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1、第六章高分子材料加工第1页，共139页，编辑于2022年，星期三n了解挤出成型的特点，以及挤出成型设备的基本构造及工了解挤出成型的特点，以及挤出成型设备的基本构造及工作原理作原理n掌握固体输送理论的推导过程和影响固体输送流率的因素掌握固体输送理论的推导过程和影响固体输送流率的因素n分析影响熔体熔融塑化和熔体输送流率的因素分析影响熔体熔融塑化和熔体输送流率的因素 n了解和掌握塑料管材、挤出吹塑薄膜、挤出棒材和挤出异型了解和掌握塑料管材、挤出吹塑薄膜、挤出棒材和挤出异型材的主要工艺特点和工艺控制因素材的主要工艺特点和工艺控制因素n了解和掌握塑料材料的注射成型以及模压成型的主要原理和了解和掌握塑料材
2、料的注射成型以及模压成型的主要原理和工艺控制因素工艺控制因素本本章章要要求求第2页，共139页，编辑于2022年，星期三n一次成型法一次成型法:热塑性聚合物制品的绝大部分是通过熔热塑性聚合物制品的绝大部分是通过熔体加工的方法成型的。即通过加热使塑料处于粘流态体加工的方法成型的。即通过加热使塑料处于粘流态,经经过流动、成型和冷却，或硬化或交联固化，从而得到各过流动、成型和冷却，或硬化或交联固化，从而得到各种形状制品的方法。种形状制品的方法。n包括；挤出成型；注射成型；模压成型；压延成型；熔融纺丝等包括；挤出成型；注射成型；模压成型；压延成型；熔融纺丝等。n二次成型法：将一次成型法所得的片材、管材
3、和板材等塑料制品加热，使其处于高弹区（TgTf)，通过外力作用，使其发生形变，再经冷却定型而得到制品的方法。n包括：薄膜的二次吹胀；片材的再成型；管材的扩管。包括：薄膜的二次吹胀；片材的再成型；管材的扩管。第3页，共139页，编辑于2022年，星期三6.1 概述(Extrusion of Plastic)6.1.1 基本概念1基本定义基本定义挤压成型是借挤压成型是借助螺杆或柱塞的挤压作用，助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的聚合物材料在使受热熔化的聚合物材料在压力推动下，强行通过口模压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。型材的一种成型方法。
4、挤出过程：预处理料挤出过程：预处理料加料加料在螺杆中熔融塑化在螺杆中熔融塑化口口模挤出模挤出定型定型冷却冷却牵引牵引切割切割第4页，共139页，编辑于2022年，星期三2.2.挤出方法分类挤出方法分类n干法挤出聚合物的塑化和加压在同一设备内完成。n湿法挤出溶剂先将聚合物充分软化并塑化，聚合物的塑化和加压是两个独立的过程。定型处理采用溶剂脱出方法，同时应考虑溶剂的回收和利用。第5页，共139页，编辑于2022年，星期三3 3挤出成型特点挤出成型特点n连续性生产，产品可以任意长度；连续性生产，产品可以任意长度；n应用范围广，绝大多数的热塑性塑料和热固性塑料可应用范围广，绝大多数的热塑性塑料和热固性
5、塑料可用此方法生产；几乎用此方法生产；几乎1/3-1/21/3-1/2的塑料制品是通过挤出成的塑料制品是通过挤出成型来完成的。型来完成的。n生产效率高，一台挤出机的产量生产效率高，一台挤出机的产量85.885.8吨吨/年，而一台注年，而一台注射机的产量射机的产量27.627.6吨吨/年；年；例：近几年来，单螺杆例：近几年来，单螺杆 挤出机有了很大的发展。目前挤出机有了很大的发展。目前德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直径达德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直径达700mm700mm，产量为，产量为36t/h36t/h。n投资少，见效快。投资少，见效快。第6页，共139页，编辑于2022
6、年，星期三第7页，共139页，编辑于2022年，星期三4挤出成型方法的最新进展n设备技术更成熟；n电磁动态塑化挤出：将电磁振动场引入聚合将电磁振动场引入聚合 物塑化挤出的全过程物塑化挤出的全过程,从根本上改变了从根本上改变了传统螺杆挤出设备的换能方式、结构形式和塑化挤出过程。传统螺杆挤出设备的换能方式、结构形式和塑化挤出过程。提出了聚合物动态塑化挤出、直接电磁换能、机电磁一体化等一系提出了聚合物动态塑化挤出、直接电磁换能、机电磁一体化等一系列新概念和原理列新概念和原理,揭示了聚合物电磁动态塑化挤出过程中的各种新现象揭示了聚合物电磁动态塑化挤出过程中的各种新现象和规律。和规律。n计算机控制与应用
