第4章-挤出成型.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 挤出成型,青岛大学,第一节 概述,挤出成型是把物料经过挤出机融化后，经过挤出机机头和定型装置加工出塑料制品，经过挤出加工的塑料制品占整个塑料产品的,50%,以上。,一、常见的挤出产品,有管材、板材、单丝、薄膜、异型材（塑料门窗）、电线、电缆包皮、涂层（人造革、壁纸）等。,二、挤出的两个阶段,第一阶段：固体塑料塑化，并把塑化好的塑料输送到口模，即将熔体经口模得到制品的初步形状。,第二阶段：熔体塑料固化，并把固化后的制品冷却下来。即确定制品的形状，并对制品的形状进行精整。,三、塑料塑化方式,干法：靠外加热将塑料变成熔体，用成型设备塑化是最常用的塑化方式。,湿法：用溶剂将塑料软化挤出成型（不方便）。,四、挤出方式,连续挤出：用螺杆式挤出机、分单双螺杆，产品有管、膜、丝、板、异型材等。,间歇挤出：用柱塞式挤出机，先由螺杆和料筒塑化，挤入料筒内，而后由柱塞将熔体挤出口模外，压力大，产品有中空制品，水桶等。,在挤出加工工艺中，一般都是采用干法塑化，连续挤出的热塑性塑料。用单螺杆或双螺杆挤出机。,第二节 挤出设备,挤出设备由主机、辅机和控制部分组成。,一、,螺杆挤出机,螺杆挤出机分单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。,观看动画 挤出机,图,4-1,单螺杆挤出机示意图,1,电动机,2-,减速装置,3,冷却水入口,4,冷却水夹套,5,料斗,6,温度计,7,加热器,8,螺杆,9,滤网,10,粗滤器,11,机头和口模,12,机座,（,1,）,传动装置,组成：电动机、减速机构、带轮等组成。,作用：带动螺杆旋转、控制螺杆的转速、提供动力。,要求：变速是无级的。,（,2,）,加料装置,组成：加料斗、上料机构、干燥器、磁力架。,作用：给料筒提供原料，除去物料中的水分滤去铁件等。,要求：料斗的容量不小于一小时的用料量，下料通顺，不架桥，不能让铁件混入料筒中。,（,3,）,料筒,组成：料筒、加热卷、冷却系统,作用：存储物料，加热融化和冷却物料。,要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐蚀、良好的导热性。,（,4,）,螺杆,螺杆是,挤出机最关键的部件，螺杆转动时将物料往前推动，并压实物料，输送物料。,图,4-2,单螺杆参数示意图,图,4-3,螺杆的主要参数,1.,螺杆的主要参数：,螺杆的直径,D-,指螺杆外径的尺寸，是代表挤出机规格的大小。,D=30-250,之间。,螺杆的长径比,L/D-,指长度与直径之比，在成型设备中可知，长径比越大物料在料筒中受热时间越长，塑化越充分，既以长径比大可提高塑化质量的同时提高挤出量，但成本高。通常在,30,左右，目前国内达到,L/D=68,。,螺杆的螺旋角和螺棱密度。,1,）当加工粉料时,取,30,。,2,）,加工方块料（粉碎料）,取,15,。,3,）加工柱球料,取,17,，原料一般是柱或球型料。,为了便于螺杆加工，通常,=17,。,41,，,此时,S=D,。,螺棱宽度,e,一般为,0.08-0.12D,，,通常,e=0.1D,。,螺杆头的形状，设备中已讲过，不再述。,2.,单螺杆挤出机的分段及参数,（,1,）加料段,L1,1,）,位置：,2,）,作用：,3,）,核心问题：提高固体的输送能力（四个问题）,4,）,物料在该段的状态：,5,）,生产过程中常出现的问题：,a,包杆现象,原因：加料段温度过高，物料在该段熔化，熔融的物料粘帖在螺杆上，随螺杆同步转动而不前进，无输送能力，所以在该段不允许物料熔化。