10高分子材料加工工藝學(xué)(第十章)

高分子材料加工工藝學(xué)

楊彥功

2012.3

1山東理工大學(xué)教案

2011~2012學(xué)年第2學(xué)期

課程名稱高分子材料加工工藝學(xué)A（總論）授課對(duì)象材本09級(jí)復(fù)合方向主講教師楊彥功教師所在院（部）、系（室）材料科學(xué)與工程學(xué)院材化教研室選用教材高分子材料加工工藝學(xué)A學(xué)時(shí)/學(xué)分48學(xué)時(shí)/3學(xué)分山東理工大學(xué)2012.32高分子材料加工工藝學(xué)第十章塑料制品的成型加工楊彥功3山東理工大學(xué)教案材本第

14-17次課教學(xué)課型：理論課主要教學(xué)內(nèi)容（注明：*重點(diǎn)#難點(diǎn)）第十章本章共有5節(jié)內(nèi)容，其中：第1節(jié)講述合成樹(shù)脂及其添加劑第2節(jié)是物料的配制，包括物料混合原理、效果評(píng)價(jià)及配制方法。第3節(jié)是擠出成型，包括擠出機(jī)結(jié)構(gòu)，擠出理論、擠出成型工藝與過(guò)程、典型制品的擠出成型工藝和擠出新技術(shù)*。第4節(jié)是注射成型，包括注射設(shè)備、成型過(guò)程及工藝條件*。第5節(jié)是塑料的的其它成型，包括中空吹塑、發(fā)泡、模壓和真空成型。教學(xué)目的要求：學(xué)習(xí)本章內(nèi)容主要學(xué)習(xí)塑料的各種生產(chǎn)加工方法，了解和掌握擠出、注塑等生產(chǎn)工藝原理與技術(shù)，及塑料的性能和應(yīng)用。教學(xué)方法和教學(xué)手段：采用多媒體教學(xué)，提問(wèn)時(shí)和啟發(fā)式教學(xué)討論、思考題、作業(yè)：1.共擠出與復(fù)合擠出對(duì)改進(jìn)塑料制品的作用有哪些？2.比較擠出螺桿與柱塞螺桿推料方向與作用有何區(qū)別？3.試說(shuō)明模具的作用與主要組成部件。壓縮模塑與傳遞模塑的主要區(qū)別。4第十章塑料制品的成型加工

楊彥功內(nèi)容提要：本章共有5節(jié)內(nèi)容，其中：第1節(jié)講述合成樹(shù)脂及其添加劑，可適當(dāng)了解。第2節(jié)是物料的配制，包括物料混合原理、效果評(píng)價(jià)及配制方法，要注意掌握。第3節(jié)是擠出成型，包括擠出機(jī)結(jié)構(gòu)，擠出理論、擠出成型工藝與過(guò)程、典型制品的擠出成型工藝和擠出新技術(shù)。要重點(diǎn)掌握。第4節(jié)是注射成型，包括注射設(shè)備、成型過(guò)程及工藝條件，也要認(rèn)真學(xué)習(xí)和掌握。第5節(jié)是塑料的的其它成型，包括中空吹塑成型、發(fā)泡、模壓和真空成型，也是需要要很好掌握的內(nèi)容。5第十章塑料制品的成型加工1.塑料定義：是指一定配合的高分子化合物在成型設(shè)備中，受一定溫度和壓力的作用熔融塑化．然后通過(guò)模塑成一定形狀，冷卻后在常溫下能保持既定制品形狀的一類高分子材料。本章主要介紹塑料制品的生產(chǎn)工藝與制備方法。6第一節(jié)合成樹(shù)脂及其添加劑塑料的主要成分是樹(shù)脂，樹(shù)脂是指用聚合方法制得的高分子化合物原料顆?；蚍垠w。另外還要加進(jìn)一些助劑，助劑主要是為了改進(jìn)塑料的成型性能和使用性能，同時(shí)也可以降低成本。7一、合成樹(shù)脂用作塑料加工的合成樹(shù)脂主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯、酚醛樹(shù)脂等。(一）聚乙烯分子式為：通常包括低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、線型低密度聚乙烯(LLDPE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。(1)低密度聚乙烯(LDPE)

是在反應(yīng)溫度150一300℃，反應(yīng)壓力150—300MPa條件下，采用O2或過(guò)氧化物作引發(fā)劑的乙烯氣相本體自由基聚合而成的聚合物。是高壓法聚乙烯。8通常采用釜式法和管式法實(shí)施。釜式法常用過(guò)氧化物引發(fā)劑，由于攪拌作用，釜內(nèi)返混嚴(yán)重，所得LDPE的相對(duì)分子質(zhì)量分布較寬，支鏈分布窄，長(zhǎng)支鏈多；而管式法常以O(shè)2作引發(fā)劑，所得LDPE的相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄，支鏈分布寬，長(zhǎng)支鏈少。必須指出：反應(yīng)壓力高，相對(duì)分子質(zhì)量較高，支鏈較少；反應(yīng)溫度高，相對(duì)分子質(zhì)量較低，支鏈較多。(2)中壓法高密度聚乙烯系在反應(yīng)溫度130—270℃，反應(yīng)壓力1．8—8MPa條件下，乙烯溶于烷烴溶劑中的溶液聚合，采用載于SiO2—A12()3上的CrO3為催化劑或載于γ—A1203上的MoO3為催化劑的離子聚合方法。其所得產(chǎn)物支鏈較少，分子鏈等規(guī)度較高，屬高密度聚乙烯。9(3)低壓法高密度聚乙烯在反應(yīng)溫度85一100℃，反應(yīng)壓力常壓-2MPa條件下，采用Zeigler-Natta催化劑的乙烯絡(luò)合配位聚合，支鏈較少，分子等規(guī)度高，密度較高，稱高密度聚乙烯。(4)線型低密度聚乙烯(LLDPE)系乙烯與C4~C8烯烴共聚，用低壓法生產(chǎn)高壓法產(chǎn)品，反應(yīng)溫度80—230℃，反應(yīng)壓力1-4MPa，采用ZeiglepNatta催化劑生產(chǎn)LLDPE.(5）超高分子量聚乙烯（UHMWPE)分子量在5×105~6，具有線性結(jié)構(gòu)的熱塑性工程塑料材料。用作耐沖擊性的部件、齒輪等。1011（二）聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC)樹(shù)脂是由氯乙烯單體經(jīng)均聚或與其他單體共聚而成的一類聚合物的統(tǒng)稱。聚氯乙烯樹(shù)脂是白色或淡黃色的堅(jiān)硬粉末，密度約1.49，氯原子的存在使材料具有阻燃性。Tg約為80℃，在80～85℃開(kāi)始軟化，完全流動(dòng)溫度約為140℃

，此時(shí)聚合物已開(kāi)始明顯分解并析出氯化氫，因氯化氫有自動(dòng)催化分解作用，使分解加快，所以工業(yè)上生產(chǎn)各種品級(jí)和牌號(hào)的聚氯乙烯都加有熱穩(wěn)定劑。由于聚氯乙烯熔體黏度高，流動(dòng)性差，必須添加增塑劑改善其加工性能。根據(jù)增塑劑用量的不同，可分為硬質(zhì)PVC(增塑劑質(zhì)量含量小于10％)和軟質(zhì)PVC。硬質(zhì)PVC主要用于成型管材、板材等，軟質(zhì)PVC可做薄膜、人造革、軟管等制品。12通常采用以下方法生產(chǎn)：

(1)本體聚合法氯乙烯單體(VCM)在油溶性引發(fā)劑存在下，加熱到一定溫度使之聚合的一種生產(chǎn)PVC的方法。由于不用水和分散劑等添加劑，聚合工藝簡(jiǎn)化，顆粒形態(tài)和樹(shù)脂質(zhì)量大有改進(jìn)，與懸浮聚合法PVC相比．透明性、電絕緣性能優(yōu)良、吸收增塑劑較快、加工流動(dòng)性好。此種聚合方法必須解決聚合反應(yīng)熱的排除、樹(shù)脂顆粒形態(tài)的控制和防止粘釜三大技術(shù)難題。兩段聚合工藝可以解決這些問(wèn)題。13(2)懸浮聚合法在攪拌作用和分散劑的保護(hù)作用下，VCM在以水為介質(zhì)的體系中分散成穩(wěn)定的液滴，然后在油溶性引發(fā)劑作用下使之聚合生產(chǎn)Pvc的一種方法。(3)乳液聚合法在乳化劑存在下，將VCM分散在水中形成乳狀液，然后在水溶性引發(fā)劑作用下聚合生產(chǎn)乳液Pvc樹(shù)脂的一種方法。此法所得樹(shù)脂顆粒較細(xì)，用作糊樹(shù)脂。14（三）聚丙烯聚丙烯密度較低，具有優(yōu)良的物理性能，特別是填充和復(fù)配后更好．加上良好的注塑特性，使之得以大量應(yīng)用。聚丙烯應(yīng)用中注塑制品占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，包括硬包裝(如瓶蓋、容器)、消費(fèi)用品(如家用器具)、運(yùn)輸(如汽車內(nèi)裝飾)、器械及醫(yī)用制品(如注射器、工具箱)。我國(guó)包裝市場(chǎng)廣闊，編織袋產(chǎn)量多年來(lái)均居世界首位。薄膜是我國(guó)聚丙烯樹(shù)脂的重要應(yīng)用領(lǐng)域，包括取向膜(OPP)、流延膜(cPP)及吹塑膜(IPP)。15（四）聚苯乙烯通常也采用本體聚合法、懸浮聚合法和乳液聚合法生產(chǎn)，所得樹(shù)脂的性能和用途也有差異，如下表所示。16（五）ABS

