4挤出成型(3-4)

第五章挤出成型定义：在挤出机上使树脂受热呈熔融状态，在一定压力下通过挤出成型模具而获得连续型材。产品类型：管材、板材、棒材、薄膜、电缆包层、异型材等。5.1挤出设备•5.2挤出过程及挤出理论。•5.3塑料板材的挤出成型。•5.4塑料管材的挤出成型。•5.5挤出吹塑薄膜。•5.6共挤出复合成型80%的塑料材料用到挤出成型，挤出设备广泛用于塑料材料的塑化、熔体输送和泵送加压，从而成为其它成型方法的基础挤出机的分类挤出机的分类•挤出机的分类：随着挤出机用途的增加，出现了各种挤出机，分类方法很多。•1）按螺杆数目的多少，可以分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机；•2）按可否排气，分为排气挤出机和非排气挤出机；•3）按螺杆的有无，分为螺杆挤出机和无螺杆挤出机；•4）按螺杆在空间的位置，可分为卧式挤出机和立式挤出机。•最常用的是卧式单螺杆非排气挤出机屏障型螺杆销钉型螺杆分配混合型螺杆组合型螺杆螺杆类型表示螺杆结构特征的基本参数•基本参数：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒的间隙、螺头结构等直径D：用来表示挤出机的大小规格,常见的螺杆直径为45～150毫米,螺杆直径增大，加工能力提高长径比(L/D):螺杆工作部分有效长度与直径之比，通常为18～25。L/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化;能减少漏流和逆流，提高挤出机的生产能力;L/D过大，塑料受热时间增长而降解;螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，造成螺杆与机筒的间隙不均匀;给螺杆和机筒的加工制造带来困难;L/D过小，易引起物料的混炼、塑化不良。压缩比：螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽容积之比表示螺杆结构特征的基本参数螺杆的结构形式与其三个主要工作区І加料段：起预热、压实、输送物料的作用，螺槽深度不变II压缩段：螺槽深度逐渐变小；起熔融物料、去阶气体等III均化段（计量段）：螺槽深度通常为常数；起进一步塑化均匀物料、并将其定量定压的送入机头口模的作用。挤出机的作用•挤出机的作用：①连续、稳定地输送物料②将固体物料塑化成熔融物料③使物料在温度和组分上均匀一致。挤出过程及挤出理论•送料段－固体输送理论：固体在摩擦力作用下沿螺槽恒速运动•压缩段－熔化理论：固体和熔体共存区•计量段－熔体输送理论：正流、逆流、漏流、横流单螺杆挤出机的工作原理均化段塑料在挤出机中的状态及流动•固体输送—加料段•熔化过程—压缩段迁移面①熔膜的形成②熔池的形成•随着螺杆的转动，筒壁上的熔膜被强制刮下来•刮下的聚合物熔体移动到螺杆根部•然后再次被根部扫起来形成旋转运动•在螺纹推进面前方形成一熔池③熔池的扩大④全部熔融单螺杆挤出原理熔融过程：由料斗加入的物料经过固体输送区被压实成固体床，固体床在前进过程中同已经加热的料筒表面接触时逐渐升温并开始熔融，在料筒表面形成一层熔膜。当熔膜的厚度超过螺杆与料筒的间隙时，旋转着的螺杆的棱面就把熔体刮落，汇集于螺纹推力面的前方，形成熔池。随着螺杆的转动，来自加热器的热量和熔膜中的剪切热不断传至未熔融的固体床，使与熔膜相接触的固体粒子熔融1无熔体移走的传导熔融熔融全部热量由接触或暴露表面提供，熔融速率仅由传导决定。熔融的方法2.有熔体强制移走的传导熔融熔融的一部分热量由接触表面的传导提供，一部分热量通过熔膜中的粘性耗散将机械能转变为热来提供。耗散---力学的能量损耗，即机械能转化为热的现象。在外力作用下，大分子链的各运动单元可能沿力的方向做从优取向的运动，就要克服内部摩擦，所以要消耗能量,这些能量转化为热能。3.其它熔融方式(c)耗散混合熔融(d)利用电、化学或其它能源的耗散熔融方法（e）压缩熔融聚合物在螺杆挤出机中的熔融均化段能量来源：①装在机筒外壁的加热器,使能量在机筒沿螺槽深度方向自上而下传导.