,b,打滑现象,原因：润滑剂过多使机筒与物料摩擦力变小，失去输送能力。解决办法：（现场教学进行具体操作）,6,）,加料段长度的确定：,结晶型塑料,L1=,（,40-60,）,%L,非晶型塑料,L1=,（,20-30,）,%L,（,2,）压缩段,L2,位置：,作用：,核心问题：提高熔化能力,物料在该段的状态：,生产和设计应注意的主要问题：,a,预热,b,提高机筒温度,c,加大压缩比（,）,分析：,，,压力，密度，导热能力，塑化能力；,，,压力，摩擦力，摩擦热量，塑化效果；,，,压力，剪切作用，混合效果，分散能力，塑化质量。,但是,，,摩擦热量，物料易分解。,所以，对,的选取一定要根据物料的性质来确定。,压缩比（,）的确定：,对结晶型塑料,（,PP,），对非晶型塑料,，,对热敏型塑料,；,对粉料,，,对粒料,；,薄制品,，,厚制品,。,d,加大压缩段长度,L,，,物料受热时间，塑化质量。,6,）,压缩段长度的确定：,对结晶型塑料,L2=,（,1-4,）,D,，,对非晶型塑料,L2=,（,55-65,）,D,。,（,3,）均化段,L3,1,）位置：紧接在压缩段。,2,）作用：进一步塑化物料，并把融化好的物料输送到机头。,3,）核心问题：均化物料，减小温差，使熔体温度均一。,4,）物料在该段的状态：全部呈熔融状态。,5,）生产过程中应该注意的问题：温度过高，粘度低，塑化能力高，但制品收缩率大。温度过低，制品收缩率低，但塑化能力低。对热敏性塑料要严格控制温度，避免过热分解。,堵塞现象：当杂质过多，过滤网被阻塞。,6,）均化段长度的确定：,对热敏性塑料,L3,应短些，避免过热分解；对结晶性塑料,L3,应长些，可均化物料。,3.,双螺杆挤出机,双螺杆挤出机的类型和结构在成型设备中讲过，这里不再重复。,二、机头和口模,口模是连接在挤出机料筒末端，将料筒输送到的熔体形成规定的横截面形状，所以在挤出机的头部，又称机头。,常见的口模有以下几种：,1.,圆形口模（图示）,圆形口模的口径横截面是圆的，熔体经口模的流动是一维流动。,1,）挤出的产品：单丝、圆棒、造粒等。,2,）,结构：（图示）,3,）,特点与应用：结构简单，阻力小，流动性好，造价低。,4,）注意问题：对单丝口模，长径比,6-10,，喷丝孔应布置在等速线上，孔径均匀，出丝均匀，空数一般为,20-60,个，单丝的拉伸比应控制在小于,20,倍，采用冷却后再加热拉伸，可使大分子充分取向，提高单丝的抗拉强度。,对造粒口模的长径比小于,10,。,图,4-5,圆形口模示意图,2,环形口模（见图）,环形口模的口径横截面呈环形。,（,1,）挤出的产品：管材（方管、圆管），板材，片材，薄膜等。,（,2,）结构：根据口模套与芯模间的连接形式不同可分为支架式、直角式、螺旋式、旋转式等。,图,4-6,环形口模,A-,支架式,B-,直角式,C-,螺旋芯模式,D-,储料罐式,（,3,）特点与应用：出了旋转式机头结构复杂外，其它机头结构相对简单，环形缝隙均可以调整。各自动特点和应用场合结合讲解。,（,4,）注意问题：,1,）管材的拉伸比要严格控制。,2,）直角式机头易出现偏中现象。,3,）口模处要有消退槽。,3.,扁平口模,扁平口模出口处的横截面呈扁平形状。,（,1,）挤出成型的产品有：板材、片材、薄膜等。,（,2,）结构：支管式，鱼尾式，衣架式等。,图,4-7,扁平形口模,A-,直支管式口模,B-,鱼尾式口模,C-,衣架式口模,（,3,）特点与应用：,扁平口模结构庞大而且复杂，造价高，调节口模的厚度麻烦，技术含量高。各自的应用场合结合讲解。,（,4,）注意问题；,1,）该机头中心处与两侧出料速度不一直，要注意调节。