ARS樹(shù)脂通常是指聚丁二烯橡膠與單體苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物，ABS一般結(jié)構(gòu)如下：其中A代表丙烯腈，提供耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性，B代表丁二烯，提供韌性和抗沖性．s代表苯乙烯，賦予剛性和易加工性。但是，在接枝共聚反應(yīng)中，單體苯乙烯和丙烯腈會(huì)發(fā)生共聚生成游離SAN(丙烯腈和苯乙烯共聚物)。所以，實(shí)際上得到的是ABS和SAN的混合物。商業(yè)上通常將這種混合物與其他SAN的摻混物稱之為ABS樹(shù)脂。17

AB5樹(shù)脂具有復(fù)雜的二相結(jié)構(gòu)。橡膠是分散相，SAN作為基體樹(shù)脂是連續(xù)相。橡膠以顆粒狀分散腈在基體樹(shù)脂中。由于橡膠顆粒的存在．使ABs樹(shù)脂具有更優(yōu)異的性能．其具有高抗沖擊性、高剛性、耐油性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性，機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能優(yōu)良,是一種用途極廣泛的熱塑性工程塑料，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑工業(yè)等。改變ABS樹(shù)脂中3種組分比例，可適應(yīng)各種特殊應(yīng)用。按配料組成不同，ABs樹(shù)脂可分為通用型、中抗沖型、高抗沖型、耐低溫抗沖型、耐熱型、耐候型等品種。18（六）聚碳酸酯聚碳酸酯(PC)是指在分子主鏈中含有重復(fù)單元碳酸酯基(O-R-O-CO)的高分子化合物的總稱。隨著R基團(tuán)的不同，可以分為脂肪族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯和脂肪-芳香聚碳酸酯。工業(yè)上具有實(shí)用價(jià)值的是芳香族聚碳酸酯，特別是雙酚A型聚碳酸酯，其特點(diǎn)是原料價(jià)格低廉、加工性能及制品性能優(yōu)良。雙酚A型聚碳酸酯的分子結(jié)構(gòu)式如下：19雙酚A型聚碳酸酯為優(yōu)良的工程塑料，透光率為87％一91％，與PMMA相近；成型收縮率小且均勻，尺寸穩(wěn)定性良好，可制造高精度產(chǎn)品耐熱性良好，可在130℃下長(zhǎng)期使用，電性能優(yōu)異；其制造方法如下：

(1)酯交換法采用雙酚A和碳酸二苯酯在催化劑存在下，在約200℃熔融狀態(tài)下進(jìn)行酯交換，然后在295—300℃下縮聚得PC，此法獲得的樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量受到限制，一般在2．5—3萬(wàn)。(2)光氣法采用雙酚A和光氣在氫氧化鈉或吡啶和溶劑存在下，反應(yīng)制得Pc。此法得到的樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量很高，可達(dá)(15—20）×l04。20（七）聚砜聚砜類樹(shù)脂(PolysulfonePlastic)是指大分子主鏈中含有砜基(一S02一)和芳環(huán)的高分子聚合物。屬熱塑性工程塑料。目前聚砜塑料主要有以下3類：21聚砜大分子鏈剛性大，玻璃化溫度高，例如PSU、PAS、PES三者的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)分別為196℃，288℃和225℃

，其熔體黏度也很高，成型時(shí)螺桿的溫度一般在300-360℃

，也正是其剛性鏈的結(jié)構(gòu)使成型后制品的性能比其他工程塑料優(yōu)良(表10一2)。2223(八)聚酰胺聚酰胺(Polyamide，PA)也稱尼龍(Nylon)，是一類主鏈上含有許多重復(fù)酰胺基團(tuán)(-HNCO-)的高分子化合物。聚酰胺首先是作為最重要的合成纖維原料而發(fā)展起來(lái)的，后來(lái)才用做塑料，且在塑料工業(yè)中占有很重要的地位，是工程塑料之一。聚酰胺是結(jié)晶性聚合物，密度1.01～1.15，是塑料中吸濕性最強(qiáng)的樹(shù)脂，例如聚酰胺6的吸濕率為4.5％，聚酰胺3的吸濕率可達(dá)7.0％～9.0％，所以成型前要進(jìn)行干燥。聚酰胺塑料具有耐磨、強(qiáng)韌、質(zhì)輕、耐藥品，耐熱、耐寒、易成型、無(wú)毒、自潤(rùn)滑和易染色等優(yōu)點(diǎn)，因而是最早應(yīng)用于受力結(jié)構(gòu)部件的工程塑料，例如齒輪、凸輪和軸承等傳動(dòng)和摩擦零件。在與金屬材料及其他工程塑料的競(jìng)爭(zhēng)中，通過(guò)不斷完善技術(shù)和性能，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。可作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件、電氣部件、車體部件、機(jī)械設(shè)備等。24（九）酚醛樹(shù)脂酚醛樹(shù)脂(PF)耐熱性和電絕緣性優(yōu)良，是重要的熱固性塑料。其生產(chǎn)可分為兩個(gè)過(guò)程：一是具有反應(yīng)活性的線型或支化型低聚物的合成；二是上述低聚物在固化劑及一定條件下，使未反應(yīng)的潛在官能團(tuán)進(jìn)一步反應(yīng)，生成不熔不溶的體型結(jié)構(gòu)的高分子化合物。下面以最常用的苯酚—甲醛樹(shù)脂加以說(shuō)明。

(1)堿法酚醛樹(shù)脂甲醛和苯酚(醛/酚比＞1)在堿性催化劑(PH＞7)存在下形成多種羥甲基苯酚。(2)酸法酚醛樹(shù)脂采用酸性催化劑(PH＞1)存在下，甲醛和苯酚(醛酚比＜1)反應(yīng)形成低聚物。25(3)酚醛樹(shù)脂的固化堿法酚醛樹(shù)脂由于含有經(jīng)甲基、二亞甲基醚和活潑氫原子，受熱或在酸性條件下，可繼續(xù)反應(yīng)，形成體型結(jié)構(gòu)的高分子化合物；酸法酚醛樹(shù)脂由于只含活潑氫原子，必須加入六次甲基四胺、多聚甲醛等可以與活潑氫原子繼續(xù)反應(yīng)的固化劑，才能繼續(xù)反應(yīng)，形成體型結(jié)構(gòu)的高分子化合物。酚醛樹(shù)脂的固化歷程大致可分為三個(gè)階段：26甲階酚醛樹(shù)脂：為苯酚和甲醒縮聚、干燥脫水后得到的產(chǎn)品，熱可熔化，也能溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲?；乙階酚醛樹(shù)脂：甲階酚醛樹(shù)脂繼續(xù)加熱，分子上的羰基在分子間反應(yīng)而交聯(lián)，相對(duì)分子質(zhì)量增大，外觀上呈固化，受熱可軟化但不能熔化，在適當(dāng)溶劑中只能溶脹不能溶解；丙階酚醛樹(shù)脂：乙階酚醛樹(shù)脂繼續(xù)受熱，發(fā)生深度交聯(lián)，變成不熔不溶的體型結(jié)構(gòu)的高分子化合物。27(十)其他樹(shù)脂：除上述樹(shù)脂外，聚苯醚(PPO)、聚甲醛(POM)是重要的工程塑料品種；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是透明度高、耐候性好、迄今為止合成透明材料中價(jià)格適宜，質(zhì)地優(yōu)異的樹(shù)脂品種；聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)和聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)也是工程塑料的重要樹(shù)脂。熱固性樹(shù)脂如酚醛樹(shù)脂(PF)、氨基樹(shù)脂(Aminoresin)、環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxide，EP)等也是塑料成型加工中的重要原料品種28二、添加劑添加劑又稱助劑，是實(shí)現(xiàn)高分子材料成型加工工藝過(guò)程并最大限度地發(fā)揮高分子材料制品的性能或賦予其某些特殊功能性必不可少的輔助成分。以塑料添加劑為例，現(xiàn)有30多個(gè)功能類、200多種化合物、4000多個(gè)牌號(hào)。29（一）增塑劑1.增塑劑是指用以使高分子材料制品塑性增加，改進(jìn)其柔軟性、延伸性和加工性的物質(zhì)。增塑劑主要用于聚氯乙烯、聚乙酸乙烯、丙烯酸酯類塑料和纖維素塑料，其中聚氯乙烯塑料的用量最大，占增塑劑總產(chǎn)量的80％以上。因Pvc分子間存在著極性，分子鏈僵硬。加入增塑劑后，就可制得軟質(zhì)Pvc塑料制品。通常情況下，軟質(zhì)PvC塑料中增塑劑為45—50份／100份樹(shù)脂。302.增塑劑也可分為極性增塑劑與非極性增塑劑，非極性增塑劑的主要作用是通過(guò)溶劑化作用來(lái)增大分子間距，削弱分子間作用力。而極性增塑劑則是靠極性基團(tuán)之間的作用，取代大分子之間的作用點(diǎn)來(lái)削弱大分子間作用力。3.按作用方式，有外增塑作用和內(nèi)增塑作用之分。外增塑劑用的是低分子質(zhì)量的化合物或聚合物，通常為高沸點(diǎn)的較難揮發(fā)的液體或低熔點(diǎn)的酯類固體。其分子上的極性基因與Pvc上的-Cl相互吸引，減少了Pvc分子間的相互作用，減少了物理交聯(lián)點(diǎn)。增加了Pvc分子鏈段活動(dòng)的空間，從而使PVC的Tg下降，塑性增加。這類增塑劑缺點(diǎn)是耐久性較差，易揮發(fā)、遷移和抽出。31起內(nèi)增塑作用的通常為共聚樹(shù)脂，即在均聚物Tg較高的單體中引入均聚物Tg較低的第二單體，進(jìn)行共聚，降低高分子化合物的有序程度(即結(jié)晶度)，增加分子的柔軟性，氮乙烯—醋酸乙烯共聚樹(shù)脂即為典型的一種。它們的優(yōu)點(diǎn)是耐久性好，不揮發(fā)，難抽出，缺點(diǎn)是在聚合過(guò)程中引入，工藝較復(fù)雜，成本高，應(yīng)用較少。324.理想的增塑劑，還必須與聚合物有較好的相容性，良好的加工性，耐低溫性能，耐老化性，耐揮發(fā)性、耐抽出性和耐遷移性。耐久性與增塑劑的相對(duì)分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)均有密切關(guān)系。增塑劑相對(duì)分子質(zhì)量在350以上才能有良好的耐久性，相對(duì)分子質(zhì)量在1000以上的聚酯類和苯多酸酯類(如偏苯三酸酯)增塑劑有十分良好的耐久性；5.增塑劑的混入方法主要是在一定溫度下用機(jī)械混合法強(qiáng)制混合到聚合物當(dāng)中。336.增塑劑的常用品種有以下幾類：(1)苯二甲酸酯類：常用品種包括鄰苯二甲酸二丁酚和二辛酯等。這類增塑劑的優(yōu)點(diǎn)是可使材料保持良好的絕緣性和耐寒性。(2)磷酸酯類：常用品種有磷酸三甲酚酯、磷酸三酚酯和三辛酯。這類增塑劑的特點(diǎn)是可以使材料保持良好的耐熱性，但耐寒性卻較差，且該類增塑劑有毒性。(3)己二酸、壬二酸、癸二酸等的二辛酪類：這類增塑劑可以使材料具有較好的耐寒性，但耐油性卻較差。34（二）穩(wěn)定劑高分子材料在制備(合成和干燥)、貯存、成型加工和應(yīng)用過(guò)程中，因受外界因素的作用下，會(huì)發(fā)生多種老化過(guò)程，發(fā)生表面狀態(tài)、物理機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)的變化，甚至失去使用價(jià)值。為防止上述現(xiàn)象發(fā)生，通常要加入某些光、熱、氧穩(wěn)定劑來(lái)提高塑料的穩(wěn)定性能。1.熱穩(wěn)定劑熱穩(wěn)定劑主要用于Pvc塑料中，是生產(chǎn)Pvc塑料最重要的添加劑。35熱穩(wěn)定劑的分類熱穩(wěn)定劑有鉛鹽類、金屬皂類、有機(jī)錫類、有機(jī)銻類、稀土類、復(fù)合穩(wěn)定劑等幾大類。穩(wěn)定劑的選擇理想的穩(wěn)定劑應(yīng)能滿足下列要求：具有吸收或中和Hcl的作用。與Pvc樹(shù)脂、增塑劑的相容性良好，且不會(huì)與其他添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。不影響Pvc制品的物理、機(jī)械加工和使用性能。且價(jià)廉，效果好，用量少。362.光穩(wěn)定劑許多高分子材料制品是在室外環(huán)境下使用的，由光引起的光降解作用是不容易忽視的。