7、；n产品规格大，品种多。第8页，共139页，编辑于2022年，星期三6.1.2 6.1.2 挤出成型设备的基本构造及工作原理挤出成型设备的基本构造及工作原理 1 1单螺杆挤出成型设备单螺杆挤出成型设备规格规格:SJ-65/25SJ-65/25 螺杆直径螺杆直径 螺杆长径比螺杆长径比第9页，共139页，编辑于2022年，星期三单螺杆挤出机(Single Screw Extruder S.S.E)nSJ-65,SJ-65A,SJ-65B,SJZ-120n螺杆外径:(25),30，45，65，90，120，150，200，250,(300)。n螺杆L/D:(20),25,30第10页，共139页，编
8、辑于2022年，星期三(1)基本构造主机主机是由一根阿基米德螺杆在加热的料筒是由一根阿基米德螺杆在加热的料筒中旋转构成的。中旋转构成的。挤压系统挤压系统螺杆，料筒，料斗。螺杆，料筒，料斗。三大系统三大系统传动系统传动系统电动机，减速箱，轴承。电动机，减速箱，轴承。加热冷却系统加热冷却系统加热器，冷却水管。加热器，冷却水管。第11页，共139页，编辑于2022年，星期三在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为主机主机，而与其，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机辅机。塑料挤出机（主机）可以与管材、薄塑料挤出机（
9、主机）可以与管材、薄膜、捧材、单丝、扁丝、打包带、挤膜、捧材、单丝、扁丝、打包带、挤网、板（片）材、异型材、造粒、电网、板（片）材、异型材、造粒、电缆包覆等各种塑料成型辅机匹配，组缆包覆等各种塑料成型辅机匹配，组成各种塑料挤出成型生产线，生产各成各种塑料挤出成型生产线，生产各种塑料制品。种塑料制品。第12页，共139页，编辑于2022年，星期三辅机几种典型挤出成型制品的辅机n机头机头制品获得几何形状和尺寸；制品获得几何形状和尺寸；n定型装置定型装置对制品的形状和尺寸起稳定和定型作用，从而得对制品的形状和尺寸起稳定和定型作用，从而得到精确的截面形状和尺寸以及表面性能良好的制品。到精确的截面形状和
10、尺寸以及表面性能良好的制品。n冷却装置冷却装置对定型的制品进行充分冷却至热变形温度以下。对定型的制品进行充分冷却至热变形温度以下。n牵引装置牵引装置均匀地牵引制品，使其保持一定地截面尺寸并均匀地牵引制品，使其保持一定地截面尺寸并使稳定挤出。使稳定挤出。n切割装置切割装置根据使用要求将制品切成一定地长度和宽度。根据使用要求将制品切成一定地长度和宽度。n卷取装置卷取装置主要针对软制品。主要针对软制品。第13页，共139页，编辑于2022年，星期三(2)(2)挤出机主要技术参数与螺杆参数挤出机主要技术参数与螺杆参数n螺杆直径（螺杆直径（D），长径比（），长径比（L/D)，转数，转数，n驱动功率，生产
11、率，外形尺寸，重量等驱动功率，生产率，外形尺寸，重量等第14页，共139页，编辑于2022年，星期三螺杆分段：加料段，压缩段（转化段），均化段（计量段）螺杆分段：加料段，压缩段（转化段），均化段（计量段）螺槽深度：螺槽深度：h1，h2（变化的），（变化的），h3压缩比：压缩比：螺纹螺距，螺纹升角，螺纹头数，螺棱宽度等。螺纹螺距，螺纹升角，螺纹头数，螺棱宽度等。螺杆的主要参数：螺杆的主要参数：第15页，共139页，编辑于2022年，星期三 单螺杆挤出机的螺杆可分为三段：从料斗至机头依次为加料段(feed)、压缩段(transition)、均化段(metering)。各段功能：n加料段起着输送未熔
12、融固体物料的作用；n在压缩段中，聚合物物料逐渐从固态向粘流态转变，这种转变是通过料筒的热传导和螺杆旋转时剪切、搅拌摩擦等复杂作用实现的；n均化段是将压缩段送来的熔融流体的压力进一步增大，使高聚物均匀塑化，然后控制其定压、定量地从机头模孔挤出。在螺杆结构段的不同区域，对物料的作在螺杆结构段的不同区域，对物料的作用完全不同，概括起来：加料作用用完全不同，概括起来：加料作用压缩塑化作用压缩塑化作用均化温度、压力和挤出均化温度、压力和挤出量的作用。量的作用。第16页，共139页，编辑于2022年，星期三第17页，共139页，编辑于2022年，星期三螺杆型式的确定：螺杆型式的确定：渐变型螺杆渐变型螺杆压
