第四章-螺杆挤出机-1(新)PPT课件.ppt

第四章第四章 挤出成型设备挤出成型设备1.动画演示动画演示2.1.1.定义定义：挤出成型挤出成型又称挤塑（挤压模塑），在挤出机的又称挤塑（挤压模塑），在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下，使高聚物的熔体（或粘螺杆或柱塞的挤压作用下，使高聚物的熔体（或粘流体），通过一定形状的口模，而成为具有恒定截流体），通过一定形状的口模，而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。面的连续型材的一种成型方法。2.2.应用：应用：塑料挤出成型：塑料挤出成型：管材、板材、片材、薄膜、挤出吹管材、板材、片材、薄膜、挤出吹塑。塑。主要是热塑性塑料的挤出，现也有热固性。主要是热塑性塑料的挤出，现也有热固性。橡胶挤出成型橡胶挤出成型：胎面、内胎、胶管：胎面、内胎、胶管 合成纤维合成纤维：螺杆挤出熔融纺丝、溶液纺丝：螺杆挤出熔融纺丝、溶液纺丝 挤出成型是高聚物加工领域中生产率高、适应性强、挤出成型是高聚物加工领域中生产率高、适应性强、用途广泛、用途广泛、所占比重最大的加工方法。所占比重最大的加工方法。4-1 概概 述述3.挤出还可用于塑料染色、混炼、挤出还可用于塑料染色、混炼、塑化造塑化造粒粒、共混改性等。以挤出为基础，配合吹、共混改性等。以挤出为基础，配合吹胀和双轴拉伸：胀和双轴拉伸：吹塑薄膜吹塑薄膜和拉幅薄膜。和拉幅薄膜。4.5.6.7.8.PVCPVC管生产线管生产线9.板材生产线板材生产线10.熔熔体体纺纺丝丝生生产产线线11.薄膜生产线薄膜生产线12.工艺特点：工艺特点：n连续成型，产量大，生产效率高。连续成型，产量大，生产效率高。n制品外形简单，是断面形状不变的连续型材。制品外形简单，是断面形状不变的连续型材。n制品质量均匀密实，各向异性小，尺寸准确性较制品质量均匀密实，各向异性小，尺寸准确性较好。好。n适应性很强：几乎适合除适应性很强：几乎适合除PTFE外的所有热塑性外的所有热塑性塑料。塑料。n只要改变机头口模，就可改变制品形状。只要改变机头口模，就可改变制品形状。n可用来塑化、造粒、染色、共混改性，也可同其可用来塑化、造粒、染色、共混改性，也可同其它方法混合成型。此外，还可为压延成型供料它方法混合成型。此外，还可为压延成型供料。13.二、挤出成型设备的组成二、挤出成型设备的组成14.15.挤压系统、传动系统、加热冷却系统、控制系统等挤压系统、传动系统、加热冷却系统、控制系统等挤压系统挤压系统是挤出成型的关键部分，对挤出成型的是挤出成型的关键部分，对挤出成型的质量和产量起重要作用。质量和产量起重要作用。主要包括主要包括加料装置、料筒、螺杆、机头加料装置、料筒、螺杆、机头和和口模口模等等几个部分，图所示。几个部分，图所示。n塑塑料料通通过过挤挤压压系系统统塑塑化化成成均均匀匀的的熔熔体体，并并在在这这过过程程中中所所建建立立的的压压力力下下，被被螺螺杆杆连连续续地地定定压压、定定量量、定定温地温地挤出机头。挤出机头。1、主机（挤出机）、主机（挤出机）16.n传动系统传动系统 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。n加加热热冷冷却却系系统统：对对料料筒筒（或或螺螺杆杆）进进行行加加热热和和冷冷却却，保保证证成成型型过过程程在在工工艺艺要要求求的的温温度度范范围内完成。围内完成。17.n机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置、卷取（或堆放）装置等切割装置、卷取（或堆放）装置等。