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1、第六章压制成型第一节 热固性塑料的模压成型一、热固性模塑料的成型工艺性能1、流动性2、固化速率3、成型收缩率lSL=（L0-L）/L0 100%4、压缩率lRP=d2/d1 第一页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。二、压缩模塑原理压缩模塑压缩模塑1.成型方法又称为模压成型或压制。主要用于热固性塑料的成型，也可以用于热塑性塑料的成型。粉粒状、纤维粉粒状、纤维状的料状的料置于成型温置于成型温度的型腔中度的型腔中合模加合模加压压成型固成型固化化第二页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。一、压缩模塑原理2.压缩模塑特点塑料直接加入型腔，加料腔是型腔的延伸。模具是在塑件最终成型时才完全闭合压力通过凸模
2、直接传给塑料不易获得尺寸精度尤其是高精度的塑件不能压制带有精细、易断嵌件及较多嵌件的塑件。有利于成型流动性较差的以纤维为填料的聚合物第三页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。生产周期长、效率低。一、压缩模塑原理2.压缩模塑特点操作简单，模具结构简单。一模多腔塑件收缩小、变形小、各向性能均匀、强度高。可压制较大平面塑件或一次压制多个塑件没有浇注系统，料耗少第四页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。二、模压设备和模具1.模压设备作用2.模压设备的种类按传动方式分机械式压机：机械式压机：螺旋式压力机液压机：液压机：水压机和油压机提供所需的压力开模顶件合模某些情况下也传递压缩过程中所需的热量第五页，编
3、辑于星期六：二十一点 三十三分。液压机按机身结构分框架式框架式 用于中小型压机立柱式立柱式 用于大中型压机2.模压设备的种类第六页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。2.模压设备的种类液压机按加压形式分上压式上压式：工作液缸位于上端，下部是固定工作台。下压式：下压式：工作液缸位于下端，操作不便，很少使用。为了保证压缩模塑的正常进行，应选用适当的压机，并校核模具与压机的关系。第七页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。3、模具（1）溢式模具多余的物料可溢出，多用于小型制品、扁平制品。（2）不溢式模具结构复杂，制造成本高，可制得高密度制品。第八页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（3）半溢式模具有
4、支承面：有装料室，其余与溢式模具相似；无支承面：有溢料槽，其余与不溢式模具相似。第九页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三、压缩模塑工艺模压前的准备模压过程模压后处理预热和干燥预热和干燥预压预压嵌件的安放嵌件的安放加料加料合模合模排气排气保压与固化保压与固化脱模脱模模具清理模具清理整形去应力整形去应力修饰抛光修饰抛光特殊处理特殊处理压压压压缩缩缩缩模模模模塑塑塑塑工工工工作作作作循循循循环环环环图图图图第十页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。为方便操作和提高塑件的质量，先用预预压模压模将粉状、纤维状的塑料粉塑料粉在预压机上压成重量重量一定一定、形状一致形状一致的锭料锭料。三、压缩模塑工艺1
5、.模压前的准备预压预压方法预压方法预压方法预压方法：采用预压锭料的优点：采用预压锭料的优点：采用预压锭料的优点：采用预压锭料的优点：加料快而准确降低压缩率，减小压料腔尺寸，空气含量少，不仅传热快且气泡少。第十一页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。生产过程复杂，实际生产中一般不进行预压。生产过程复杂，实际生产中一般不进行预压。生产过程复杂，实际生产中一般不进行预压。生产过程复杂，实际生产中一般不进行预压。三、压缩模塑工艺1.模压前的准备采用预压锭料的优点：采用预压锭料的优点：采用预压锭料的优点：采用预压锭料的优点：避免加料过程粉尘飞扬，改善劳动条件。可提高预热温度，缩短预热和固化时间。锭料与塑
6、件形状类似，便于成型复杂或带细小嵌件的塑件。第十二页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三、压缩模塑工艺1.模压前的准备对压塑粉的要求：对压塑粉的要求：对压塑粉的要求：对压塑粉的要求：预压条件：预压条件：预压条件：预压条件：颗粒最好大小相间压缩率（塑料锭料塑料锭料）宜为3.0左右含有润滑剂压力：压力：压力范围40200MPa温度：温度：室温或5090预压原则：原则：锭料的密度达到塑件最大密度的80%第十三页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三、压缩模塑工艺1.模压前的准备预热和干燥塑料成型前加热的目的：塑料成型前加热的目的：干燥干燥干燥干燥预热预热预热预热塑料成型前加热的方法：塑料成型前加热
