第六章挤出成型一、本章基本内容：1、挤出设备2、单螺杆挤出原理二、学习目的与要求：1、掌握挤出成型的特点2、熟悉挤出机的结构和主要部件的作用3、能够简单分析机头特点4、掌握挤出理论中影响生产和产品质量的因素三、本章重点、难点：重点：1、螺杆各段的职能；2、螺杆的主要参数D、L/D；3、如何提高固体输送量，挤出段产量的分析难点：1、螺杆、机头的结构和作用；2、摩擦理论；3、熔融过程的理解课时：10
第六章 挤出成型 一、本章基本内容： 1、挤出设备 2、单螺杆挤出原理 二、学习目的与要求: 1、掌握挤出成型的特点 2、熟悉挤出机的结构和主要部件的作用 3、能够简单分析机头特点 4、掌握挤出理论中影响生产和产品质量的因素 三、本章重点、难点： 重点：1、螺杆各段的职能； 2、螺杆的主要参数 D、L/D； 3、如何提高固体输送量，挤出段产量的分析 难点：1、螺杆、机头的结构和作用； 2、摩擦理论； 3、熔融过程的理解 课时：10
第一节塑料的一次成型一次成型是指通过加热使塑料处于粘流态的条件下，经过流动、成型和冷却硬化，而将塑料制成各种形状的产品的方法：二次成型则是将一次成型所得的片、管、板材加热使其处于类橡胶态，通过外力作用使其形变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而得的产品；挤出成型定义：在挤压作用下物料受热熔化，强行通过口模，截面恒定，连续型材。适用：所有的热塑性塑料，部分热固性塑料，可生产管、薄膜、线缆包复物及其型材占挤出制品：40~50%挤出机可用于混合、造粒和着色、共混挤出成型单螺杆挤出机的基本结构挤出成型原理挤出成型工艺与过程6.1单螺杆挤出机基本结构及作用挤出机类型单螺杆挤出机同向旋转挤出机双螺杆【啮合型挤出机|异向旋转挤出机挤出机非啮合型挤出机（异向旋转挤出机同向旋转挤出机同轴挤出机单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成挤出系统主要包括传动、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分进科物料瓷间图7-1单螺杆挤出机结构示意图1一树脂2一料斗3-硬村垫4热电耦5一机筒6一加热装置7一村套加热器8一多孔板9-熔体热电辆10--口模11-村套12-过滤网，13--螺杆，14冷却夹套一、传动部分
第一节 塑料的一次成型 一次成型是指通过加热使塑料处于粘流态的条件下, 经过流动、成型和冷却硬化，而将塑料 制成各种形状的产品的方法； 二次成型则是将一次成型所得的片、管、板材加热使其处于类橡胶态，通过外力作用使其形 变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而得的产品； 挤出成型 定义：在挤压作用下物料受热熔化，强行通过口模，截面恒定，连续型材 。 适用：所有的热塑性塑料，部分热固性塑料， 可生产管、薄膜、线缆包复物及其型材 占挤出制品：40~50% 挤出机可用于混合、造粒和着色、共混 挤出成型 单螺杆挤出机的基本结构 挤出成型原理 挤出成型工艺与过程 6.1 单螺杆挤出机基本结构及作用 挤出机类型 单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成 挤出系统主要包括传动、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分 一、传动部分
包括电动机、减速箱、轴承要求：转速稳定，不随螺杆负荷变化，保证制品均一在不同场合可变速，以适用各种塑料制品。二、加料装置锥形料斗：粉料、粒料容积可容纳>1h的用量有截断装置、侧面有视孔、计量装置有些有真空装置有加热装置（防止吸水）有搅拌器，能自动加料三、料筒金属圆筒，耐热、耐压、强度高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成；料筒长度是直径的15~30倍，使物料得到充分加热和塑化：足够厚、刚度、内壁光滑、有时也刻有沟槽、有加热装置、冷却装置、温度显示和控制装置，一般是、电磁震荡控制四、螺杆最主要部件，直接关系到挤出机应用范围及生产率。通过螺杆的转动对塑料产生挤压作用，塑料在料筒中产生移动、增压、摩擦取得部分热量，使塑料在移动过程中得到混合和塑化，粘流态的熔体被压实而流经口模时，取得所需形状而成型。要求：高强度、耐热、耐腐蚀的合金钢制成。直径D、长径比（L/D）、压缩比、螺距t、螺槽深度h螺杆的基本参数直径D45~150，也有30~150mm，科研到15~150mm，D越大，加工能力越大，生产效率越高。长径比（L/D）通常为18~25，小的可达到1:30甚至1:35。