,2,）当熔体粘度较高时，制品易出现波浪形，要注意润滑。,4.,异形口模,异形口模出口处的横截面积是异形的，形状不完全对称。,（,1,）挤出的产品有：塑料异形材，用于制作门、窗装饰材料等。,（,2,）结构,图,4-8,异形口模,A-,板式口模,B-,流线型口模,（,3,）特点：结构较复杂，牵引力大，制品的形状与口模的形状不完全一样，因塑料熔体存在出口膨胀，要反复修正口模，以达到所需要的形状与尺寸。,（,4,）注意问题,1,）制品的截面形状应尽量简单，壁厚应尽量均匀，防止变形。,2,）口模与制品形状的关系应根据速度分布和出口膨胀的原则结合实践经验来确定。,3,）口模的成型段对厚制品应长些，薄制品应短些。,4,）口模的流道应呈流线型，尽量避免死角，流通面积尽量不要发生急剧变化，对热敏性塑料更应注意。,三、挤出机辅助设备,挤出机辅助设备大致分为三大类：,1,）,挤出成型前的预处理设备，包括干燥、预热、混合、造粒等。,2,）,处理挤出制品的设备，包括定型、冷却、牵引、卷曲、切割、检验等装置。,3,）,控制生产条件的设备，用仪表、液压或电器装置等来控制、调节系统中的温度、压力、速度及动作顺序等。,四、挤出机的一般操作,1.,对塑料原料进行预处理,（,1,）干燥和预热,干燥的目的：除去物料中的水份和易挥发物，避免水份混入熔体中使制品出现气泡、气孔、水纹等，影响产品质量。,预热的目的：使物料提前升温，进入挤出机后马上熔化，使物料受热充分提高塑化质量。但要注意预热温度低于物料的粘流温度，否则会产生包杆现象。,注意：加工单丝或加工工程塑料要对原料进行干燥，含水量小于,0.02%,（,2,）对多组分的物料要进行过筛，研磨，对助剂或颜料进行细化处理，提高分散性。,搅拌混合，所用的设备是捏合机，高速混合机，研磨机等，使各组分均一，提高物料的加工性能。,2,开车前的准备工作（,以吹膜为例,）,（,1,）检查物料的干燥情况，物料是否有杂质、铁件等。,（,2,）检查润滑系统和控制仪表是否正常。,（,3,）检查气压系统是否泄漏。,（,4,）按工艺要求加过虑网。,（,5,）用塞尺测量调整口模，使之缝隙均匀。,（,6,）检查主机与辅机中心线是否对准。,（,7,）检查牵引辊是否灵活，卷曲装置是否可靠。,（,8,）加热升温，待指定温度后，保温,20,40,分钟。,3,生产开车,（,1,）先不加料，用手拉动皮带轮，不费力为准,（,2,）挤出加工前，任何人不得站在口模前方，避免从口模喷出物料,（,3,）低速空转螺杆，检查各控制仪表是否超负荷（电流表、转速表、控温表等）。,（,4,）先少加料，待物料挤出口模后，在正常投料，调整转速,（,5,）引膜（机头前不得正对着人）,戴好手套，用铜板清理口模，捏紧泡管不漏气，向上缓慢提膜,开压缩空气阀缓慢充气，初步形成泡管后引入人字板和牵引辊到卷曲装置。,（,6,）随时调整泡管直径（牵伸比、吹胀比）,（,7,）调整薄膜的厚度及均匀程度（风环、模温、缝隙等）,4,停车及清理,（,1,）停止加料，把料挤完，关闭各处电源,（,2,）加工聚烯烃类塑料，不需排净物料，带料停机，保护螺杆。加工热敏性物料，必须排净物料，而且还要清洗料筒。,（,3,）清洗螺杆时，螺杆要平放，用软金属清理。,（,4,）分流板在换料时可以用火烧。,（,5,）清理完设备后要把所以的部件安装好。,第三节 单螺杆挤出机的工作原理,一、固体输送理论发生在固体输送区,核心问题是提高固体的输送能力。要想提高固体的输送能力，可采取以下措施：,1.,加大固体输送区的长度。,2.,加大加料段螺杆的螺槽深度。,3.,加大料筒在加料段的摩擦力,4.,减小螺杆的摩擦系数。