1．高分子材料的光降解作用太陽(yáng)光進(jìn)入大氣層后,其中紫外光僅占太陽(yáng)總輻射量的6%左右。這部分波長(zhǎng)在290一400nm之間的紫外光線會(huì)引起高分子材料降解。因?yàn)樗笥诟叻肿硬牧现械湫突瘜W(xué)鍵的鍵能。

2．光穩(wěn)定劑的作用和分類光穩(wěn)定劑是指可有效地抑制光致降解物理和化學(xué)過(guò)程的一類化合物。通常，其用量為0．05％一2％。根據(jù)其作用機(jī)理可分為以下幾種。37(1)光屏蔽劑指能反射和吸收紫外光的物質(zhì)，可屏蔽紫外光波，減少紫外光的透射能力，從而使制品內(nèi)部不受紫外線的危害的通常為炭黑、某些元機(jī)顏料和填充劑。

(2)紫外線吸收劑指能強(qiáng)烈地選擇性吸收高能量的紫外線，并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，以熱能形式或無(wú)害的低能輻射將能量釋放或消耗的一類物質(zhì)。這是目前應(yīng)用最普遍的一類光穩(wěn)定劑。工業(yè)上常用二苯甲酮類和苯并三吡類。38(3)猝滅劑是指通過(guò)分子間的能量轉(zhuǎn)移，迅速而有效地將激發(fā)態(tài)分子(單線態(tài)氧和二線態(tài)物質(zhì))淬滅，使轉(zhuǎn)變成熱能或轉(zhuǎn)變成熒光或磷光．而輻射散失，回到基態(tài)的一類物質(zhì)常用鎳的有機(jī)化合物。(4)自由基捕捉劑指通過(guò)捕獲自由基，分解過(guò)氧化物。其特征是幾乎不吸收紫外光。常見(jiàn)的有受阻胺類光穩(wěn)定劑。393.抗氧劑(亦稱防老劑)抗氧劑是指可抑制或延緩高分子材料自動(dòng)氧化速度，延長(zhǎng)其使用壽命的物質(zhì)。在橡膠工業(yè)中抗氧劑也被稱為防老劑。分為兩大類：

(1)鏈終止型抗氧劑可與自由基R·反應(yīng)，中斷自動(dòng)氧化的鏈增長(zhǎng)，所以這類抗氧劑又稱主抗氧劑。常見(jiàn)有受阻酚類、仲芳胺類。

(2)預(yù)防型抗氧劑又稱輔助抗氧劑.這類抗氧劑又可分為兩類。①過(guò)氧化物分解劑常見(jiàn)的有有機(jī)亞磷酸酯、硫代二丙酸酯等。②金屬離子鈍化劑(銅抑制劑)主要為酰胺類及脂肪類?？寡鮿┧芰现杏昧繛閛.1-1％,在橡膠中用量為l-5份。40（四）填充劑為了提高塑料制品的物理-力學(xué)性能或賦予制品某種特殊性能，同時(shí)也提高加工性能，減少樹(shù)脂單耗或降低成本而加入的物質(zhì)稱為填充劑。填充劑的作用主要如下：（1）增加體積，減少高分子化合物的用量，降低制品成本。（2）改善某些特定的性能，如改善高分子化合物的熔融粘度、流動(dòng)性及其他加工性能；提高制品的電性能、導(dǎo)熱性、耐水、耐溶劑性和耐候性；賦予阻燃性等。41（3）改善橡膠混煉膠的性能，如調(diào)節(jié)可塑度和粘度，防止收縮，提高表面性能等；提高硫化膠的性能，如增加拉伸強(qiáng)度、抗撕強(qiáng)度、耐磨耗性、耐候性等。常用的填充劑有炭黑。碳酸鹽類、硫酸鹽類、金屬氧化物、金屬粉、高嶺土等粉狀、球狀類物質(zhì)。也有先與樹(shù)脂共混做成“填料母粒”在用作填充劑的。表10一3為常用填充劑種類、來(lái)源及其作用。424344（四）增強(qiáng)劑添加到樹(shù)脂中使其物理一力學(xué)性能得到提高的材料稱為增強(qiáng)劑。它實(shí)際也是一種填充劑，由于性能上的差別和近年來(lái)得到了較大的發(fā)展，因此特將其單列一類。增強(qiáng)劑有纖維類和非纖維類兩種。以纖維狀、晶須、織物狀填料為主。增強(qiáng)劑如玻璃纖維、硼纖維、碳纖維，金屬晶須，無(wú)機(jī)中空微球和金屬微球。纖維類增強(qiáng)劑具有更明顯的增強(qiáng)效果，大量用于各種塑料制品，例如環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯等與玻璃纖維或織物制成的玻璃鋼。其中玻璃纖維以提高拉伸強(qiáng)度著稱，價(jià)格便宜，應(yīng)用最普遍。近年來(lái)有一些高性能纖維，如碳纖維，芳綸加入增強(qiáng)纖維材料的行列，在宇航、化工、耐高溫等方面具有重要意義。45（五）阻燃劑大多數(shù)塑料是可燃燒的，能夠增加塑料等高分子材料耐燃燒性能的物質(zhì)統(tǒng)稱為阻燃劑。含有阻燃劑的塑料大多數(shù)是自熄性的，也可以是難燃的或不燃的。阻燃劑通常分為添加型和反應(yīng)型兩大類。添加型阻燃劑有磷酸鹽、鹵代烴和氧化銻等。反應(yīng)型阻燃劑主要有鹵代酸酐和含磷多元醇等。它們?cè)诰酆衔镏苽溥^(guò)程中加入，作為一個(gè)組分參加反應(yīng)而成為聚合物分子鏈的一部分，從而賦予了塑料阻燃性，且主要用于熱固性塑料。反應(yīng)型阻燃劑對(duì)制品性能影響小、阻燃性持久。46（六）著色劑

1.隨著塑料應(yīng)用的日益廣泛，除了要求塑料制品具有各種優(yōu)良的性能以外，還要考慮其外觀色澤，以提高制品的商品價(jià)值，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此常需要將塑料著色。2.塑料的著色，就是在塑料中或制品的表面上加入或涂覆一種物質(zhì)(通稱著色劑)，以改變?cè)猩珴?，而賦于制品各種鮮艷顏色或特殊光學(xué)性能的一種方法。3.塑料的著色，可分為內(nèi)著色和外著色兩種。內(nèi)著色是在塑料加工前的配料中加入著色劑。外著色是指在塑料制品的表面著色．諸如印刷、燙金、電鍍、貼花．真空蒸餃、涂布涂料等，474.著色劑的種類較多，按其形態(tài)可分為：（1）粉狀著色劑將著色劑研磨成細(xì)粉后，不加處理直接用于著色。（2）糊或膏狀著色劑把著色劑分散在增塑劑等揮發(fā)性有機(jī)液體中，制成糊或膏狀物，分散性好，無(wú)飛散污染等；但得多次研磨。（3）濃色母料將著色劑以高濃度分散在聚合物中，經(jīng)研磨成細(xì)粉后，再用于著色．（4）粒狀著色劑將著色劑分散在聚合物中，經(jīng)混煉制成粒狀料，分散好，質(zhì)量好，無(wú)飛散，且使用方便。48

