第五章 擠出成型

1、第五章 擠出成型extrusion molding第一節(jié) 概述擠出成型又叫擠塑、擠壓、擠出模塑.是借助螺桿和柱塞的擠壓作用,使塑化均勻的塑料強行通過?？诙蔀榫哂泻愣ń孛婧瓦B續(xù)制品的成型方法.1. 特點: 連續(xù)化,效率高,質量穩(wěn)定 應用范圍廣 設備簡單,投資少,見效快 生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生,勞動強度低 適于大批量生產(chǎn)2. 適用的樹脂材料 絕大部分熱塑性塑料及部分熱固性塑料，如PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及密胺樹脂等3.應用：塑料薄膜、網(wǎng)材、帶包覆層的產(chǎn)品、截面一定、長度連續(xù)的管材、板材、片材、棒材、打包帶、單絲和異型材等等，還可用于粉末造粒、染色、樹脂摻

2、和等。4. 幾種典型制品的生產(chǎn)線 擠出管材和異型材的生產(chǎn)、擠出片材、棒材生產(chǎn)、電纜包覆、擠出吹塑薄膜、擠出中空吹塑 擠出管材生產(chǎn)管材擠出的輔助設備擠出片材生產(chǎn)擠出線纜包覆成型擠出吹塑薄膜擠出中空吹塑成型第二節(jié) 單螺桿擠出原理擠出過程：預處理料加料在螺桿中熔融塑化口模擠出定型冷卻牽引切割要使制品質量、產(chǎn)量穩(wěn)定，須滿足以下兩個條件： 熔體的輸送速率=固態(tài)物料的熔化速率 沿螺桿軸向任一截面物料的質量流率=擠出機生產(chǎn)率一. 固體輸送理論1假設條件：物料與螺槽和料筒壁緊密接觸形成固體塞（床），恒速移動；略去及物料重力、密度變化的影響； Hf恒定，壓力是螺槽長度的函數(shù)； 螺桿不動，料筒以的速度移動； 螺槽

3、為矩形為分析方便，將一個螺距內(nèi)的螺桿做平面展開,當螺桿轉動一周，設物料固體塞中的一點由A運動到B點。物料的輸送速率是單位時間內(nèi)從螺桿軸向截面所輸送的物料體積，其值等于螺槽在軸向的投影面積A與物料在軸向的運動速度Vpl的乘積。2.公式推導3.討論bbfbfbplsHDNHDAVQtantantantan24提高Qs的措施 適當提高N和H; 采用錐形或強烈冷卻的進料段料筒結構；在加料段料筒內(nèi)壁開設縱向溝槽（提高fb）； 冷卻螺桿加料段（減小fs）,增加螺桿表面光潔度（減小fs）一等螺桿Ra=0.8m,優(yōu)等0.4二.熔融理論壓縮段物料固-液共存1目的：預測螺槽中任一點未熔化物料量熔化全部物料所需螺桿

4、長度熔融與螺桿參數(shù)、物料特性、工藝參數(shù)間的關系2冷卻試驗和熔融機理冷卻試驗：本色料+35%著色料擠出穩(wěn)定后停止并迅速冷卻螺桿和料筒取出螺桿、剝下物料切斷螺旋帶狀料并觀察截面形狀現(xiàn)象： 熔融料呈流線型，未塑化料始終呈固態(tài) 固液兩相有一明顯分界線 固相逐漸消失，固體塑化完全集中在熔膜處熔融機理：加料段壓實逐漸熔融成一層熔膜超過后邊螺槽刮落于前側形成熔體池固體床減小直至物料完全熔融三.熔體輸送理論將螺桿、料筒展開，料筒與螺桿的相對速度Vb被分解為平行于螺槽方向的分速度Vbx和垂直于螺槽方向得分速度Vbz,使熔體產(chǎn)生了不同方向的流動，從而實現(xiàn)了熔體的輸送和混合。1.假設P1232. 熔體輸送、混合機理

