塑料挤出成型

第五章塑料挤出成型第一节挤出成型概论一、概述1.定义：挤出机中通过加热、加压而使塑料以流动状态通过口模成型的方法2.挤出生产线的组成：主机：将塑料熔融并挤出的挤出机辅机：机头、口模、冷却系统、牵引系统和卷取系统或切割系统。挤出生产线举例——薄膜挤出生产线举例——薄膜挤出生产线举例——管材挤出生产线举例——管材挤出生产线举例——管材五层共挤片材生产线扁丝生产线第一节挤出成型概论一、概述3.主要原料：几乎所有的热塑性塑料都可挤出成型4.主要产品成品：管材、薄膜、板材（或片材）、棒材、丝、异型材、电线电缆等；半成品：为其它工艺提供塑化的物料对材料进行改性第一节挤出成型概论一、概述5.挤出成型的特点设备制造容易，投资少，产品质量高；设备自动化程度高，生产连续，效率高；生产操作简单，工艺控制容易，劳动强度低；设备适用于大多数的热塑性塑料和部分热固性塑料，并且只要更换生产线辅机，就可以生产出不同的制品或半成品；生产线的占地面积小，且生产环境清洁第一节挤出成型概论一、概述6.挤出机的种类螺杆式挤出机柱塞式挤出机7.挤出用物料的种类干法湿法8、挤出成型发展趋势大型化、高速化、自动化。第一节挤出成型概论二、塑料工业中的单螺杆挤出机挤压系统传动系统加热冷却及控制系统第一节挤出成型概论二、塑料工业中的单螺杆挤出机第一节挤出成型概论第一节挤出成型概论二、塑料工业中的单螺杆挤出机加料段压缩段计量段θ螺杆几何参数1.螺杆直径2.螺杆长度3.螺杆长径比4.加料段长度及其螺槽深度5.压缩段长度及其螺槽深度6.计量段长度及其螺槽深度7.几何压缩比8.螺纹升角9.螺间距10.螺棱宽度11.螺杆头部形状第一节挤出成型概论三、塑料在挤出机中的状态及流动1.物料在挤出机中的运动变化过程加料段：进入机的塑料随着螺杆的旋转被螺纹强制地向机头方向推进并建立压力；压缩段：随着螺槽深度变浅，塑料在此段被压实并将物料间的气体从加料口排出；同时物料在此段也逐渐熔化；计量段：塑化后的物料在此段进一步被剪切、混合、均化后挤出；机头：挤出机挤出的熔体经过滤网、多孔板、机头后经冷却定型后得制品。加料段（固体输送）加料段第一阶段流动模型结果分析：螺槽中物料运动速度分布曲线结果分析：机筒与塑料摩擦系数对产量影响结果分析：螺杆与塑料摩擦系数对产量影响结果分析：螺槽深度对产量影响结果分析：螺纹升角对产量影响结果分析：机筒与塑料摩擦系数对压力影响加料段第二阶段流动模型固体塞理论结果讨论尽量减小螺杆和塑料间的摩擦系数尽量增大机筒和塑料间的摩擦系数选用最佳螺纹升角（升角有增大趋势）固体塞理论结果讨论熔融段第一段：延迟区熔融段第一段：延迟区熔融段第二区：熔池区熔融段第三区：环流区特点：出现下熔膜熔融段第四区：固相破碎区计量段：熔体输送区计量段：熔体输送区计量段计算结果分析Q=AN-BΔP/η计量段螺槽深度与螺杆特性间的关系：1.深度大：螺杆特性软2.深度小：螺杆特性硬螺杆与口模的关系螺杆与口模的关系螺杆：Q=AN-BΔP/η口模：Q=ｋΔP/η螺杆与口模的关系螺杆与口模的关系塑化质量线料温线最低产量线新型螺杆四、双螺杆挤出机分类1.啮合式①啮合式同向旋转双螺杆挤出机②啮合式异向旋转双螺杆挤出机2.非啮合式①非啮合式同向旋转双螺杆挤出机②非啮合式异向旋转双螺杆挤出机（未用）四、双螺杆挤出机双螺杆挤出机的结构啮合式异向旋转双螺杆挤出机四、双螺杆挤出机双螺杆挤出机的结构啮合式异向旋转双螺杆挤出机四、双螺杆挤出机双螺杆挤出机的结构啮合异向双螺杆挤出机特点两螺杆螺槽间的间隙较小，具有研磨型啮合作用，可实现较正向的输送特性；螺杆间隙设计较小时，允许的螺杆转速较小（20~40r/min），正向输送特性好，主要应用于型材挤出；螺杆间隙设计较大时，允许的螺杆转速较高（100~200r/min），正向输送特性小，主要用于配混、连续化学反应及特种聚合物加工。