高分子材料工藝-壓制成型

1、高分子材料加工工藝第七章 擠出成型教學(xué)目的：掌握擠出成型的適用原料范圍、工藝特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域；單螺桿擠出機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及作用；橡膠的壓出成型工藝及影響因素；雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)、分類及工作原理。重點(diǎn)內(nèi)容：螺桿的結(jié)構(gòu)及作用；單螺桿的擠出成型原理；單螺桿擠出成型工藝流程；管材、薄膜及板材的擠出工藝流程。難點(diǎn)內(nèi)容：?jiǎn)温輻U的擠出基礎(chǔ)理論。熟悉內(nèi)容：影響單螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)效率的因素；擠出成型工藝在高分子材料加工中的應(yīng)用及發(fā)展。主要英文詞匯：extrusion-擠出extrusion molding-擠出成型extruding-壓出spinning-紡絲extruder-擠出機(jī)extrusion head-擠塑機(jī)

2、頭extruding die, extrusion die-擠塑模頭screw-螺桿extrusion blow moulding-擠出吹塑extrusion blow moulding machine-擠出吹塑機(jī)（如瓶，有模具）extruded film-擠塑薄膜（制備薄膜）two screw extruder-雙螺桿擠出機(jī)參考教材或資料：1、高分子材料成型加工，周達(dá)飛，唐頌超主編，中國(guó)輕工業(yè)出版社，2005年第2版。2、橡膠及塑料加工工藝，張海，趙素合主編，化學(xué)工業(yè)出版社，1997年第1版。 3、高分子材料加工工藝講義，青島科技大學(xué)印刷廠，2000年。一、概述擠出成型是高分子材料加工領(lǐng)域中

3、變化眾多、生產(chǎn)率高、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣泛、所占比重最大的成型加工方法。擠出成型是使高聚物的熔體(或粘性流體)在擠出機(jī)的螺桿或柱塞的擠壓作用下通過(guò)一定形狀的口模而連續(xù)成型，所得的制品為具有恒定斷向形狀的連續(xù)型材。擠出成型工藝適合于所有的高分子材料。塑料擠出成型亦稱擠塑或擠出模塑，幾乎能成型所有的熱塑性塑料，也可用于熱固性塑料，但僅限于酚醛等少數(shù)幾種熱固性塑料，且可擠出的熱固性塑料制品種類也很少。塑料擠出的制品有管材、板材、捧材、片材、薄膜、單絲、線纜包裹層、各種異型材以及塑料與其他材料的復(fù)合物等。目前約50%的熱塑性塑料制品是擠出成型的。此外擠出工藝也常用于塑料的著色、混煉、塑化、造粒及塑料的共混

4、改性等，以擠出為基礎(chǔ)，配合吹脹、拉伸等技術(shù)則發(fā)展為擠出-吹塑成型和擠出-拉幅成型制造中空吹塑和雙軸拉伸薄膜等制品。可見(jiàn)擠出成型是塑料成型最重要的方法。橡膠的擠出成型通常叫壓出。橡膠壓出成型應(yīng)用較早，設(shè)備和技術(shù)也比較成熟，壓出是使膠料通過(guò)壓出機(jī)連續(xù)地制成各種不同形狀半成品的工藝過(guò)程，廣泛用于制造輪胎胎面、內(nèi)胎、膠管及各種斷面形狀復(fù)雜或空心、實(shí)心的半成品，也可用于包膠操作，是橡膠工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要工藝過(guò)程。在合成纖維生產(chǎn)中，螺桿擠出熔融紡絲，是從熱塑性塑料擠出成型發(fā)展起來(lái)的連續(xù)紡絲成型工藝，在合成纖維生產(chǎn)中占有重要的地位。擠出成型工藝特點(diǎn)：§連續(xù)成型，產(chǎn)量大，生產(chǎn)效率高。§制

5、品外形簡(jiǎn)單，是斷面形狀不變的連續(xù)型材。§制品質(zhì)量均勻密實(shí)，尺寸準(zhǔn)確較好。§適應(yīng)性很強(qiáng)： 幾乎適合除了PTFE外所有的熱塑性塑料。 只要改變機(jī)頭口模，就可改變制品形狀。 可用來(lái)塑化、造粒、染色、共混改性，也可同其它方法混合成型。此外，還可作壓延成型的供料。擠出成型的基本原理：1、塑化：在擠出機(jī)內(nèi)將固體塑料加熱并依靠塑料之間的內(nèi)摩擦熱使其成為粘流態(tài)物料。2、成型：在擠出機(jī)螺桿的旋轉(zhuǎn)推擠作用下，通過(guò)具有一定形狀的口模，使粘流態(tài)物料成為連續(xù)的型材。3、定型：用適當(dāng)?shù)姆椒?，使擠出的連續(xù)型材冷卻定型為制品。高分子三大合成材料的擠出成型所用的設(shè)備和加工原理基本上是相同的。鑒于擠出理論和工

6、藝技術(shù)等方面的研究較多以塑料擠出為基礎(chǔ)，近年來(lái)塑料擠出無(wú)論是設(shè)備還是工藝的發(fā)展，其深度和廣度都有較大的提高，故本章以論述塑料擠出為重點(diǎn)，對(duì)橡膠壓出和合成纖維的螺桿擠出紡絲，結(jié)合其本身的特點(diǎn)和制品的性能要求進(jìn)行討論。擠出設(shè)備有螺桿擠出機(jī)和柱塞式擠出機(jī)兩大類，前者為連續(xù)式擠出，后者為間歇式擠出。螺桿擠出機(jī)又可分為單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)，目前單螺桿擠出機(jī)是生產(chǎn)上用得最多的擠出設(shè)備，也是最基本的擠出機(jī)。多螺桿擠出機(jī)中雙螺桿擠出機(jī)近年來(lái)發(fā)展最快，其應(yīng)用也逐漸廣泛。柱塞式擠出機(jī)是借助柱塞的推擠壓力，將事先塑化好的或由擠出機(jī)料筒加熱塑化的物料從機(jī)頭口模擠出而成型的。物料擠完后柱塞退回，再進(jìn)行下一次操作，

7、中產(chǎn)是不連續(xù)的，而且擠出機(jī)對(duì)物料沒(méi)有攪拌混合作用，故生產(chǎn)上較少采用。但由于柱塞能對(duì)物料施加很高的推擠壓力，只應(yīng)用于熔融粘度很大及流動(dòng)性極差的塑料，如聚四氟乙烯和硬聚氯乙烯管材的擠出成型。第一節(jié) 單螺桿擠出機(jī)基本結(jié)構(gòu)及作用單螺桿擠出機(jī)是由傳動(dòng)系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、加熱和冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分組成。此外，每臺(tái)擠出機(jī)都有一些輔助設(shè)備。其中擠出系統(tǒng)是擠出成型的關(guān)鍵部分，對(duì)擠出成型的質(zhì)量和產(chǎn)量起重要作用。擠出系統(tǒng)主要包括加料裝置、料筒、螺桿、機(jī)頭和口模等幾個(gè)部分。單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-樹(shù)脂 2-料斗 3-硬襯墊 4-熱電偶 5-機(jī)筒 6-加熱裝置7-襯套加熱器 8-多孔板 9-熔體熱電偶 10-口模

8、11-襯套12-過(guò)濾網(wǎng) 13-螺桿 14-冷卻夾套一、加料裝置擠出成型的供料一般采用粒狀科、粉狀料和帶狀料。加料裝置是保證向擠出機(jī)料筒連續(xù)供料的裝置，形如漏斗、有圓錐形和方錐形，亦稱料斗。料斗的底部與料筒連接處是加料孔，該處有截?cái)嘌b置，可以調(diào)整和截?cái)嗔狭?。在加料孔的周?chē)欣鋮s夾套，用以防止高溫料筒向料斗傳熱，避免料斗內(nèi)塑料升溫發(fā)粘而引起加料不均和料流受阻情況發(fā)生。料斗的側(cè)面有玻璃視孔及標(biāo)定計(jì)量的裝置。有些料斗還有可以防止塑料從空氣中吸收水分的預(yù)熱干燥和真空減壓裝置，以及帶有能克服粉狀塑料產(chǎn)生”架橋”現(xiàn)象的攪拌器及能夠定時(shí)定量自動(dòng)上料或加料的裝置。二、料 筒又叫機(jī)筒，是一個(gè)受熱受壓的金屬圓筒。物