机机头头（口口模模、芯芯架架等等）：它它是是制制品品成成型型的的主主要要部部件件，熔熔融融塑塑料料通通过过它它获获得得一一定定的的几几何何截面和尺寸。截面和尺寸。2、辅机、辅机18.n定定型型装装置置：将将从从机机头头中中挤挤出出的的塑塑料料的的既既定定形形状状稳稳定定下下来来并并对对其其进进行行精精整整，从从而而得得到到更更为为精精确确的的截截面面形形状状、尺尺寸寸和和光光亮亮的的表表面面。通通常常采采用用冷冷却却和和加压的方法达到这一目的。加压的方法达到这一目的。n冷冷却却装装置置：由由定定型型装装置置出出来来的的塑塑料料在在此此得得到到充充分分的冷却，获得最终的形状和尺寸。的冷却，获得最终的形状和尺寸。n 牵牵引引装装置置：其其作作用用为为均均匀匀地地牵牵引引制制品品。并并对对制制品品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。19.挤出成型过程可分为如下三个阶段：挤出成型过程可分为如下三个阶段：n1、塑化阶段塑化阶段 在挤出机上进行塑料的加热和混炼，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。使固态原料变为均匀的粘性流体。n2、成型阶段成型阶段 在挤出机螺杆的作用下，熔融塑料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以一定的压力和速度连续通过装在挤出机上的成型机头，获得一定的断面形状。机头，获得一定的断面形状。n3、定形阶段定形阶段 通过冷却等方法使熔融塑料已获取通过冷却等方法使熔融塑料已获取的形状固定下来，成为固态制件。的形状固定下来，成为固态制件。n经历的形态：经历的形态：玻璃态玻璃态-粘流态粘流态-高弹态高弹态-玻玻璃态璃态20.3 3、控制系统、控制系统n挤挤出出机机的的控控制制系系统统：它它由由各各种种电电器器、仪仪表表和和执执行行机机构构组组成成。根根据据自自动动化化水水平平的的高高低低，可可控控制制挤挤出出机机的的主主机机、辅辅机机的的拖拖动动电电机机、驱驱动动油油泵泵、油油（汽汽）缸缸和和其其它它各各种种执执行行机机构构按按所所需需的的功功率率、速速度度和和轨轨迹迹运运行行，以以及及检检测测、控控制制主主辅辅机机的的温温度度、压压力力、流流量量，最最终终实实现现对对整整个个挤挤出出机机组组的的自自动动控控制制和和对对产产品品质质量量的的控控制。制。n由以上各部分组成的挤出装置为由以上各部分组成的挤出装置为挤出机组挤出机组。21.三、分类三、分类n按螺杆数目分按螺杆数目分单、双、多单、双、多 （前两种用得最多）（前两种用得最多）n 按喂料方式分按喂料方式分冷喂、热喂（要预热冷喂、热喂（要预热50）n按螺杆安装位置分按螺杆安装位置分卧式、立式卧式、立式n按螺杆转速分按螺杆转速分常规（常规（100300r/min）、高速（）、高速（300900r/min）、）、超高速（超高速（9001500r/min）22.四、规格表示及技术特征四、规格表示及技术特征n挤出机规格挤出机规格以螺杆直径表示，在直径前冠以汉语拼音以螺杆直径表示，在直径前冠以汉语拼音字母标出机型和用途。字母标出机型和用途。n如如XJ-150、SJ-150，表示螺杆直径为表示螺杆直径为150mm的挤出的挤出机。机。n纺丝挤出机型号根据纺制纤维的类别来编制：纺丝挤出机型号根据纺制纤维的类别来编制：VC-长长丝纺丝机，丝纺丝机，VD-短纤维纺丝机。短纤维纺丝机。23.n橡胶挤出机为橡胶挤出机为30-300，热喂料挤出机的，热喂料挤出机的L/D为为45，冷喂料的，冷喂料的L/D为为1015。