理論單螺桿擠出理論(Extrusion principle)(Extrusion principle)概述概述是指描述物料在螺桿和口模中運動、變是指描述物料在螺桿和口模中運動、變化規(guī)律的基本理論。在化規(guī)律的基本理論。在擠出成型擠出成型過程中，物料通過程中，物料通過螺桿和口模時，其狀態(tài)變化、流動規(guī)律對加工過螺桿和口模時，其狀態(tài)變化、流動規(guī)律對加工的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和能量消耗起著重要的作的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和能量消耗起著重要的作用。用。 固體輸送理論固體輸送理論 熔融理論熔融理論 熔體輸送理論熔體輸送理論擠出理論的目的、意義和研究方法擠出理論的目的、意義和研究方法1.1.設(shè)計

22、目的設(shè)計目的：使三區(qū)三段吻合，研究物料在螺桿和口：使三區(qū)三段吻合，研究物料在螺桿和口模中的物態(tài)變化及運動規(guī)律。模中的物態(tài)變化及運動規(guī)律。2.2.研究方法研究方法：建立物理模型：建立物理模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型理論公式理論公式討討論分析、實驗驗證論分析、實驗驗證修正。修正。3.3.研究的意義研究的意義：尋求聚合物加工中提高產(chǎn)量、提高塑：尋求聚合物加工中提高產(chǎn)量、提高塑化質(zhì)量、降低能耗的有效途徑，為聚合物擠出過程改化質(zhì)量、降低能耗的有效途徑，為聚合物擠出過程改進(jìn)工藝和改進(jìn)設(shè)備提供依據(jù)。進(jìn)工藝和改進(jìn)設(shè)備提供依據(jù)。3.2.1 擠出理論的準(zhǔn)備知識擠出理論的準(zhǔn)備知識3.2.2 加料段的固體輸送理論加料段的固體

23、輸送理論3.2.3 壓縮段的熔融理論壓縮段的熔融理論3.2.4 均化段的熔體輸送理論均化段的熔體輸送理論3.2.1 擠出理論的準(zhǔn)備知識擠出理論的準(zhǔn)備知識3.2.1.1 物料通過擠壓系統(tǒng)的運動及物態(tài)變化物料通過擠壓系統(tǒng)的運動及物態(tài)變化1.1.擠壓系統(tǒng)的主要作用擠壓系統(tǒng)的主要作用：連續(xù)、穩(wěn)定：連續(xù)、穩(wěn)定輸送輸送物料；將固物料；將固體物料體物料塑化塑化成熔融物料；使物料的溫度和組成一致。成熔融物料；使物料的溫度和組成一致。加料段加料段進(jìn)行高分子物料的固體輸送進(jìn)行高分子物料的固體輸送壓縮段壓縮段壓縮物料，并使物料熔融壓縮物料，并使物料熔融均化段均化段對熔融物料進(jìn)行攪拌和混合，定量定壓擠出。對熔融物料進(jìn)

24、行攪拌和混合，定量定壓擠出。2.2.物料經(jīng)歷物料經(jīng)歷三種力學(xué)狀態(tài)三種力學(xué)狀態(tài)n玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。3.3.物料三區(qū)物料三區(qū) 根據(jù)物料運動和狀態(tài)變化分為：根據(jù)物料運動和狀態(tài)變化分為：n固體輸送區(qū)固體輸送區(qū)固體物料輸送；固體物料輸送； n熔融區(qū)熔融區(qū)物料升溫，壓實，排氣，塑化；物料升溫，壓實，排氣，塑化；n熔體輸送區(qū)熔體輸送區(qū)混合，定壓，計量輸送?；旌?，定壓，計量輸送。4.4.螺桿三段螺桿三段：加料段：加料段; ;壓縮段壓縮段; ;計量段計量段要使制品質(zhì)量、產(chǎn)量穩(wěn)定，須滿足以下要使制品質(zhì)量、產(chǎn)量穩(wěn)定，須滿足以下兩個條件：兩個條件：熔體的輸送速率熔體的輸送速率=固態(tài)物料的

25、熔化速率固態(tài)物料的熔化速率沿螺桿軸向任一截面物料的質(zhì)量流率沿螺桿軸向任一截面物料的質(zhì)量流率=擠出機生產(chǎn)擠出機生產(chǎn)率率3.2.2.3 固體塞輸送角（前進(jìn)角）固體塞輸送角（前進(jìn)角）3.2.2.4 某些因素的討論某些因素的討論3.2.2.2 輸送率的計算（輸送方程）輸送率的計算（輸送方程）3.2.2.1 基本假設(shè)基本假設(shè) 固體輸送理論是以固體對固體的摩擦力靜平衡為固體輸送理論是以固體對固體的摩擦力靜平衡為基礎(chǔ)建立起來的，推導(dǎo)時假設(shè)：基礎(chǔ)建立起來的，推導(dǎo)時假設(shè)： 物料是被壓實的固體塞、充滿整個螺槽；物料是被壓實的固體塞、充滿整個螺槽； 固體塞所受壓力僅為螺槽流道長度的函數(shù)；固體塞所受壓力僅為螺槽流道長