L/D越大，有利于塑化和混合，减少漏流和逆流，生产能力大，且螺杆适应性强。但L/D增大，加工时间长，降解，自重加大而使自由端下垂，易擦伤。螺旋角Φ与螺距tΦ越大，挤出能力越大，剪切作用越小，Φ=10-30°，当t=D，Φ=17。41'时，螺杆一般是等螺距的，但也有不等螺距的。压缩比指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比，表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。压缩比愈大，塑料受到挤压的作用也就愈大。螺槽深度hh小，产生较高的剪切速率，有利于传热和塑化，但挤出生产率低；热敏性塑料（如PVC)宜用深槽螺杆熔体粘度低和热稳定性较高的塑料（如PA等）宜用浅槽螺杆。螺杆与料筒的间隙88大，生产效率低，且不利于热传导并降低剪切速率，不利于物料的熔融和混合。8过小时，强烈的剪切作用易引起物料出现热力学降解。一般8=0.10.6mm为宜
包括电动机、减速箱、轴承 要求：转速稳定，不随螺杆负荷变化，保证制品均一 在不同场合可变速，以适用各种塑料制品。 二、加料装置 锥形料斗 粉料、粒料容积可容纳>1h 的用量 有截断装置、侧面有视孔、计量装置 有些有真空装置 有加热装置（防止吸水） 有搅拌器，能自动加料 三、料筒 金属圆筒， 耐热、耐压、强度高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制 成； 料筒长度是直径的 15~30 倍，使物料得到充分加热和塑化； 足够厚、刚度、内壁光滑、有时也刻有沟槽、有加热装置、冷却装置、温度显示和控制装置， 一般是、电磁震荡控制 四、螺杆 最主要部件，直接关系到挤出机应用范围及生产率。 通过螺杆的转动对塑料产生挤压作用，塑料在料筒中产生移动、增压、摩擦取得部分热量， 使塑料在移动过程中得到混合和塑化，粘流态的熔体被压实而流经口模时，取得所需形状而 成型。 要求：高强度、耐热、耐腐蚀的合金钢制成。 直径 D、长径比（L/D）、压缩比、螺距 t、螺槽深度 h 螺杆的基本参数 直径 D 45~150，也有 30~150mm，科研到 15~150mm，D 越大，加工能力越大，生产效率越 高。 长径比（L/D） 通常为 18~25，小的可达到 1:30 甚至 1:35。 L/D 越大，有利于塑化和混合，减少漏流和逆流，生产能力大，且螺杆适应性强。 但 L/D 增大，加工时间长，降解，自重加大而使自由端下垂，易擦伤。 螺旋角 Φ 与螺距 t Φ 越大, 挤出能力越大，剪切作用越小，Φ=10-30°，当 t=D， Φ=17 °41′时，螺 杆一般是等螺距的，但也有不等螺距的。 压缩比 指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比， 表示塑料通过螺 杆的全过程被压缩的程度。 压缩比愈大，塑料受到挤压的作用也就愈大。 螺槽深度 h h 小，产生较高的剪切速率，有利于传热和塑化，但挤出生产率低； 热敏性塑料(如 PVC)宜用深槽螺杆 熔体粘度低和热稳定性较高的塑料(如 PA 等)宜用浅槽螺杆。 螺杆与料筒的间隙 δ δ 大，生产效率低，且不利于热传导并降低剪切速率，不利于物料的熔融和混合。 δ 过小时，强烈的剪切作用易引起物料出现热力学降解。 一般 δ ＝0.1~0.6mm 为宜
螺杆的作用输送物料螺杆转动时，物料在旋转的同时受到轴向压力，向机头方向流动。传热塑化物料螺杆与料筒配合使物料接触传热面不断更新，在料筒的外加热和螺杆摩擦作用下，物料逐渐软化，熔融为粘流态。混合均化物料螺杆与料筒和机头相配合产生强大剪切作用，使物料进一步均匀混合，并定量定压由机头挤出。洛融段加料段压缝段（5个螺纹）（5个螺纹）（10个爆纹）VL.T17.7图7-2螺杆示意图螺杆的分段加料段其作用是对塑料进行加热，同时输送到压缩段。在该段塑料始终保持固体状态。压缩段相迁移段，其作用是对物料起挤压和剪切作用，使物料熔融。均化段计量段，其作用是将塑化均匀的物料在均化段螺槽相机头回压作用下进一步搅拌塑化均匀，并定量定压地通过机头口模挤出成型。机头使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动，并稳定地导入口模而成型。产生回压，使物料进一步均化，提高制品质量。将熔体平稳均匀地送入口模产生必要的成型压力，以获得结构密实和形状准确的制品机头是口模与料筒的过渡连接部分，口模是制品的成型部件，通常机头和口模是一个整体，习惯上统称为机头。机头的作用为：口模为具有一定截面形状的通道.塑料熔体在口模中流动时取得所需形状并被模外的定型装置和冷却装置冷却硬化而成型.机头和口模包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模、机颈机头中的多孔板能使机头和料筒对中定位，并能支撑过滤网和对熔体产生反压等。机头中还设有校正和调整装置，能调整和校正模芯与口模的同心度、尺寸和外形。在生产管材或吹塑薄膜时，通过机颈和模芯可引入压缩空气。按照料流方向与螺杆中心线有无夹角，可将机头分为直角机头、角式机头。直角机头：挤管、片和其他型材；角式机头：薄膜、线缆包复物和吹塑制品。六、辅助设备1）原料输送和预处理设备2）定型和冷却设备3）牵引装置