n塑料行业的挤出机为塑料行业的挤出机为30200，L/D在在2030，多数在，多数在25左右。左右。n化纤行业的挤出机为化纤行业的挤出机为65200，国内的国内的L/D在在2028，大多，大多 24，国外，国外L/D可达可达2833。24.25.26.是挤出机的最主要部件，其结构对挤出工艺有是挤出机的最主要部件，其结构对挤出工艺有重要影重要影 响，挤出不同高聚物有不同结构形式的响，挤出不同高聚物有不同结构形式的螺杆螺杆。4.2.1 螺杆的几何结构参数螺杆的几何结构参数27.28.挤出成型：挤出成型：是将物料送入加热的机筒与旋转着的螺杆之间是将物料送入加热的机筒与旋转着的螺杆之间进行固体物料的输送、熔融压缩、熔体均化，最后进行固体物料的输送、熔融压缩、熔体均化，最后定量、定速和定压地通过机头口模而获得所需的挤定量、定速和定压地通过机头口模而获得所需的挤出制品。出制品。4-2-2 挤出成型基本原理挤出成型基本原理1.物料经历物料经历三种力学状态三种力学状态玻璃态、高弹态、粘流态。玻璃态、高弹态、粘流态。29.2.2.物料三区物料三区 根据物料运动和状态变化分为：根据物料运动和状态变化分为：n固体输送区固体输送区固体物料输送；固体物料输送；n熔融区熔融区物料升温，压实，排气，塑化；物料升温，压实，排气，塑化；n熔体输送区熔体输送区混合，定压，计量输送。混合，定压，计量输送。30.1.1.挤压系统的主要作用挤压系统的主要作用：连续、稳定输送物料；：连续、稳定输送物料；将固体物料塑化成熔融物料；使物料的温度和将固体物料塑化成熔融物料；使物料的温度和组成一致。组成一致。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：1、熔体熔体的输送速率的输送速率=固态固态物料的熔化速率物料的熔化速率2、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=挤出机挤出机生产率生产率31.物料是被压实的固体塞、充满整个螺槽；物料是被压实的固体塞、充满整个螺槽；固体塞所受压力仅为螺槽流道长度的函数；固体塞所受压力仅为螺槽流道长度的函数；摩擦因数摩擦因数f一定，作用于固体的摩擦力符合库伦定律一定，作用于固体的摩擦力符合库伦定律F=f P；忽略固体塞密度变化，物料重力的影响；忽略固体塞密度变化，物料重力的影响；加料螺槽截面为矩形，且槽深不变。加料螺槽截面为矩形，且槽深不变。4.2.2 加料段的固体输送理论加料段的固体输送理论32.图图 4-11 螺槽中固体输送的理想模型和固体塞移动速螺槽中固体输送的理想模型和固体塞移动速度矢量图度矢量图移动角移动角33.固体塞输送速率固体塞输送速率Q与螺杆几何尺寸的关系：与螺杆几何尺寸的关系：Hf 螺槽深度螺槽深度 Db螺杆外径螺杆外径 n 螺杆转速螺杆转速 螺杆外径处的螺旋角螺杆外径处的螺旋角 物料的移动角物料的移动角 34.提高固体输送率途径：提高固体输送率途径：1.移动角移动角 影响移动角影响移动角的因素：的因素：螺杆结构参数，螺杆结构参数，摩擦因数，摩擦因数，压力。压力。移动角移动角=0：物料不向前移动，不进料；：物料不向前移动，不进料；移动角移动角=90：此时物料移动速度很大，即。这：此时物料移动速度很大，即。这是固体输送理论的上限。一般情况是在是固体输送理论的上限。一般情况是在090范围，挤出过程要控制物料与螺杆，机范围，挤出过程要控制物料与螺杆，机筒的摩擦力为定值，否则引起移动角变化，筒的摩擦力为定值，否则引起移动角变化，造成产率波动。造成产率波动。35.2.