7、的方法：高频加热红外线预热烘箱预热热板预热为压缩模提供热塑料去除水分和挥发物第十四页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。作为塑件中导电部分或使塑件与其它零件相连接的零件。三、压缩模塑工艺1.模压前的准备嵌件的安放嵌件的安放要求位置正确位置正确、平稳平稳嵌件嵌件嵌件嵌件 常用嵌件有轴套轴套、螺钉螺钉、螺帽螺帽、接线柱接线柱等等大嵌件在模具装上压机后要先预热先预热第十五页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三、压缩模塑工艺2.模压过程加料加料的关键是加料量加料量加料量加料量定量的方法：合理堆放塑料，粉料或粒料的堆放要做到中间高四周低，便于气体排放。容量法：容量法：容量法：容量法：方便但不很准重量法
8、：重量法：重量法：重量法：准确、麻烦计件法：计件法：计件法：计件法：预压锭料，计数放入第十六页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三、压缩模塑工艺2.模压过程合模凸模触及塑料之后：凸模触及塑料之后：减慢合模速度（利于排气）凸模触及塑料之前：凸模触及塑料之前：尽量加快合模速度（缩短周期，避免塑料过早固化）加料后即可合模，合模时间一般从几秒到几十秒不等。合模过程分为两个部分：第十七页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。合模后加压至一定压力，立即卸压，凸模稍微抬起，连续次。三、压缩模塑工艺2.模压过程排气 排除水分和挥发物变成的气体及化学反应的副产物，以免影响塑件性能与表面质量。流动性好的塑料采用迟
9、压法迟压法迟压法迟压法，即从从凸模与塑料接触到到压模完全闭合的过程中停顿1530秒。塑件带有小型金属嵌件则不采用排气操作，以免移位或损坏。方法：方法：方法：方法：目的：目的：目的：目的：第十八页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。在成型压力与温度下保持一定的时间，使交联反应进行到要求的程度。从压模闭合加压至卸压取出塑件所用的时间。三、压缩模塑工艺2.模压过程保压与固化欠熟欠熟过熟过熟不足过度保压时间长短受塑料类型塑料类型、预热情况预热情况、塑件塑件形状形状及压缩程度压缩程度的影响。保压时间：保压时间：固化阶段的要求：固化阶段的要求：固化程度固化程度第十九页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三
10、、压缩模塑工艺2.模压过程脱模复杂塑件在压力下冷却至一定温度后再脱模复杂塑件在压力下冷却至一定温度后再脱模塑件脱模方法：塑件脱模方法：模外手动推出推出机构机自动推出第二十页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三、压缩模塑工艺3.模压后处理用铜铲或压缩空气清理，以免损模具外观模具清理整形去应力在整形模中冷却脱模后放入一定温度的油池或烘箱中缓慢冷却，或者进行退火处理大型、厚壁件对薄壁易变形件第二十一页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三、压缩模塑工艺3.模压后处理修饰抛光特殊处理二次加工：防潮、美观(电镀、喷涂)去飞边、毛刺、表面抛光第二十二页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。检查塑料质量检查
11、塑料质量预压、预热、干燥预压、预热、干燥称称 料料清洗嵌件，嵌件预热清洗嵌件，嵌件预热清清 理理 压压 模模涂涂 脱脱 模模 剂剂放嵌件放嵌件加加 料料合合 模模加热加压排排 气气加热卸压固固 化化保温保压开开 模模卸压脱模塑塑 件件 整整 形形去去 应应 力力 处处 理理塑件送至下一工序塑件送至下一工序压缩模塑工作循环第二十三页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。模压压力（成型压力）模压压力（成型压力）模压温度（成型温度）模压温度（成型温度）模压时间模压时间四、压缩模塑工艺条件 要生产出高质量塑件，除了合理的模具结构模具结构，还要正确选择工艺条件工艺条件。第二十四页，编辑于星期六：二十一点
12、三十三分。四、压缩模塑工艺条件1.成型压力 指压缩塑件时凸模对塑料熔体塑料熔体和固化时在分型面固化时在分型面单位投影面积上的压力（单位MPa）成型压力成型压力施加成型压力的目的：施加成型压力的目的：使模具闭合，防止飞边克服塑料在成型过程中产生的各种顶模力使粘流态物质在一定压力下固化使塑料充满型腔第二十五页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。四、压缩模塑工艺条件1.成型压力A凸模与塑料接触部分在分型面上的投影面积（mm）计算公式：计算公式：p=式中：p 成型压力（MPa）pb压力机工作液压缸压力（MPa）D压力机主缸活塞直径（m）成型压力与成型压力与成型压力与成型压力与塑料种类、塑件结构、模具温