9、料的塑化和壓縮都是在料筒中進(jìn)行的。擠出成型時(shí)的工作溫度一般在180290。料筒內(nèi)的壓力可達(dá)55MPa。在料筒的外面設(shè)有分段加熱和冷卻的裝置，以便對(duì)塑料加熱和冷卻。加熱一般分三至四段，常用電阻或電感應(yīng)加熱，也有采用遠(yuǎn)紅外線加熱的。冷卻的目的是防止塑料的過(guò)熱或停車(chē)時(shí)須對(duì)塑料快速冷卻，以免塑料的降解。冷卻一般用風(fēng)冷或水冷。料筒要承受很高的壓力，故要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度，內(nèi)壁光滑。料筒一般用耐磨、耐腐蝕、高強(qiáng)度的合金鋼或碳鋼內(nèi)襯合金鋼來(lái)制造。料筒的長(zhǎng)度一般為其直徑的1524倍。三、螺桿螺桿是擠出機(jī)最主要的部件，通過(guò)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)料筒內(nèi)塑料產(chǎn)生擠壓作用，使塑料發(fā)生移動(dòng)，得到增壓，獲得由摩擦產(chǎn)生的熱量。

10、螺桿的結(jié)構(gòu)形式對(duì)擠出成型合重要的影響，直接關(guān)系到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)率。 1、螺桿的結(jié)構(gòu)螺桿是一根筆直的有螺紋的金屬圓棒。螺桿是用耐熱、耐腐蝕、高強(qiáng)度的合金鋼制成的，其表面應(yīng)有很高的硬度和光潔度，以減少塑料與螺桿的表面摩擦力，使塑料在螺桿與料筒之間保持良好的傳熱與運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。螺桿的中心有孔道，可通冷卻水，目的是防止螺桿因長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)與塑料摩擦生熱而損壞，同時(shí)使螺桿表面溫度略低于料簡(jiǎn)，防止物料粘附其上，有利物料的輸送。一般的螺桿示意圖Ds-螺桿外徑 Ls-螺距 H1-加料段螺槽深度 q-螺旋角 H3-均化段螺槽深度螺桿用止推軸承懸支在料筒的中央，與料筒中心線吻合，不應(yīng)有明顯的偏差。螺桿與料筒的間隙很

11、小，使塑料受到強(qiáng)大的剪切作用而塑化。螺桿由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速一般為10120r/min，要求是無(wú)級(jí)變速。2、螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)有直徑、長(zhǎng)徑比、壓縮比、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料筒的間隙等，對(duì)螺桿的工作特性有重大的影響。螺桿結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)Ds-螺桿外徑 Dh-料筒內(nèi)徑 Ls-螺距 H-螺槽深度W-螺槽寬度 q-螺旋角 E-螺紋棱部寬度 d-間隙 L-螺桿長(zhǎng)度 d-螺桿直徑(1)螺桿直徑Ds：指其外徑，通常在30200mm之間，最常見(jiàn)的是60150mm。隨螺桿的直徑增大，擠出機(jī)的生產(chǎn)能力提高，所以擠出機(jī)的規(guī)格常以螺桿的直徑大小表示。(2)螺桿的長(zhǎng)徑比L/Ds：指螺桿工作

12、部分的有效長(zhǎng)度L與直徑Ds之比，此值通常為1525，但近年來(lái)發(fā)展的擠出機(jī)有達(dá)40的，甚至更大。L/Ds大，能改善塑料的溫度分布，混合更均勻，并可減少擠出時(shí)的逆流和漏流，提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力。L/Ds過(guò)小，對(duì)塑料的混合和塑化都不利。因此，對(duì)于硬塑料、粉狀塑料或結(jié)晶型塑料要求塑化時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)選較大的L/Ds。L/Ds大的螺桿適應(yīng)性強(qiáng)，可用于多種塑料的擠出。但L/Ds大大，對(duì)熱敏性塑料會(huì)因受熱時(shí)間大長(zhǎng)而易分解，同時(shí)螺桿的自重增加，制造和安裝都困難，也增大了擠出機(jī)的功率消耗。目前，L/Ds以25居多。(3)螺桿的壓縮比A：指螺桿加料段第一個(gè)螺槽的容積與均化段最后一個(gè)螺槽的容積之它表示塑料通過(guò)螺桿的全過(guò)程

13、被壓縮的程度。A愈大，塑料受到擠壓的作用也就愈大，排除物料中所含空氣的能力就大。但A太大，螺桿本身的機(jī)械強(qiáng)度下降。壓縮比一般在25之間。壓縮比的大小取決于擠出塑料的種類和形態(tài)，粉狀塑料的相對(duì)密度小，夾帶空氣多，其壓縮比應(yīng)大于粒狀塑料。另外擠出薄壁狀制品時(shí)，壓縮比應(yīng)比擠出厚壁制品。壓縮比的獲得主要采用等距變深螺槽、等深度變距螺槽和變深變距螺槽等方法，其中等距變深螺槽是最常用的方法。常用塑料適用的螺桿壓縮比(4)螺槽深度H：螺槽深度影響塑料的塑化及擠出效率，H小時(shí)，對(duì)塑料可產(chǎn)生較高的剪切速率，有利于傳熱和塑化，但擠出生產(chǎn)率降低。熱敏性塑料如PVC)宜用深槽螺桿，而熔體粘度低和熱穩(wěn)定性較高的塑料(如

14、PA等)宜用淺槽螺桿。沿螺桿袖向各段的螺槽深度通常是不等的，加料段的短槽深度H1是個(gè)定值，一般H1>0.1Ds；壓縮段的螺槽深H2是個(gè)變化值；均化段的短槽深H3是個(gè)定值，按經(jīng)驗(yàn)H3=0.020.06Ds。(5)螺旋角q：是螺紋與螺桿橫截面之間的夾角，隨著q的增大，擠出機(jī)的生產(chǎn)能力提高，但螺桿對(duì)塑料的擠壓剪切作用減少。通常q介于10300之間，螺桿中沿螺紋走向，螺旋角大小有所變化。直徑=螺距（DsLs）時(shí)，螺桿最容易加工，此時(shí)q17.70。，這是最常用的螺桿。(6)螺紋棱部寬度：螺棱寬E大小會(huì)使漏流增加，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，對(duì)低粘度的熔體更是如此；E太大會(huì)增加螺棱上的動(dòng)力消耗，有局部過(guò)熱的危險(xiǎn)。

15、一般取E=0.080.12Ds。在螺桿的根部取大值。(7)螺桿與料筒的間隙d：其大小影響擠出機(jī)的生產(chǎn)能力和物料的塑化。d值大，生產(chǎn)效率低，且不利于熱傳導(dǎo)并降低剪切速率，不利于物料的熔融和混合。但d過(guò)小時(shí)，強(qiáng)烈的剪切作用易引起物料出現(xiàn)熱力學(xué)降解。般d0.10.65mm為宜，對(duì)大直徑螺桿，取d0.002Ds，小直徑螺桿，取d=0.005Ds。3、螺桿的作用擠出成型時(shí)，螺桿的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)物料產(chǎn)生如下三個(gè)作用：1)輸送物料：螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物料在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)受到軸向壓力，向機(jī)頭方向流動(dòng)。2)傳熱塑化物料：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，物料逐漸軟化，熔融為粘流態(tài)。3)混合均