摩擦系数摩擦系数 f 在螺杆结构参数确定，以及工艺参在螺杆结构参数确定，以及工艺参数设定后，数设定后，移动角移动角只与摩擦因数只与摩擦因数有关。有关。a.提高螺杆光洁度；涂提高螺杆光洁度；涂F4b.在料筒上开设纵向槽沟，提高在料筒上开设纵向槽沟，提高物料与机筒之间的摩擦因数；物料与机筒之间的摩擦因数；c.降低螺杆温度，通冷却水；降低螺杆温度，通冷却水；d.根据摩擦因数与温度的关系，根据摩擦因数与温度的关系，适当提高加工温度。适当提高加工温度。36.总结：为获得最大的固体输送速率总结：为获得最大的固体输送速率从挤出机结构来考虑：从挤出机结构来考虑：a.增加螺槽深度是有利的，但会受到螺杆扭增加螺槽深度是有利的，但会受到螺杆扭矩的限制。其次，降低塑料与螺杆的摩擦系数也矩的限制。其次，降低塑料与螺杆的摩擦系数也是有利的。再者，增大塑料与料筒的摩擦系数，是有利的。再者，增大塑料与料筒的摩擦系数，也可以提高固体输送速率，但要注意会引起物料也可以提高固体输送速率，但要注意会引起物料停滞甚至分解，因此料筒内表面还是要尽量光洁。停滞甚至分解，因此料筒内表面还是要尽量光洁。b.采用最佳螺旋角。采用最佳螺旋角。从挤出工艺角度来讲：从挤出工艺角度来讲：控制加料段料筒和螺杆的控制加料段料筒和螺杆的温度温度是关键，因为摩是关键，因为摩擦系数是随温度而变化的。擦系数是随温度而变化的。37.3.2.4 均化段的熔体输送理论n熔体输送理论亦称流体动力学理论，是研究熔体输送理论亦称流体动力学理论，是研究在单螺杆计量段如何保证物料的彻底塑化，在单螺杆计量段如何保证物料的彻底塑化，并使之能定压、定量和定温地从机头挤出，并使之能定压、定量和定温地从机头挤出，以获得稳定的产量和高质量的挤出制品。以获得稳定的产量和高质量的挤出制品。38.假设机筒旋转，假设机筒旋转，螺杆相对静止螺杆相对静止,机机筒以原来螺杆相筒以原来螺杆相反方向运动，将反方向运动，将螺槽展开如图螺槽展开如图2-21 整个过程为整个过程为等温等温、层流层流，粘粘度为常数度为常数。3.2.4.五个基本假设五个基本假设39.3.2.4.物料在螺槽中流动的类型物料在螺槽中流动的类型1.正流正流：物料沿螺槽方向：物料沿螺槽方向(Z方向方向)向机头的流动，向机头的流动，是由干螺杆旋转时螺棱的推挤作用所引起的；是由干螺杆旋转时螺棱的推挤作用所引起的；其流动也称其流动也称拖曳流动拖曳流动，流量用，流量用QD表示。表示。2.逆流逆流：与正流方向相反。由机头口模、过滤网等：与正流方向相反。由机头口模、过滤网等对料流的阻碍的反压流动，又称对料流的阻碍的反压流动，又称压力流动压力流动，用，用QP表示表示。3、漏流漏流：物料在螺杆和料筒的间隙沿螺杆的轴向：物料在螺杆和料筒的间隙沿螺杆的轴向反向流动，故漏流要比正流和逆流小很多。反向流动，故漏流要比正流和逆流小很多。QL4、横流、横流：对总的挤出生产率影响不大，几乎可忽：对总的挤出生产率影响不大，几乎可忽略；但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作略；但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用用40.41.挤出机总生产能力：挤出机总生产能力：Q=QD QP QL。即为即为正流、逆流、漏流正流、逆流、漏流体积流量的代数和。体积流量的代数和。42.3.2.4.3 生产率公式生产率公式正流、逆流和漏流流量计算式分别如下：正流、逆流和漏流流量计算式分别如下：式中式中 P均化段两端的压力降均化段两端的压力降 L3 均化段长度均化段长度 1 螺槽中物料的粘度螺槽中物料的粘度 2 螺杆与机筒间物料的粘度螺杆与机筒间物料的粘度43.