13、度塑料种类、塑件结构、模具温度等因等因等因等因素有关。素有关。素有关。素有关。第二十六页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。四、压缩模塑工艺条件2.成型温度 指压缩时所需的模具温度，对塑件质量、模压时间影响很大成型温度成型温度热固性塑料的模内温度模内温度高于高于模具温度模具温度硬化速度慢、周期长，硬化不足；塑件表面无光；物理、力学性能差模具温度太高树脂、有机物分解；塑件外层先硬化高成型周期短，生产率提高过低第二十七页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。四、压缩模塑工艺条件3.模压时间 指塑料在闭合模具中固化变硬所需的时间。与塑料品种塑料品种、含水量含水量、塑件形状尺寸塑件形状尺寸、成型成型温度
14、温度、压缩模具结构模具结构、预压预热预压预热、成型压力成型压力等因素有关。模压时间模压时间塑件性能反而下降模压时间短硬化不足，外观及力学性能差，易变形过长在保证塑件质量的前提下，应力求缩短模压时间。在保证塑件质量的前提下，应力求缩短模压时间。在保证塑件质量的前提下，应力求缩短模压时间。在保证塑件质量的前提下，应力求缩短模压时间。第二十八页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。1.会填写压缩模塑工艺流程图。2.压缩模塑模具温度与成型温度关系？3.模压时间指的是什么时间？4.压缩模塑工艺条件主要是什么？思考与练习：第二十九页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。模压成型工艺1、计量：重量法、容量法。2
15、、预压：一般在室温下进行，预压机、压模。3、预热4、嵌件安放5、加料6、闭模7、排气8、保压固化9、脱模冷却10、制品后处理 第三十页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。四、模压成型工艺条件及控制 1 模压压力l压力的作用：促使物料流动、充模；增大制品密度；克服成型时的内压力，避免制品出现脱层、肿胀等现象；使制品具有固定的形状尺寸。2 模压温度l 塑料熔融、流动、交联。3 模压时间l 主要取决于固化速度，还与制品厚度等因素有关。第三十一页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。第二节 橡胶制品的模压硫化一、橡胶制品及生产工艺l模型制品、非模型制品。二、橡胶制品的硫化l1、橡胶在硫化过程中结构与性能
16、的变化由线形结构变为网状结构。物理机械性能、物理性质、化学稳定性发生变化。l 2、硫化历程（1）焦烧阶段(AB)（2）热硫化阶段(BC)（3）平坦硫化阶段(CD)（4）过硫化阶段(DE)E交联度ABD硫化时间橡胶硫化曲线C第三十二页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。3、正硫化及正硫化点的确定正硫化：又称最宜硫化，指橡胶制品性能达到最佳值时的硫化状态。胶料达到最大交联密度时的硫化状态。（1）物理机械性能测定法l300%定伸强度法、拉伸强度法、压缩永久变形法、综合取值法。（2）物理化学法l溶胀法、游离硫测定法。（3）专用仪器法l门尼粘度计、硫化仪。硫化仪测定的硫化曲线t10：焦烧时间；t90：工
17、艺正硫化时间；t：理论正硫化时间。第三十三页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。4 硫化介质（加热介质）（1）饱和蒸汽 应用最广泛。（2）过热蒸汽 温度高，但给热系数小，易损坏设备。（3）热空气 常用。（4）过热水 常用于高压硫化。（5）热水 传热较均匀。（6）固体介质 连续硫化，共熔金属、共熔盐。（7）微粒玻璃珠 导热效率高。5 硫化方法 室温硫化胶浆、腻子、薄膜浸渍制品 硫化罐硫化 硫化方法 个体硫化机硫化 热硫化 常压热水硫化 平板硫化机硫化 连续硫化第三十四页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。平板硫化机第三十五页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三、模型硫化工艺及硫化条件硫化三要素
18、：硫化的温度、压力和时间硫化三要素：硫化的温度、压力和时间。1、硫化压力l施加压力的目的：防止产生气泡，提高致密性；使胶料充模；提高橡胶与布层的密着度；提高胶料的物理机械性能。2、硫化温度与时间各种橡胶最宜硫化温度为：NR143；IR、BR、CR151；IIR170；SBR、NBR180。硫化时间和硫化温度相互依赖。第三十六页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（1）用范特霍夫方程式计算等效硫化时间 1/2=K（t2-t1)/10，lK硫化温度系数，1.52.5，常取K=2。l硫化温度降低10，硫化时间增加一倍。（2）用阿累尼乌斯方程式计算等效硫化时间ln 1/2=(E/R)(T2T1)/T2
19、T1。E硫化反应活化能，约为80104kJ/mol。注意：T为绝对温度，R与E的单位一致。第三十七页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。第七章挤出成型第三十八页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。本章绪论本章绪论定义定义：在挤出成型机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法。它是用加热或其他方法使塑料成为流动状态，然后在机械力（压力）作用下使其通过口模而制成连续的型材。特点特点：具有很高的生产率且能生产连续的型材，还可用来混合、塑化、造粒和着色等。挤出过程挤出过程：高聚物加热熔融成为融体，在加压情况下通过具有一定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体，然后冷却定型成为制品或