5.按種類分，可分為染料和顏料兩大類。染料可溶于水、油、有機(jī)溶劑等，分子內(nèi)一般都含有發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)，具有強(qiáng)烈的著色能力，色澤鮮艷，色譜齊全。主要用于紡織纖維的印染，在塑料著色中應(yīng)用很少。顏料是不溶于水和溶劑的，為塑料的主要著色劑。它們呈微小顆粒分散于塑料中，藉遮蓋作用而著色。根據(jù)其化學(xué)組成，分為無(wú)機(jī)顏料和有機(jī)顏料兩類。無(wú)機(jī)顏料耐熱、耐光和耐磨性優(yōu)良。如二氧化鈦、鋅鋇白(立德粉)、鎘黃、鎘紅、鉻朱紅等。有機(jī)顏料耐熱、耐光和分散性均不及無(wú)機(jī)顏料，但色彩鮮艷等。如塑料紅GR、塑料紫RI(永固紫)、耐曬黃G。49(七）潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑是降低熔體與加工機(jī)械(如簡(jiǎn)體、螺桿)之間和熔體內(nèi)部相互同的摩擦和粘附，改善流動(dòng)性，促進(jìn)加工成型，提高生產(chǎn)能力和制品外觀質(zhì)量及光潔度等的一類添加劑。用量一般在o.5—1份之間。按作用機(jī)理可將潤(rùn)滑劑分為兩類。

(1)內(nèi)潤(rùn)滑劑利用其與高分子化合物之間一定的相容性，少量可以進(jìn)入高分子化合物的分子鏈之間，削弱分子鏈間的相互作用力。

(2)外潤(rùn)滑劑與高分子化合物相容性極差，只能附著在熔體或加工機(jī)械、模具的表面，形成潤(rùn)滑界面，降低熔體與加工機(jī)械之間的摩擦力。50(八)抗靜電劑?？轨o電劑是添加到塑料中或涂覆在塑料制品表面，以防止制品的靜電危害的一類化學(xué)助劑。抗靜電劑的作用是將體積電阻高的塑料表面層的電阻率降低到1010Ω·cm以下，從而降低塑料在成型加工和使用過(guò)程中的靜電積累一般高分子材料的體積電阻率都非常高，約在1010～1020Ω·cm范圍內(nèi)，其表面摩擦就容易產(chǎn)生靜電。會(huì)妨礙生產(chǎn)和制品的使用。因此，在使用中需消除靜電的危害。防止靜電危害的方法一方面是減輕或防止摩擦以減少靜電的產(chǎn)生；另一方面就是使用抗靜電劑?？轨o電劑主要有胺的衍生物、季銨鹽類、磷酸酯類和聚乙二醇酯類。這類物質(zhì)既有微弱的電離性，又有適當(dāng)?shù)奈裕瑸槠涮峁?dǎo)電能力。此外，導(dǎo)電填料(如炭黑、石墨、金屬粉或鍍金屬的纖維)也可作為抗靜電劑使用。51（九）發(fā)泡劑可使一定粘度范圍內(nèi)的液態(tài)或塑性狀態(tài)的高分子化合物形成微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。分為物理發(fā)泡劑：發(fā)泡過(guò)程中以其本身物理狀態(tài)的變化來(lái)達(dá)到發(fā)泡目的的物質(zhì)。如壓縮氣體（如氮?dú)猓?，揮發(fā)性液體等?；瘜W(xué)發(fā)泡劑：為無(wú)機(jī)或有機(jī)熱敏性化合物，在一定溫度下熱分解而產(chǎn)生一種或幾種氣體，使高分子化合物發(fā)泡。具體有無(wú)機(jī)發(fā)泡劑：如碳酸銨、亞硝酸銨，雙氧水等。有機(jī)發(fā)泡劑；如：N亞硝基化合物：發(fā)泡劑H等。偶氮化合物：偶氮二甲酸酯，偶氮二甲酸鋇等。52（九）其他助劑其它還有很多種助劑，例如防生物劑、驅(qū)避劑、防霉劑、加工改性劑增韌劑、增粘劑、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、抑煙劑、成核劑、熒光增白劑、橡膠軟化劑、抗沖擊改性劑等等?？偲饋?lái)講，它們的功能都是為改進(jìn)某些性能如增塑、增韌、潤(rùn)滑、穩(wěn)定、抗靜電、阻燃、填充、增強(qiáng)、著色等。這里不再一一討論。53第二節(jié)物料的配置一、物料混合的基本原理在高分子材料制品的生產(chǎn)中大部分由聚合物與其他物料混合，進(jìn)行配料后才能進(jìn)行成型加工。因此把各種組分混合在一起，成為均勻的體系(如粉料、粒料等)是成型加工前必不可少的過(guò)程，這一操作過(guò)程統(tǒng)稱為物料的配制。廣義的混合作用應(yīng)包括混合和分散兩個(gè)基本過(guò)程?；旌匣蚍Q單純混合是指兩種或多種組分占有的空間分布情況發(fā)生變化，各自向其他組分的空間分布，其原理如圖10-1所示。54分散是指在混合中，一種或多種組分的物理狀態(tài)或物理性能發(fā)生變化并向其他組分滲透的過(guò)程，如顆粒尺寸減小或溶于其他組分中。混合與分散作用一般是同時(shí)進(jìn)行和完成的，即在混合過(guò)程中，物料在混合的同時(shí)，通過(guò)粉碎、研磨等機(jī)械作用，使被混合物料的粒子不斷減小，從而達(dá)到均勻分散的目的。55混合過(guò)程中各組分單元分布非均勻性的減小和組分單元的細(xì)化，只能通過(guò)各組分單元的物理運(yùn)動(dòng)或在外力作用下的物理變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)這種運(yùn)動(dòng)和變化就是認(rèn)識(shí)混合機(jī)理的過(guò)程。目前對(duì)混合機(jī)理尚未獲得統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，在此從擴(kuò)散、對(duì)流、剪切三種作用來(lái)理解混合過(guò)程。1．?dāng)U散作用擴(kuò)散作用是利用各組分之間的濃度差，使組分微粒從濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域遷移，從而達(dá)到組成的均一。氣體與氣體、液體與液體或液體與固體之間，擴(kuò)散作用較明顯，但在固體物料之間，擴(kuò)散作用很小，需增加溫度和接觸面積才能實(shí)現(xiàn)。56按照Erdkey混合理論，混合涉及到三種擴(kuò)散形式，即分子擴(kuò)散、渦流擴(kuò)散和體積擴(kuò)散。(1)分子擴(kuò)散是由濃度梯度驅(qū)使自發(fā)地發(fā)生的一種過(guò)程，各組分的微粒子由濃度較大的區(qū)域遷移到濃度較小的區(qū)域，從而達(dá)到各處組分的均化。