16、化物料：螺桿與料筒和機(jī)頭相配合產(chǎn)生強(qiáng)大剪切作用，使物料進(jìn)一步均勻混合，并定量定壓由機(jī)頭擠出。螺桿對(duì)物料所產(chǎn)生的作用在螺桿的全長(zhǎng)范圍內(nèi)各段是不同的。根據(jù)物料在螺桿中的溫度、壓力、粘度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段和均化段三段。(1)加料段：加料段的作用是對(duì)料斗送來(lái)的塑料進(jìn)行加熱，同時(shí)輸送到壓縮段。塑料在該段螺槽始終保持固體狀態(tài)。加料段的長(zhǎng)度隨塑料品種而異，擠出結(jié)晶型熱塑性塑料的加料段要求較長(zhǎng)，使塑料有足夠的停留時(shí)間，慢慢軟化，該段約占螺桿全長(zhǎng)的60%65%。擠出無(wú)定形塑料的加料段較短，約占螺桿全長(zhǎng)的10%25%。但硬質(zhì)無(wú)定形塑料也要求長(zhǎng)一些，軟質(zhì)無(wú)定形塑料則較短。加料段螺桿對(duì)塑料一般沒(méi)

17、有壓縮作用，故螺距和螺槽的深度都可以保持不變，螺槽深度也較探，因此加料段通常是等深等距的深槽螺紋螺桿。(2)壓縮段：又叫相遷移段，其作用是對(duì)加料段送來(lái)的料起擠壓和剪切作用，同時(shí)使物料繼續(xù)受熱，由固體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴隗w，趕走塑料中的空氣及其他揮發(fā)成分，增大塑料的密度，塑料通過(guò)壓縮段后，應(yīng)該成為完全塑化的粘流狀態(tài)。壓縮段應(yīng)能對(duì)塑料產(chǎn)生較大的壓縮作用和剪切作用，該段螺槽容積應(yīng)逐步減小。壓縮段的長(zhǎng)度與塑料的性質(zhì)、塑料的壓縮率有關(guān)。無(wú)定形塑料壓縮段較長(zhǎng)，為螺桿全長(zhǎng)的55%65%，熔融溫度范圍寬的塑料其壓縮段最長(zhǎng)，如聚氯乙烯擠出成型用的螺桿，壓縮段為螺桿全長(zhǎng)的100%，即全長(zhǎng)均起壓縮作用，這樣的螺桿叫做漸變

18、螺桿。結(jié)晶型塑料，熔融溫度范圍較窄，壓縮段較短，為35Ds。某些熔化溫度范圍很窄的結(jié)晶型塑料，如尼龍等，其壓縮段更短，甚至僅為一個(gè)螺距的長(zhǎng)度，這樣的螺桿叫做突變螺桿。(3)均化段：又叫計(jì)量段，其作用是將塑化均勻的物料在均化段螺槽和機(jī)頭回壓作用下進(jìn)一步攪拌塑化均勻，并定量定壓地通過(guò)機(jī)頭口模擠出成型。由于從壓縮段來(lái)的物料已達(dá)到所需的壓縮比，故均化段一般無(wú)壓縮作用，螺距和槽深可以不變，這一段常常是等距等深的淺槽螺紋。對(duì)于漸變形螺桿，本段螺桿螺距最小或槽深最淺，這種螺稈實(shí)際上無(wú)均化段，常用于聚氯乙烯等熱敏性塑料?？杀苊庹沉鲬B(tài)物料在均化段停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致分解。對(duì)于一般塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯等，為了穩(wěn)

19、定料流，均化段應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度，通常是螺桿全長(zhǎng)的20%25%。4、螺桿的形式塑料的品種很多，性質(zhì)各異。為了適應(yīng)加工不同塑料的要求，螺桿的種類也很多，螺桿的結(jié)構(gòu)形式有很大的差別。螺桿般分為普通螺桿和高效專用型螺桿。(1)普通螺桿：是指常規(guī)全螺紋三段螺桿，這種螺桿應(yīng)用最廣，整根螺稈由三段組成，其擠出過(guò)程完全依靠全螺紋的形式完成。根據(jù)螺距和螺槽深度的變化，螺桿可分為等距變深螺桿、等深變距螺桿和變距變深螺桿。等距變深螺桿制造容易，成本低；物料與料筒接觸面積大，易于傳熱，有利于物料的壓縮、熔融和塑化；進(jìn)料段螺槽較深也有利于進(jìn)料，因此這種螺桿應(yīng)用最廣。等距變深螺桿按其螺槽深度變化的快慢(即壓縮段的長(zhǎng)短)又可

20、分為等距漸變形螺桿和等距突變形螺桿。非晶型塑料宜選用漸變形螺桿，結(jié)晶型塑料宜選用突變形螺桿。為了得到較好的擠出質(zhì)量，要求物料盡可能避免局部受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生熱降解現(xiàn)象，能平穩(wěn)地從螺桿進(jìn)入機(jī)頭，這與螺桿頭部的形狀有很大關(guān)系。螺桿頭部一般設(shè)計(jì)為錐形成半圓形，以防止物料在螺桿頭部滯流過(guò)久而分解。錐形頭部的角度一般為1200。，對(duì)PVC等熱敏性塑料，錐角為600。有的螺桿均化段是一段平行的桿體，常稱為魚(yú)雷頭或平推頭，其直徑比前段螺槽根徑略大，表面是光滑的，但也可有凹槽或浪花，甚至有錐形的突棱。魚(yú)雷頭螺桿具有攪拌和節(jié)制物料、消除料流脈動(dòng)現(xiàn)象等作用，并能增大物料的壓力，降低料層厚度，改善物料傳熱，進(jìn)一步提

21、高塑化效率。這種螺桿主要用于擠出粘度較大、導(dǎo)熱性不良或有較明顯熔點(diǎn)的塑料，如PS、有機(jī)玻璃、纖維素等。常用螺桿頭部形狀(a)大圓錐(1200) (b)錐體(錐角為600，適用于PVC) (c)半圓形 (d)魚(yú)雷體(2)高效螺桿：普通螺桿存在熔融效率低，塑化混合不均勻等缺點(diǎn)，往往不能很好適應(yīng)些特殊塑料的加工或進(jìn)行混煉、著色等工藝過(guò)程。目前常用的改進(jìn)方法是加大長(zhǎng)徑比，提高螺桿轉(zhuǎn)數(shù)，加大均化段的螺槽深度等，這些改進(jìn)措施有一定的成效，但比較有限。新型高效螺桿主要有屏障型螺桿、銷釘型螺桿、波型螺桿、分配混合型螺桿、分離型螺桿和組合型螺桿。這些螺桿的共同特點(diǎn)是在螺桿的末端(均化段)設(shè)置一些剪切混合元件，以

22、達(dá)到促進(jìn)混合、熔化和提高產(chǎn)量的目的。幾種新型高效螺桿的混合部件(a)斜槽屏障 (b)銷釘 (c)環(huán)型屏障(d)直槽屏障 (e)分離型屏障四、機(jī)頭和口模機(jī)頭是口模與料筒的過(guò)渡連接部分，口模是制品的成型部件，通常機(jī)頭和口模是一個(gè)整體，習(xí)慣上統(tǒng)稱為機(jī)頭。機(jī)頭和口模的作用為：1)使粘流態(tài)物料從螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)槠叫兄本€運(yùn)動(dòng)，并穩(wěn)定地導(dǎo)人口模而成型。2)產(chǎn)生回壓，使物料進(jìn)一步均化，提高制品質(zhì)量。3)產(chǎn)生必要的成型壓力，以獲得結(jié)構(gòu)密實(shí)和形狀準(zhǔn)確的制品。在機(jī)頭和料筒之間有粗濾器和過(guò)濾網(wǎng)。粗濾器也叫多孔板，是一塊多孔的金屬圓扳，孔眼的大小和板的厚度隨料簡(jiǎn)的直徑增大而加大；過(guò)濾網(wǎng)為23層的銅絲或不銹鋼絲網(wǎng)。兩者的作用