13、缩段槽深为渐变的，传热好，剪切不剧烈，混炼压缩段槽深为渐变的，传热好，剪切不剧烈，混炼效果不好。适用于热敏性物料、结晶非结晶性物料。效果不好。适用于热敏性物料、结晶非结晶性物料。突变型螺杆突变型螺杆剪切剧烈，传热不好。适用黏度小、具有突变熔点剪切剧烈，传热不好。适用黏度小、具有突变熔点的物料，如的物料，如PA、PS、PP等等，但，但PVC等黏度高的会局等黏度高的会局部过热。部过热。在（在（12）D内发展到在（内发展到在（45）D内完成相变。内完成相变。(3)常规全螺纹三段螺杆的选择：常规全螺纹三段螺杆的选择：第18页，共139页，编辑于2022年，星期三螺杆直径的确定：螺杆直径的确定：国标系列
14、国标系列：30、45、65、90、120、150、200确定直径确定直径D：产品截面积的形状和大小产品截面积的形状和大小加工塑料的种类和生产率，辅机配备加工塑料的种类和生产率，辅机配备经验公式经验公式：Q=Dn出料系数，出料系数，0.0030.007螺杆长径比螺杆长径比L/D的确定：的确定：在一定意义上在一定意义上L/D反映塑化能力大小，特别当转反映塑化能力大小，特别当转速提高后相变点后移，只有加大速提高后相变点后移，只有加大L/D才可获得较好的才可获得较好的塑化效果。塑化效果。长径比大，则塑化剪切时间长，可以低温挤出，长径比大，则塑化剪切时间长，可以低温挤出，可以提高转速，但制造困难。可以提
15、高转速，但制造困难。第19页，共139页，编辑于2022年，星期三螺杆各段参数的选择螺杆各段参数的选择：加料段加料段：输送物料给压缩段和均化段：输送物料给压缩段和均化段a结晶性高聚物结晶性高聚物L=6065%b非结晶性高聚物非结晶性高聚物L=1025%熔融段熔融段：压实物料，熔融物料：压实物料，熔融物料a结晶性结晶性L=（35）Db非结晶性非结晶性L=5060%压缩比：将物料压实，排除气体，建立必要压力，保证物料到达螺压缩比：将物料压实，排除气体，建立必要压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度杆末端时有足够的致密度均化段均化段：将已熔物料定压定量定温地挤到机头中：将已熔物料定压定量定温地挤
16、到机头中L3=2050%H3=0.0250.06Ds第20页，共139页，编辑于2022年，星期三螺杆其他参数螺杆其他参数：螺纹升角：螺纹升角，螺距，螺距S=DS=D螺杆头部结构和螺纹断面形状：螺杆头部结构和螺纹断面形状：半圆、平、锥、尖、螺纹头半圆、平、锥、尖、螺纹头常见螺杆头部型式常见螺杆头部型式第21页，共139页，编辑于2022年，星期三螺棱断面螺棱断面：矩形（输送段）、锯齿形（压缩段和：矩形（输送段）、锯齿形（压缩段和均化段）均化段）常用螺纹断面型式常用螺纹断面型式第22页，共139页，编辑于2022年，星期三双螺杆的基本构造与分类：双螺杆的基本构造与分类：2.双螺杆挤出机圆柱型平行
17、双螺杆挤出机圆柱型平行双螺杆挤出机锥形双螺杆挤出机锥形双螺杆挤出机第23页，共139页，编辑于2022年，星期三双螺杆挤出机的分类：双螺杆挤出机的分类：第24页，共139页，编辑于2022年，星期三异向内翻式异向内翻式异向外翻式异向外翻式同向旋转式同向旋转式非啮合非啮合部分啮合部分啮合全啮合全啮合双螺杆的旋转方式双螺杆的旋转方式双螺杆的啮合型式双螺杆的啮合型式第25页，共139页，编辑于2022年，星期三1连接法兰；连接法兰；2分流板；分流板；3机筒；机筒；4电阻加热；电阻加热；5双螺杆；双螺杆；6螺旋加料装置；螺旋加料装置；7料斗；料斗；8螺杆轴承；螺杆轴承；9齿轮减速箱；齿轮减速箱；10传
18、送带；传送带；11电动机；电动机；12机架机架双螺杆挤出机的基本结构：双螺杆挤出机的基本结构：第26页，共139页，编辑于2022年，星期三双螺杆机的主要参数：双螺杆机的主要参数：1）直径）直径：指螺杆外径。：指螺杆外径。国外：国外：16340mm，国内：，国内：65140mm。（锥形双螺杆须标明大小端）（锥形双螺杆须标明大小端）2）长径比）长径比：有效长度和外径之比。一般：有效长度和外径之比。一般1028。3）旋向）旋向：旋向不同，用途不同。同向混料，异向挤出制：旋向不同，用途不同。同向混料，异向挤出制品。品。4）承受的扭矩）承受的扭矩5）驱动功率）驱动功率第27页，共139页，编辑于202
19、2年，星期三双螺杆结构设计的差别：双螺杆结构设计的差别：（1 1）啮合还是非啮合；）啮合还是非啮合；（2 2）对啮合螺杆：同向转动还是反向转动；）对啮合螺杆：同向转动还是反向转动；（3 3）螺杆是圆柱形还是锥形；）螺杆是圆柱形还是锥形；（4 4）压缩比的实现是靠：螺纹高度或导程；）压缩比的实现是靠：螺纹高度或导程；根径由小变大或外根径由小变大或外 径由大变小；径由大变小；螺纹头数变化。螺纹头数变化。（5 5）螺杆是整体的还是组合的。）螺杆是整体的还是组合的。第28页，共139页，编辑于2022年，星期三(1)(1)锥形双螺杆锥形双螺杆:向外反向转动。向外反向转动。从加料段到计量段，螺杆的外径和