26、度的函數(shù)； 摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)f一定，作用于固體的摩擦力符合庫倫定律一定，作用于固體的摩擦力符合庫倫定律F=f P； 忽略固體塞密度變化，物料重力的影響；忽略固體塞密度變化，物料重力的影響； 加料螺槽截面為矩形，且槽深不變。加料螺槽截面為矩形，且槽深不變。圖圖7-10 固體塞摩擦模型固體塞摩擦模型 如果物料與螺桿之間的摩擦力很大，此時擠如果物料與螺桿之間的摩擦力很大，此時擠出量為零；因為移動角出量為零；因為移動角=0，物料不向前移動，不，物料不向前移動，不進(jìn)料；進(jìn)料； 如果物料與螺桿之間的摩擦力很小，而對料如果物料與螺桿之間的摩擦力很小，而對料筒的摩擦力很大，此時物料移動速度很大，即移筒的摩擦力

27、很大，此時物料移動速度很大，即移動角動角=90。這是固體輸送理論的上限。這是固體輸送理論的上限。 一般情況是在一般情況是在090范圍，擠出過程要控范圍，擠出過程要控制物料與螺桿，機筒的摩擦力為定值，否則引起制物料與螺桿，機筒的摩擦力為定值，否則引起移動角變化，造成產(chǎn)率波動。移動角變化，造成產(chǎn)率波動。V V2 2- -固體塞沿螺槽方向速度固體塞沿螺槽方向速度V V1 1- -螺桿轉(zhuǎn)動速度螺桿轉(zhuǎn)動速度V V3 3- -絕對速度絕對速度V VL L-V-V3 3的軸向分量的軸向分量固體輸送段生產(chǎn)率計算：固體輸送段生產(chǎn)率計算：固體輸送率固體輸送率Q=VLFF:F:垂直于垂直于V VL L的螺槽流道截面

28、積的螺槽流道截面積固體塞輸送速率固體塞輸送速率Q與螺桿幾何尺寸的關(guān)系：與螺桿幾何尺寸的關(guān)系： Hf 螺槽深度螺槽深度 Db螺桿外徑螺桿外徑 n 螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速 螺桿外徑處的螺旋角螺桿外徑處的螺旋角 物料的移動角物料的移動角 tantantantanfbfb2HDnHDQ提高固體輸送率的措施：提高固體輸送率的措施：1. 移動角移動角 tg tg tg+ tg 若若，即，即Q。 Q影響移動角影響移動角的因素：的因素： 螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)，壓力。壓力。2. 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) f 在螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，以及工藝參數(shù)在螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，以及工藝參數(shù)設(shè)定后，移動角只與摩擦因數(shù)有

29、關(guān)。設(shè)定后，移動角只與摩擦因數(shù)有關(guān)。a. 提高螺桿光潔度；涂提高螺桿光潔度；涂F4b. 在料筒上開設(shè)縱向槽溝，提高物在料筒上開設(shè)縱向槽溝，提高物料與機筒之間的摩擦因數(shù)；料與機筒之間的摩擦因數(shù)；c. 降低螺桿溫度，通冷卻水；降低螺桿溫度，通冷卻水； d. 根據(jù)摩擦因數(shù)與溫度的關(guān)系，適根據(jù)摩擦因數(shù)與溫度的關(guān)系，適當(dāng)提高加工溫度。當(dāng)提高加工溫度。 控制螺桿和機筒溫度，高聚物與控制螺桿和機筒溫度，高聚物與金屬的摩擦系數(shù)是溫度的函數(shù)，金屬的摩擦系數(shù)是溫度的函數(shù)，不同物料不同溫度下的摩擦系數(shù)不同物料不同溫度下的摩擦系數(shù)可通過實驗得到?？赏ㄟ^實驗得到。c. 螺旋升角螺旋升角 在其它條件相同的情況下當(dāng)在其它條

30、件相同的情況下當(dāng) 最大時，最大時， Q Q最大。螺旋角對最大。螺旋角對Q Q的影響，也可以從這一項反映出的影響，也可以從這一項反映出來。來。bbtgtgtgtgfs螺桿靜摩擦因數(shù)螺桿靜摩擦因數(shù)總結(jié)：為獲得最大的固體輸送速率總結(jié)：為獲得最大的固體輸送速率從擠出機結(jié)構(gòu)來考慮：從擠出機結(jié)構(gòu)來考慮： a.增加螺槽深度是有利的，但會受到螺桿扭矩增加螺槽深度是有利的，但會受到螺桿扭矩的限制。其次，降低塑料與螺桿的摩擦系數(shù)也是有的限制。其次，降低塑料與螺桿的摩擦系數(shù)也是有利的。再者，增大塑料與料筒的摩擦系數(shù)，也可以利的。再者，增大塑料與料筒的摩擦系數(shù)，也可以提高固體輸送速率，但要注意會引起物料停滯甚至提高固