23、是改變塑料的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為乎直運(yùn)動(dòng)，過(guò)濾粘流態(tài)料中可能混入的機(jī)械雜質(zhì)和未熔化的或分解焦化的物料，同時(shí)增大料流壓力，保證擠出制品致密，提高質(zhì)量。為了獲得塑料成型前必要的壓力，機(jī)頭和口模的流道型腔應(yīng)逐步連續(xù)地縮小，過(guò)渡到所要求的成型截面形狀。機(jī)頭內(nèi)塑料流道應(yīng)光滑，呈流線型，不存在死角。為了保證料流的穩(wěn)定以及消除熔接縫，口模應(yīng)有一定長(zhǎng)度的平直部分。擠出機(jī)機(jī)頭和口模示意圖1-擠出機(jī) 2-口模 3-模唇調(diào)節(jié)器 4-口模成型段 5-拋物調(diào)節(jié)排機(jī)頭與口模的組成部件：過(guò)濾網(wǎng)；多孔板；分流器；模芯；口模和機(jī)頸等。 機(jī)頭中還有校正和調(diào)整裝置，能調(diào)整和校正模芯與口模的同心度、尺寸和外觀。機(jī)頭可分為：直通式機(jī)頭-擠管材、

24、片材、其它型材。直角式機(jī)頭-擠薄膜、線纜包復(fù)物、吹塑制品。偏移式機(jī)頭-共擠薄膜、共擠型材、共擠吹塑料。五、傳動(dòng)系統(tǒng)：包括帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)部件。六、附屬設(shè)備：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。牽引裝置卷繞或切割裝置控制設(shè)備等。另外，附屬設(shè)備因制品的不同而不同。第二節(jié) 擠出成型原理在擠出成型過(guò)程中，塑料經(jīng)歷了固體彈性體粘流(熔融)體的形變過(guò)程，在螺桿和料筒之間，塑料沿著螺槽向前流動(dòng)。在此過(guò)程中，塑料有溫度、壓力、粘度，甚至化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，因此擠出過(guò)程中塑料的狀態(tài)變化和流動(dòng)行為相當(dāng)復(fù)雜。多年來(lái)，許多學(xué)者進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，提出了多種描述擠出過(guò)程的理論，有

25、些理論已基本上獲得應(yīng)用。但是各種擠出理論都存在不同程度的片面性和缺點(diǎn)，因此，擠出理論還在不斷修正、完善和發(fā)展中。一、擠出過(guò)程和螺桿各段的職能由高分子物理學(xué)知道，高聚物存在三種物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，在一定條件下，這三種物理狀態(tài)會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)變。固態(tài)塑料由料斗進(jìn)入料筒后，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)而向機(jī)頭方向前進(jìn)，在這過(guò)程中，塑料的物理狀態(tài)是發(fā)生變化的。根據(jù)塑料在擠出機(jī)中的三種物理狀態(tài)的變化過(guò)程及對(duì)螺桿各部件的工作要求，通常將擠出機(jī)的螺桿分成加料段(固體輸送區(qū))、壓縮段(熔融區(qū))和均化段(熔體輸送區(qū))三段。對(duì)于這類常規(guī)全螺紋三段螺桿來(lái)說(shuō)，塑料在擠出機(jī)中的擠出過(guò)程可以通過(guò)螺桿各段的基本職能及塑料在擠

26、出機(jī)中的物理狀態(tài)變化過(guò)程來(lái)描述。塑料在擠出機(jī)中的擠出過(guò)程示意圖1、加料段塑料自料斗進(jìn)入擠出機(jī)的料筒內(nèi)，在螺桿的旋轉(zhuǎn)作用下，由于料筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用向前運(yùn)動(dòng)，在該段，螺桿的職能主要是對(duì)塑料進(jìn)行輸送并壓實(shí)，物料仍以固體狀態(tài)存在，雖然由于強(qiáng)烈的摩擦熱作用，在接近加料段的末端，與料筒內(nèi)壁相接觸的塑料已接近或達(dá)到粘流溫度，固體粒子表面有些發(fā)粘，但熔融仍未開(kāi)始。這一區(qū)域稱為遲滯區(qū)，是指固體輸送區(qū)結(jié)束到最初開(kāi)始出現(xiàn)熔融的一個(gè)過(guò)渡區(qū)。2、熔融段塑料從加料段進(jìn)入熔融段，沿著螺槽繼續(xù)向前，由于螺桿螺槽的容積逐漸變小，塑料受到壓縮，進(jìn)一步被壓實(shí)，同時(shí)物料受到料簡(jiǎn)的外加熱和螺桿與料簡(jiǎn)之間的強(qiáng)烈的剪切攪拌作用，

27、溫度不斷升高，物料逐漸熔融，此段螺桿的職能是使塑料進(jìn)一步壓實(shí)和熔融塑化，排除物料內(nèi)的空氣和揮發(fā)份。在該段熔融料和未熔料以兩相的形式共存，至熔融段末端，塑料最終全部熔融為粘流態(tài)。3、均化段從熔融段進(jìn)入均化段的物料是已全部熔融的粘流體。在機(jī)頭口模阻力造成的回壓作用下被進(jìn)一步混合塑化均勻，并定量定壓地從機(jī)頭口模擠出，在該段，螺桿對(duì)熔體進(jìn)行輸送。二、擠出理論目前應(yīng)用最廣的擠出理論是根據(jù)塑料在擠出機(jī)三段中的物理狀態(tài)變化和流動(dòng)行為來(lái)進(jìn)行研究的，建立了固體輸送理論、熔融理論和熔體輸送理論。1、固體輸送理論物料自料斗進(jìn)入擠出機(jī)的料筒內(nèi)，沿螺桿向機(jī)頭方向移動(dòng)。首先經(jīng)歷的是加料段，物料在該段是處在疏松狀態(tài)下的粉狀

28、或粒狀固體，溫度較低，粘度基本上無(wú)變化，即使因受熱物料表面發(fā)粘結(jié)塊，但內(nèi)部仍是堅(jiān)硬的固體，故形變不大。在加料段主要對(duì)固體塑料起螺旋輸送作用。固體輸送理論是以固體對(duì)固體的摩擦靜力平衡為基礎(chǔ)建立起來(lái)的。該理論認(rèn)為物料與螺槽和料簡(jiǎn)內(nèi)壁所有面緊密接觸，形成具有彈性的固體塞子，并以一定的速率移動(dòng)。物料受螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)的推擠作用向前移動(dòng)可以分解為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向水平運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由于物料與螺桿之間的摩擦力作用被轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿帶著運(yùn)動(dòng)，軸向水平運(yùn)動(dòng)則是由于螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺桿斜棱對(duì)物料的推力產(chǎn)生的軸向分力使物料沿螺桿的軸向移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)作用的結(jié)果，使物料沿螺槽向機(jī)頭方向前進(jìn)。固體塞的移動(dòng)情況是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是

29、軸向運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，主要決定于螺桿表面和料筒表面與物料之間的摩擦力的大小。只有物料與螺扦之間的摩擦力小于物料與料筒之間的摩擦力時(shí)，物料才沿軸向前進(jìn)；否則物料將與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此只要能正確控制物料與螺桿及物料與料筒之間的靜摩擦因數(shù)，即可提高固體輸送能力。為了提高固體輸送速率，應(yīng)降低物料與螺桿的靜摩擦因數(shù)，提高物料與料筒的徑向靜摩擦因數(shù)。要求螺桿表面有很高的光潔度，在螺桿中心通入冷卻水，適當(dāng)降低螺桿的表面溫度，因?yàn)楣腆w物料對(duì)金屬的靜摩擦因數(shù)是隨溫度的降低而減小的。2、熔化理論由加料段送來(lái)的固體物料進(jìn)入壓縮段，在料筒溫度的外加熱和物料與物料之間及物料與金屬之間的摩擦作用的內(nèi)熱作用下而升溫，同時(shí)逐漸受到