20、根径均匀地从加料段到计量段，螺杆的外径和根径均匀地由大到小变化。由大到小变化。螺杆各部分的长度、螺纹头数、螺槽数、螺螺杆各部分的长度、螺纹头数、螺槽数、螺棱宽度、螺棱形状等均有变化。棱宽度、螺棱形状等均有变化。第29页，共139页，编辑于2022年，星期三（2 2）组合型双螺杆）组合型双螺杆第30页，共139页，编辑于2022年，星期三3基本过程与工作原理n 在挤压过程中，将颗粒状物料经挤出机料斗加入到已在挤压过程中，将颗粒状物料经挤出机料斗加入到已预热的料筒，料筒中不断旋转的螺杆，连续地挤压熔融的预热的料筒，料筒中不断旋转的螺杆，连续地挤压熔融的聚合物物料并通过机头模孔，挤出所需的设计断面，
21、后经聚合物物料并通过机头模孔，挤出所需的设计断面，后经定型冷却、牵伸获得制品。定型冷却、牵伸获得制品。n 物料从进入挤出机到成为制品，经历了固体到熔体，再到固体的过程，这个过程的前半部分是在挤出机中实现的。第31页，共139页，编辑于2022年，星期三（1）研究螺槽内流体速度、压力和温度分布的规律；）研究螺槽内流体速度、压力和温度分布的规律；（2）计算螺杆对物料的输送能力及螺杆的功率消耗；）计算螺杆对物料的输送能力及螺杆的功率消耗；（3）评价螺杆对物料的混合与塑化效果；）评价螺杆对物料的混合与塑化效果；（4）通过理论分析，寻求在聚合物加工中提高产量、提高塑化质量、）通过理论分析，寻求在聚合物加
22、工中提高产量、提高塑化质量、降低能量消耗的有效途径降低能量消耗的有效途径；（5）为聚合物挤出过程改进工艺、改进设备提供依据。）为聚合物挤出过程改进工艺、改进设备提供依据。6.2挤出理论挤出理论研究物料在塑化挤出过程中，状研究物料在塑化挤出过程中，状态变化及运动规律的工程原理态变化及运动规律的工程原理目的与意义：目的与意义：第32页，共139页，编辑于2022年，星期三n挤出过程：预处理料加料挤出过程：预处理料加料在螺杆中熔融塑化在螺杆中熔融塑化口模挤出口模挤出定型定型冷却冷却牵引牵引切割切割n要使制品质量、产量稳定，须满足以下要使制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件两个条件：n熔体的输送速率
23、熔体的输送速率=固态物料的熔化速率固态物料的熔化速率n沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率=挤出机生产挤出机生产率率第33页，共139页，编辑于2022年，星期三n6.2.1 三个职能区的建立1.固体输送区将固体物料向前输送，并得到初步压缩和排气的作用。2.熔化区物料发生相转变区域。3.熔体输送区将熔体定温定量定压地输送至机头。第34页，共139页，编辑于2022年，星期三第35页，共139页，编辑于2022年，星期三6.2.2固体输送理论固体输送理论(EXTRUDER FEED ZONE)以固体对固体的以固体对固体的摩擦静力平衡为基础建立摩擦静力平衡为基础建立1.
24、基本假设基本假设2.固体输送流率的计算：固体输送流率的计算：n点的运动分析：点的运动分析：Qs=f()n力和力矩的平衡分析：求出力和力矩的平衡分析：求出3.影响固体输送流率的因素影响固体输送流率的因素4.理论修正理论修正固体输送流率固体输送流率目的：定量计算固体输送流率；目的：定量计算固体输送流率；分析影响固体输送流率的因素。分析影响固体输送流率的因素。第36页，共139页，编辑于2022年，星期三n固体输送区通常限定在自料斗开始算起的几个螺距中，在该区，物料向前固体输送区通常限定在自料斗开始算起的几个螺距中，在该区，物料向前输送并被压实，但仍以输送并被压实，但仍以固体状固体状（SOLID B
25、ED OR PLUG）存在。存在。n物料的输送机理：物料与螺杆间的相对运动状态类似于物料的输送机理：物料与螺杆间的相对运动状态类似于螺栓与螺螺栓与螺母间的相对运动母间的相对运动。n目前关于固体输送区的理论有几种，此处重点介绍应用较广泛的以目前关于固体输送区的理论有几种，此处重点介绍应用较广泛的以固体固体对对固体固体的的摩擦静力平衡摩擦静力平衡为基础建立起来的输送理论。为基础建立起来的输送理论。固体输送区：固体输送区：第37页，共139页，编辑于2022年，星期三固体输送区塑化过程固体输送区塑化过程:螺杆的螺距、螺棱宽度的变化螺杆的螺距、螺棱宽度的变化物料粒子被致密地压实物料粒子被致密地压实在螺