(2)渦流擴(kuò)散即紊流擴(kuò)散。在化工過(guò)程中，流體的混合一般是靠系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生紊流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但在聚合物加工中，很少發(fā)生渦流分散。(3)體積擴(kuò)散即對(duì)流混合。是指流體質(zhì)點(diǎn)、液滴或粒子由系統(tǒng)的一個(gè)位置向另一位置的運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到各組份均勻分布。在聚合物加工中，這種混合占支配地位。572．對(duì)流作用兩種或兩種以上的物料各自向其他物料占有的空間流動(dòng)，從而達(dá)到組成均一。對(duì)流需要借助于外力的作用，通常采用機(jī)械攪拌力。要使其組成均一，對(duì)流作用必不可少。583．剪切作用利用機(jī)械的剪切力使物料組成達(dá)到均一，剪切作用可用圖10一2加以說(shuō)明。物料塊上有一個(gè)力F作用于上平面而使其產(chǎn)生移動(dòng)，由于下平面不動(dòng)使物料塊發(fā)生變形、偏轉(zhuǎn)和拉長(zhǎng)而成為圖10—2(b)中的形狀。在這個(gè)過(guò)程中物料本身的體積沒(méi)有變化，只是截面變小向傾斜方向伸長(zhǎng)，并使表面積增大，擴(kuò)大了物料的分布區(qū)域，因而使其進(jìn)入另外的物料塊占有空間的機(jī)會(huì)加大，滲入別的物料塊中的能力增加，因此達(dá)到了混合的目的。59剪切力的混合作用，特別適用于黏性物料，因?yàn)轲ば晕锪系酿ざ却?、流?dòng)性差，又不能用粉碎的方法將其分散混合。用剪切作用混合時(shí)，由于兩剪切力之間的距離一般都很小，因此，物料在變形過(guò)程中，能很均勻地分散在整個(gè)物料中。剪切的混合效果與剪切力的大小和力的作用距離有關(guān)。剪切應(yīng)力和剪切速率越大，混合效果就越好。在混合過(guò)程中，常使物料承受相互垂直的兩個(gè)方向剪切力的交替作用，以提高混合效果。通常在塑煉中是以變換物料的受力位置來(lái)改變剪切力方向，也就是通過(guò)機(jī)械或人力翻動(dòng)的辦法來(lái)不斷改變物料的受力位置，從而達(dá)到混合和分散均勻的目的。實(shí)際上在混合過(guò)程中，擴(kuò)散、對(duì)流、剪切三種作用都是同時(shí)進(jìn)行的，只是在一定條件下，三種作用中的某種占優(yōu)勢(shì)而已。但不管哪種作用，除了造成層內(nèi)流動(dòng)還應(yīng)產(chǎn)生層間流動(dòng)，才能達(dá)到最佳的混合效果。60二、物料混合工藝與設(shè)備塑料是以合成樹(shù)脂為主要成分與某些配合劑相互配合而成的一類可塑性材料。根據(jù)組成不同，塑料可分為單組分和多組分塑料。塑料的配制是一個(gè)較復(fù)雜的的過(guò)程，一般包括原料的準(zhǔn)備、混合、塑化、粉碎或?；裙ば颍渲形锪系幕旌虾退芑亲钪饕墓に囘^(guò)程。工藝流程見(jiàn)圖6所示。6162（一）、物料的混合1.原料的準(zhǔn)備原料的準(zhǔn)備主要是對(duì)原材料進(jìn)行預(yù)處理、配料、計(jì)量和輸送、除雜質(zhì)和水分等。包括樹(shù)脂過(guò)篩、除雜、干燥；增塑劑細(xì)化、預(yù)熱；穩(wěn)定劑、填充劑和著色劑等組分分散在樹(shù)脂中，混合攪拌均勻。有時(shí)，攪拌后還須再用三輥研磨機(jī)或其他裝置研細(xì)。還包括物料的計(jì)量和儲(chǔ)存等過(guò)程。632.物料的混合工業(yè)上，混合一般由初混合和初混物的塑煉兩部分組成。物料的初混合是一種在樹(shù)脂熔點(diǎn)以下和較為緩和的剪切力作用下進(jìn)行的簡(jiǎn)單混合。其過(guò)程僅在于增加各組分微粒空間的無(wú)規(guī)則排列程度，微粒的尺寸尚未減小?；旌弦揽吭O(shè)備的攪拌、振動(dòng)、翻滾、研磨等作用完成。這是指物料的初步混合，是一種簡(jiǎn)單混合。一般使用s型和z型捏合機(jī)，主要適用于固態(tài)和液態(tài)混合，對(duì)物料有較強(qiáng)的撕捏作用，另外還有轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī)和螺帶式混合機(jī)。64（2）初混物的塑煉這是物料在初混合基礎(chǔ)上的再混合過(guò)程，是在高于樹(shù)脂流動(dòng)溫度和較強(qiáng)剪切作用下進(jìn)行的。塑煉的目的是使物料在溫度和剪切力的作用下，獲得剪切混合的作用，驅(qū)出其中的水分和揮發(fā)物，使各組分的分散更趨均勻，得到具有一定可塑性的均勻物料。塑化的終點(diǎn)可以測(cè)定試樣的均勻和分散程度或試樣的撕裂強(qiáng)度來(lái)決定，但實(shí)際生產(chǎn)上是憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定的。653.塑煉物的粉碎和?；癁榱吮阌谫A存、運(yùn)輸和成型時(shí)的操作，必須將塑化后的物料進(jìn)行粉碎或造粒，制成粉狀或粒狀塑料。一般擠出、注射成型要求的多是粒狀塑料，熱固性塑料的模壓成型多數(shù)是要求粉狀塑料。（1）

粉碎粉狀塑料一般是將塑化后的片狀物料用切碎機(jī)先進(jìn)行切碎，然后再用粉碎機(jī)粉碎得到。某些熱固性粉狀塑料，如酚醛壓塑粉則選用具有沖擊作用和摩擦作用的粉碎機(jī)和研磨機(jī)來(lái)完成粉碎。66（2）?；芰铣Ｓ镁哂星懈钭饔玫脑炝ＴO(shè)備造粒。造粒的方法根據(jù)塑化工藝的不同有以下三種。

(a)開(kāi)煉機(jī)軋片造粒開(kāi)煉機(jī)塑化或密煉機(jī)塑化的物料經(jīng)開(kāi)煉機(jī)軋成片狀物，經(jīng)過(guò)風(fēng)冷或水冷后進(jìn)入平板切粒機(jī)，先被上、下圓輥切刀縱切成矩形斷面的窄條，再被回轉(zhuǎn)刀模切成方塊狀的粒料。67(b)擠出機(jī)擠出條冷切造粒擠出機(jī)塑化的物料在有許多圓孔的口模中擠出料條，在水槽中冷卻后引出并切成粒料，用這種方法可制得圓柱形粒料。

(c)擠出熱切造粒此法是用裝在擠出機(jī)機(jī)頭前的旋轉(zhuǎn)切刀切斷由多孔口模擠出的塑化料條。切粒需在冷卻介質(zhì)中進(jìn)行，以防粒料互相粘結(jié)。68(二)物料混合設(shè)備工業(yè)上用于固體物料混合的設(shè)備主要有高速混合機(jī)、轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī)、雙錐混合機(jī)、螺帶混合機(jī)、Z型混合機(jī)、開(kāi)煉機(jī)等。1．高速混合機(jī)兼用于潤(rùn)性與非潤(rùn)性物料，而且更適宜于配制粉料。該機(jī)主要是由一個(gè)圓筒形的混合室和一個(gè)設(shè)在混合室的攪拌裝置組成(圖10一4)。69混合時(shí)，物料受到高速攪拌，在離心力的作用下，由混合室底部沿側(cè)壁上升，至一定高度時(shí)落下，然后再上升和落下，從而使物料顆粒之間產(chǎn)生較高的剪切作用和熱量。因此，除具有混合均勻的效果外，還可使塑料溫度上升而部分塑化。擋板的作用是使物料運(yùn)動(dòng)呈流化狀，更有利于分散均勻。高速混合機(jī)在需要時(shí)可利用外加熱套進(jìn)行加熱，視具體情況而定。702．轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī)圖10—5是最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)鼓式混合設(shè)備。轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī)的混合室兩端與驅(qū)動(dòng)軸相連接，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，混合室內(nèi)的物料即在垂直平面內(nèi)回轉(zhuǎn)。初始時(shí)位于混合室底部的物料由于物料間的黏結(jié)作用以及物料與側(cè)壁間的摩擦力而隨鼓升起，又由于離心力的作用，物料趨于靠近壁面，使物料間以及物料與室壁問(wèn)的作用力增大。當(dāng)物料上升到一定高度時(shí)，在重力作用下落到底部，接著又升起，如此循環(huán)往復(fù)，使物料在豎直方向反復(fù)重疊、換位，從而達(dá)到分散混合的目的（圖10-6）。713．臥式單螺帶混合機(jī)圖10一7所示為臥式單螺帶混合機(jī)。它由螺帶、混合室、驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)架組成?；旌鲜沂且粋€(gè)兩端封閉的半圓筒，上部有可以開(kāi)啟或關(guān)閉的壓蓋或加料口，下部有卸料口?；旌鲜铱稍O(shè)計(jì)為夾套式，用于通入加熱介質(zhì)或冷卻物料。72臥式單螺帶混合機(jī)是最簡(jiǎn)單的螺帶混合機(jī)。當(dāng)螺帶旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺帶的推力棱面推動(dòng)與其接觸的物料沿螺旋方向移動(dòng)。由于物料之間的相互摩擦作用，使得物料上、下翻轉(zhuǎn)，同時(shí)部分物料也沿著螺旋方向滑移，這樣就形成了螺帶推力棱面一側(cè)部分物料發(fā)生螺旋狀的軸向移動(dòng)，而螺帶上部與四周的物料又補(bǔ)充到螺帶推力面的背側(cè)(拖曳側(cè))，于是發(fā)生了螺帶中心處物料與四周物料位置的更換。隨著螺帶的旋轉(zhuǎn)，推力棱面一側(cè)的物料漸漸堆積，物料的軸向移動(dòng)現(xiàn)象減弱，僅發(fā)生上、下翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以臥式單螺帶混合機(jī)主要是靠物料的上、下運(yùn)動(dòng)達(dá)到徑向分布混合的。在軸線方向，物料的分布作用很弱，因而混合效果并不理想。734．Z形捏合機(jī)Z形捏合機(jī)又稱雙臂捏合機(jī)或Sigma槳葉捏合機(jī)，是廣泛用于塑料和橡膠等高分子材料的混合設(shè)備。典型的Z形捏合機(jī)結(jié)構(gòu)如圖10一8所示。Z形捏合機(jī)主要有轉(zhuǎn)子、混合室及驅(qū)動(dòng)裝置組成。混合室是一個(gè)W形或鞍形底部的鋼槽，上部有蓋和加料口，下部一般設(shè)有排料口。鋼槽呈夾套式，可通入加熱或冷卻介質(zhì)。對(duì)于轉(zhuǎn)子為相切式安裝的捏合機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料在兩轉(zhuǎn)子相切處受到強(qiáng)烈剪切，可達(dá)到很好的剪切作用。74（三）樹(shù)脂溶液的配制1.塑料溶液配置是將合成樹(shù)脂及各種配合劑加入到有機(jī)溶劑中制成溶液。2.溶液的制備工藝工業(yè)上常用下面兩種配制方法。（1)慢加快攪法先將溶劑置于溶解釜內(nèi)加熱至一定溫度，而后在恒溫和不斷攪拌的作用下，緩慢加入固體聚合物，直到加完為止。(2)低溫分散法先在溶解釜內(nèi)將溶劑的溫度降到其對(duì)聚合物失去溶解的活性溫度為止，而后將聚合物一次投入釜中，并使其很好地分散在溶劑中，再在不斷攪拌下將溫度升到溶劑具有熔化聚合物的活性，這樣就能使已經(jīng)分散的聚合物很快地溶解。753.溶膠塑料的配制溶膠塑料又稱糊塑料，是固體樹(shù)脂穩(wěn)定地懸浮在非水液體介質(zhì)中形成的分散體(懸浮體)。在溶膠塑料中氯乙烯聚合物或共聚物應(yīng)用最廣，通常稱聚氯乙烯糊。溶膠塑料中的非水液體主要是在室溫下對(duì)樹(shù)脂溶劑化作用很小而在高溫下又很易增塑樹(shù)脂的增塑劑或溶劑，是分散劑。除此之外，溶膠塑料還因不同的要求加入膠凝劑、填充劑等各種配合劑。溶膠塑料的配制，關(guān)鍵是將固體物料穩(wěn)定地懸浮分散在液體物料中。配制工藝通常由研磨、混合、脫泡和貯存等工序組成。76第三節(jié)擠出成型1.特點(diǎn).擠出成型是高分子材料加工領(lǐng)域中變化眾多、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。2.適用范圍.擠出成型工藝適合于所有的高分子材料。塑料擠出的制品目前約50％的熱塑性塑料制品是擠出成型的。橡膠的擠出成型通常叫壓出．在合成纖維生產(chǎn)中，螺桿擠出熔融紡絲，在合成纖維生產(chǎn)中占有重要地位。773.分類.1）根據(jù)擠出物料塑化方式不同，擠出成型可分為干法擠出和濕法擠出。干法擠出是靠外加熱將物料變成熔體后擠出，制品經(jīng)冷卻固化；濕法擠出的物料塑化是通過(guò)有機(jī)溶劑對(duì)物料的作用，使其成為粘流狀態(tài)，制品的定型處理是靠溶劑揮發(fā)固化。2）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)。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。78一、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。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，如圖10—9所示。79傳動(dòng)部分通常由電動(dòng)機(jī)、減速箱和軸承等組成。2.加料裝置加料裝置是保證向擠出機(jī)料簡(jiǎn)連續(xù)供料的裝置，形如漏斗，有圓錐形和方錐形，亦稱料斗。料斗的底部與料同連接處是加料孔，該處有截?cái)嘌b置，可以調(diào)整和截?cái)嗔狭?。在加料孔的周圍有冷卻夾套，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。1.傳動(dòng)部分803.料筒又叫機(jī)筒，是一個(gè)受熱受壓的金屬圓筒。物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180一290℃。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15—24倍。814.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。（1）螺桿的結(jié)構(gòu)螺桿是一根筆直的有螺紋的金屬圓棒。圖10-10為一般螺桿的結(jié)構(gòu)。螺桿是用耐熱、耐腐蝕、高強(qiáng)度的合金鋼制成的，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筒，防止物料粘附其上，有利物料的輸送。82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10一120r／min，要求是無(wú)級(jí)變速。83(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(見(jiàn)圖10—11)，對(duì)螺桿的工作特性有重大的影響。84(a)螺桿直徑指其外徑，通常在30—200mm之間，最常見(jiàn)的是60—150mm。直徑增大，擠出機(jī)的生產(chǎn)能力提高，擠出機(jī)的規(guī)格常以螺桿的直徑大小表示.(b)螺桿的長(zhǎng)徑比L／Ds指螺桿工作部分的有效長(zhǎng)度L與直徑Ds之比，此值通常為15—25，但近年來(lái)有達(dá)40倍甚至更大的。L／Ds大，能改善塑料的溫度分布，混合更均勻，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。(c)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)螺槽的容積之比，它表示塑料通過(guò)螺桿的被壓縮的程度。A愈大，壓縮作用愈大，排除物料中所含空氣能力越大。壓縮比一般在2—5之間。85(d)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)，可提高的剪切速率，有利于傳熱和塑化，但擠出率降低。