,注意：在固体输送区易出现物料不前进的现象，具体如下：,1,）包杆现象，,2,）打滑现象，,3,）架桥现象。,原因：,解决办法：,二、固体溶化发生在熔融区,核心问题是提高物料的塑化能力，要想提高固体的熔化能力，可采取以下措施：,1.,溶化速率,2.,熔化区的长度,Z,T,由上两式可以看出，要想提高固体的熔化能力，可采取以下措施：,m,越大、,也越大，,k,m,越大、,也越大，,T,b,越大、,也越大，,Tm,越小、,越大，,Ts,越大、,也越大，所以,预热可以提高塑化效果，,Cs,和,越小、,越大。,Z,T,G,质量流率正比于熔化区的长度，即熔化区的长度越长，挤出流率越大。,三、熔体输送,熔体输送发生在熔体输送区。核心问题是提高熔体的输送能力。,1.,熔体在熔体输送去的四种流动形式：正流，逆流，漏流，横流。,2.,熔体的总流率,Q,m,要想提高熔体的输送能力应采取以下措施：,P,（,P,2,-P,1,）压力降越小、,Qm,越大，,D,b,越大、,Qm,明显越大，,越大、,Qm,越大，,L,3,越大、,Qm,越大，,Hm,存在最佳值。,第四节 单螺杆结构设计的改进（只作提示）,一、排气式螺杆,排气式螺杆由两阶螺杆串联而成，料筒上设有排气孔，螺杆有排气段，物料经第一阶螺杆熔化后输送到排气段，产生熔体破裂，放出气体后，再压缩输送到第二均化段后，把熔体输送到口模成型。,1.,工作原理。,2,.,注意问题。,3.,应用场合。,二、屏障型螺杆,在普通螺杆的基础上加上屏障段或屏障头，改善了对物料的塑化效果，提高了塑化质量。,1.,工作原理（参照图解释）,2.,注意问题,3.,应用场合,三、销钉型螺杆,在普通螺杆的基础上某一部位安装上销钉，改善了物料的混合效果和塑化质量。,1.,工作原理（参照图解释）,2.,注意问题,3.,应用,场合,四、波型螺杆,这种螺杆的螺槽根本是偏心的，偏心部位沿轴向按螺旋形移动，当螺杆转动是，螺槽彼此的连接呈现波浪形式，提高了对物料的混合作用，提高了塑化质量。,1.,工作原理（参照图解释）,2.,注意问题,3.,应用场合,五、混合螺杆,1.,作原理,对单螺杆挤出机，由于一根螺杆即要承担挤出和输送物料，又要承担溶化和混合物料等，如果对螺杆的结构不加以改进，要想提高塑化能力是很困难的，所以，在螺杆的某一位置设置混炼元件，来加强混合效果，提高塑化质量。,2.,注意问题,（,1,）混炼元件的位置,（,2,）混炼元件的组合与应用,（,3,）混炼元件的选择,（,4,）产量与质量的关系,3.,应用场合,（,1,）颜料的分散,（,2,）填充物料的分散与混合,（,3,）结晶与非晶及热敏性塑料,第五节 双螺杆挤出原理,一 分类,从表中看出，双螺杆挤出机的螺杆排列方式有,12,种。,二、反向啮合型双螺杆挤出机（,CICT,）,1.,工作原理,（,1,）强力输送,（,2,）混合作用，相互交换,（,3,）自结性能,（,4,）压延效应,2.,注意问题,（,1,）螺杆易变形。由于存在压延，分离力大，螺杆容易变形，所以转速受到限制，一般限制在,20,40r/min,。,对配料混合用的高速挤出机高达,100,200r/min,。,（,2,）漏流大于单螺杆挤出机，产生漏流的原因如下：,螺棱与料筒的间隙,f,一根螺杆螺槽底部与另一根螺杆顶部之间的间隙,c,两螺棱切向之间的间隙,s,两根螺杆螺纹侧面之间的间隙,t,（,3,）双螺杆挤出机的总产量,Q,2iNV,2iQcs,2Q,f,Qt,3.,应用场合,三、同向啮合型双螺杆挤出机,1.,封闭式啮合型,（,1,）工作原理,（,2,）注意问题,图,35,、,36,中，两根螺杆之间能形成密封，但在啮合区两根螺杆螺槽间存在开口，产生一定逆流，影响输送效率。