31、體輸送速率，但要注意會引起物料停滯甚至分解，因此料筒內(nèi)表面還是要盡量光潔。分解，因此料筒內(nèi)表面還是要盡量光潔。 b.采用最佳螺旋角采用最佳螺旋角(17.41)。從擠出工藝角度來講：從擠出工藝角度來講： 控制加料段料筒和螺桿的溫度是關(guān)鍵，因為靜摩控制加料段料筒和螺桿的溫度是關(guān)鍵，因為靜摩擦系數(shù)是隨溫度而變化的。擦系數(shù)是隨溫度而變化的。l概述概述l塔莫爾（塔莫爾（Tadmor）首先用數(shù)學(xué)分析方法建）首先用數(shù)學(xué)分析方法建立數(shù)學(xué)模型。立數(shù)學(xué)模型。l研究范圍：物料在壓縮段，由固體變?yōu)槿垠w研究范圍：物料在壓縮段，由固體變?yōu)槿垠w的過程，因為兩相共存，熔融理論既重要又的過程，因為兩相共存，熔融理論既重要又復(fù)雜

32、。復(fù)雜。l研究目的：預(yù)測要使全部固體熔化所需的螺研究目的：預(yù)測要使全部固體熔化所需的螺桿長度，為分析螺桿性能、進(jìn)行螺桿設(shè)計、桿長度，為分析螺桿性能、進(jìn)行螺桿設(shè)計、確定最佳工藝條件提供科學(xué)依據(jù)。確定最佳工藝條件提供科學(xué)依據(jù)。實驗觀察實驗觀察數(shù)學(xué)分析（模型）數(shù)學(xué)分析（模型）3.2.3 壓縮段的熔融理論壓縮段的熔融理論 3.2.3.1 實驗觀察1.頂出螺桿法：頂出螺桿法：加入加入3-5%的著色劑，穩(wěn)定后驟冷，的著色劑，穩(wěn)定后驟冷，加熱頂加熱頂 出，將螺槽的物料剝下展開，觀察剝落料出，將螺槽的物料剝下展開，觀察剝落料情況，靜態(tài)觀察。情況，靜態(tài)觀察。2.剖分機筒法：剖分機筒法：機筒做成兩半。驟冷、打開機

33、筒機筒做成兩半。驟冷、打開機筒 ，靜態(tài)觀察。靜態(tài)觀察。3.透明機筒法：透明機筒法：借助窺視鏡、還可用示蹤粒子，動借助窺視鏡、還可用示蹤粒子，動態(tài)觀察。態(tài)觀察。3.2.3.2 螺槽中由固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)的物螺槽中由固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)的物理過程理過程 物料在展開的螺槽的分物料在展開的螺槽的分布和變化情況：布和變化情況：加料段加料段充滿未充滿未熔的固體粒子；熔的固體粒子；在在壓縮段壓縮段自熔化自熔化點開始，固體床的寬度點開始，固體床的寬度逐漸減小，直到為零，逐漸減小，直到為零，為固體粒子與熔體共存；為固體粒子與熔體共存；均化段均化段充滿著充滿著已熔化的熔體。已熔化的熔體。3.2.3.3 物料

34、熔化過程物料熔化過程3.2.3.4 數(shù)學(xué)分析（模型）數(shù)學(xué)分析（模型）簡化假設(shè)條件：簡化假設(shè)條件： 1 建立直角坐標(biāo)系，將螺桿和機筒沿建立直角坐標(biāo)系，將螺桿和機筒沿Z方向展方向展 開，認(rèn)為螺桿不動，機筒平移。開，認(rèn)為螺桿不動，機筒平移。 2 在熔融區(qū)固體、熔體共存，有明顯分界面在熔融區(qū)固體、熔體共存，有明顯分界面 固體床固體床（逐漸減?。ㄖ饾u減小） 熔體熔體 熔膜：緊貼料筒壁處物料先熔融熔膜：緊貼料筒壁處物料先熔融 熔池：隨著熔膜的發(fā)展，形成熔池，熔池：隨著熔膜的發(fā)展，形成熔池， 熔池逐漸擴(kuò)大熔池逐漸擴(kuò)大 3 物料處于穩(wěn)定擠出狀態(tài)物料處于穩(wěn)定擠出狀態(tài)簡化假設(shè)條件：簡化假設(shè)條件： 4 固體床是連

35、續(xù)均介質(zhì)（固體床是連續(xù)均介質(zhì)（=const.） 熔體為牛頓流體熔體為牛頓流體 5 熔融僅在水平面上進(jìn)行，傳熱僅在熔融僅在水平面上進(jìn)行，傳熱僅在y方向上進(jìn)行方向上進(jìn)行 6 螺棱與機筒間隙忽略不計螺棱與機筒間隙忽略不計 圖圖 7-14 固體床在螺槽中的分布固體床在螺槽中的分布(a)在螺槽中的分布在螺槽中的分布 (b)在螺桿熔化區(qū)的分布在螺桿熔化區(qū)的分布 1上部熔膜上部熔膜 2固體床固體床 3下部熔膜下部熔膜實驗研究表明：實驗研究表明： 塑料的全部熔化過程是在螺桿的壓縮段內(nèi)進(jìn)行；塑料的全部熔化過程是在螺桿的壓縮段內(nèi)進(jìn)行； 整個熔化過程直接反映了固相整個熔化過程直接反映了固相寬度沿著螺槽方寬度沿著螺槽