螺杆均化段生产率公式：螺杆均化段生产率公式：式中：式中：1和和2分别是螺槽中和螺杆和机筒间隙分别是螺槽中和螺杆和机筒间隙中物料的粘度中物料的粘度 p机头压力机头压力Q=QD QP QL正流流正流流量量漏流流量漏流流量逆流流量逆流流量44.3.2.4.4 螺杆特性曲线螺杆特性曲线生产率公式可写成生产率公式可写成 A、B、C仅与螺杆的结构参数仅与螺杆的结构参数有关，对于给有关，对于给定的螺杆为常数。定的螺杆为常数。温度温度和和螺杆转速螺杆转速恒定不变时，恒定不变时，1和和2可看作可看作常数，式（常数，式（2-62）为直线方程，如对同一螺杆不）为直线方程，如对同一螺杆不同的同的n作作Q-p图，可作出图图，可作出图2-27的的螺杆特性曲线。螺杆特性曲线。45.不同转速不同转速(N)的螺杆特性曲线：的螺杆特性曲线：46.可以证明，物料通过口模的流量可以证明，物料通过口模的流量Q与口模的压与口模的压力降力降P有如下关系：有如下关系：式中：式中：K口模形状系数或阻力系数，其值与口模形状系数或阻力系数，其值与口模形状、尺寸大小有关。口模形状、尺寸大小有关。3 3机头处物料的粘度机头处物料的粘度,稳定状态下，可稳定状态下，可近似看成常数。近似看成常数。2.口模特性曲线口模特性曲线（2-66）47.48.挤出机的工作点：挤出机的工作点：将螺杆特性曲线与口模特性曲线在同一坐标将螺杆特性曲线与口模特性曲线在同一坐标上画出，两直线交点为挤出机工作点。上画出，两直线交点为挤出机工作点。49.50.反映出挤出物的质量反映出挤出物的质量和操作条件的关系。和操作条件的关系。Qu：质量线；：质量线；W:经济挤出量下限；经济挤出量下限；Tmax；Tmin：最大允许温：最大允许温度，最小可能的熔体温度，最小可能的熔体温度度实际挤出过程的挤出机工作图：实际挤出过程的挤出机工作图：51.挤出理论小结：挤出理论小结：n提高挤出机加料段的固体输送能力是提高挤出机螺杆提高挤出机加料段的固体输送能力是提高挤出机螺杆生产能力的先决条件；生产能力的先决条件；n螺杆的熔融塑化能力则是提高螺杆生产能力和保证制螺杆的熔融塑化能力则是提高螺杆生产能力和保证制品质量的关键；品质量的关键；n挤出机螺杆的三个区段的生产能力必须均衡，才能使挤出机螺杆的三个区段的生产能力必须均衡，才能使螺杆达到最佳的工作效能。螺杆达到最佳的工作效能。现代螺杆挤出机的生产能力之所以能获得飞速现代螺杆挤出机的生产能力之所以能获得飞速的提高一个重要原因是充分采用有效的改进措施，强的提高一个重要原因是充分采用有效的改进措施，强化固体输送能力、提高熔融能力，并在此前提下，保化固体输送能力、提高熔融能力，并在此前提下，保证螺杆能有更多的均化能力。证螺杆能有更多的均化能力。52.n螺杆和料筒螺杆和料筒组成了挤出机的组成了挤出机的挤压系统挤压系统。为说。为说明挤压系统的重要性，人们通常称之为明挤压系统的重要性，人们通常称之为挤出挤出机的心脏机的心脏。n一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物的一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物的分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定于螺杆的性能于螺杆的性能。4.2.2 单螺杆挤出机挤压系统单螺杆挤出机挤压系统53.（一）常规螺杆（一）常规螺杆n一、评价螺杆的标准及设计时应考虑的因素一、评价螺杆的标准及设计时应考虑的因素n1、评价螺杆质量的标准有：、评价螺杆质量的标准有：n塑化质量塑化质量 一根螺杆必须能生产出合乎质量要一根螺杆必须能生产出合乎质量要求的制品。