(e)螺旋角θ是螺紋與螺桿橫截面之間的夾角，θ增大，擠出機(jī)生產(chǎn)能力提高，但螺桿對(duì)塑料的擠壓的切作用減少。通常θ介于10o一30o之間。

(f)螺紋棱部寬E螺棱寬E太小會(huì)使漏流增加，導(dǎo)致產(chǎn)量降低；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)。一般取E=0.08—0.12Ds,(g)螺桿與料筒的間隙

其大小影響擠出機(jī)的生產(chǎn)能力和物料的塑化。

值大，生產(chǎn)效率低不利于物料的熔融和混合?！?/p>

＝o.1一o.65mm為宜。86（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：（a）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)。（b）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)。（c）混合均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。87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來(lái)討論，見(jiàn)圖10—9。(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。擠出結(jié)晶型熱塑性塑料的加料段要求較長(zhǎng)，該段約占螺桿全長(zhǎng)的60％一65％。擠出無(wú)定形塑料的加料段較短．約占螺桿全長(zhǎng)的10％一25％。88(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，塑料通過(guò)壓縮段后，成為完全塑化的粘流態(tài)。壓縮段的長(zhǎng)度與塑料的性質(zhì)、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％一65％。

(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。通常是螺桿全長(zhǎng)的20％一25％。89（4）雙螺桿擠出機(jī)雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿擠出機(jī)區(qū)別之處在于雙螺桿擠出機(jī)中有兩根平行的螺桿置于一”

”形截面的料筒中，如圖9—9所示：90雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿擠出機(jī)的差別主要在以下方面：

物料的傳送方式

在單螺桿擠出機(jī)中，物料傳送是拖曳誘發(fā)型的。而在雙螺桿擠出機(jī)中，特別是嚙合型雙螺桿擠出機(jī)，物料的傳送在某種程度上是正向位移傳送。91

物料的流動(dòng)速度場(chǎng)目前對(duì)物料在單螺桿擠出機(jī)中的流動(dòng)速度分布已描述得相當(dāng)明確，而在雙螺桿擠出機(jī)中物料的流動(dòng)速度分布情況相當(dāng)復(fù)雜且難以描述。雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如：混合充分，熱傳遞良好，熔融能力大，排氣能力強(qiáng)及對(duì)物料溫度控制良好等。

自潔式擠出機(jī)高速同向擠出機(jī)具有緊密匹配的螺棱外形，相當(dāng)小的螺桿間隙，所以螺桿具有密閉式自潔作用，這種雙螺桿擠出機(jī)稱為緊密自潔同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)(CSCO)。925、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。93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?？谀?yīng)有一定長(zhǎng)度的平直部分。圖10—12為擠出機(jī)機(jī)頭和口模示意圖。94根據(jù)所生產(chǎn)的不同擠出制品，機(jī)頭和口模組成部件有所不同。圖10一13為擠出管材時(shí)用的環(huán)形孔狀口模示意圖。956.輔助設(shè)備主要包括以下幾類：原料輸送、干燥等預(yù)處理設(shè)備；定型和冷卻設(shè)備，如定型裝置、水冷卻系統(tǒng)；用于連續(xù)地、平穩(wěn)地將制品引出的可調(diào)速率牽引裝置；成品切斷和輥卷裝置；控制設(shè)備等。96二、擠出成型的特點(diǎn)和擠出理論在擠出成型過(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，如圖10-14。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，有些理論已基本上獲得應(yīng)用。97(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。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出機(jī)中的物理狀態(tài)變化過(guò)程來(lái)描述，見(jiàn)圖10。9899