四、双螺杆挤出机双螺杆挤出机的结构啮合式锥形异向旋转双螺杆挤出机四、双螺杆挤出机双螺杆挤出机的结构啮合式锥形异向旋转双螺杆挤出机啮合异向锥形双螺杆挤出机螺杆为锥形，相互啮合且旋转方向相反螺距或螺槽深度分为渐变和不变型；对物料的正向输送作用较好，当螺杆间间隙设计合理时，还可以有较好的剪切塑化作用，有利于获得塑化均匀的熔体压缩比较大，对熔体有较好的压密作用温度调节性能较好，并且螺杆特性曲线较硬，可以用于热敏性物料的加工。四、双螺杆挤出机啮合式同向旋转双螺杆挤出机啮合同向双螺杆挤出机特点可分为低速型和高速型两种；低速型啮合同向双螺杆挤出机的正向输送特性较好，物料停留时间短，混合效果一般，主要用于型材挤出，如紧密啮合型同向双螺杆挤出机；高速型啮合同向双螺杆挤出机正向输送特性稍差，停留时间分布宽，挤出量不稳，主要用于特种聚合物的加工操作，如配混、改性等，如自洁型双螺杆挤出机，速度最高可达600r/min。啮合双螺杆挤出机的特点全啮合封闭的异向旋转双螺杆挤出机中物料基本处于正位移输送状态，停留时间分布函数曲线很窄，近于塞流分布；螺槽封闭，又使物料无相互间的交换；又由于螺杆异向旋转，对物料提供的剪切力也较小，故混合效果较差全啮合型转速低，可用于挤出制品；而纵横向均有间隙型的双螺杆挤出机，转速可提高，可用于配混用途。四、双螺杆挤出机锥形异向非啮合双螺杆挤出机非啮合双螺杆挤出机的特点非啮合双螺杆挤出机是两螺杆间的中心距大于两螺杆半径之和的双螺杆挤出机非啮合双螺杆挤出机物料输送特性和单螺杆类似，其行为恰如两台单螺杆挤出机，但挤出量小于单螺杆挤出机的两倍，且存在物料从一螺杆交换至另一螺杆的可能性；正向输送特性小于单螺杆，所以混合性能较好，主要用于混合、排气、化学反应不适合用于型材的挤出。单螺杆和双螺杆挤出机的区别单螺杆挤出机中物料输送是拖曳机理，而双螺杆挤出机是正向位移型输送；单螺杆挤出机中物料的速度场是明确的，而双螺杆挤出机中流动场很复杂；双螺杆挤出机流场复杂导致混合充分、热传递良好、熔融能力大、排气良好、物料的温度均匀性好。五、典型制品的挤出成型工艺管材薄膜（挤出、流延）板材扁丝挤出工艺过程一、原料干燥使水分含量在0.5%以下。二、挤出成型挤出过程工艺控制要点：1.温度（来自加热和摩擦热）提高温度有利于降低粘度、提高产量；过高的温度导致挤出物形状稳定性差、制品收缩率大、制品发黄、有气泡等质量问题；料温低，塑化质量差、产量低、功率消耗大。挤出工艺过程2.压力：适当提高压力可提高挤出熔体混合均匀性和稳定性，使制品致密，可通过机头上设置的多孔板、过滤网来调节压力；过高的机头压力导致较低的挤出量。3.螺杆转速转速↑，剪切作用↑，η↓，产量↑，有利于混合和塑化，但功率消耗↑。三、冷却与定型四、牵引与切割五、后处理（一）塑料管材的挤出成型（一）塑料管材的挤出成型（一）塑料管材的挤出成型（一）塑料管材的挤出成型（一）塑料管材的挤出成型塑料管材挤出工艺流程1.原料的预处理2.挤出成型3.后处理4.检验入库1.原料的预处理干燥计量配混计量上料2.挤出成型塑料熔融挤出机头成型定径套定型冷却牵引3.后处理印刷切割扩口4.检验入库检验入库管材成型用塑料种类PEPPPVCABSPAPTFE等管材成型用设备挤出机①类型：单螺杆挤出机或双螺杆挤出机②大小：管材与螺杆横截面积之比PVC粒料：0.25~0.4流动性好的塑料品种：0.35~0.4流动性差的塑料品种：0.25~0.3注：仅适用于单螺杆挤出机。挤管用挤出机举例挤管用挤出机举例挤管用挤出机举例挤管用挤出机举例管材成型用设备挤管机头直通式；直角式；偏置式。