26、槽在螺槽上滑动的固体床或上滑动的固体床或固体塞固体塞。固体塞运动固体塞运动依靠机筒表面与固体塞之间的摩擦力；依靠机筒表面与固体塞之间的摩擦力；螺杆与固体塞之间的摩擦力螺杆与固体塞之间的摩擦力阻止固体塞运动。在机筒内，造成物阻止固体塞运动。在机筒内，造成物料粒子不在同一方向前进，而是不时地翻滚、打滑，随螺杆旋转。料粒子不在同一方向前进，而是不时地翻滚、打滑，随螺杆旋转。随着物料挤出和物料在料斗内的流动，过程反复进行。随着物料挤出和物料在料斗内的流动，过程反复进行。在螺槽中运动的是被在螺槽中运动的是被挤压在一起的固体塞。挤压在一起的固体塞。第38页，共139页，编辑于2022年，星期三1.1.基本
27、假设：基本假设：物料与螺槽和料筒内壁紧密接触，形成具有弹性的固物料与螺槽和料筒内壁紧密接触，形成具有弹性的固体塞，并以恒定的速度移动；体塞，并以恒定的速度移动；固体塞与料筒表面、螺槽底面和侧面的摩擦因数是一固体塞与料筒表面、螺槽底面和侧面的摩擦因数是一个常数，可取不同值；个常数，可取不同值；忽略料筒与螺棱之间的间隙，螺槽是矩形的并且深度忽略料筒与螺棱之间的间隙，螺槽是矩形的并且深度不变，固体塞的密度不变。不变，固体塞的密度不变。第39页，共139页，编辑于2022年，星期三2.公式推导（1）固体塞点的运动分析 Qs=f()牵引角或移动角第40页，共139页，编辑于2022年，星期三第41页，共
28、139页，编辑于2022年，星期三 运转条件运转条件 Qs Qs 与与 螺杆参数螺杆参数 有关有关 牵引角牵引角n Qs n Qs ；Qs Qs第42页，共139页，编辑于2022年，星期三（2）固体塞的受力分析八个力的平衡 求出第43页，共139页，编辑于2022年，星期三A.公式法：第44页，共139页，编辑于2022年，星期三料筒表面系数的影响料筒表面系数的影响螺纹侧面摩擦的影响螺纹侧面摩擦的影响螺槽底面摩擦的影响压力的影响角受以下四方面的因素影响：第45页，共139页，编辑于2022年，星期三B.查图法第46页，共139页，编辑于2022年，星期三3.影响固体输送流率Qs的因素n螺杆参
29、数的影响：Db ,D h1 Qs =45n运转条件的影响：n Qs n 角的影响：K ,Qs M ,fs ,fb ,提高螺杆光洁度料筒加料段开槽，或强制冷却(防止物料熔融）第47页，共139页，编辑于2022年，星期三第48页，共139页，编辑于2022年，星期三6.2.3 6.2.3 熔融理论熔融理论相转变理论相转变理论(17)(17)压缩段物料压缩段物料压缩段物料压缩段物料固固固固-液共存液共存液共存液共存第49页，共139页，编辑于2022年，星期三1 1目的：目的：n预测螺槽中任一点未熔化物料量预测螺槽中任一点未熔化物料量n熔化全部物料所需螺杆长度熔化全部物料所需螺杆长度n熔融与螺杆参
30、数、物料特性、工艺参数间的关系熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系2 2冷却试验和熔融机理冷却试验和熔融机理n冷却试验：本色料冷却试验：本色料+3+35%5%着色料挤出着色料挤出稳定后停止并迅稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒速冷却螺杆和料筒取出螺杆、剥下物料取出螺杆、剥下物料切断螺切断螺旋带状料并观察截面形状旋带状料并观察截面形状.n现象：现象：熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态.固固液两相有一明显分界线液两相有一明显分界线.固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处.第50页，共139页，编辑于2022年，星期三熔融机理
31、熔融机理：加料段压实加料段压实逐渐熔融成一层熔膜逐渐熔融成一层熔膜超过后边超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池螺槽刮落于前侧形成熔体池固体床减小固体床减小直至物料完全直至物料完全熔融熔融第51页，共139页，编辑于2022年，星期三第52页，共139页，编辑于2022年，星期三n固相内Z距离上的质量平衡流入Z段的固相物料量-流出Z段的固相物料量=Z段上分界面处固相熔化量n熔膜内Z向单位距离(长度)上的质量平衡由固相沿Y方向加入熔膜的新熔化的熔融物料量=由熔膜流入液相熔池的熔融物料量n分界面单位面积上的热量平衡经熔膜流入分界面每单位面积上的热流量-由分界面每单位面积上流出进入固相内的热流量=分界面每