20、半制品。第三十九页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。挤出成型设备螺杆挤出机柱塞式挤出机单螺杆挤出机多螺杆挤出机同向异向连续式挤出连续式挤出间歇式挤出间歇式挤出柱柱 塞塞 式式 挤挤 出出 机机 是是 借借 助助 柱柱 塞塞 的的 推推挤挤压压力力，将将事事先先塑塑化化好好的的或或由由挤挤出出机机料料简简加加热热塑塑化化的的物物料料从从机机 头头 口口 模模 挤挤 出出 而而 成成 型型 的的。第四十页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。一、用途一、用途塑料工业：（1）塑料混合、造粒（2）挤出塑料管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材、中空制品等橡胶工业：（1）橡胶半制品的压型、生胶
21、塑炼、金属丝包胶（2）胶料的造粒、压片和混炼等2、组成（挤出成型设备的组成）7.1 单螺杆挤出机基本结构及作用第四十一页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。单螺杆挤出机传动系统挤出系统加热冷却系统控制系统辅助系统加料装置料筒螺杆机头和口模二、组成二、组成第四十二页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。1）传动系统）传动系统 作用：作用：给螺杆提供所需的扭矩和转速给螺杆提供所需的扭矩和转速2）加料装置（料斗）加料装置（料斗）作用：作用：保持向料筒连续、均匀供料保持向料筒连续、均匀供料组成单元：加料孔、冷却夹套、玻璃视孔及标定计量装置、预热干燥和真空减压装置、振动器、自动加料装置等组成单元：加料孔、
22、冷却夹套、玻璃视孔及标定计量装置、预热干燥和真空减压装置、振动器、自动加料装置等3）加热冷却系统）加热冷却系统作用：作用：通过对料筒（螺杆）进行加热冷却，保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成通过对料筒（螺杆）进行加热冷却，保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成 4）机头）机头 作用：作用：制品成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸制品成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸5）定型装置）定型装置作用：作用：将从机头中挤出的塑料即定形状稳定下来，并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状，尺寸和光亮的表面将从机头中挤出的塑料即定形状稳定下来，并对其进行精整，从而得
23、到更为精确的截面形状，尺寸和光亮的表面6）冷却装置）冷却装置 作用：作用：将定型后的制品进一步冷却固化，以获得最终的形状和尺寸将定型后的制品进一步冷却固化，以获得最终的形状和尺寸7）牵引装置）牵引装置作用：作用：均匀地牵引制品，并对制品地截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行均匀地牵引制品，并对制品地截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行8）卷取装置）卷取装置9）控制系统）控制系统组成：电器、仪组成：电器、仪表、执行机构表、执行机构第四十三页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。三、螺杆结构及主要参数 l（1）螺杆结构螺杆分段：物料在螺槽中的运动及物理状态变化 三段作用：加料段：向前输送，压实物
24、料；固态 压缩段：继续压实，熔融塑化；固态与粘流态并存 均化段：混合塑化均匀，计量；粘流态第四十四页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（2）螺杆参数）螺杆参数（1）螺杆直径）螺杆直径Ds：指其外径。随螺杆直径增大，挤出机的生产能力提高，所：指其外径。随螺杆直径增大，挤出机的生产能力提高，所以挤出机的规格以挤出机的规格（2）螺杆长径比）螺杆长径比LDs：螺杆工作部分的有效长度：螺杆工作部分的有效长度L与直径与直径Ds之比。之比。（3）压缩比）压缩比A：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，：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