,图,37,中，在啮合区线速度方向相反，形成较大的剪切、摩擦、提高混合效果。,图,38,中看出：,1,）压延效应较大，因在开口面比受阻面小，压力上升严重，产生分离力。限制了转速的提高。,2,）逆流较大，输送量低。,3,）物料能呈,8,字形运动，混合效果好。,（,3,）应用场合,因为混合效果突出，主要用于混料、造粒和着色等。,2,自结式挤出机（自学）,四、非啮合型双螺杆挤出机,特点：两螺棱不交叉，输送类似单螺杆，逆流大，两螺杆之间漏流较大，但压延作用小，螺杆分离力小。所以，可高速旋转。具有较好的混合效果，因此，主要用于物料的混合、排气、着色造粒等物料的改性加工。,第六节 （自学）第七节 几种塑料制品的挤出工艺,一、管材的挤出,挤出管材所用设备：挤出机、机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置等。,1.,机头和口模,（,1,）,结构与组成,（,2,）,工作原理,（,3,）作用,（,4,）注意问题,口模的调节，管材的壁厚靠调节螺栓来控制，要注意口模与压缩区的流道要畅通，不能出现死角而产生结垢。,口模处的温度应均匀，否则会出现内应力或壁厚不均。,分流梭支架的分流筋处会产生熔接痕（插图,5,47,、,48,），所以分流筋应呈流线型，收缩角应小些，熔体温度要合适。,为了使熔接痕消除，口模的长度一般为壁厚的,10,30,倍，粘度大的取小值，否则取大值。,熔体从口模中挤出后，产生出口膨胀和冷却收缩问题，因此，要求芯棒外经比管材内径大,5,10,，收缩率大的取大值。,2.,定型,（,1,）,结构,（,2,）作用,（,3,）主要问题,定型部分的直径应略大于管材的名义尺寸，过小，牵引力大，口模出口处易积料，熔体易形成团塞住定经套。过大，定型效果差，而且光洁度差。,定经套的长度一般为管子直径的,3,倍。,定经套与口模应加隔热层。,3.,冷却,常见的冷却方式有两种：,（,1,）浸入法，用冷却水槽冷却。特点：简单、易行，但有上浮和冷却不均匀等作用。,（,2,）喷淋法，用喷水头喷淋管子。特点：冷却均匀，但成本高。,4.,牵引,常用的牵引装置有两种：,（,1,）滚轮式，特点：滚轮与管子是线接触，摩擦力小，牵引力小。,（,2,）履带式，特点：履带与管子接触面积大，摩擦力大，牵引力大。,5.,挤出管材时常出现的问题、原因及解决办法,6.,软管挤出工艺过程,二、吹塑薄膜,1.,挤出过程,2.,出现的问题,：,（,1,）正常膜,（,2,）长颈现象,（,3,）短颈现象,（,4,）偏中（后鼓）现象,（,5,）葫芦状现象,常见的薄膜材料：,PE,，,PP,，,PVC,，,PET,，,PA,三、双向拉伸薄膜的平挤（简介）,1.,所用设备，挤出机，机头，冷却与加热，纵向拉伸，切边和卷取。,2.,工艺过程,从挤出机机头挤出的片材急剧冷却，使结晶度控制在,5%,以下，进入纵向拉伸机，升温达,80-100,纵向拉伸后再冷却，进入横向拉伸，冷却后切边后卷取。,3,.,特点：,制品厚度均匀，误差小，拉伸倍数大，强度高，纵横向均匀，但成本高。,图,4-21,二步拉伸法示意图,（,a,）,流程图 （,b,）,拉幅夹钳 （,c,）,拉幅机架,实验一 造粒挤出工艺,一、实验的目的,二、实验所以设备,三、实验所用材料及配方设计,四、工艺设计与实验步骤,五、加工过程与工艺控制,六、产品检验与质量分析,实验二 管材挤出工艺,一、实验的目的,对管材挤出工艺所用的设备会使用，会调试，会保养。,二、实验所以设备,三、实验所用材料及配方设计,四、工艺设计与实验步骤,五、加工过程与工艺控制,六、产品检验与质量分析,