30、越來(lái)越大的壓縮作用，固體物料逐漸熔化，最后完全變成熔體，進(jìn)入均化段。在壓縮段既存在固體物料又存在熔融物料，物料在流動(dòng)過(guò)程中有相變化發(fā)生，因此在壓縮段的物料的熔化和流動(dòng)情況很復(fù)雜，給研究帶來(lái)許多困難。(1)熔化過(guò)程：當(dāng)固體物料從加料段進(jìn)入壓縮段時(shí)，物料是處在逐漸軟化和相互粘結(jié)的狀態(tài)，與此同時(shí)越來(lái)越大的壓縮作用使固體粒子被擠壓成緊密堆砌的固體床。固體床在前進(jìn)過(guò)程中受到料簡(jiǎn)外加熱和內(nèi)摩擦熱的同時(shí)作用，逐漸熔化。首先在靠近料筒表面處留下熔度層，當(dāng)熔膜層厚度超過(guò)料筒與螺棱之間隙時(shí)，就會(huì)被旋轉(zhuǎn)的螺棱刮下并匯集于螺紋推力面的前方，形成熔他，而在螺棱的后側(cè)則為固體床。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)自料筒的外加熱和熔膜的剪

31、切熱不斷傳至來(lái)熔融的固體床，使與熔膜接觸的固體粒子熔融。在沿螺槽向前移動(dòng)的過(guò)程中，固體床的寬度逐漸減小，直至全部消失，即完成熔化過(guò)程。(2)相遷移面：熔化區(qū)內(nèi)固體相和熔體相的界面稱為相遷移面，大多數(shù)熔化均發(fā)生在此分界面上，它實(shí)際是由固體相轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w相的過(guò)渡區(qū)域。熔體膜形成后的固體熔化是在熔體膜和固體床的界面(相遷移面)處發(fā)生的，所需的熱量一部分來(lái)源于料筒的外加熱，另一部分則來(lái)源于螺桿和料筒對(duì)熔體膜的剪切作用。 (3)熔化長(zhǎng)度：擠出過(guò)程中，在加料段內(nèi)是充滿未熔融的固體粒子，在均化段內(nèi)則充滿著已熔化的物料，而在螺桿中間的壓縮段內(nèi)固體粒子與熔融物共存，物料的熔化過(guò)程就是在此區(qū)段內(nèi)進(jìn)行的，故壓縮段又稱

32、為熔化區(qū)。在熔化區(qū)，物料的熔融過(guò)程是逐漸進(jìn)行的，自熔化區(qū)始點(diǎn)A開(kāi)始，固體床的寬度將逐漸減小，熔池的寬度逐漸增加，直到熔化區(qū)終點(diǎn)B，固體床的寬度下降到零，進(jìn)入均化段，固體床消失，螺槽全部充滿熔體。從熔化開(kāi)始到固體床的寬度降到零為止的總長(zhǎng)度，稱為熔化長(zhǎng)度。固體床在螺槽中的分布3、熔體輸送理論從壓縮段送入均化段的物料是具有恒定密度的粘流態(tài)物料，在該段物料的流動(dòng)已成為粘性流體的流動(dòng)，物料不僅受到旋轉(zhuǎn)螺桿的擠壓作用，同時(shí)受到由于機(jī)頭口模的阻力所造成的反壓作用，物料的流動(dòng)情況很復(fù)雜。通常把物料在螺槽中的流動(dòng)看成由下面四種類型的流動(dòng)所組成：(1)正流：是物料沿螺槽方向向機(jī)頭的流動(dòng)，這是均化段熔體的主流，是由

33、于螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺棱的推擠作用所引起的，從理論分析上來(lái)說(shuō)，這種流動(dòng)是由物料在深槽中受機(jī)筒摩擦拖曳作用而產(chǎn)生的，故也稱為拖曳流動(dòng)，它起擠出物料的作用。(2)逆流：沿螺槽與正流方向相反的流動(dòng)，它是由機(jī)頭口模、過(guò)濾網(wǎng)等對(duì)料流的阻礙所引起的反壓流動(dòng)，故又稱壓力流動(dòng)，它將引起擠出生產(chǎn)能力的損失。(3)橫流：物料沿x軸和y軸兩方向在螺槽內(nèi)往復(fù)流動(dòng)，也是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺棱的推擠作用和阻擋作用所造成的，僅限于在每個(gè)螺槽內(nèi)的環(huán)流，對(duì)總的擠出生產(chǎn)率影響不大，但對(duì)于物料的熱交換、混合和進(jìn)一步的均勻塑化影響很大。(4)漏流：物料在螺桿和料筒的間隙沿著螺桿的軸向往料斗方向的流動(dòng)，它也是由于機(jī)頭和口模等對(duì)物料的阻力所產(chǎn)牛的反壓流

34、功。三、擠出機(jī)的生產(chǎn)率塑料在擠出機(jī)中的運(yùn)動(dòng)情況相當(dāng)復(fù)雜，影響其生產(chǎn)能力因素很多，因此要精確計(jì)算擠出機(jī)的生產(chǎn)率較困難。目前擠出機(jī)生產(chǎn)率的計(jì)算方法有如下幾種：1、實(shí)測(cè)法在實(shí)際生產(chǎn)的擠出機(jī)上測(cè)出制品從機(jī)頭口模中擠出來(lái)的線速度，由此來(lái)確定機(jī)臺(tái)的產(chǎn)量。2、按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算對(duì)擠出機(jī)的生產(chǎn)能力進(jìn)行多次實(shí)際調(diào)查和實(shí)測(cè)，并分析總結(jié)得出經(jīng)驗(yàn)公式。 qmbD3n式中 b-系數(shù)，一般b0.0030.007； D-螺桿直徑，cm； n-螺桿轉(zhuǎn)速，r/min。3、按固體輸送理論計(jì)算此法是把擠出機(jī)內(nèi)的物料看成是一個(gè)固體塞子，把物料的運(yùn)動(dòng)看成像螺母在螺桿移動(dòng)。4、按粘性流體流功理論計(jì)算此法是把擠出機(jī)內(nèi)的物料當(dāng)作粘性流體，把物料

35、的運(yùn)動(dòng)看作是粘性流體流動(dòng)。在擠出機(jī)內(nèi)只有在均化段的物料才是粘性流體，因此在擠出機(jī)正常工作時(shí)，螺桿均化段的流動(dòng)速率可以看作是擠出機(jī)的擠出流量，影響均化段流率的因素也就是影響擠出機(jī)生產(chǎn)率的因素。應(yīng)該說(shuō)這種計(jì)算法最能代表真正的擠出機(jī)生產(chǎn)能力，因?yàn)槲锪狭鞒鼍尉褪橇鞒鰯D出機(jī)。四、螺桿和機(jī)頭(口模)的特性曲線擠出成型時(shí)是在有機(jī)頭口模的情況下進(jìn)行的，要了解擠出過(guò)程的特性，需將螺桿和機(jī)頭結(jié)合起來(lái)進(jìn)行討論。圖中兩組直線的交點(diǎn)就是適于該機(jī)頭口模和螺桿轉(zhuǎn)速下擠出機(jī)的綜合工作點(diǎn)，亦即在給定的螺桿和口模下，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速一定時(shí)，擠出機(jī)的機(jī)頭壓力和流率應(yīng)符合這一點(diǎn)所表示的關(guān)系。五、影響擠出機(jī)生產(chǎn)率的因素1、機(jī)頭壓力與生產(chǎn)

36、率的關(guān)系正流流率與壓力無(wú)關(guān)，逆流和漏流流率則與壓力成正比。因此，壓力增大，擠出流率減小，但對(duì)物料的進(jìn)一步混合和塑化有利。在實(shí)際生產(chǎn)中，增大了口模尺寸，即減小了壓力降，擠出量雖然提高，但對(duì)制品質(zhì)量不利。2、螺桿轉(zhuǎn)速與生產(chǎn)率的關(guān)系在機(jī)頭和螺桿的幾何尺寸一定時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)速與擠出機(jī)的生產(chǎn)率成正比；目前出現(xiàn)的超高速擠出機(jī)，能大幅度地提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力。3、螺桿幾何尺與與生產(chǎn)率的關(guān)系(1)螺桿直徑D。擠出機(jī)流率接近于與螺桿直徑D的平方成正比。 (2)螺槽深度。正流與H成正比，而逆流與H3成正比。深槽螺桿的擠出量對(duì)壓力的敏感性大。 (3)均化段長(zhǎng)度。均化段長(zhǎng)度L增加時(shí)，逆流和漏流減少，擠出生產(chǎn)率增加。4、物