25、压缩的程度。表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。（4）螺槽深度）螺槽深度H：加料段：加料段h1、均化段、均化段h3一定值；压缩段一定值；压缩段h2变化。变化。（5）螺旋角）螺旋角：螺纹与螺杆横截面之间的夹角，随着螺纹与螺杆横截面之间的夹角，随着的增大，挤出机的的增大，挤出机的生产能力提高，但螺杆对塑料的挤压剪切作用减少。生产能力提高，但螺杆对塑料的挤压剪切作用减少。（6）螺纹棱部宽）螺纹棱部宽E（7）螺杆与料筒的间隙：其大小影响挤出机的生产能力和物料的塑化。）螺杆与料筒的间隙：其大小影响挤出机的生产能力和物料的塑化。第四十五页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（3）、螺杆作用螺杆作用1）加
26、料：）加料：物料加入料斗后，依靠自重或在强制加料器的作用下，进入螺杆螺槽的空间，在螺棱的推动下向前挤出。出现问题：出现问题：物料与料斗间摩擦因数太大，或物料间内摩擦因数太大，可能会在料斗中逐步形成架桥或空心管现象，造成挤出不稳定。注意：注意：加料孔周围应设冷却夹套，以排除高温料筒向料斗传热，以致于料斗中的塑料因升温而发粘，引起加料不均或料流受阻。非正常加料示意图非正常加料示意图第四十六页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（2）输送）输送固体物料从料斗加入后，由于螺杆旋转，使得物料与螺杆机筒表面的相对运动而形成的摩擦作用，强行将物料向前输送。在开始阶段，物料呈固态向前输送（固体输送段固体输送段
27、）。）。由于机筒外有加热，热通过机筒传导给物料，同时，物料在前进运动中，生成摩擦热，使物料沿料筒向前的温度逐渐升高，致使高分子物料从颗粒或粉状的固体转变成粘流态（熔融段、压缩段熔融段、压缩段）。）。熔融的物料被连续不断的输送到螺杆前方，通过过滤网、分流筛而进入机头成型。（3）压缩）压缩在挤出过程中，塑料被压缩是绝对必要的。塑料是一种热的不良导体，颗粒之间如有空隙，将会影响其传热，从而影响熔融速率；只有在逐渐增加的压力下，颗粒之间的气体才有可能从料斗排出；螺杆产生压力的原因：螺杆产生压力的原因：螺杆的螺槽深度逐渐变浅，物料逐渐被压缩；在螺杆头前安装有分流筛、过滤网等阻力元件较高的系统压力可保证制
28、品较密实。第四十七页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（4）熔融（压缩段）熔融（压缩段）热量来源：热量来源：机筒外部加热器传递的传导热；熔膜中由于各层熔体运动速度不同而产生的剪切热（内摩擦热）（5）混合混合在高压作用下，固体物料被压实成密实的固体塞固体塞，固体塞中颗粒之间无相对运动，因此混合作用只能在有相对运动的各层熔体间进行。在熔体输送段，发生下列混合现象：物料中各组分（树脂及各种添加剂）均匀的分散混合；热量的混合。在挤出时，先熔融的物料与后熔融的物料温度必然不同，如果熔料过早地从机头挤出，将造成挤出物各处温度不均匀。（6）排气）排气小结：综上所述，任何一根螺杆都必须完成小结：综上所述，任
29、何一根螺杆都必须完成加料、输送加料、输送、压缩、压缩、熔融、混合和排气熔融、混合和排气六大基本功能。六大基本功能。第四十八页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（4）、常规全螺纹三段螺杆的设计）、常规全螺纹三段螺杆的设计（一）关于螺杆形式的确定（一）关于螺杆形式的确定根据压缩段长短根据压缩段长短渐变螺杆渐变螺杆特点：特点：加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡，经过较长的螺杆轴加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡，经过较长的螺杆轴向距离大多用于无定性塑料加工，剪切作用小，混炼特性不是很高，向距离大多用于无定性塑料加工，剪切作用小，混炼特性不是很高，适于热敏性塑料。适于热敏性塑料。突变螺杆突变螺杆
30、特点：特点：较短压缩段，适于粘度低、具有突变熔点的塑料：较短压缩段，适于粘度低、具有突变熔点的塑料：PA、PE、PP根据用途根据用途普通螺杆普通螺杆高效螺杆高效螺杆第四十九页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。(1)普通螺杆 等距变深螺杆 等深变距螺杆 变距变深螺杆等距变深螺杆制造容易，成本低：物料与料筒接触面积大，易于传热，有利于物科的压缩熔融和塑化：进料段螺槽较深也有利于进料，因此这种螺杆应用最广。等距变深螺杆按其螺槽深度变化的快慢(即压缩段的长短)又可分为等距渐变形螺杆和等距突变形螺杆。第五十页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。(二)关于螺杆直径的确定关于螺杆直径的确定标准化：标准化：
31、30、45、65、90、120、150、200确定因素：加工制品的断面尺寸：适当关系、加工塑料的种类、所要确定因素：加工制品的断面尺寸：适当关系、加工塑料的种类、所要求的生产率来确定求的生产率来确定(三三)关于螺杆长径比的确定关于螺杆长径比的确定L/D、n：螺杆塑化能力和塑化质量：螺杆塑化能力和塑化质量 L/D30第五十一页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。(四)常规螺杆存在的问题1、塑化不均（1）固液同处一个螺槽，且固体床逐渐变窄固体床与料筒接触面减小熔融效率低，流率低（2）固体床解体，形成固体碎片，被融体包围，固体床不能彻底熔融（3）已熔的仍能从料筒和熔膜中的剪切获得热量2、压力波动、温