图：单螺杆挤出机结构示意图1-树脂2-料斗3-映衬垫4-热电耦5-机筒6-加热装置7-衬套加热器8-多孔板9-熔体热电耦10-口模11-衬套12-过滤网13-螺杆14-冷却夹套-能量来源：②随着螺杆的转动，筒壁上的熔膜被强制刮下来移走而使熔融层受到剪切作用，使部分机械能转变热能.•熔体输送—均化段正流、逆流、漏流、横流塑料在挤出机中的状态及流动（1）正流(拖曳流动)：流体沿着螺槽向机头方向的流动；是螺杆旋转时螺纹斜棱的推力作用造成。塑料熔体在螺槽中混合流动示意图熔体在螺槽内的流速分布图•熔体输送—均化段（2）逆流（压力流动）方向与正流相反；是由机头（压力高）到加料口（压力低）的压力梯度所引起的逆向流动。（3）漏流和逆流一样，也是由压力梯度引起的。是产生在螺杆突棱与机筒间隙中的一种压力逆流。漏流的流速比正流和逆流小得多。（4）横流沿垂直于螺纹线方向的流动（环流）。横流对物料的混合、热交换和塑化起着重要作用，但对流体总的流动量基本无影响。塑料在挤出机中的状态及流动螺杆直径（MM）304565最小间隙（MM）0.10.150.2最大间隙（MM）0.250.30.4单螺杆与料筒间隙（JB-1291-73)是在一个“∞”字形机筒内，由两根互相啮合的螺杆组成。螺杆可以是整体或组装，同向旋转或异向旋转，平行或锥形的双螺杆挤出机1.强制输送作用在同向旋转啮合的双螺杆挤出机中，两根螺杆相互啮合，啮合处一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽中，使其在物料输送过程中不会产生倒流或滞流。无论螺槽是否填满。输送速度基本保持不变，具有最大的强制输送性。螺纹啮合处对物料剪切过程使物料的表层得到不断地更新，增进了排气效果，因此双螺杆挤出机比单螺杆挤出机具有更好的排气性能。2.混合作用由于两根螺杆相互啮合，物料在挤出过程中进行着比单螺杆挤出机中更为复杂的运动，不断受到纵向横向的剪切混合，从而产生大量热能，使物料加热更趋均匀，达到较高的塑化质量。3.自洁作用反向旋转的双螺杆，在啮合处的螺纹和螺槽间存在速度差，相互擦离过程中，相互剥离粘附在螺杆上的物料，使螺杆得到自洁。同向旋转的双螺杆，在啮合处两根螺杆的运动方向相反，相对速度更大，因此能剥去各种积料，有更好的自洁作用。双螺杆挤出机的作用双螺杆挤出机•特点•加料容易：无压力回流，高低粘度的带状料、糊状料、粉料和玻璃纤维等皆可加入；•物料在螺杆中停留时间短•优异的排气性能：料筒可以自动清洗，使得物料在排气段能获得完全的表面更新。•优异的混合、塑化效果：经受纵横向的剪切混合，较好的混合和较大的传热面积（热敏性）；•低能耗：短，物料的能量多由剪切产生。•螺杆的输送能力大双螺杆挤出机和单螺杆挤出机工作原理比较•物料在单螺杆挤出机中的输送是依靠物料与机筒的摩擦力•而双螺杆挤出机则为“正向输送”，有强制将物料向前输送的作用，另外，双螺杆挤出机在两根螺杆的啮合处还对物料产生剪切作用双螺杆挤出机排气挤出机•在机筒上开设一个或多个排气口，挥发物可由此逸出。•二阶单螺杆挤出机，由二根普通螺杆串连而成：加料、熔融、计量；压缩、计量•排气口的冒料现象5.2挤出过程及挤出理论挤出成型过程可分为三个阶段：塑化阶段：在挤出机上进行塑料的加热和混炼，使固态原料变为均匀的粘性流体。成型阶段：在挤出机螺杆的作用下，熔融塑料以一定的压力和速度连续通过装在挤出机上的成型模具，获得一定的断面形状。定形阶段：通过冷却等方法使熔融塑料已获得的形状固定下来，成为固态制件。要求：稳定的产量和质量：①沿螺槽方向任一截面上的质量流率必须保持恒定且等于产量，②熔体的输送速率应等于物料的熔化速率。挤出机的组成和作用传动装置加料装置机筒螺杆机头与口模单螺杆挤出机结构示意图1-机座2-电动机3-传动装置4-料斗5-料斗冷却区6-机筒7-料筒加热器8-热点偶控温点9-螺杆10-过滤网及多孔板11-机头加热器12-机头13-挤出物挤出机的组成和作用挤出机：•机头：熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。•定型装置：它的作用是将从机头中挤出的塑料的既定形状稳定下来．并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光亮的表面。