36、方向變化的規(guī)律向變化的規(guī)律。 固相寬度沿著螺槽方向變化的規(guī)律，決定于固相寬度沿著螺槽方向變化的規(guī)律，決定于螺桿參數(shù)螺桿參數(shù)、操作條件操作條件和和物料物料的物理性質(zhì)。的物理性質(zhì)。3.2.3.4 壓縮段中物料溫度的分布壓縮段中物料溫度的分布 機筒的外加熱和熔膜機筒的外加熱和熔膜剪切作用產(chǎn)生的熱量通過剪切作用產(chǎn)生的熱量通過熔膜導(dǎo)到相遷移面，使固、熔膜導(dǎo)到相遷移面，使固、液相分界面上熔化，由此液相分界面上熔化，由此形成的沿形成的沿螺槽深度方向螺槽深度方向物物料的溫度分布，如圖所示。料的溫度分布，如圖所示。3.2.3.5 壓縮段中物料速度的分布壓縮段中物料速度的分布 根據(jù)根據(jù)機筒旋轉(zhuǎn)，螺機筒旋轉(zhuǎn)，螺桿相

37、對靜止桿相對靜止的假設(shè)，的假設(shè)，機筒表面物料的速度機筒表面物料的速度最大；固體床粘度大最大；固體床粘度大移動難，速度相同；移動難，速度相同；螺桿表面物料速度為螺桿表面物料速度為零。如右圖。零。如右圖。3.2.4 均化段的熔體輸送理論1 螺槽中熔體流動的速度分布螺槽中熔體流動的速度分布2 均化段的生產(chǎn)率均化段的生產(chǎn)率3 對生產(chǎn)率公式的討論對生產(chǎn)率公式的討論 在螺桿三段理論中，均化段熔體輸送理論在螺桿三段理論中，均化段熔體輸送理論是研究最早，也是最成熟的，因為均化段的理是研究最早，也是最成熟的，因為均化段的理論是非常重要的，通常以均化段的生產(chǎn)率代表論是非常重要的，通常以均化段的生產(chǎn)率代表擠出機的生

38、產(chǎn)率，以均化段的功率為擠出機功擠出機的生產(chǎn)率，以均化段的功率為擠出機功耗的基礎(chǔ)。耗的基礎(chǔ)。 假設(shè)機筒旋轉(zhuǎn)，假設(shè)機筒旋轉(zhuǎn)，螺桿相對靜止螺桿相對靜止,機機筒以原來螺桿相反筒以原來螺桿相反方向運動，將螺槽方向運動，將螺槽展開如圖展開如圖2-21 整個過程為整個過程為等等溫溫、層流層流，粘度為粘度為常數(shù)常數(shù)。3.2.4.1 五個基本假設(shè)五個基本假設(shè)1. 正流正流：物料沿螺槽方向：物料沿螺槽方向(Z方向方向)向機頭的流動，是由向機頭的流動，是由干螺桿旋轉(zhuǎn)時螺棱的推擠作用所引起的；其流動也干螺桿旋轉(zhuǎn)時螺棱的推擠作用所引起的；其流動也稱稱拖曳流動拖曳流動，流量用，流量用QD表示。表示。2. 逆流逆流：與正流

39、方向相反。由機頭口模、過濾網(wǎng)等對：與正流方向相反。由機頭口模、過濾網(wǎng)等對料流的阻礙的反壓流動，又稱料流的阻礙的反壓流動，又稱壓力流動壓力流動，用，用QP表表示示。正流與逆流的代數(shù)和稱為正流與逆流的代數(shù)和稱為凈流；凈流；3. 橫流橫流：物料沿：物料沿x、y軸兩方向在螺槽內(nèi)往復(fù)流動，也軸兩方向在螺槽內(nèi)往復(fù)流動，也是螺桿旋轉(zhuǎn)時螺棱的推擠阻擋作用造成的，對總的是螺桿旋轉(zhuǎn)時螺棱的推擠阻擋作用造成的，對總的擠出生產(chǎn)率影響不大；但對熔體的混合、塑化、熱擠出生產(chǎn)率影響不大；但對熔體的混合、塑化、熱交換起重要作用交換起重要作用4. 漏流漏流：物料在螺桿和料筒的間隙沿螺桿的軸向反向：物料在螺桿和料筒的間隙沿螺桿的

40、軸向反向流動，故漏流要比正流和逆流小很多。流動，故漏流要比正流和逆流小很多。QL 擠出機總生產(chǎn)能力：擠出機總生產(chǎn)能力：Q = QD QP QL。即為即為正流、逆流、漏流正流、逆流、漏流體積流量的代數(shù)和。體積流量的代數(shù)和。3.2.4.3 生產(chǎn)率公式生產(chǎn)率公式正流、逆流和漏流流量計算式分別如下：正流、逆流和漏流流量計算式分別如下：式中式中 P均化段兩端的壓力降均化段兩端的壓力降 L3 均化段長度均化段長度 1 螺槽中物料的粘度螺槽中物料的粘度 2 螺桿與機筒間物料的粘度螺桿與機筒間物料的粘度2cossin322hnDQd3123312sinLphDQp3232210tanLpeDQL螺桿均化段生產(chǎn)