直通式①结构简单、制造容易、成本低，料流阻力小②适用于生产中、小口径管材；③采用外径定径、芯模加热困难及定型段长④由分流器支架产生的熔合纹较难消除直角式①大小口径的管材均适用②机头结构较复杂③无分流器支架、无熔接痕④定型段长度可以较短偏置式①大、小口径的管材均可适用②机头结构较复杂③没有分流器支架，没有熔结痕④心轴易加热、定型段较短两层共挤机头三层共挤机头管材成型用设备定型装置：外径定型和内径定型种类①真空定径：管外抽真空使管材外表面吸附在定型套内壁冷却定型；②内压定径：管内加压缩空气，使管材外表面贴附在定型套内表面冷却定型；③顶出法：不用牵引设备、直接将管材顶出成型的方法，其芯模平直部分比口模长约10～50mm；④内径定型：在具有很小锥度的芯模延长轴内通冷却水，靠其外径确定管材内径并冷却定型，常用于直角机头和侧向式机头。内压法定径真空法外定径真空定型真空定型管材成型用设备冷却①水槽②喷淋水箱冷却喷淋水箱管材成型用设备牵引装置①滑轮式；②履带式（适用于大口径、薄壁管材）履带式牵引机履带式牵引机管材成型用设备切割①自动圆锯切割机②行星式自动切割机注：切割装置应该在切割时能够随管材一起移动，切割完成后应能返回原位切割设备切割设备管材成型用设备卷取设备——用于软管管材成型用设备扩口装置管材成型用设备管材成型用设备管材成型用设备管材成型用设备挤管操作规程①挤出设备的预热：开机时的料筒、机头和口模温度一般应比正常操作温度高10～20℃，口模处的温度应略低，以利消除管材中的气泡，防止挤出时管材因自重而下垂，温度过低又将影响挤出速度及制品的光泽。②螺杆转速的调整：螺杆转速应由零缓慢增加至预定挤出量。③校验同心度：调整管材、定径套、冷却器之间的同心度；④进入牵引机：由引管或靠人工将管坯引入牵引机，牵引速度也应由慢到快，直至达到规定的速度。挤管操作规程⑤工艺参数的调节：开车后不断调节工艺参数至管材符合相应的质量要求；⑥管材质量检验：操作人员及检验人员依据国家标准或客户标准对产品进行检测；⑦注意生产过程中的问题对于易产生内应力的管材应保持冷却水一定的水温挤管工艺参数的控制温度控制①挤出机温度控制制品的具体配方；挤出机的型号；机头结构；螺杆转速；设备温控系统的误差。挤管工艺参数的控制温度控制②螺杆温度降低螺杆温度可以提高产量；对于热敏性材料降低螺杆温度可以防止螺杆因摩擦热升温过高引起管材内壁毛糙适当降低螺杆温度可使塑料塑化良好，管材内壁的光洁度好；但螺杆温度过低，物料的反压力增加，产量会大幅度地降低，甚至会发生物料挤不出而造成螺杆、轴承损坏等事故；螺杆冷却时应控制出水温度不低于70～80℃。挤管工艺参数的控制温度控制③冷却水温度在塑料管材挤出过程中，冷却水的温度控制对管材质量有直接的影响。如果水温较高时，可用过冷却水，以增强冷却效果；对于易产生内应力的管件应控制冷却水的温度。挤管工艺参数的控制速度控制①螺杆转速提高螺杆转速可提高产量；单纯提高螺杆转速会造成塑料塑化不良，管材内壁毛糙，管材强度下降。②牵引机速度牵引机的速度一般稍快于挤出速度可以通过调节牵引速度微调管材的壁厚。挤管工艺参数的控制扭矩：扭矩变化太大说明生产中有不稳定的因素；机头压力：合适的机头应力对于产品质量至关重要；其它工艺参数管坯被挤出口模时应有一定的温度；管坯离开口模就应定径并冷却以获得具有良好的光洁度、正确的尺寸和几何形状的管材；内压定径用压缩空气压力：0.01～0.02MPa；真空法定径时真空度：0.035～0.070MPa。挤管生产线举例挤管生产线举例挤管生产线举例挤管生产线举例（二）挤出吹塑薄膜成型工艺挤出吹塑薄膜生产方法分类平挤上引吹塑（简称平挤上吹）；平挤平牵吹塑（简称平挤平吹）；平挤下垂吹塑（简称平挤下吹）。三种吹膜工艺示意图平挤上吹平挤上吹平挤平吹平挤下吹吹塑薄膜所用原料PEPPPVCPETPAPU吹塑薄膜所用设备挤出机单螺杆挤出机应用较多螺杆常用新型螺杆，长径比也较大为保证生产过程的顺利进行需加过滤器螺杆直径和吹膜机头直径关系如下表：螺杆直径/mm45506590120150机头直径/mm10075～120100～150150～200200～300300～500吹塑薄膜所