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)。1002熔融段塑料從加料段進(jìn)入熔融段，沿著螺槽繼續(xù)向前，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，溫度不斷升高，物料逐漸熔融、并排除物料內(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。101(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，在加料段主要對(duì)固體塑料起螺旋輸送作用。102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)為物料與螺槽和料筒內(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)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)。2．熔化理論由加料段送來(lái)的固體物料進(jìn)入壓縮段，在料筒的外加熱和物料與物料及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。1033．熔體輸送理論均化段熔體輸送理論研究的最早，也最為充分和完善，該理論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。104(2)逆流沿螺槽與正流方向相反(—z方向)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)3)橫流物料沿x軸和y軸兩方向在螺槽內(nèi)往夏流動(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。(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)。105物料在螺桿均化段的實(shí)際流動(dòng)是上述四種流動(dòng)的組合，是此螺旋形的軌跡沿螺槽向機(jī)頭方向的流動(dòng)，如圖16所示。其輸送流率就是擠出機(jī)的總生產(chǎn)能力為正流、逆流、漏流的代數(shù)和。106三、擠出成型工藝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。工藝流程如圖12所示。1071．原料的干燥和預(yù)處理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。因此，擠出前要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱和干燥：不同種類塑料允許含水量不同．通常應(yīng)控制原料的含水量在o．5％以下。此外，原料中的機(jī)械雜質(zhì)也應(yīng)盡可能除去。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)塑料的擠出了藝性能等調(diào)整工藝條件與參數(shù)，從而達(dá)到最終控制擠出物的產(chǎn)量和質(zhì)量的目的。108不同的塑料品種要求螺桿特性和工藝條件不同。特別是溫度和剪切作用直接影響制品的外觀和物理機(jī)械性能。溫度升高，物料粘度降低。有利于塑化，且可降低熔體的擠出壓力，但機(jī)頭和口模溫度過(guò)高成型也不能順利進(jìn)行；溫度降低，物料粘度增大，機(jī)頭和口模壓力增加。所以，溫度不能太低?？谀：托托镜臏囟葢?yīng)該—致，相差較大，制品會(huì)出現(xiàn)向內(nèi)或向外翻甚至扭歪等現(xiàn)象。增大螺桿的轉(zhuǎn)速能強(qiáng)化對(duì)塑料的剪切作用，有利于塑料的混合和塑化，大多數(shù)塑料的熔融粘度隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加而降低。1093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。否則，就會(huì)變形，出現(xiàn)凹陷或扭曲等現(xiàn)象。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。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。1104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。連續(xù)擠出的制品，要及時(shí)引出，否則會(huì)造成堵塞，使擠出不能順利進(jìn)行或制品變形。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。定型冷卻后的制品按要求進(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。1115．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，使制品受到消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理，以改善這類制品的性能。112四、典型擠出制品成型工藝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。下面介紹幾種典型的擠出制品的成型工藝和所需的設(shè)備。（一）．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。113管材擠出的基本工藝是：由擠出機(jī)均化段出來(lái)的塑化均勻的物料，經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)、粗濾器到達(dá)分流器，并被分流器支架分為若干支流。離開(kāi)分流器支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)外而形成管子。接著經(jīng)過(guò)定徑套定徑和初步冷卻，由牽引裝置引出并根據(jù)要求切割得到所需要的制品。圖10一17為管材擠出工藝示意圖。114管材擠出裝置由擠出機(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。擠出管材所用機(jī)頭的形式較多，常見(jiàn)的是直通式和直角式兩種，這兩種機(jī)頭與相關(guān)的定徑裝置如圖10一18所示。直通式機(jī)頭[圖10—18(a)-]結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維修都比較方便，在生產(chǎn)中最常采用。直角式機(jī)頭[圖10—18(b)]由于有利于內(nèi)徑定型，故多用于對(duì)內(nèi)徑尺寸要求準(zhǔn)確的管材成型。115所有的直通式機(jī)頭都需要分流器支架(模芯支架)來(lái)支撐芯棒，而這種支架的每一個(gè)分流筋，都將使通過(guò)的料流產(chǎn)生一條合流線。如果料流離開(kāi)口模之前尚未融合，就會(huì)在定型后的管壁上顯露出一條可見(jiàn)的縱向微裂紋。管壁上縱向微裂紋的存在，常常是管材爆破強(qiáng)度明顯下降的重要原因。116擠出成型硬管的定徑方法有外徑定型和內(nèi)徑定型兩種，其中外徑定型又可用兩種方式實(shí)現(xiàn)：其一是在擠出物外壁與定徑套內(nèi)壁緊密接觸的情況下，往夾套內(nèi)通水使擠出物冷卻定型，而為保證這種緊密接觸需要往管狀物內(nèi)部通人壓縮空氣，并使管狀物內(nèi)部維持高于0.1MPa的壓力，這種外徑定型方式如圖10—17所示；其二是在定徑套部分內(nèi)壁上鉆孔，用抽真空的方法使管狀物外壁和定徑套內(nèi)壁緊密接觸，這種外徑定型方式所用的定徑套如圖10一19所示。前者稱內(nèi)壓法外徑定型，后者稱真空法外徑定型。內(nèi)徑定型用定徑套直接裝在直角式機(jī)頭芯棒的前端，從環(huán)隙口模擠出的管狀物與定徑套的外壁緊密接觸，冷卻水管從芯棒處伸進(jìn)，與直角式機(jī)頭配合的內(nèi)徑定型裝置如圖10—18(b)所示。117常用冷卻水槽和噴淋水箱作為擠出管狀物的冷卻裝置。冷卻水槽通常分作2～4段分別控制水溫，借以調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度。常用的擠管牽引裝置有滾輪式和履帶式兩種，不論采用哪一種牽引裝置，牽引速度都必須與擠出速度相適應(yīng)，一般情況是前者比后者大1％---,10％。牽引速度與擠出速度之比過(guò)大，會(huì)在管壁中產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)木酆衔锎蠓肿尤∠颍瑥亩档陀补艿谋茝?qiáng)度。118常用的牽引裝置有滑輪式(也稱滾輪式或稱軋輪式)和履帶式兩種，其結(jié)構(gòu)分別見(jiàn)圖17和18。119對(duì)擠出硬管切斷裝置的要求是：切下的管材尺寸準(zhǔn)確而且切口均勻整齊。小直徑管材可用手工鋸斷，大直徑管材多用自動(dòng)式或手推式圓鋸切割機(jī)切斷。棒材和各種中空異型材的擠出成型工藝與管材擠塑無(wú)本質(zhì)上的差別，只是所用機(jī)頭口模的?？捉孛嫘螤钣兴煌?。因此，棒材和中空異型材可采用與管材擠塑大致相同的工藝流程和擠塑機(jī)組成。120(二)塑料板材擠出用擠塑技術(shù)可以成型厚度為0．02---20mm的熱塑性平面型材，即包括平膜、片材和板材，三者一般按厚度劃分，通常將厚度在lmm以上者稱為板材，厚度在0．25～lmm之間者稱為片材，厚度在0．25mm以下者稱為平膜。以下著重介紹板材的擠出成型工藝，但由于板、片和膜之間并無(wú)嚴(yán)格界限，故擠板工藝也適用于片材和平膜的擠出成型。121典型的擠板工藝流程如圖10一20所示。由圖可見(jiàn)，物料經(jīng)擠出機(jī)塑化均勻后，由狹縫機(jī)頭擠出成為板坯，板坯立即進(jìn)入三輥壓光機(jī)降溫定型；從壓光機(jī)出來(lái)的板狀物先在導(dǎo)輥上進(jìn)一步冷卻，冷卻定型后的板用切邊裝置切去廢邊后，由二輥牽引機(jī)送入切斷裝置裁切成所需長(zhǎng)度的板材。如果在三輥壓光機(jī)后面加設(shè)加熱裝置、壓波紋裝置和冷卻裝置，就是成型塑料瓦楞板的流程。122123板材擠出所用狹縫機(jī)頭均具有寬而薄的出料口，熔體由料筒擠入機(jī)頭，由于流道由圓形變成狹縫形，因而必須采取措施使熔體沿口模寬度方向有均勻的速度分布。這是保證擠出的板材厚度均勻和表面子整的重要條件。從口模擠出的板坯溫度較高，應(yīng)立既弓l入三輥壓光機(jī)壓光并降溫，故壓光機(jī)在擠板流程中起定型裝置的作用。壓光機(jī)對(duì)板坯還起一定的牽引作用，在將板坯引進(jìn)壓光機(jī)輥隙的過(guò)程中，應(yīng)將板坯寬度方向上各點(diǎn)速度調(diào)整到大致相同，這是保證板材平直的重要條件之一。壓光機(jī)與機(jī)頭的距離應(yīng)盡可能靠近，若二者之間的距離過(guò)大，從口模出來(lái)的板坯會(huì)下垂而發(fā)皺，還會(huì)由于進(jìn)入輥隙前散熱降溫過(guò)多而對(duì)壓光不利。124冷卻定型后的板材往往兩側(cè)邊厚薄不均，板的縱向上各處寬窄不一致，故需將兩側(cè)邊各切去一部分以滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求；這項(xiàng)操作稱為切邊，是板材擠塑特有的工序。常用的切邊裝置為圓盤(pán)切刀，切邊裝置通常都安裝在牽引輥之前。在板材擠塑流程中牽引裝置的作用是將已定型的板材引進(jìn)切斷裝置。板材成型的最后一道工序?yàn)榍袛?，切斷板材的方式有電熱切和鋸切，但以鋸切最為常用。擠出成型中多采用p射線測(cè)厚儀連續(xù)檢測(cè)板、片和膜的厚度。這種厚度測(cè)定儀測(cè)量精度可達(dá)0．002mm。用擠出法生產(chǎn)的板材主要是聚氯乙烯軟、硬板材和聚乙烯板材。