41、率公式：螺桿均化段生產(chǎn)率公式：式中：式中：1和和2分別是螺槽中和螺桿和機筒間隙中分別是螺槽中和螺桿和機筒間隙中 物料的粘度物料的粘度 p機頭壓力機頭壓力Q = QD QP QL正流流正流流量量漏流流量漏流流量逆流流量逆流流量生產(chǎn)率公式可寫成生產(chǎn)率公式可寫成 A、B、C僅與螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)僅與螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，對于給定有關(guān)，對于給定的螺桿為常數(shù)。的螺桿為常數(shù)。 溫度溫度和和螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速恒定不變時，恒定不變時， 1和和2可看作?？煽醋鞒?shù)，式（數(shù)，式（2-62）為直線方程，如對同一螺桿不同的）為直線方程，如對同一螺桿不同的n作作Q-p圖，可作出圖圖，可作出圖2-27的的螺桿特性曲線。螺桿特性曲

42、線。不同轉(zhuǎn)速不同轉(zhuǎn)速(N)的螺桿特性曲線：的螺桿特性曲線：1. 螺桿特性曲線螺桿特性曲線討論：討論： 1、p=0時，代入公式，求得最大流率時，代入公式，求得最大流率Qmax，此時機，此時機頭全開；頭全開； 2、流率最小、流率最小Q=0時，時， p達(dá)到最大達(dá)到最大pmax，此時機頭全，此時機頭全閉。閉。 3、正常情況下、正常情況下QmaxQ0，其數(shù)值與口模特性曲線，其數(shù)值與口模特性曲線有密切關(guān)系。有密切關(guān)系。 可以證明，物料通過口模的流量可以證明，物料通過口模的流量Q與口模的壓力與口模的壓力降降P有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： 式中：式中： K口模形狀系數(shù)或阻力系數(shù)，其值與口?？谀Ｐ螤钕禂?shù)或阻力系數(shù)，

43、其值與口模形狀、尺寸大小有關(guān)。形狀、尺寸大小有關(guān)。 機頭處物料的粘度機頭處物料的粘度,穩(wěn)定狀態(tài)下，可近似穩(wěn)定狀態(tài)下，可近似看成常數(shù)?？闯沙?shù)。 K和和為常數(shù)，為常數(shù)，如忽略大氣壓力，如忽略大氣壓力，P與式（與式（2-61）中的機頭壓力中的機頭壓力p相同，在圖上作直線相同，在圖上作直線OK1、OK2，分，分別代表不同口模系數(shù)的別代表不同口模系數(shù)的口模特性曲線?？谀Ｌ匦郧€。反映了通過機反映了通過機頭的流率與壓力之間的關(guān)系。頭的流率與壓力之間的關(guān)系。2. 口模特性曲線口模特性曲線K K3 3K K1 1K K2 23.2.4.5 擠出機工作點擠出機工作點 由于螺桿與機頭安裝在一起，所以螺桿的由于螺

44、桿與機頭安裝在一起，所以螺桿的Q和和p與與口模的口模的Q和和p應(yīng)相等。反映在圖上應(yīng)相等。反映在圖上就是兩條直線的交點。就是兩條直線的交點。該點就是該點就是。該點所對應(yīng)的該點所對應(yīng)的Qc即為擠出即為擠出機在操作條件下的工作點。機在操作條件下的工作點。 在假設(shè)等溫和粘度不變條件下得到的，實際生產(chǎn)在假設(shè)等溫和粘度不變條件下得到的，實際生產(chǎn)過程是非等溫及粘度變化條件下進(jìn)行，因此螺桿特過程是非等溫及粘度變化條件下進(jìn)行，因此螺桿特性和口模螺桿特性曲線都不是直線，而是圖所示：性和口模螺桿特性曲線都不是直線，而是圖所示：實際擠出過程的擠出機實際擠出過程的擠出機工作圖：工作圖：反映出擠出物的質(zhì)量反映出擠出物的質(zhì)

45、量和操作條件的關(guān)系。和操作條件的關(guān)系。Qu：質(zhì)量線；：質(zhì)量線；W:經(jīng)濟(jì)擠出量下限。經(jīng)濟(jì)擠出量下限。Tmax；Tmin：最大允許溫：最大允許溫度，最小可能的熔體溫度，最小可能的熔體溫度度 影響均化段生產(chǎn)率公式的因數(shù)：影響均化段生產(chǎn)率公式的因數(shù)： 1，機頭壓力，機頭壓力 正流與壓力無關(guān)，正流與壓力無關(guān)， P上升，逆流和漏流上升，故上升，逆流和漏流上升，故Q下降。下降。 當(dāng)當(dāng)P0，即機頭完全敞開，即機頭完全敞開，Qm最大：最大： 當(dāng)有時機頭過慮網(wǎng)堵塞，則當(dāng)有時機頭過慮網(wǎng)堵塞，則P很大（相當(dāng)于機頭封很大（相當(dāng)于機頭封死），死）， Qm0，此時最大壓力為：，此時最大壓力為： 壓力增加，生產(chǎn)率減小，但有利