通常采用冷却和加压的方法达到这一目的。•冷却装置：由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最终的形状和尺寸。•牵引装置：其作用为均匀地牵引制品。并对制品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。•切割装置：将连续挤出的制品切成一定的长度或宽度。•卷取装置：将软制品（薄膜、软管、单丝等）卷绕成卷。概述挤出机主机机头定型装置冷却装置牵引装置切割装置定长装置•塑料管材机组组合式瓣合式挤出机机头挤出成型机头挤出成型机头的作用①使塑料的螺旋运动变为直线运动②产生必要的成型压力，使挤出的塑料熔体密实③使塑料得到进一步塑化④成型塑料制件挤出成型机头挤出机成形机头的组成：口模和芯棒：口模成型塑料制品的外表面，芯棒成型制品的内表面，决定了制品的横截面形状。多孔板：将塑料熔体由螺旋运动变为直线运动，同时还能防止未塑化的塑料及其它杂质进入机头分流器和分流器支架：把塑料熔体分为薄环状，以进一步的均匀加热和塑化在设计挤出成型机头时应遵循的原则：①为保证物料通过口模后具有规定的断面形状和足够的定型时间，口模应有足够的成型长度。②流道应具有一定的压缩比，使制品密实、消除熔体结合纹。③应保持熔体挤出后具有规定的断面形状（控制口模必要的成型长度）挤出制件的冷却定型管件：定径套和冷却水槽定型冷却外径定径：使管材和定径套内壁相接触，常采用内部通压缩空气或在管材外壁抽真空的手段。定径套过大会增大管材表面的粗糟度，过小会产生过大的阻力，使管材不易挤出内径定径：定径套的冷却水管从芯棒中伸进。内径定径所产生的内应力小，但结构复杂。压缩空气的压力0.03～0.28Mpa，加热。外径固定内定径5.4板材的挤出成型•薄膜：厚度小于0.25mm；•片材：厚度0.25～1mm；•板材：厚度大于1mm；•挤出可以生产厚度0.02～20mm的薄膜、片材和板材。•一般宽度为1～1.5m，最大宽度可达3～4m。•结构：单层或多层、平面或波纹、异型截面等。•板材的加工方法：压延法、层压法、浇注法、和挤出法，挤出法最为简单，但厚度均匀性不如压延法。•用途：结构材料和包装材料：化工容器、建筑或交通工具车、广告板；还是一些热成型产品的原料（真空吸塑：冰箱内衬，药片包装）几种塑料制品的挤出成型（1）用挤出成型方法可以生产大于10～15μm至8毫米的平膜、片材和板材。一般按产品的厚度分，1毫米以上称板材，0.25～１毫米称片材，薄膜的厚度通常为几到几十µm(Micron)。（2）管材成型几种塑料制品的挤出成型（3）型材挤出型材通常指棒材和异型材。棒材一般是指实心圆棒，也可以是指正方形、矩形、三角形、菱形等；异型材是指除管材、板(片)材外，纵向断面相同，横向断面不对称的，由挤出法连续成型的塑料制品。尤其是中空异型材制品几种塑料制品的挤出成型5.5共挤出复合成型•将二台或二台以上的挤出机，分别挤出的熔融物料汇合到一起，形成同一产品的过程。•包装材料，要求有良好的气密性（阻隔性好，PVDC）、强度、韧性（HDPE）、耐热性、热封性（LDPE）•模前复合法，模内复合法5.6共挤出复合成型共挤出复合管材成型：•增加耐药品性：PA/PP•增加耐压力:PA/PP•提高隔热效果：PP/发泡PP•防止热胀冷缩：玻璃纤维增强双层PP•降低成本：PE/添加CaCO3PE/PE•增加色彩双层管机头P218共挤出复合管材机头结构三层管机头P219共挤出复合管材机头结构层间形成咬合结构的多层管材和成型口模的结构在设计挤出成型机头时应遵循的原则①机头内料流通道呈流线型，无死角。②流道应具有一定的压缩比，使制品密实、消除熔体结合纹。③应保持熔体挤出后具有规定的断面形状（控制口模必要的成型长度）5.3造粒•定义：将树脂及各种助剂经计量、混合及塑炼制成便于成型的密实的球形、圆柱体形、立方体形颗粒的操作过程。•造粒是制品生产中的一个中间过程，由造粒法生产的树脂、专用料、改性料、着色料也可以作为产品。色母粒优点：①良好的分散效果：颜料获得最大的表面积来发挥对可见光的选择性吸收与反射效应。团聚的颜料颗粒会堵塞喷丝板②产品成本低：小批量、短周期③配料操作简单：换色、换料方