5、在機頭阻力下，產(chǎn)生了沿螺桿方向的壓差，另外由于螺桿和料筒有間隙，使熔體有四種形式的流動：正流、逆流、環(huán)流和漏流。 正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz產(chǎn)生沿螺槽向機頭方向的流動。由于螺桿轉動，塑料在螺桿根部與機筒間形成相對運動造成的，決定擠出量的大小逆流（反流）Qp，與Qd相反的流動。由機頭、多孔板等阻力元件對熔體的反壓力造成，也叫壓力流，隨機頭壓力的升高而增加橫流（環(huán)流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽內(nèi)與正流垂直的流動。對總擠出量影響不大，可忽略不計，但對熔體的混合、塑化、熱交換起重要作用漏流Ql，由機頭阻力元件引起的物料反向流動，沿螺桿與料筒間隙向加料口方向流動，可降低擠出量

6、。正常情況很小0.10.6mm，Ql小，但磨損嚴重時，Ql的增加與平方成正比。3.擠出量的計算若忽略漏流PCPBANeLPDLPHDNHDQQQmbbmbmbbbmblpdm10tan12sin2cossinQ3222322PBANQm4.討論（影響擠出量的因素）mlpmQQPPQQ,則 mmQNNQ, mlmQQQ, 使物料足夠熔化以上在一般,D5L,;,mpmmpmmmmQLQQHHLQ四擠出機的工作狀態(tài)1螺桿特性線，擠出機穩(wěn)定后 A,B為常數(shù)， 只與螺桿結構尺寸有關，是一組與螺 桿轉速相對應的斜率為負值的平行直線，稱螺桿特性線2口模特性曲線 熔體通過機頭和口模時的流動方程為 K為阻力系數(shù)

7、（口模常數(shù)），僅與口模形狀和尺寸有關， 為口模兩端壓差 給定螺桿和口模時，N一定, 壓差及Qm也確定下來了,這樣可求出指定擠出機配合不同口模時的擠出量.PBANQmPQmPKmQP3.擠出機工作曲線螺桿、口模特性已知，n選定后，可找出擠出機工作點C當螺桿或口模改變一項，C點改變，可得到相應的熔體輸送速率和機頭壓力第三節(jié) 常用機頭和口模形式機頭：機頭和口模常連為一體,通稱機頭,包括過濾網(wǎng)、多孔板、分流梭（有時與模芯結合為一個部件）、模芯、口模等 機頭的作用： 改變?nèi)廴谖锪系牧鲃臃较?，使其由螺旋變?yōu)橹本€運動； 產(chǎn)生必要的壓力使制品密實；使物料進一步塑化均勻；成型制品。濾網(wǎng)screen，過濾機械雜質

8、、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片疊在一起的30120目不銹鋼網(wǎng)組成，用多孔板支承。多孔板（篩板、分流板）厚度為螺桿直徑的1/31/5，上邊鉆有36mm的中間疏、兩邊密的同心圓孔，距螺桿頭部0.1D,即約為計量段一個螺槽容積，太大易積料分解，太小料流不穩(wěn)定。分流器（魚雷頭），將圓柱形料流變?yōu)楸…h(huán)狀并便于進一步加熱塑化。大型分流器內(nèi)設加熱器，支架用以支承分流器及芯棒，同時使料流分束以加強攪拌，小型分流器與芯棒做為一體。1擠管機頭1.直通式熔體在機頭中流動方向與螺桿軸向一致結構簡單易制造適于硬、軟PVC,PE,PA2.直角式熔體在機頭中流動方向與螺桿軸向垂直從料筒流出的熔體繞過

9、芯模再向前流動，會產(chǎn)生一條分流痕，流動阻力小，料流穩(wěn)定，出料均勻，但其結構復雜，占地面積大。適于PP、PE及尺寸要求嚴格的管材3.旁側式熔體經(jīng)過一個近似直角的過渡區(qū)才流入機頭阻力大，結構更復雜。上述幾種機頭由于存在分流器支架,會產(chǎn)生熔接線,影響制品外觀及質量消除熔接線的方法: 適當加大口模平直段(成型段)長； 增大分流器支架與出料口的距離；使進口角(擴張角)大于出口角(收縮角)； 加大機頭進口處截面與出口截面比; 采用異型芯棒(目的是增大料流阻力).4.篩孔板式：(生產(chǎn)聚烯烴類大管時,可克服自重產(chǎn)生的薄厚不均現(xiàn)象)無分流梭和芯模,物料經(jīng)篩孔板進入口模成型段可保證物料充分熔融、塑化無熔接痕，強度