46、于混合和塑壓力增加，生產(chǎn)率減小，但有利于混合和塑化。有時增大口模尺寸，擠出量雖然增加，但對化。有時增大口模尺寸，擠出量雖然增加，但對制品質(zhì)量不利。制品質(zhì)量不利。2. 螺桿轉(zhuǎn)速：螺桿轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)速增大，生產(chǎn)率提高，但到一定值時，生產(chǎn)轉(zhuǎn)速增大，生產(chǎn)率提高，但到一定值時，生產(chǎn)能力上升會變慢。能力上升會變慢。3，螺桿與機筒間隙對生產(chǎn)率的影響，螺桿與機筒間隙對生產(chǎn)率的影響 螺桿長期工作，磨損使得螺桿長期工作，磨損使得變大，達(dá)到一定程變大，達(dá)到一定程度后，就要更換螺桿。度后，就要更換螺桿。mQNmlQQ, 4. 均化段螺槽深度均化段螺槽深度h3對生產(chǎn)率的影響對生產(chǎn)率的影響 正流量與螺槽深度成正比，逆流與正流

47、量與螺槽深度成正比，逆流與h3的三次方成正的三次方成正比。壓力較低時，淺螺槽的擠出量比。壓力較低時，淺螺槽的擠出量比深螺槽低，當(dāng)壓力高比深螺槽低，當(dāng)壓力高至一定程度后，正好相至一定程度后，正好相反。說明淺螺槽對壓力反。說明淺螺槽對壓力的敏感性低，能在壓力的敏感性低，能在壓力波動的情況下，擠出波動的情況下，擠出比較均勻的制品，但比較均勻的制品，但不能太淺，會容易不能太淺，會容易燒傷塑料。燒傷塑料。5，計量段長度，計量段長度L3n計量段增加時，逆流和漏流減少，螺桿特性曲線計量段增加時，逆流和漏流減少，螺桿特性曲線趨于平坦。趨于平坦。6，料溫和生產(chǎn)率的關(guān)系，料溫和生產(chǎn)率的關(guān)系 n 溫度的變化直接影響

48、物料的粘度，實際上溫溫度的變化直接影響物料的粘度，實際上溫度的變化相當(dāng)于影響均化段的長度。度的變化相當(dāng)于影響均化段的長度。7. 機頭口模的阻力與生產(chǎn)率的關(guān)系機頭口模的阻力與生產(chǎn)率的關(guān)系n 物料擠出時的阻力與機頭口模的截面積成反比，物料擠出時的阻力與機頭口模的截面積成反比，與長度成正比，即口模的截面尺寸越大或口模的平與長度成正比，即口模的截面尺寸越大或口模的平直部分越短，機頭阻力越小，這時擠出量受機頭內(nèi)直部分越短，機頭阻力越小，這時擠出量受機頭內(nèi)壓力變化的影響越大。因此，一般要求口模的平直壓力變化的影響越大。因此，一般要求口模的平直部分有足夠的長度。部分有足夠的長度。擠出理論的局限性擠出理論的局

49、限性 1.許多假設(shè)，計算值與實際值有偏差；許多假設(shè)，計算值與實際值有偏差； 2.三段輸出量與質(zhì)量關(guān)系沒有解決；三段輸出量與質(zhì)量關(guān)系沒有解決； 3.固體段長度、均化段長度沒有完整的公式；固體段長度、均化段長度沒有完整的公式； 4.熔池的起始點無法計算；熔池的起始點無法計算； 5.把實際的連續(xù)過程人為的分為三段。把實際的連續(xù)過程人為的分為三段。3.3.1 選用擠出機要考慮的問題選用擠出機要考慮的問題3.3.2 擠出機的擠壓系統(tǒng)擠出機的擠壓系統(tǒng)3.3.3 擠出機的加料系統(tǒng)擠出機的加料系統(tǒng)3.3.4 擠出機的傳動系統(tǒng)擠出機的傳動系統(tǒng)3.3.5 擠出機的加熱冷卻系統(tǒng)擠出機的加熱冷卻系統(tǒng)1、擠出物的質(zhì)量、

50、擠出物的質(zhì)量 擠出物的質(zhì)量包括外觀、混合程度、擠出物溫度的均擠出物的質(zhì)量包括外觀、混合程度、擠出物溫度的均勻度、擠出壓力的穩(wěn)定性等。勻度、擠出壓力的穩(wěn)定性等。2、高聚物的種類和性質(zhì)、高聚物的種類和性質(zhì) 不同的高聚物對擠出機的形式、螺桿的結(jié)構(gòu)和幾何參不同的高聚物對擠出機的形式、螺桿的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)有不同的要求。數(shù)有不同的要求。3、原材料組成和產(chǎn)品種類、原材料組成和產(chǎn)品種類 加入填充或增強助劑，如：碳酸鈣、炭黑填充，玻加入填充或增強助劑，如：碳酸鈣、炭黑填充，玻璃纖維、碳纖維、金屬須的增強，增塑劑等。璃纖維、碳纖維、金屬須的增強，增塑劑等。 產(chǎn)品種類可分為成品和半成品。如型材專用料，電纜產(chǎn)品種類可