32、度波动和产量波动大产量质量低（1）较高频率波动：由螺杆的旋转引起的（2）低频波动：熔融过程的不稳定引起（3）更低频波动：温控系统稳定性差，环境因素变化3、不能很好适应特殊塑料加工或进行混炼，着色等工艺过程第五十二页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。2.新型螺杆新型螺杆（1）分离型螺杆）分离型螺杆 改变螺杆的传统结构，从而改变物料在螺杆上的运动轨改变螺杆的传统结构，从而改变物料在螺杆上的运动轨迹和受力、分散混合状态，以使物料充分塑化，均化。迹和受力、分散混合状态，以使物料充分塑化，均化。改变常规螺杆在压缩段固液相同处一螺槽状况，将已熔融与改变常规螺杆在压缩段固液相同处一螺槽状况，将已熔融与 未
33、熔融物料尽早分离未熔融物料尽早分离 结构特点结构特点压缩段加设了一条副螺纹压缩段加设了一条副螺纹 外径主螺纹外径，外径主螺纹外径，导程主螺纹，压缩段始末端均与主螺纹相交。导程主螺纹，压缩段始末端均与主螺纹相交。液相槽宽度由窄变宽固相槽宽度由宽变窄液相槽宽度由窄变宽固相槽宽度由宽变窄,固、液槽深度都由固、液槽深度都由h1 变变h3副螺纹与机筒内壁径向间隙只能让熔融物料通过进入液相槽副螺纹与机筒内壁径向间隙只能让熔融物料通过进入液相槽第五十三页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。分离型螺杆：分离型螺杆：1.固相槽固相槽 2.液相槽液相槽 3.主螺纹主螺纹 4.附螺纹附螺纹第五十四页，编辑于星期六：
34、二十一点 三十三分。性能特点：性能特点：促进物料彻底熔融，使挤出过程稳定进行促进物料彻底熔融，使挤出过程稳定进行提高生产能力，螺杆对机头的提高生产能力，螺杆对机头的 适应性强适应性强排气性好排气性好优点优点1）塑化效率高，塑化质量好）塑化效率高，塑化质量好 （2）产量、温度、压力波动小，单耗低，适应性强）产量、温度、压力波动小，单耗低，适应性强 （3）保证熔融质量，提高了熔融速率，能实现低温挤出）保证熔融质量，提高了熔融速率，能实现低温挤出缺点缺点1）加工制造困难）加工制造困难 （2）固体床逐渐变窄）固体床逐渐变窄熔融能力受限熔融能力受限第五十五页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。分离螺杆的
35、多种形式：分离螺杆的多种形式：Maillefer螺杆：螺杆：Barr螺杆：螺杆：第五十六页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。Barr螺杆结构特点：螺杆结构特点：起始部分与起始部分与Maillefer螺杆相同；螺杆相同；不同点：熔体螺槽充分宽时，附加螺纹开始与主螺纹平行，不同点：熔体螺槽充分宽时，附加螺纹开始与主螺纹平行，此时，固体槽和熔体槽两者宽度恒定；而且，固体螺槽沿此时，固体槽和熔体槽两者宽度恒定；而且，固体螺槽沿展开长度方向逐渐变浅，熔体槽深增加；展开长度方向逐渐变浅，熔体槽深增加；优点：不需要固体床有任何变形，固体床始终与机筒有较优点：不需要固体床有任何变形，固体床始终与机筒有较 大
36、的接触面积，有利于熔融；大的接触面积，有利于熔融；缺点：熔融段末端，短长度内，熔体槽从窄而深变为宽而缺点：熔融段末端，短长度内，熔体槽从窄而深变为宽而 浅，不利于稳定流动。浅，不利于稳定流动。第五十七页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。Lacher/Hsu/Willert螺杆螺杆第五十八页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（2）屏障型螺杆）屏障型螺杆螺杆某部位设立屏障段，使未熔的固相不能通过，并促使固相熔融的一类螺杆螺杆某部位设立屏障段，使未熔的固相不能通过，并促使固相熔融的一类螺杆工作过程：物料由进料槽流入，由出料槽流出，只有熔融的物料和粒工作过程：物料由进料槽流入，由出料槽流出，只有熔
37、融的物料和粒度小于度小于 才能进入出料槽才能进入出料槽特点特点：1）剪切作用强烈，塑化质量好）剪切作用强烈，塑化质量好2）制造容易，产量、质量、单耗等指标优于常规全螺纹三段螺杆）制造容易，产量、质量、单耗等指标优于常规全螺纹三段螺杆 3）适于加工聚烯烃类）适于加工聚烯烃类第五十九页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。l（3）分流型螺杆）分流型螺杆-销钉螺杆销钉螺杆在螺杆的某一部位设置许多突起部在螺杆的某一部位设置许多突起部分或沟槽或孔道，将螺槽内的料流分或沟槽或孔道，将螺槽内的料流分割，以改变物料的流动状况，促分割，以改变物料的流动状况，促进熔融、增强混炼和均化的一类螺进熔融、增强混炼和均化的