10、高，結構緊湊，占地面積小。二.板（片材）機頭口模由引流道、分配腔和模唇組成1.支管式為將圓柱狀流體變?yōu)楸馄降木匦谓孛媲矣邢嗟攘魉俚牧黧w，要設置一個縱向切口為管狀的分配腔，其作用是對熔體穩(wěn)壓、分流，使其均勻地擠出寬幅制品。優(yōu)點是結構簡單，制造容易；可調幅寬；溫度易控制；體積小，重量輕2.魚尾形：熔體從中部進入沿扇形擴展開來 優(yōu)點是物料呈流線型流動；物料停留時間短，適用的溫度范圍 廣；結構簡單 缺點是魚尾形部分擴張角不可過大（避免中心處壓力速度太大造成中心出料多兩端少）；不能生產(chǎn)寬幅制品3.衣架式：分配腔為兩根直管遞減的支管并有一個擴張角可 大至160170的型腔，（吸收了支管式和魚尾形機頭的優(yōu)點

11、） 優(yōu)點是支管小，縮短了物料在機頭內(nèi)的停留時間；扇形型腔提高了制品的薄厚均勻性，制品幅寬可達45m4.螺桿分配式：在直支管式機頭模腔中插入一根旋轉的分配螺桿分配螺桿的作用是將模腔內(nèi)的熔體進一步塑化并沿寬度方向均勻分布；壓力沿橫截面各點一致，擠速均勻；減少機頭內(nèi)積料的可能性優(yōu)點：生產(chǎn)能力高，制品均勻；可以發(fā)泡成型，易成型寬、厚板材；機頭內(nèi)料溫易控制；可連續(xù)運轉缺點是加工困難，成本高；分配螺桿旋轉，使料流到口模區(qū)變?yōu)橹本€運動的距離短，易在制品中留下波浪形痕跡三.吹膜用機頭1.芯棒式：（側進料）料流在芯棒處分為兩股，再沿芯棒尖的斜刀口處匯合，向?？诔时」軘D出，芯棒中通壓縮空氣吹脹。 優(yōu)點是機頭內(nèi)通道

12、間隙小，存料少，物料不宜過熱分解，適于加工PVC料；只有一條熔接線；加工方便。 缺點是芯棒尖處易積料；壓力作用到芯棒尖上，易偏中，造成制品不均勻開裂。2.十字形：（中心進料）PP,PE等熱穩(wěn)料優(yōu)點是壓縮比可大到78，無偏心缺點是有分流器支架，存在34條熔接線（可在支架上方開設緩沖槽改善）3.螺旋式：存在漸變的48條螺紋形流道，物料逐漸由螺旋變?yōu)檩S向運動，再自環(huán)形間隙擠出膜管優(yōu)點是無熔接線；芯棒不偏心，成型穩(wěn)定，厚薄均勻；芯棒粗，不易變形缺點是加工復雜 4.旋轉式芯棒和口模各自能單獨旋轉優(yōu)點是使厚度不均勻性被平均分配到整個圓周上，卷取平整；消除了熔接線缺點是加工、控制復雜 四.異型口模板接式,P

13、P ,PE，結構簡單，但波動大；流線型，硬PVC,造價高， 加工難度大。第四節(jié) 擠出機的加熱冷卻系統(tǒng)一.加熱料筒熔融段和機頭外部方式有電、液體和蒸汽加熱。二.冷卻螺桿加料段逆向通冷卻水以加大輸送能力加料口下方用冷卻水冷卻，防止熱量傳向傳動側燒壞電機，并防止料斗中“架橋”料筒非工作側用鼓風機帶走過多的熱量防止物料分解。第五節(jié) 幾種制品的擠出工藝一.管材的擠出（棒材、板材、異型材擠出類似）(一)擠出流程及主要輔助設備常見的是圓管，材料有PE、PP、PCPA軟質PVC、ABS,國內(nèi)以PE、PP、軟質PVC、ABS等為主，是國際公認的金屬管替代品，也是綠色節(jié)能產(chǎn)品1.生產(chǎn)流程:機頭擠出，冷卻定型、冷卻