37、料溫度與生產(chǎn)率的關(guān)系理論上，擠出生產(chǎn)率與粘度無(wú)關(guān)，也與料溫?zé)o關(guān)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)溫度有較大幅度變化時(shí)，擠出流率也有一定變化，這種變化是由于溫度的變化而導(dǎo)致物料塑化效果有所影響，這相當(dāng)于均化段的長(zhǎng)度有了變化，從而引起擠出生產(chǎn)率的變化。5、機(jī)頭口模的阻力與生產(chǎn)率的關(guān)系物料擠出時(shí)的阻力與機(jī)頭口模的截面積成反比，與長(zhǎng)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(jī)頭阻力超小，這時(shí)擠出產(chǎn)率受機(jī)頭內(nèi)壓力變化的影響就越大。因此一般要求口模的平直部分有足夠的長(zhǎng)度。第三節(jié) 擠出成型工藝擠出成型主要用于熱塑性塑料制品的成型，多數(shù)是用單螺桿擠出機(jī)按干法連續(xù)擠出的操作方法進(jìn)行成型的。適用于擠出成型的熱塑性塑料

38、品種很多，擠出制品的形狀和尺寸也各不相同，擠出不同制品的操作方法各不相同，但是擠出成型的工藝流程則大致相同。一、擠出工藝流程各種擠出制品的生產(chǎn)工藝流程大體相同，一般包括原料的準(zhǔn)備、預(yù)熱、干燥、擠出成型、擠出物的定型與冷卻、制品的牽引與卷取(或切割)，有些制品成型后還需經(jīng)過(guò)后處理。1、原料的準(zhǔn)備和預(yù)處理用于擠出成型的熱塑性塑料大多數(shù)是粒狀或粉狀塑料，由于原料中可能含有水分，將會(huì)影響擠出成型的正常進(jìn)行，同時(shí)影響制品質(zhì)量，例如出現(xiàn)氣泡，表面晦暗無(wú)光，出現(xiàn)流紋，力學(xué)性能降低等。因此，擠出前要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱相干燥。不同種類塑料允許含水量不同。通常,對(duì)于一般塑料，應(yīng)控制原料的含水量<0.5%以下；對(duì)

39、于高溫下易水解的塑料，如尼龍（PA）、滌綸（PET）等，水分含量<0.03%;此外，原料中的機(jī)械雜質(zhì)也應(yīng)盡可能除去。原料的預(yù)熱和干燥一般是在烘箱或供房?jī)?nèi)進(jìn)行，可抽真空干燥。2、擠出成型首先將擠出機(jī)加熱到預(yù)定的溫度，然后開(kāi)動(dòng)螺桿，同時(shí)加料。初期擠出物的質(zhì)量和外觀都較差，應(yīng)根據(jù)塑料的擠出工藝性能和擠出機(jī)機(jī)頭口模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等調(diào)整擠出機(jī)料筒各加熱段和機(jī)頭口模的溫度及螺桿的轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)，以控制料筒內(nèi)物料的溫度和壓力分布；根據(jù)制品的形狀和尺寸的要求，調(diào)整口模尺寸和同心度及牽引等設(shè)備裝置，以控制擠出物離模膨脹和形狀的穩(wěn)定性，從而達(dá)到最終控制擠出物的產(chǎn)量和質(zhì)量的目的，直到擠出達(dá)到正常狀態(tài)即進(jìn)行正常生產(chǎn)

40、。物料的溫度主要來(lái)自料筒的外加熱，其次是螺桿對(duì)物料的剪切作用和物料之間的摩擦。當(dāng)進(jìn)入正常操作后，剪切和摩擦產(chǎn)生的熱量甚至變得更為重要。溫度升高，物料粘度降低。有利于塑化，同時(shí)降低熔體的壓力，擠出成型出料快，但如果機(jī)頭和口模溫度過(guò)高，擠出物形狀的穩(wěn)定性較差，制品收縮性增大，甚至引起制品發(fā)黃，出現(xiàn)氣泡，成型不能順利進(jìn)行；溫度降低，物料粘度增大，機(jī)頭和口模壓力增加。制品密度大，形狀穩(wěn)定性好，但擠出膨脹較嚴(yán)重。可以適當(dāng)增大牽引速度以減少因膨脹而引起制品的壁厚增加。但是，溫度不能太低，否則塑化效果差，且熔體粘度太大而增加功率消耗。口模和型芯的溫度應(yīng)該致，若相差較大，則制品會(huì)出現(xiàn)向內(nèi)或向外翻甚至扭歪等現(xiàn)象

41、。增大螺桿的轉(zhuǎn)速能強(qiáng)化對(duì)塑料的剪切作用，有利產(chǎn)塑料的混合和塑化，且大多數(shù)塑料的熔融粘度隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加而降低。3、定型與冷卻熱塑性塑料擠出物離開(kāi)機(jī)頭口模后仍處在高溫熔融狀態(tài)，具有很大的塑性變形能力，應(yīng)立即進(jìn)行定型和冷卻。如果定型和冷卻不及時(shí)，制品在自身的重力作用下就會(huì)變形，出現(xiàn)凹陷或扭曲等現(xiàn)象。根據(jù)不同的制品有不問(wèn)的定型方法、大多數(shù)情況下，冷卻和定型是同時(shí)進(jìn)行的，只有在擠出管材和各種異型材時(shí)才有個(gè)獨(dú)立的定型裝置，擠出板材和片材時(shí)，往往擠出物通過(guò)一對(duì)壓輥，也是起定型和冷卻作用，而擠出薄膜、單絲等不必定型，僅通過(guò)冷卻便可以了。未經(jīng)定型的擠出物必須用冷卻裝置使其及時(shí)降溫，以固定擠出物的形狀和尺寸，已

42、定型的擠出物由于在定型裝置中的冷卻作用并不充分，仍必須用冷卻裝置，使其進(jìn)一步冷卻。冷卻一般采用空氣或水冷，冷卻速度對(duì)制品性能有較大影響，硬質(zhì)制品不能冷得太快，否則容易造成內(nèi)應(yīng)力，并影響外觀，對(duì)軟質(zhì)或結(jié)晶型塑料則要求及時(shí)冷卻，以免制品變形。4、制品的牽引和卷取(切割)熱塑性塑料擠出離開(kāi)口模后，由于有熱收縮和離模膨脹雙重效應(yīng)，使擠出物的截面與口模的斷面形狀尺寸并不一致。因此在擠出熱塑性塑料時(shí)，要連續(xù)而均勻地將擠出物牽引出，其目的一是幫助擠出物及時(shí)離開(kāi)口模，保持?jǐn)D出過(guò)程的連續(xù)性，二是調(diào)整擠出型材截面尺寸和性能。牽引的速度要與擠出速度相配合，通常牽引速度略大于擠出速度，這樣一方而起到消除由離模膨脹引起

43、的制品尺寸變化，另一方而對(duì)制品有一定的拉伸作用。牽引的拉伸作用可使制品適度進(jìn)行大分子取向，從而使制品在牽引方向的強(qiáng)度得到改善。各種制品的牽引速度是不同的，通常擠出薄膜和單絲需要較快的速度，牽伸度較大，制品的厚度和直徑減小，縱向斷裂強(qiáng)度提高。擠出硬制品的牽引速度則小得多，通常是根據(jù)制品離口模不遠(yuǎn)處的尺寸來(lái)確定牽伸度。定型冷卻后的制品根據(jù)制品的要求進(jìn)行卷繞或切割。軟質(zhì)型材在卷繞到給定長(zhǎng)度或質(zhì)量后切斷；硬質(zhì)型材從牽引裝置送出達(dá)到定長(zhǎng)度后切斷。5、后處理有些制品擠出成型后還需進(jìn)行后處理，以提高制品的性能。后處理主要包括熱處理和調(diào)濕處理。在擠出較大截面尺寸的制品時(shí)，常因擠出物內(nèi)外冷卻速率相差較大而使制品