38、一类螺杆杆特点：混合作用强烈，利于填充剂特点：混合作用强烈，利于填充剂分散分散优点：如设计合理，销钉螺杆，可优点：如设计合理，销钉螺杆，可以提高产量（提高以提高产量（提高30100%),减减少少MD、TD方向的温差，改善塑化方向的温差，改善塑化质量，提高混合均匀性和填充物的质量，提高混合均匀性和填充物的分散性。分散性。第六十页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。l四、机头和口模四、机头和口模机头和口模的作用机头和口模的作用l（1）使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动，并稳）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。定地导入口模而成型。l（2）产生回压，使物料进一步均化，
39、提高制品质量。）产生回压，使物料进一步均化，提高制品质量。l（3）产生必要的成型压力，以获得结构密实和形状准确）产生必要的成型压力，以获得结构密实和形状准确的制品。的制品。第六十一页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。7.2 挤出成型原理加料段：螺槽中松散的固体粒子，物料开始被压实加料段：螺槽中松散的固体粒子，物料开始被压实压缩段压缩段：螺槽逐渐变浅、分流板、机头阻力）物料被压实螺槽逐渐变浅、分流板、机头阻力）物料被压实 料筒外热、螺杆混合剪切）温度上升，开始熔融料筒外热、螺杆混合剪切）温度上升，开始熔融常规螺杆在压缩段的常规螺杆在压缩段的1/3 开始熔融，压缩段结束全部物料熔融开始熔融，压缩
40、段结束全部物料熔融均化段：温度均匀的熔体均化段：温度均匀的熔体机头：成型部件、冷却定型机头：成型部件、冷却定型 其他工序其他工序第六十二页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。7.2.1 挤出理论挤出理论（一）固体输送理论（达涅尔（一）固体输送理论（达涅尔（一）固体输送理论（达涅尔（一）固体输送理论（达涅尔-莫尔理论）莫尔理论）莫尔理论）莫尔理论）1.达涅尔达涅尔-莫尔理论的基本假设莫尔理论的基本假设认为固体输送段的物料是已被压实的固体塞，充满于整个螺槽中；固体塞所受的压力仅沿螺槽方向变化；摩擦因数是一个常数，在螺杆和机筒表面的摩擦因数可以不同；忽略固体塞密度的变化；忽略螺槽中物料重力的影响；螺
41、棱与机筒间隙（f）可忽略不计；加料段螺槽截面为矩形，且槽深不变。第六十三页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。料筒速度：料筒速度：Vb dn 固体塞沿螺槽移动的速度固体塞沿螺槽移动的速度：Vp固体塞沿轴线移动的速度：固体塞沿轴线移动的速度：Vp1固体的流率固体的流率Qs=Vp1 FVp=Vp1/sin b 塞子沿料筒表面切线方向的速度：塞子沿料筒表面切线方向的速度：Vp1/tg b b螺杆在料筒表面的螺旋角螺杆在料筒表面的螺旋角第六十四页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。表Vb和Vpb之间的夹角第六十五页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。Rs螺杆根部截面半径;Rb-螺杆半径e-螺棱宽;-螺
42、旋角;P-螺纹头数为求为求：建立作用在塞子上的力的静力平衡方程式：建立作用在塞子上的力的静力平衡方程式第六十六页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。式中，H1螺槽深度；D螺杆外径；n螺杆转速；输送角；螺旋角。2.固体输送率qs的与螺杆几何尺寸的关系第六十七页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。式中：P：固体输送段计算结束处的压力；P0：固体输送段计算开始处的压力。为了使qs最大，角应尽可能大，即K、M应尽可能小，即塑料对螺杆的摩擦因数fs应尽可能小，而对机筒的摩擦因数fb应进可能大。螺槽要深。（1）qs与输送角与输送角的关系的关系根据物料力的平衡，可得输送角根据物料力的平衡，可得输送角的表达式
43、的表达式第六十八页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。a.挤出机结构减小fs，提高螺杆表面光洁度；中心水冷；增大fb，机筒内表面开设纵向沟槽，如图示：b.工艺条件控制螺杆与机筒表面温度，以控制fs，fb。（2）摩擦因数）摩擦因数f高聚物与金属的摩擦因数高聚物与金属的摩擦因数高聚物与金属的摩擦因数高聚物与金属的摩擦因数f f是温度的函数是温度的函数是温度的函数是温度的函数第六十九页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（3）螺旋角）螺旋角(螺纹升角螺纹升角）最大时，固体输送率QS将达最大。通过计算，可得出如下关系图：与与螺螺旋旋角角关关系系图图：第七十页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。l总结：
44、为提高固体输送速率，可采取的措施有：（1）在螺杆直径不变时，增大螺槽深度；（2）减少物料与螺杆的静摩擦因素fs；（3）增大物料与料筒的静摩擦因素fb；（4）选择合适的螺旋角，增大第七十一页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（二）（二）压缩段的熔化理论压缩段的熔化理论1959年，马多可（B.H.Maddock）和斯特里（L.F.Street)提出了单螺杆挤出理论-相迁移理论；1966年，塔莫尔Z.Tadmor用数学分析的方法建立数学模型提出熔化理论；1976年，J.T.Lindt按动力学观点提出新的熔融理论。第七十二页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。l1、熔化理论的基本假设、熔化理论的基本