14、、牽引、切割或卷曲2.定型(定徑)作用：將機頭擠出材料的形狀穩(wěn)定下來，得到更為精確的截面形狀、尺寸和表面粗糙度，有內(nèi)定徑和外定徑法兩種(1)內(nèi)徑定徑法一般用于直角機頭上，連在口模芯模上內(nèi)通冷卻水，定型套有0.6%1%錐度，長80300mm,外徑比管材內(nèi)徑大2%4%，利于收縮后尺寸在控制范圍內(nèi)并保證管材內(nèi)壁粗糙度(2)外定徑法（我國常用方法）真空定徑：管外抽真空而將管外壁吸附在冷卻定型套內(nèi)壁上內(nèi)壓法定徑：管內(nèi)加壓縮空氣，管外加冷卻定型套4.牽引裝置橡膠帶式滾輪式履帶式（二）幾種管材生產(chǎn)工藝1.PE管材優(yōu)點突出，成型加工容易，具有良好的韌性、無毒、耐腐蝕、耐寒性和電性能廣泛用于自來水管、煤氣管、排

15、污管、灌溉管、化工管道及電線絕緣套管LDPE擠出時溫度分五段控制機身：供料段90100，壓縮段100140，計量段140160；機頭：分流器140160，?？?40160HDPE溫度一般較LDPE高20另定型套水溫3050一般PE管材口模溫度低于料筒最高溫度，原因是：熔體粘度低，成型溫度范圍寬，降低溫度利于成型，使制品更密實；利于定型，提高生產(chǎn)率；節(jié)約能源。2.PP管材無毒、耐腐蝕、強度高、耐熱性好、重量輕廣泛用作腐蝕性化工液體和氣體的輸送管，農(nóng)田排灌管普通PP性能缺陷很大，一是低溫脆性大，二是耐老化性差，一般要改性處理，常用改性配方如下：PP 100 HDPE 1020 抗氧劑1010 0.

16、51 CaCO3 10工藝溫度機身：供料段165，壓縮段180，計量段220；機頭：一區(qū)230，二區(qū)220，口模195一般采用外定徑法(真空定徑或內(nèi)壓外定徑法)3.硬質PVC管材耐腐蝕、絕緣性好主要做輸送流體及做電線套管等生產(chǎn)工藝擠出(粒料)溫度：機身依次為100120，120140，140160，分流器160180，口模180190，機頭185190螺桿轉速：直徑為45mm的單螺桿擠出機轉速為2040r/min牽引速度：比擠出速度快1%10%螺桿冷卻：材料流動性差，螺桿溫度偏高會粘料，適當降低螺桿溫度可使塑料與螺桿間的摩擦系數(shù)降低，減少摩擦生熱，防止物料分解。冷卻介質用水二.雙向拉伸薄膜的平擠生產(chǎn)流程擠出-冷卻-預熱- 縱向拉伸-再冷卻-橫向拉伸熱處理-切邊卷取擠出后的厚片先急冷，目的是控制結晶度5%預熱：將溫度調整到熔點以下 縱向拉伸后再冷卻的目的：使結晶停止并固定分子的取向結構；張緊厚片防止其回縮工藝示例PP:薄膜厚度1060m，擠出溫度250270，流延溫度3040，縱向拉伸溫度125145、拉伸比4.56.0，橫向拉伸溫度160170，拉伸比9.010.0,熱處理溫度，170180陳化處理23天，釋放拉伸應力和薄膜表面和起作用的添加劑遷移到表面三.吹塑薄膜生產(chǎn)薄膜的方法主要有：擠出吹塑、壓延、T型機頭擠出法、雙向拉伸法及流延法，其中擠出吹塑用