32、单位面积上塑料熔融消耗的热量3.熔融理论的建立第53页，共139页，编辑于2022年，星期三有因次比值，供热与消耗热量比值有因次比值，供热与消耗热量比值4.熔融理论公式第54页，共139页，编辑于2022年，星期三熔化系数第55页，共139页，编辑于2022年，星期三3.影响熔融塑化区长度的因素n挤出量G的影响G ,ZT ,在螺杆总长度不变的情况下,均化段长度减少,物料塑化质量下降;n有因次比值的影响与Tb,Ts有关,Tb ,Ts ,ZT ，物料塑化质量提高。n螺杆转速n的影响n G ，ZT 剪切热 ，ZT 第56页，共139页，编辑于2022年，星期三第57页，共139页，编辑于2022年，
33、星期三第58页，共139页，编辑于2022年，星期三6.2.4 熔体输送理论n(1)正流Qd（Drage flow，拖曳流动)沿螺槽向机头方向的流动，它是由螺杆旋转挤压造成的。n(2)横流Qt(Transverse flow,环流)物料与螺纹相垂直方向流动,它是由螺杆旋转挤压造成的。这种流动使物料在螺槽中产生翻转运动，形成环流。它对物料的混合和热交换以及塑化影响很大，但对总的生产率无影响。1.熔体流动形式第59页，共139页，编辑于2022年，星期三n(3)倒流Qp(Pressure-back flow)是由机头、多孔板、滤网等对物料产生的阻力引起的，其方向与正流方向相反。n(4)漏流Ql(L
34、eakage flow)是由机头、多孔板、滤网等对物料产生的阻力引起的，它产生在螺杆与料筒的间隙中，其方向是轴向，并与挤出方向相反。第60页，共139页，编辑于2022年，星期三第61页，共139页，编辑于2022年，星期三3.影响熔体输送流率的因素nP P的影响的影响P ,Q ,P ,Q ,但有利于物料的塑化但有利于物料的塑化;n螺杆转速螺杆转速n n的影响的影响 n ,Q ,n ,Q ,但转速过高但转速过高,剪切热过大剪切热过大,易出现局部过热易出现局部过热,运动运动不稳定不稳定,且螺杆根部扭矩过大且螺杆根部扭矩过大,易折断易折断;nh3h3的影响的影响存在最佳值存在最佳值nL3L3的影响
35、的影响 L3 L3 ，Q Q ；n螺棱与料筒间隙螺棱与料筒间隙0 0的影响的影响 0 0 ，Q Q 。第62页，共139页，编辑于2022年，星期三作业n1.说明挤出成型基本过程及辅机的作用。说明挤出成型基本过程及辅机的作用。n2.说明固体输送理论的研究思路，分析影响固体说明固体输送理论的研究思路，分析影响固体输送流率的因素有哪些？输送流率的因素有哪些？n3.分析影响熔融区长度的因素有哪些？分析影响熔融区长度的因素有哪些？n4.为了挤出机生产达到质量和产量的稳定，应控为了挤出机生产达到质量和产量的稳定，应控制哪些因素制哪些因素n5.熔体在熔体输送区的螺槽中的流动形式有哪几熔体在熔体输送区的螺槽
36、中的流动形式有哪几种？种？第63页，共139页，编辑于2022年，星期三6.3 典型挤出制品的加工工艺 6.3.1概述概述第64页，共139页，编辑于2022年，星期三1.挤出成型工艺与过程挤出成型工艺与过程原料的准备和预处理原料的准备和预处理挤出成型挤出成型定型与冷却定型与冷却牵引和卷取牵引和卷取(切割）切割）热处理热处理后处理后处理第65页，共139页，编辑于2022年，星期三通常的程序：通常的程序：原料的准备与预处理原料的准备与预处理挤出造型挤出造型制品的定型与冷却制品的定型与冷却制品的牵引与卷取（切割）制品的牵引与卷取（切割）后处理后处理包装包装(1)(1)原料准备与预处理原料准备与预
37、处理通常包括干燥、预热、着色、混入各种添加剂和废品的回收利用等。通常包括干燥、预热、着色、混入各种添加剂和废品的回收利用等。第66页，共139页，编辑于2022年，星期三原料干燥原料干燥：目的：目的：1)原料中的水分原料中的水分2)从外界吸收的水分从外界吸收的水分影响挤出过程的正常进行和制品的质量影响挤出过程的正常进行和制品的质量:n制品出现气泡制品出现气泡n表面晦暗等缺陷表面晦暗等缺陷n物理机械性能降低物理机械性能降低n挤出无法进行挤出无法进行通常控制水分含量在通常控制水分含量在0.5以下以下第67页，共139页，编辑于2022年，星期三1).挤出机各部分工艺条件挤出机各部分工艺条件挤出过程