44、內(nèi)有較大的內(nèi)應(yīng)力，這種擠出制品成型后應(yīng)在高于制品的使用溫度1020或低于塑料的熱變形溫度1020的條件下保持一定時(shí)問(wèn)，進(jìn)行熱處理以消除內(nèi)應(yīng)力。有些吸濕性較強(qiáng)的擠出制品，如聚酰胺，在空氣中使用或存放過(guò)程中會(huì)吸濕而膨脹，而且這種吸濕膨脹過(guò)程需很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡，為了加速這類塑料擠出制品的吸濕平衡，常備在成型后浸入含水介質(zhì)加熱進(jìn)行調(diào)濕處理，在此過(guò)程中還可使制品受到消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理，對(duì)改善這類制品的性能十分有利。二、典型擠出制品成型工藝各種塑料擠出制品的成型，均是以擠出機(jī)為主機(jī)，使用不同形狀的機(jī)頭口模，改變擠出機(jī)輔機(jī)的組成來(lái)完成的。典型的塑料擠出制品包括管材、棒材、板材、吹塑薄膜和塑料電線電纜。1

45、、塑料管材擠出管材是塑料擠出制品中的主要品種，有硬管和軟管之分。用來(lái)擠管的塑料品種很多，主要有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、ABS和聚碳酸酯等。目前，國(guó)內(nèi)以聚氯乙烯為主，下面就以硬聚氯乙烯管材作簡(jiǎn)單介紹。管材擠出的基本工藝是：由擠出機(jī)均化段出來(lái)的塑化均勻的塑料，經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)、粗濾器而達(dá)分流器，并為分流器文架分為若干支流，離開(kāi)分流器文架后再重新匯合起來(lái)，進(jìn)入管芯口模間的環(huán)形通道，最后通過(guò)口模到擠出機(jī)外而成管子，接著經(jīng)過(guò)定徑套定徑和初步冷卻，再進(jìn)入冷卻水槽或具有噴淋裝置的冷卻水箱，進(jìn)一步冷卻成為具有一定口徑的管材，最后經(jīng)由牽引裝置引出并根據(jù)規(guī)定的長(zhǎng)度要求而切割得到所需的制品。管材擠出裝置

46、由擠出機(jī)、機(jī)頭口模、定型裝置、冷卻水槽、牽引及切割裝置等組成，其中擠出機(jī)的機(jī)頭口模和定型裝置是管材擠出的關(guān)鍵部件。(1)機(jī)頭和口模：機(jī)頭是擠出管材的成型部件，大體上可分直通式、直角式和偏移式三種，其中用得最多的是直通式機(jī)頭，機(jī)頭包括分流器、分流器支架、管芯、口模和調(diào)節(jié)螺釘?shù)葞讉€(gè)部分。分流器又稱魚(yú)雷頭，粘流態(tài)塑料經(jīng)過(guò)粗濾板而達(dá)分流器，塑料流體逐漸形成環(huán)形，并使料層變薄，有利于塑料的進(jìn)一步均勻塑化。分流器支架的作用是支撐分流器及管芯。在小型擠出機(jī)中，分流器和分流器支架都做成一個(gè)整體；支架與機(jī)頭是連接的。為支撐分流器，支架上有分料筋，塑料流過(guò)時(shí)被分料筋分開(kāi)再匯合，有可能形成熔接痕，因此分料筋要造成流

47、線型，而且，在強(qiáng)度允許的情況下，其寬度與長(zhǎng)度應(yīng)盡可能小些。在分流器支架內(nèi)沒(méi)有導(dǎo)線孔與進(jìn)氣孔，以便分流器和管芯內(nèi)部裝電熱器時(shí)通入導(dǎo)線或通入壓縮空氣。管芯(型芯)是擠出的管材內(nèi)表向的成型部件，隨管子型祥不同有不同的形式，一股為流線型，以便粘流態(tài)塑料的流動(dòng)。管芯通常是早分流器支架處與分流器連接。粘流由塑料經(jīng)過(guò)分流器支架后進(jìn)入管芯與口模之間，管芯經(jīng)過(guò)一定的收縮成為平直的料道。管材的內(nèi)外徑應(yīng)分別等于管芯的外徑和口模的內(nèi)徑，但實(shí)際上從口模出來(lái)的管材由于牽引和冷卻收縮等因素，將使管子的截面縮小一些：另一方面，在管材離開(kāi)口模后，壓力降低，塑料因彈性恢復(fù)而膨脹。擠出管子的收縮及膨脹的大小與塑料性質(zhì)、離開(kāi)口模前后

48、的溫度、壓力及牽引速度等有關(guān)，管材最終的尺寸必須通過(guò)定徑套冷卻定型和牽引速度的調(diào)節(jié)而確定。(2)管材的定徑和冷卻。管材擠出后，溫度仍然很高，為了得到準(zhǔn)確的尺寸和幾何形狀以及表面光潔的管子，應(yīng)立即進(jìn)行定徑和冷卻，以使其定型。外徑定型是使擠出的管子的外壁與定徑套的內(nèi)壁相接觸而起定型作用的，為此，可用向管內(nèi)通入壓縮空氣的內(nèi)壓法或在管子外壁抽真空法來(lái)實(shí)現(xiàn)外徑定型。內(nèi)壓法進(jìn)行外徑定型的定徑套如圖所示。定型時(shí)，可通過(guò)分料筋的孔道通入一定壓力的壓縮空氣(一般為0.05-0.3MPa表壓)。并在擠出的管端或管內(nèi)封塞。定徑套的外壁為夾套，內(nèi)通冷卻水以冷卻管子，經(jīng)定徑后的管子離開(kāi)定徑套時(shí)不再變形。2、吹塑薄膜的擠

49、出(1)機(jī)頭和口模。吹塑薄膜的主要設(shè)備為單螺桿擠出機(jī)，其機(jī)頭口模的類型主要有轉(zhuǎn)向式的直角型和水平向的直通型兩大類，結(jié)構(gòu)與擠出管材的差不多，作用是擠出管狀坯料(2)吹脹與牽引。在機(jī)頭處有通入壓縮空氣的氣道，通入氣體使管坯吹脹成膜管，調(diào)行壓縮空氣的通入里可以控制膜管的膨脹程度。由于吹塑和牽仲的同時(shí)作用，使擠出的管坯在縱橫兩個(gè)方向都發(fā)生取向，使吹塑薄膜具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。因此，為了得到縱橫向強(qiáng)度均等的薄膜，其吹脹比和牽伸比最好是相等的。不過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)中往往都是用同一環(huán)形間隙口模，靠調(diào)節(jié)不同的牽引速度來(lái)控制薄膜的厚度，故吹塑薄膜縱橫向機(jī)械強(qiáng)度并不相同，一般都是縱向強(qiáng)度大干橫向強(qiáng)度。(3)薄膜的冷卻。吹

50、塑薄膜是連續(xù)成型過(guò)程，管還擠出吹脹成膜管后必須不斷冷卻固化定型為薄膜制品，以保證薄膜的質(zhì)量和提高嚴(yán)量，因此，膜管在吹脹成型后要馬上得到良好的冷卻。目前最常用的方法是在擠出機(jī)頭之后，在管膜外面設(shè)冷卻風(fēng)環(huán)。 在吹塑聚乙烯薄膜時(shí)，接近機(jī)頭處的膜管是透明的，但在高于機(jī)頭約20cm處的膜管就顯得較渾濁。膜管在機(jī)頭上方開(kāi)始變得渾濁的距離稱為冷凝線距離(或稱冷卻線距離)。膜管渾濁的原因?yàn)榇蠓肿拥慕Y(jié)晶和取向。 (4)薄膜的卷繞。膜管經(jīng)冷卻定型后，先經(jīng)人字導(dǎo)向板夾平，再通過(guò)牽引夾輥，而后由卷繞輥卷繞成薄膜制品；人宇板的作用是穩(wěn)定已冷卻的膜管，不讓它晃動(dòng)，并將它壓平。牽引夾輥是由一個(gè)橡膠輥和一個(gè)金屬輥組成，其作用