125（三）塑料薄膜的擠出吹塑塑料薄膜—般是指厚度在0.25mm以下的平整而柔軟的塑料制品。塑料薄膜在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、日常生活中用途十分廣泛。塑料薄膜的生產(chǎn)方式大體上可分為：擠出法(其中還可分為擠出吹塑法、擠出拉伸法和擠出流延法)壓延法和流涎法三類。根據(jù)薄膜牽引方向不同，可將歡塑薄膜的生產(chǎn)形式分為平擠上吹、平擠平吹和平擠下吹三種，其中以前者最為常見(jiàn)。126上吹法薄膜吹塑裝置如圖10一21所示，用這種裝置成型筒膜的基本過(guò)程是：成型物料經(jīng)擠出機(jī)塑化均勻后，自機(jī)頭的環(huán)形隙縫擠出成筒坯，筒坯被從機(jī)頭下面進(jìn)氣管引入的壓縮空氣橫向吹脹，同時(shí)被機(jī)頭上方的牽引輥縱向拉伸，并由機(jī)頭上面的冷卻風(fēng)環(huán)吹出的空氣冷卻；充分冷卻定型后的筒膜被人字形板壓疊成雙折，再經(jīng)牽引輥壓緊封閉并以均勻的速度引入卷取輥；進(jìn)到卷取輥的雙折筒膜，當(dāng)達(dá)到規(guī)定長(zhǎng)度時(shí)即被切斷成為膜卷。127薄膜吹塑機(jī)組主要由擠出機(jī)、環(huán)形狹縫機(jī)頭、吹脹系統(tǒng)、冷卻風(fēng)環(huán)、人字板、牽引輥、卷取輥和切斷裝置等組成。128筒坯在吹脹和牽引雙重作用下形成泡狀物的過(guò)程中，其縱橫兩個(gè)方向都在伸長(zhǎng)，因此兩方向上都會(huì)產(chǎn)生聚合物大分子的取向。為制得性能良好的筒膜，縱、橫兩方向上的大分子取向程度最好取得平衡，為此應(yīng)使縱向上的牽伸比與橫向上的吹脹比盡可能保持相等。牽伸比是指牽引速度與擠出筒坯的線速度之比；而吹脹比則是指筒膜直徑與?？字睆街?。由于吹脹比可調(diào)整的范圍不大。故要使筒膜的厚度減小就只能增大牽伸比，這就使在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常是吹脹比遠(yuǎn)小于牽伸比。在這種情況下，如果仍然希望維持筒膜縱、橫兩向大分子取向程度的一致，就只能依靠調(diào)整口模溫度和冷卻系統(tǒng)的冷卻能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。129薄膜吹塑的二個(gè)顯著特點(diǎn)是吹脹、牽伸和冷卻三者同時(shí)進(jìn)行。實(shí)際生產(chǎn)中常用冷固線(也稱冷凍線或起霜線)高度來(lái)判斷所選定的冷卻條件是否適當(dāng)。冷固線高度是指泡狀物縱向上的溫度下降到塑料固化溫度的點(diǎn)到?？诘木嚯x。對(duì)于結(jié)晶能力強(qiáng)的聚合物，可用泡狀物縱向上透明區(qū)和混濁區(qū)的交界線來(lái)確定冷固線高度。因泡狀物在上升到冷固線以上之后，其直徑和厚度均不再變化，故冷固線高度有時(shí)也被稱作“定徑高度”。對(duì)于結(jié)晶性塑料，為了得到透明度高和強(qiáng)度好的筒膜，應(yīng)適當(dāng)降低冷固線高度。130冷卻不充分的泡狀物被牽引輥壓疊雙折后會(huì)發(fā)生“自粘”。自粘是指折疊后筒膜內(nèi)表面相互貼合在一起難以分離開(kāi)的現(xiàn)象，這對(duì)后加工(如剖分)和使用都不利。降低或消除自粘的辦法，一是降低冷固線的高度；二是加大牽引輥到?？诘木嚯x，即延長(zhǎng)泡狀物未被折疊前的冷卻時(shí)間。擠出吹塑法成型薄膜的主要特點(diǎn)是成型設(shè)備簡(jiǎn)單，在同一套機(jī)組上只要適當(dāng)改變成型工藝條件即可生產(chǎn)出多種規(guī)格的薄膜，而且成型過(guò)程產(chǎn)生的廢料很少、成本低、膜的強(qiáng)度也比較高，主要不足之處是所制得的薄膜的厚度均一性差。131五、雙螺桿擠出(一)雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)與單螺桿擠出機(jī)相比，雙螺桿擠出機(jī)具有強(qiáng)制輸送、剪切力大等優(yōu)點(diǎn)，所以更容易加入粉料、帶狀料及玻璃纖維等；物料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間短，塑化混合充分，綜合性能優(yōu)良。雙螺桿擠出機(jī)按在機(jī)筒內(nèi)兩根螺桿的相對(duì)位置可分為嚙合型和非嚙合型。根據(jù)嚙合的程度可將嚙合型雙螺桿擠出機(jī)分為部分嚙合型和完全嚙合型；按照兩根螺桿的轉(zhuǎn)向分為同向旋轉(zhuǎn)和異向旋轉(zhuǎn)；按照螺桿軸線是否平行又分為平行雙螺桿擠出機(jī)和錐形雙螺桿擠出機(jī)。雙螺桿擠出機(jī)中同向旋轉(zhuǎn)螺桿的類型如圖10一22，商品化雙螺桿擠出機(jī)的四種典型結(jié)構(gòu)如圖10一23所示。132133由于兩個(gè)螺桿的存在，機(jī)筒結(jié)構(gòu)也與單螺桿不同，同向雙螺桿擠出機(jī)機(jī)筒大多采用分段積木式結(jié)構(gòu)，每段長(zhǎng)度為螺桿外徑的3～4倍，平行異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿大多采用襯套式機(jī)筒(或整體式)，另外還有剖分式機(jī)筒(圖10一24)。134(二)雙螺桿擠出機(jī)的工作原理雙螺桿擠出機(jī)的工作原理與單螺桿擠出機(jī)不同。以嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺稈為例，物料在同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的全螺紋段的流動(dòng)情況如圖10—25所示。135由于同向雙螺桿在嚙合處的速度方向相反，一根螺桿要把物料拉入嚙合間隙，而另一根螺桿把物料從間隙中推出，所以物料從一根螺桿轉(zhuǎn)到另一根螺桿，呈“∞”形前進(jìn)。物料在嚙合處的速度改變以及在嚙合區(qū)有較大的相對(duì)速度非常有利于物料的混合和均化。由于嚙合區(qū)間隙很小，嚙合處螺紋和螺槽的速度方向相反，因此，嚙合區(qū)具有很高的剪切速度和很好的自潔作用(即能刮去黏附在螺桿上的任何積料，使物料的停留時(shí)間很短)，這正是雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。136六、圓盤(pán)式擠出機(jī)目前出現(xiàn)的圓盤(pán)式擠出機(jī)有單圓盤(pán)式擠出機(jī)和帶有輔助螺桿的圓盤(pán)式擠出機(jī)，如圖10-26所示。137(一)圓盤(pán)式擠出機(jī)基本結(jié)構(gòu)圓盤(pán)式擠出機(jī)有一對(duì)用作混煉和塑化物料的圓盤(pán)，包括轉(zhuǎn)盤(pán)和固定盤(pán)。由于圓盤(pán)擠出壓力較低，可采用輔助螺桿來(lái)增大擠出壓力[圖10—26(b)]。為了增強(qiáng)混煉效果，在兩個(gè)圓盤(pán)上設(shè)有溝槽，溝槽根據(jù)被加工物料種類可以做成放射形、磨盤(pán)形、八字形和螺旋形等(圖10—27).138(二)圓盤(pán)式擠出機(jī)的工作原理圓盤(pán)式擠出機(jī)是根據(jù)威遜柏格(Weissenberg)效應(yīng)的原理設(shè)計(jì)出來(lái)的。這種效應(yīng)的原理是：當(dāng)具有黏彈性的熔融物料在兩平行的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)間受到剪切摩擦作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于圓盤(pán)面的軸向力。這時(shí)，若在不動(dòng)的圓盤(pán)中心開(kāi)個(gè)出口(相當(dāng)于擠出機(jī)的口模)，則處于兩圓盤(pán)之間的熔體便會(huì)在軸向力的作用下，由此出口處擠出。139七、其他類型的擠出(一)串聯(lián)式擠出某些塑料很難用一根螺桿完成固體輸送、塑化、混煉、排氣、均化和計(jì)量、升壓等多種功能，而且在提高產(chǎn)量上受到一定制約，為此出現(xiàn)了串聯(lián)式擠出機(jī)。它常用兩根獨(dú)立驅(qū)動(dòng)相互串聯(lián)起來(lái)的螺桿構(gòu)成。若對(duì)這兩根螺桿根據(jù)其功能不同分別設(shè)計(jì)，就有可能用較小的螺桿在較廣的操作范圍內(nèi)進(jìn)行大容量擠出。串聯(lián)式擠出機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖10一28所示，它由兩段螺桿直徑不同的擠出機(jī)組成。140141串聯(lián)式擠出機(jī)的工作原理：第一擠出機(jī)螺桿的直徑小，在高轉(zhuǎn)速下短時(shí)間內(nèi)給物料較大的剪切應(yīng)力，使之強(qiáng)力塑化和混煉；第二擠出機(jī)螺桿直徑較大，以低速旋轉(zhuǎn)，使物料緩慢地混煉和塑化，而在輸出端建立高壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定擠出。從熱平衡來(lái)看，第一螺桿以加熱升溫為主，而第二螺桿則以冷卻保溫為主。兩段螺桿的溫度互不干擾，因此可提高熱能利用率。串聯(lián)式擠出機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：由于兩段螺桿的轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)，兩者產(chǎn)量容易到達(dá)平衡，不易產(chǎn)生冒料現(xiàn)象；第一螺桿轉(zhuǎn)速高，對(duì)提高產(chǎn)量有利；第二螺桿轉(zhuǎn)速低，對(duì)穩(wěn)定擠出有利；兩螺桿的長(zhǎng)徑比都比較小，便于制造和安裝；根據(jù)需要可選擇單-單和雙-單匹配，因此，串聯(lián)式擠出機(jī)在高分子成型加工中被日益廣泛地應(yīng)用。142(二)共擠出所謂共擠出是指將幾種不同的成型物料同時(shí)擠出，并將擠出物以適當(dāng)方式匯集成一體，以制得復(fù)合塑料制品的成型方法。目前共擠出主要用于成型復(fù)合筒膜和復(fù)合片材。成型復(fù)合筒膜時(shí)，幾種成型物料擠出物的復(fù)合在口模內(nèi)實(shí)現(xiàn)。所用設(shè)備和操作技術(shù)都比較簡(jiǎn)單，而且不同物料膜層的復(fù)合黏結(jié)主要依靠物料間的互溶性和親合力。成型復(fù)合片材時(shí)，需先將各成型物料分別用狹縫口模擠成平膜后再將這些平膜匯集在一起，常需用增黏劑來(lái)改善各層的黏結(jié)強(qiáng)度；由于要同時(shí)用多個(gè)機(jī)頭與口模，因而所用設(shè)備和操作技術(shù)都比較復(fù)雜。在上述的兩種擠出工藝中，以前一種工藝在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。143共擠出成型復(fù)合筒膜的關(guān)鍵在于機(jī)頭設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)機(jī)頭的關(guān)鍵又在于調(diào)整好機(jī)頭內(nèi)各層物料熔體的流動(dòng)阻力，使各層物料有大致相同的擠出線速度。圖10一29為共擠出吹塑雙層復(fù)合筒膜的機(jī)頭，這種機(jī)頭與兩臺(tái)擠出機(jī)連通，通過(guò)控制各臺(tái)擠出機(jī)的擠出量和熔體溫度，以調(diào)整外層和內(nèi)層膜的厚度比和二者的結(jié)合牢度。用共擠出方法，可將兩種以上不同品種的塑料或不同顏色的同一種塑料擠塑成復(fù)合的或多色的筒膜。144采用共擠出技術(shù)成型制品，不僅是為了求得制品色彩的多樣化，更主要的是為了獲得不同塑料在功能上的配合。例如，用聚酰胺6