38、挤出过程:螺杆转数、料筒压力、温度螺杆转数、料筒压力、温度(A)(A)物料温度物料温度：来源于料筒加热器和螺杆对物料的剪切。：来源于料筒加热器和螺杆对物料的剪切。(2)挤出成型工艺挤出成型工艺第68页，共139页，编辑于2022年，星期三料温升高：粘度降低，利于塑化；料温升高：粘度降低，利于塑化；熔体流量大，出料加快，机头和口模温度过熔体流量大，出料加快，机头和口模温度过 高，挤出物形状稳定性差，制品收缩率增加，高，挤出物形状稳定性差，制品收缩率增加，甚至制品发黄、出现气泡。甚至制品发黄、出现气泡。挤出不能正常进行。挤出不能正常进行。温度降低：熔体粘度大，机头压力增加，制品密实、温度降低：熔体
39、粘度大，机头压力增加，制品密实、形状稳定性好，但离模膨胀严重，应适当形状稳定性好，但离模膨胀严重，应适当 增大牵引速度。增大牵引速度。料温过低：塑化较差，功率消耗增加。料温过低：塑化较差，功率消耗增加。口模与模芯温差过大：挤出制品出现向内或向外翻或口模与模芯温差过大：挤出制品出现向内或向外翻或 扭歪情况。扭歪情况。第69页，共139页，编辑于2022年，星期三(B)(B)增大螺杆的转速增大螺杆的转速：强化对物料的剪切作用，利于物料的混合和塑化，提高物料强化对物料的剪切作用，利于物料的混合和塑化，提高物料的压力。的压力。第70页，共139页，编辑于2022年，星期三2).挤出机工艺条件与聚合物有
40、关挤出机工艺条件与聚合物有关同是管材，聚合物不同，挤出条件就不同。同是管材，聚合物不同，挤出条件就不同。例：生产例：生产3mm厚，内径厚，内径25mm的管材的管材,软软PVC的生产工艺和的生产工艺和ABS就不相同。就不相同。第71页，共139页，编辑于2022年，星期三软软PVCABS加料段温度加料段温度90-100160-165压缩段压缩段120-130170-175均化段均化段130-140175-180机头温度机头温度150-160175-180口模温度口模温度170-180190-195螺杆螺杆:长径比长径比16-2115-20压缩比压缩比1.5:123:1转速转速(转转/分分)201
41、0第72页，共139页，编辑于2022年，星期三3).挤出工艺还与产品的形状有关挤出工艺还与产品的形状有关例：同是例：同是ABS、管材和棒材不相同、管材和棒材不相同管材管材棒材棒材加料段温度加料段温度160165160170压缩段温度压缩段温度170175170175均化段温度均化段温度175180175180机头温度机头温度175180150160口模温度口模温度190195170180第73页，共139页，编辑于2022年，星期三4).挤出工艺条件对产品质量的影响挤出工艺条件对产品质量的影响主要是主要是温度和剪切温度和剪切作用作用料温高，料温高，小，利于塑化，出料速度大小，利于塑化，出料速
42、度大但机头口模温度高，则形状稳定性下降，制品收缩率上升，但机头口模温度高，则形状稳定性下降，制品收缩率上升，制品发黄、气泡，挤出不正常制品发黄、气泡，挤出不正常料温下降，料温下降，则则高，机头压力大，挤出物密实，高，机头压力大，挤出物密实，形状稳定性形状稳定性好好,但离模膨胀变大但离模膨胀变大;料温过低，则粘度过大，功率消耗变大。料温过低，则粘度过大，功率消耗变大。口模和模芯温度口模和模芯温度不能相差太大，挤出物就会出现内翻或外翻不能相差太大，挤出物就会出现内翻或外翻转速转速N上升，上升，剪切力上升，有利于塑化、混合，且粘度剪切力上升，有利于塑化、混合，且粘度下降，混合效果好。下降，混合效果好
43、。但由于压力也相应增大但由于压力也相应增大，后期流量反而减小。，后期流量反而减小。第74页，共139页，编辑于2022年，星期三定型和冷却不及时，制品在自身重力作定型和冷却不及时，制品在自身重力作用下，就会发生形变。大多数情况下用下，就会发生形变。大多数情况下定型与定型与冷却往往是同时进行的冷却往往是同时进行的；管材和异形型材有定型过程；管材和异形型材有定型过程；薄膜、单丝、线缆包复物等则不需定型；薄膜、单丝、线缆包复物等则不需定型；板材和片材，通过一对压辊压平来定型和冷却；板材和片材，通过一对压辊压平来定型和冷却；（3）制品的成型与冷却第75页，共139页，编辑于2022年，星期三管子的定型
44、方法管子的定型方法:定径套、定径环和定径板等也有采用定径套、定径环和定径板等也有采用水冷却定径的。水冷却定径的。冷却速度低，定型慢冷却速度低，定型慢由于自重下垂，质量下降；由于自重下垂，质量下降；冷却速度高，定型快冷却速度高，定型快聚集态结构不同，质量可能也不能满聚集态结构不同，质量可能也不能满足要求。足要求。如如PS、LDPE和和UPVC等，等，冷却过快时，制品有内应力等，并降低外冷却过快时，制品有内应力等，并降低外观质量；观质量；对软质或结晶的塑料，则应较快冷却，否则制品极易变形。对软质或结晶的塑料，则应较快冷却，否则制品极易变形。第76页，共139页，编辑于2022年，星期三牵引的目的：