51、分為成品和半成品。如型材專用料，電纜料、色母料等。料、色母料等。擠壓系統(tǒng)對物料產(chǎn)生如下三大作用：擠壓系統(tǒng)對物料產(chǎn)生如下三大作用：1 1、輸送物料：、輸送物料：螺桿轉(zhuǎn)動時，物料在旋轉(zhuǎn)的同時受到軸向螺桿轉(zhuǎn)動時，物料在旋轉(zhuǎn)的同時受到軸向壓力，向機頭方向流動。壓力，向機頭方向流動。2 2、傳熱塑化物料：、傳熱塑化物料：螺桿與料筒配合使物料接觸傳熱面不螺桿與料筒配合使物料接觸傳熱面不斷更新，在料筒的外加熱和螺桿摩擦作用下，物料逐漸斷更新，在料筒的外加熱和螺桿摩擦作用下，物料逐漸軟化，熔融為粘流態(tài)。軟化，熔融為粘流態(tài)。3 3、混合均化物料：、混合均化物料：螺桿與料筒和機頭相配合產(chǎn)生強大剪螺桿與料筒和機頭相

52、配合產(chǎn)生強大剪切作用，使物料進(jìn)一步均勻混合，并定量定壓由機頭擠切作用，使物料進(jìn)一步均勻混合，并定量定壓由機頭擠出。出。3.3.2.1 普通單螺桿的結(jié)構(gòu)普通單螺桿的結(jié)構(gòu) 等距變深螺桿等距變深螺桿 等深變距螺桿等深變距螺桿 變距變深螺桿變距變深螺桿等距漸變螺桿：無定形等距漸變螺桿：無定形等距突變螺桿：結(jié)晶等距突變螺桿：結(jié)晶制造容易，成本低，制造容易，成本低，有利進(jìn)料，應(yīng)用廣泛有利進(jìn)料，應(yīng)用廣泛用于橡膠加工用于橡膠加工理想化，少用理想化，少用螺桿螺桿形式形式普通螺桿的主要參數(shù)及選擇普通螺桿的主要參數(shù)及選擇（1 1）螺桿直徑螺桿直徑D增加，加工能力會提高，通常擠增加，加工能力會提高，通常擠出機的生產(chǎn)率

53、與出機的生產(chǎn)率與D的平方成正比。擠出機的規(guī)的平方成正比。擠出機的規(guī)格常以螺桿的直徑大小表示。格常以螺桿的直徑大小表示。普通螺桿的主要參數(shù)及選擇普通螺桿的主要參數(shù)及選擇（2）長徑比長徑比L/D（螺桿工作部分有效長度與（螺桿工作部分有效長度與直徑之比）大，能改善物料溫度分布，有利直徑之比）大，能改善物料溫度分布，有利于塑料的混合和塑化，提高擠出機的生產(chǎn)能于塑料的混合和塑化，提高擠出機的生產(chǎn)能力，硬塑料、粉狀塑料或結(jié)晶性塑料要求塑力，硬塑料、粉狀塑料或結(jié)晶性塑料要求塑化時間長，應(yīng)選較大的化時間長，應(yīng)選較大的L/D；但；但L/D過大，會過大，會使塑料受熱時間增長而降解，且制造加工及使塑料受熱時間增長而

54、降解，且制造加工及安裝困難，增大擠出機的功率消耗。安裝困難，增大擠出機的功率消耗。一般一般L/D的范圍是的范圍是2025。普通螺桿的主要參數(shù)及選擇普通螺桿的主要參數(shù)及選擇（3 3）壓縮比壓縮比是螺桿加料段最初一個螺槽容積與均是螺桿加料段最初一個螺槽容積與均化段最后一個螺槽容積之比，表示塑料通過螺化段最后一個螺槽容積之比，表示塑料通過螺桿全長范圍時被壓縮的倍數(shù)。桿全長范圍時被壓縮的倍數(shù)。其作用于是壓實、其作用于是壓實、排氣、保證機頭熔體的致密度。排氣、保證機頭熔體的致密度。壓縮比越大，壓縮比越大，塑料受到的擠壓作用越大。但壓縮比太大會使塑料受到的擠壓作用越大。但壓縮比太大會使螺桿本身的機械強度下

55、降。螺桿本身的機械強度下降。（4）均化段螺槽深度均化段螺槽深度h3會影響塑料的塑化和會影響塑料的塑化和擠出效率。熔體粘度低熱穩(wěn)定性較高的塑擠出效率。熔體粘度低熱穩(wěn)定性較高的塑料如尼龍，宜采用淺螺槽螺桿，此時可產(chǎn)料如尼龍，宜采用淺螺槽螺桿，此時可產(chǎn)生較高的剪切速率，并有利于料筒壁與物生較高的剪切速率，并有利于料筒壁與物料間的傳熱；熱敏性塑料如料間的傳熱；熱敏性塑料如PVC則宜采用則宜采用深螺槽螺桿。深螺槽螺桿。 塑料加工：塑料加工： h3=（0.0250.06)D;橡膠加工：橡膠加工： h3=（0.180.25)D。普通螺桿的主要參數(shù)及選擇普通螺桿的主要參數(shù)及選擇普通螺桿的主要參數(shù)及選擇普通螺桿