45、假设 挤出过程稳定，挤出过程中，固相（固体床）和液相（熔化物料）的分界面固定不变；螺槽中的物料被压实成连续而均匀的固体床（塞），以一定速度Vsz沿螺槽（Z方向）移动；螺杆固定、料筒旋转，当熔膜厚度超过螺杆与料筒的间隙时，熔膜被料筒表面拖曳，汇集于熔池，同时固体床以恒定的速度移向分界面，以保持稳定的状态。界面边界明显，即物料具有较窄的熔融温度范围；固体的熔化只在料筒与固体床之间的固体床/熔体膜界面上进行；第七十三页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。l2、熔融过程的描述、熔融过程的描述(1)熔融过程：料斗熔融过程：料斗固体输送区：压实固体输送区：压实固体床固体床熔膜熔膜（厚度大于间隙）刮落（厚度
46、大于间隙）刮落熔池熔池固体床窄，熔池变宽固体床窄，熔池变宽固固体床消失体床消失均化段均化段机头机头第七十四页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。熔融模型熔融模型：A、B称为相变点）称为相变点）第七十五页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（2）相迁移面熔化区内固体相和熔体相的界面称为相迁移面相迁移面，它是由固体相转变为熔体相的过渡区域。熔体膜形成后的固体熔化是相迁移面发生的，所需的热量一部分来源于料筒的外加热，另一部分则来源于螺杆和料筒对熔体膜的剪切作用。随着物料往机头方向输送，固相宽度逐渐减小，液相宽度逐渐增加，直到熔融段终点，固相完全消失。第七十六页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。熔融
47、过程的数学模型：熔融过程的数学模型：（主要分析固相宽度沿（主要分析固相宽度沿螺槽方向的变化规律）螺槽方向的变化规律）Z螺槽方向螺槽方向X螺纹棱的方向螺纹棱的方向Y螺槽深度方向螺槽深度方向开始熔融时，开始熔融时，x=W全部熔融时，全部熔融时，x0第七十七页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。l固相内z距离上的质量平衡l熔膜内Z向单位距离上的质量平衡l分界面单位面积上的热量平衡综合得：ZT熔融区的螺杆长度第七十八页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。ZT熔融区的螺杆长度-塑料熔融时供给热量与需要热量之比-熔化系数(3)(3)熔化长度熔化长度结论：结论：1）、运转工艺条件的影响）、运转工艺条件的影响
48、稳定挤出的流动速率（挤出量）稳定挤出的流动速率（挤出量）GA、G对对ZT的影响近似线性的影响近似线性B、G的增加导致熔融的发生和中了均延迟即其他条件不变的情况下，的增加导致熔融的发生和中了均延迟即其他条件不变的情况下，G 产量质产量质量变坏量变坏螺杆转数螺杆转数A、无被压控制时：、无被压控制时：n ZT,所以一般设备转数不能提高所以一般设备转数不能提高B、有被压控制时：、有被压控制时：n ZT ，所以增大，所以增大 n时，需增加设备背压时，需增加设备背压料筒温度料筒温度Tb Tb 可提早熔融，可提早熔融，ZT ，但，但Tb 存在最佳值存在最佳值2）、螺杆几何参数的影响）、螺杆几何参数的影响螺槽
49、深度螺槽深度H等深螺槽在实用范围内取较深的等深螺槽在实用范围内取较深的H较有利较有利渐变度渐变度A：起加速熔融过程的作用：起加速熔融过程的作用螺旋角螺旋角 ：1）螺旋线增长，物料停留时间长）螺旋线增长，物料停留时间长ZT 2）WZT螺纹头数螺纹头数P对对ZT影响较弱，仅使ZT略微减小螺纹与料筒间隙螺纹与料筒间隙间隙越大，间隙越大，ZT小结：物料的整个熔化过程是在螺杆压缩段内进行的，熔融快慢取决于螺杆参数、操作工艺条件和物料性质。第七十九页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（三）均化段的熔体输送理论（三）均化段的熔体输送理论l假设：螺杆相对静止，料筒以原来螺杆的速度作反向运动。螺杆相对静止，料
50、筒以原来螺杆的速度作反向运动。将螺槽展开，坐标将螺槽展开，坐标x轴垂直于螺棱侧壁，轴垂直于螺棱侧壁，y轴为螺槽深度方向，轴为螺槽深度方向，轴为物料沿螺槽向前移动方向。轴为物料沿螺槽向前移动方向。料筒相对螺杆螺槽作运动，熔体被拖动沿料筒相对螺杆螺槽作运动，熔体被拖动沿z方向移动，同时由于机头口模的回压作用物方向移动，同时由于机头口模的回压作用物料又有反压流动。料又有反压流动。第八十页，编辑于星期六：二十一点 三十三分。（1）正流，亦称拖曳流动：由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用）正流，亦称拖曳流动：由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用引起物料沿螺槽方向引起物料沿螺槽方向(z方向方向)向机头的流动，这是均化段熔