51、是牽引和拉伸薄膜。牽引輥到口模的距離對(duì)成型過(guò)程和管膜性能有一定影響，其決定了膜管在壓疊成雙折前的冷卻時(shí)間，這一時(shí)間與塑料的熱性能有關(guān)。3、塑料板材擠出塑料板、片與薄膜之間是沒(méi)有嚴(yán)格的界限的，通常把厚度在0.25mm以下的稱為平膜，在0.251mm的稱為片材，1mm以上的則稱為板材。塑料板材的生產(chǎn)常用擠出成型工藝，用擠出法生產(chǎn)板材的方法有兩種：較老的方法是利用擠管的方法先擠出管子，隨即將管于剖開(kāi)，展平而牽引出板材，此法可用于軟板生產(chǎn)。目前，常用狹縫機(jī)頭直接擠出板材(硬板或軟板)。擠板工藝也適用于片材和平膜的擠出。塑料經(jīng)擠出機(jī)從狹縫機(jī)頭擠出成為板坯后，即經(jīng)過(guò)三輥壓光機(jī)、切邊裝置、牽引裝置、切割裝置

52、等，最后得到塑料板材。如果在壓光機(jī)之后再裝有加熱、壓波、定型等裝置，則可得塑料瓦楞板。板材擠出的狹縫機(jī)頭的出料口既寬又薄，塑料熔體由料筒擠入機(jī)頭，由于流道由圓形變成狹縫形，必須采取措施使熔體沿口模寬度方向有均勻的速度分布，即要使熔體在口模寬度方向上以相同的流速擠出，以保證擠出的板材厚度均勻和表面平整。壓光機(jī)的作用是將擠出的扳材壓光和降溫,并難確地調(diào)整板材的厚度，故它與壓延機(jī)的構(gòu)造原理有點(diǎn)相同，對(duì)輥筒的尺寸精度和光潔度要求較高，并能在一定范圍內(nèi)可調(diào)速，能與板材擠出相適應(yīng)。輥筒間距可以調(diào)整，以適應(yīng)擠出板材厚度的控制，壓光機(jī)與機(jī)頭的距離應(yīng)盡量靠近，否則板坯易下垂發(fā)皺，光潔度不好，同時(shí)在進(jìn)入壓光機(jī)前易

53、散熱降溫而對(duì)壓光不利。從機(jī)頭出來(lái)的板坯溫度較高，為防止板材產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而翹曲，應(yīng)使板材緩慢冷卻，要求壓光機(jī)的輥簡(jiǎn)有一定的溫度。經(jīng)壓光機(jī)定型為一定厚度的板材溫度仍較高，故用冷卻導(dǎo)輥輸送板材，讓其進(jìn)一步冷卻，最后成為接近室溫的板材。在牽引裝置的前面，有切邊裝置習(xí)切去小規(guī)則的板邊，并將板襯切成規(guī)定的寬度。牽引裝置通常是內(nèi)對(duì)或兩村牽引輥組成，每對(duì)牽引輥通常又是由一個(gè)表向光滑的鋼輾和一個(gè)具有橡膠表面的鋼輥組成，牽引裝置一般與壓光機(jī)同速，能微調(diào)，以控制張力。切割裝置用以將板材裁切成規(guī)定的長(zhǎng)度。第四節(jié) 橡膠的壓出成型擠出也是橡膠加工的一種成型工藝，橡膠的擠出與塑料的擠出在設(shè)備和加工原理方面基本相似，但橡膠擠出

54、有其本身的特點(diǎn)。橡膠擠出(習(xí)慣上叫橡膠壓出)是在壓出機(jī)(擠出機(jī))中對(duì)混陳膠加熱與塑化，通過(guò)螺桿的旋轉(zhuǎn)，使膠料在螺桿和機(jī)筒筒壁之間受到強(qiáng)大的擠壓作用，不斷向前推進(jìn)，并借助于口型(口模)壓出具有一定斷面形狀的橡膠半成品。在橡膠制品工業(yè)中，壓出的應(yīng)用面很廣，如輪胎的胎面、內(nèi)胎、膠管、膠帶、電線電纜外套以及各種異形斷面的連續(xù)制品都可以用壓出成型來(lái)加工。此外，它還可用于膠料的過(guò)濾、造粒，生膠的塑煉以及上下工序的聯(lián)動(dòng)，如在熱煉與壓延成型之間，壓出起到前后工序銜接作用。壓出工藝操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，半成品質(zhì)地均勻、致密，容易變換規(guī)格，設(shè)備占地面積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作連續(xù)，生產(chǎn)率高，是橡膠工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝過(guò)程。一

55、、壓出機(jī)壓出機(jī)與塑料擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)原理相近似，壓出機(jī)的主要部件是機(jī)身、螺桿、機(jī)頭和口模等。1、機(jī)身壓出機(jī)的機(jī)身為一夾套圓筒，與螺桿裝配在一起，對(duì)膠料起塑化輸送作用，在夾套內(nèi)可通人蒸汽或冷卻水調(diào)溫。2、螺桿橡膠壓出機(jī)與塑料擠出機(jī)的主要差別在于其長(zhǎng)徑比較小，這是因?yàn)榕c大多數(shù)熱塑性塑料相比，橡膠的粘度很高，約高一個(gè)數(shù)量級(jí)，在擠出過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，縮短壓出機(jī)的長(zhǎng)度，可保持溫度升高在一定限度之內(nèi)，防止膠料過(guò)熱和焦燒。橡膠壓出機(jī)的長(zhǎng)徑比大小，取決于是冷喂料還是熱喂料，熱喂料橡膠壓出機(jī)的長(zhǎng)徑比一般很短，L/D為45之間，冷喂料橡膠壓出機(jī)的L/D為1520之間，排氣冷喂料壓出機(jī)L/D甚至可達(dá)20以上。3、機(jī)

56、頭與口型機(jī)頭與機(jī)身銜接，用作安裝口型。機(jī)頭的結(jié)構(gòu)隨壓出機(jī)用途不同而有多種。圓筒形機(jī)頭用于壓出圓形或小形制品，如膠管、內(nèi)胎等；喇叭形機(jī)頭用于壓出寬斷面的半成品，如外胎胎面、膠片；T形和Y形機(jī)頭適用于壓出電線電纜的包皮、鋼絲和膠管的保膠等。當(dāng)膠料離開(kāi)口型后，由于出現(xiàn)壓出膨脹變形現(xiàn)象，壓出的半成品的幾何形狀與口型斷面的幾何形狀會(huì)有很大差異。因此必須根據(jù)膠料在壓出中的這種變形特征來(lái)設(shè)計(jì)合理的口型。二、壓出工藝1、膠料熱煉除冷喂料擠出機(jī)外，經(jīng)混煉和冷卻停放的膠料在進(jìn)入壓出機(jī)前必須進(jìn)行充分的熱煉，以進(jìn)一步提高膠料均勻性和可塑性，使膠料易于壓出。熱煉在開(kāi)煉機(jī)或者密煉機(jī)中進(jìn)行，其中以開(kāi)煉機(jī)熱煉為多。2、壓出成型在壓出成型之前，壓出機(jī)的機(jī)筒、機(jī)頭、口型和芯型要預(yù)先加熱到規(guī)定溫度，使膠料在擠出機(jī)的工作范圍內(nèi)處于熱塑性流動(dòng)狀態(tài)。經(jīng)熱煉后的膠料以膠條形式通過(guò)運(yùn)輸帶送至壓出機(jī)的加料口，并通過(guò)喂料輥送至螺桿，膠條受螺桿的擠壓通過(guò)機(jī)頭口型而成型。3、冷卻、裁斷、稱量或卷取壓出的半成品要迅速冷卻，防止半成品變形和在存放