45、牵引的目的：A消除离模膨胀效应消除离模膨胀效应B避免堵塞口模，破坏挤出的连续性避免堵塞口模，破坏挤出的连续性C解决挤出物发生的形变解决挤出物发生的形变型式型式：滚轮式和履带式：滚轮式和履带式牵引速度：牵引速度：一般应稍大于挤出速度，对制品一般应稍大于挤出速度，对制品进行适度拉伸，牵引速度均匀进行适度拉伸，牵引速度均匀（4）牵引和热处理第77页，共139页，编辑于2022年，星期三热处理：热处理：在在TgTf(或或Tm)间进行热处理间进行热处理(热定型热定型)目的：提高薄膜目的：提高薄膜的尺寸稳定性；的尺寸稳定性；减少使用中的热收缩率。减少使用中的热收缩率。第78页，共139页，编辑于2022年
46、，星期三1）挤出造粒）挤出造粒2）管材挤出管材挤出3）片材和板材的挤出片材和板材的挤出4）纸张涂复）纸张涂复5）线缆包复）线缆包复6）挤出吹塑挤出吹塑7）挤出纺丝挤出纺丝（5）生产工艺流程生产工艺流程第79页，共139页，编辑于2022年，星期三1.1.挤出流程及主要辅助设备挤出流程及主要辅助设备生产流程生产流程:机头挤出，冷却定型、冷却、牵引、切割或卷曲机头挤出，冷却定型、冷却、牵引、切割或卷曲n机头机头：直通式直通式结构简单，但会产生熔接痕，只能与外定径设备配合。结构简单，但会产生熔接痕，只能与外定径设备配合。直角式直角式不用分流器，不会产生熔接痕，能得到内壁光滑管材。不用分流器，不会产生
47、熔接痕，能得到内壁光滑管材。分流器及支架分流器及支架直通式机头直通式机头 芯棒与口模芯棒与口模n定型装置：定型装置：内定径内定径 外定径外定径管材外壁与定径套内壁相接触。管材外壁与定径套内壁相接触。n冷却装置：冷却装置：水槽冷却水槽冷却 喷淋冷却喷淋冷却n牵引装置：牵引装置：履带式履带式 滚轮式滚轮式6.3.2.塑料管材塑料管材第80页，共139页，编辑于2022年，星期三常见的是圆管，材料有常见的是圆管，材料有PE、PP、PCPA软质软质PVC、ABS,国内以国内以PE、PP、软质、软质PVC、ABS等为主，是国际公认的金属管替代品，也是绿色节能等为主，是国际公认的金属管替代品，也是绿色节能
48、产品产品第81页，共139页，编辑于2022年，星期三(1)(1)机头机头：机头和口模常连为一体：机头和口模常连为一体,通称机头通称机头,包括过滤网、多包括过滤网、多孔板、分流梭（有时与模芯结合为一个部件）、模芯、口模孔板、分流梭（有时与模芯结合为一个部件）、模芯、口模等。等。n机头的作用机头的作用：改变熔融物料的流动方向，使其由螺旋变为直线运动；改变熔融物料的流动方向，使其由螺旋变为直线运动；产生必要的压力使制品密实；使物料进一步塑化均匀；成产生必要的压力使制品密实；使物料进一步塑化均匀；成型制品。型制品。第82页，共139页，编辑于2022年，星期三第83页，共139页，编辑于2022年，
49、星期三(b)直角式直角式熔体在机头中流动方向与熔体在机头中流动方向与螺杆轴向垂直螺杆轴向垂直.从料筒流出的熔体绕过芯模从料筒流出的熔体绕过芯模再向前流动，会产生一条分再向前流动，会产生一条分流痕，流动阻力小，料流稳流痕，流动阻力小，料流稳定，出料均匀，但其结构复定，出料均匀，但其结构复杂，占地面积大。杂，占地面积大。适于适于PPPP、PEPE及尺寸要求严及尺寸要求严格的管材格的管材.第84页，共139页，编辑于2022年，星期三n滤网（滤网（screen）：过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片叠在一起的力，提高混合、塑化效果。由若
50、干片叠在一起的3030120120目不锈钢网组成，用多孔板支承。目不锈钢网组成，用多孔板支承。n多孔板（筛板、分流板）：多孔板（筛板、分流板）：厚度为螺杆直径的厚度为螺杆直径的1/31/31/51/5，上，上边钻有边钻有336mm6mm的中间疏、两边密的同心圆孔，距螺杆头的中间疏、两边密的同心圆孔，距螺杆头部部0.1D,0.1D,即约为计量段一个螺槽容积，太大易积料分解，即约为计量段一个螺槽容积，太大易积料分解，太小料流不稳定。太小料流不稳定。n分流器（鱼雷头）：将圆柱形料流变为薄环状并便于进分流器（鱼雷头）：将圆柱形料流变为薄环状并便于进一步加热塑化。大型分流器内设加热器，支架用以支承一步加