56、的主要參數(shù)及選擇（5 5）螺紋與螺桿橫截面之間的夾角）螺紋與螺桿橫截面之間的夾角 稱為稱為螺旋螺旋角角，隨著，隨著 的增大，擠出機的生產(chǎn)能力提高，的增大，擠出機的生產(chǎn)能力提高，但螺桿對塑料的擠壓剪切作用減少。擠出機但螺桿對塑料的擠壓剪切作用減少。擠出機常采用等距螺桿，即螺距等于直徑，此時螺常采用等距螺桿，即螺距等于直徑，此時螺旋角旋角 約為約為17o41。普通螺桿的主要參數(shù)及選擇普通螺桿的主要參數(shù)及選擇（6） 螺桿與料筒的間隙螺桿與料筒的間隙 值大，生產(chǎn)效率低，值大，生產(chǎn)效率低，會降低剪切速率，不利于傳熱；會降低剪切速率，不利于傳熱； 值小，易引值小，易引起物料降解。起物料降解。（7）螺紋棱部

57、寬度螺紋棱部寬度E太小會使漏流增加，產(chǎn)量太小會使漏流增加，產(chǎn)量降低；降低；E太大易出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。太大易出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。 普通三段式螺桿存在的問題：普通三段式螺桿存在的問題：1.1.熔融效率低熔融效率低 熔融段熔體與固體床共同存在于一個螺槽中，熔融段熔體與固體床共同存在于一個螺槽中，減小了料筒壁與固體床的接觸面積；固體床隨著熔減小了料筒壁與固體床的接觸面積；固體床隨著熔融解體，部分碎片進(jìn)入熔體中，很難從剪切獲得熱融解體，部分碎片進(jìn)入熔體中，很難從剪切獲得熱量，這樣，固體床不能徹底熔融；量，這樣，固體床不能徹底熔融；2.2.壓力、溫度和產(chǎn)量波動大壓力、溫度和產(chǎn)量波動大 固體輸送時又與螺桿旋轉(zhuǎn)

58、產(chǎn)生較高頻率的波動，固體輸送時又與螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生較高頻率的波動，由于熔融過程的不穩(wěn)定性產(chǎn)生低頻波動，溫控系統(tǒng)由于熔融過程的不穩(wěn)定性產(chǎn)生低頻波動，溫控系統(tǒng)的穩(wěn)定性差或環(huán)境因素的變化引起的波動。的穩(wěn)定性差或環(huán)境因素的變化引起的波動。3.3.混合效果差，不能很好適應(yīng)一些特殊塑料的加工或混合效果差，不能很好適應(yīng)一些特殊塑料的加工或混煉、著色工藝過程?；鞜?、著色工藝過程。n 普通螺桿結(jié)構(gòu)不變，只在螺桿參數(shù)，工藝普通螺桿結(jié)構(gòu)不變，只在螺桿參數(shù)，工藝條件上做改變，無法滿足聚合物加工發(fā)展的要條件上做改變，無法滿足聚合物加工發(fā)展的要求。因此，人們開發(fā)了許多新型螺桿。求。因此，人們開發(fā)了許多新型螺桿。分離型螺桿分離

59、型螺桿2、分離型（屏障型）螺桿、分離型（屏障型）螺桿原理：在螺桿熔融段再附加一條螺紋，將原來一個原理：在螺桿熔融段再附加一條螺紋，將原來一個螺紋所形成的螺槽分為兩個，將已熔物料和未熔螺紋所形成的螺槽分為兩個，將已熔物料和未熔物料盡早分離，促進(jìn)未熔料盡快熔融。物料盡早分離，促進(jìn)未熔料盡快熔融。分散混煉元件分散混煉元件n直槽屏障混煉元件直槽屏障混煉元件n波形混合元件波形混合元件n雙波紋混合螺桿雙波紋混合螺桿3、銷釘型螺桿、銷釘型螺桿 原理：物料流經(jīng)過銷釘時，銷釘將固體料或未原理：物料流經(jīng)過銷釘時，銷釘將固體料或未徹底熔融的料分成許多細(xì)小料流，這些料流在兩徹底熔融的料分成許多細(xì)小料流，這些料流在兩排

60、銷釘間較寬位置又匯合，經(jīng)過多次匯合分離，排銷釘間較寬位置又匯合，經(jīng)過多次匯合分離，物料塑化質(zhì)量得以提高。物料塑化質(zhì)量得以提高。 銷釘設(shè)置在熔融區(qū)，排列形狀有人字形、環(huán)形銷釘設(shè)置在熔融區(qū)，排列形狀有人字形、環(huán)形等，銷釘形狀有圓柱形、菱形、方形等等，銷釘形狀有圓柱形、菱形、方形等分布混合元件分布混合元件雙螺桿擠出機雙螺桿擠出機 優(yōu)點：優(yōu)點： - - 低的成本低的成本 - - 設(shè)計簡單設(shè)計簡單 缺點：缺點： - - 難控制摩擦熱難控制摩擦熱 - - 混煉效果差混煉效果差 復(fù)復(fù)合合共混共混脫揮脫揮反反應(yīng)擠應(yīng)擠出出擠擠出型材出型材單單螺桿螺桿擠擠出機出機雙雙螺桿螺桿擠擠出機出機3.3.2.4 雙螺桿擠出