螺杆的作用 输送物料 螺杆转动时，物料在旋转的同时受到轴向压力，向机头方向流动。 传热塑化物料 螺杆与料筒配合使物料接触传热面不断更新，在料筒的外加热和螺杆摩擦作 用下，物料逐渐软化，熔融为粘流态。 混合均化物料 螺杆与料筒和机头相配合产生强大剪切作用，使物料进一步均匀混合，并定 量定压由机头挤出。 螺杆的分段 加料段 其作用是对塑料进行加热，同时输送到压缩段。在该段塑料始终保持固体状态。 压缩段 相迁移段，其作用是对物料起挤压和剪切作用，使物料熔融。 均化段 计量段，其作用是将塑化均匀的物料在均化段螺槽相机头回压作用下进一步搅拌塑 化均匀，并定量定压地通过机头口模挤出成型。 机头 使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动，并稳定地导入口模而成型。 产生回压，使物料进一步均化，提高制品质量。 将熔体平稳均匀地送入口模 产生必要的成型压力，以获得结构密实和形状准确的制品 机头是口模与料筒的过渡连接部分，口模是制品的成型部件，通常机头和口模是一个整体， 习惯上统称为机头。 机头的作用为：口模为具有一定截面形状的通道.塑料熔体在口模中流动时取得所需形状并 被模外的定型装置和冷却装置冷却硬化而成型. 机头和口模包括过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模、机颈 机头中的多孔板能使机头和料筒对中定位，并能支撑过滤网和对熔体产生反压等。 机头中还设有校正和调整装置，能调整和校正模芯与口模的同心度、尺寸和外形。 在生产管材或吹塑薄膜时，通过机颈和模芯可引入压缩空气。 按照料流方向与螺杆中心线有无夹角，可将机头分为直角机头、角式机头。 直角机头：挤管、片和其他型材； 角式机头：薄膜、线缆包复物和吹塑制品。 六、辅助设备 1）原料输送和预处理设备 2）定型和冷却设备 3）牵引装置
4）切断装置5）辊卷装置6）控制设备二、挤出成型原理固体-弹性体-粘流（熔融）体的形变过程温度、压力、粘度，甚至化学结构发生变化根据塑料在挤出机三段中的物理状态变化和流动行为建立了固体输送理论、熔融理论和熔体输送理论。固体输送理论塑料不是一个质点的运动。而是所有的粒子连接在一起，塞满了螺槽，形成所谓“弹性固体”，固体塞。料筒ZB88Fb-PAbf聚合物固体塞8.Fs-PAsfs一螺杆r-图6-6固体塞摩擦模型固体塞运动分析(a)(b)螺托放NE男馨转方向Ux轩钟向设途方向U图6-7螺植中因体输送的理想模型（8）和体塞移动速度的失量质（b）设P为螺槽中体系压力，固体塞-料筒的摩擦系数为fb，固体塞与料筒的接触面积为Ab则固体塞-料筒摩擦力为Fb=PfbAb，固体塞-螺杆的摩擦力为Fs=PfsAs当螺杆转动时，螺杆斜棱对固体塞产生推力P，使固体塞沿垂直于斜棱的方向运动，其速度为Vx，轴向的分力使固体塞沿轴向以速度Va移动。螺杆旋转时表面速度为Vb，如果螺杆看成长静止不动的，而将料筒看成是以速度Vb对螺杆作相向的切向运动，其结果也是一样的。Vz是Vb+Vx的失量和，它使固体塞沿z轴方向移动
4）切断装置 5）辊卷装置 6）控制设备 二、挤出成型原理 固体-弹性体-粘流(熔融)体的形变过程 温度、压力、粘度，甚至化学结构发生变化 根据塑料在挤出机三段中的物理状态变化和流动行为建立了固体输送理论、熔融理论和熔体 输送理论。 固体输送理论 塑料不是一个质点的运动。而是所有的粒子连接在一起，塞满了螺槽，形成所谓“弹性固 体”，固体塞。 固体塞运动分析 设 P 为螺槽中体系压力，固体塞-料筒的摩擦系数为 fb，固体塞与料筒的接触面积为 Ab 则固体塞-料筒摩擦力为 Fb=P fbAb，固体塞-螺杆的摩擦力为 Fs=P fsAs 当螺杆转动时，螺杆斜棱对固体塞产生推力 P，使固体塞沿垂直于斜棱的方向运动，其 速度为 Vx ，轴向的分力使固体塞沿轴向以速度 Va 移动。螺杆旋转时表面速度为 Vb ，如果 螺杆看成长静止不动的，而将料筒看成是以速度 Vb 对螺杆作相向的切向运动，其结果也是 一样的。 Vz 是 Vb+Vx 的矢量和，它使固体塞沿 z 轴方向移动