即制品：求的制品。即制品：nA A、具具有有合合乎乎要要求求的的各各种种性性能能。具具有有合合乎乎规规定定的的物物理、化学、力学、电学性能；理、化学、力学、电学性能；nB B、具具有有合合乎乎要要求求的的表表观观质质量量。如如能能达达到到用用户户对对气气泡、晶点、染色分散均匀性的要求等。泡、晶点、染色分散均匀性的要求等。54.nC C、具有合乎要求的螺杆的塑化质量、具有合乎要求的螺杆的塑化质量：1 1）螺螺杆杆所所挤挤出出的的熔熔体体温温度度是是否否均均匀匀，轴轴向向温温度度波波动动、径向温差多大。径向温差多大。2 2）是否有得以成型的最低的熔体温度。）是否有得以成型的最低的熔体温度。3 3）挤出的熔体是否有压力波动。）挤出的熔体是否有压力波动。4）染色和其它填加剂的分散是否均匀等。）染色和其它填加剂的分散是否均匀等。低温挤出是目前的一个发展趋势，它能改低温挤出是目前的一个发展趋势，它能改善挤出制品的质量（如降低内应力等），防善挤出制品的质量（如降低内应力等），防止热敏性物料过热分解，降低能量消耗，减止热敏性物料过热分解，降低能量消耗，减少主辅机冷却系统的负担，提高生产率。少主辅机冷却系统的负担，提高生产率。55.产量产量 具有较高的塑化能力和挤出流率。具有较高的塑化能力和挤出流率。一一根根好好的的螺螺杆杆，应应当当具具有有较较高高的的塑塑化化能能力力。（生产能力）（生产能力）单耗单耗 每挤出每挤出1kg物料所消耗的能量（物料所消耗的能量（N/Q）。一根）。一根好的螺杆，在保证塑化质量的前提下，单耗应尽可好的螺杆，在保证塑化质量的前提下，单耗应尽可能低能低。单耗越低的螺杆生产成本越低单耗越低的螺杆生产成本越低。适应性适应性是指螺杆对是指螺杆对加工不同塑料加工不同塑料、匹配不同机头匹配不同机头和和不同制品不同制品的适应能力的适应能力。一根好的螺杆，其适应性和一根好的螺杆，其适应性和高的塑化效率都应兼备高的塑化效率都应兼备。容易加工容易加工 好的螺杆应易于加工制造，价格低。好的螺杆应易于加工制造，价格低。56.3、设计螺杆时，应综合考虑如下因素：、设计螺杆时，应综合考虑如下因素：物料特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度。物料特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度。n橡橡胶胶挤挤出出机机螺螺杆杆与与塑塑料料挤挤出出机机螺螺杆杆差差别别很很大大：如如螺螺杆杆长长径径比比、螺螺槽槽深深度度、螺螺杆杆结结构构（塑塑料料挤挤出出机机螺螺杆杆带有混炼元件、剪切元件）等带有混炼元件、剪切元件）等n同同是是橡橡胶胶挤挤出出机机螺螺杆杆也也不不同同：冷冷喂喂料料挤挤出出机机与与热热喂喂料挤出机螺杆不同。料挤出机螺杆不同。57.不同的塑料挤出机，螺杆也不相同。不同的塑料挤出机，螺杆也不相同。同一种塑料，粉状和粒状的加工性能也不同，预热同一种塑料，粉状和粒状的加工性能也不同，预热和不预热对加工性能也有影响。和不预热对加工性能也有影响。口模的几何形状和机头阻力特性。口模的几何形状和机头阻力特性。口模特性线要与螺杆特性线很好的匹配，才能获口模特性线要与螺杆特性线很好的匹配，才能获得满意的挤出效果。如均化段螺槽较浅的螺杆，得满意的挤出效果。如均化段螺槽较浅的螺杆，宜配用高阻力机头；反之亦然。宜配用高阻力机头；反之亦然。58.机筒的结构形式和加热冷却情况。机筒的结构形式和加热冷却情况。如在加料段料筒壁上加工出锥度和纵向沟槽并进行强如在加料段料筒壁上加工出锥度和纵向沟槽并进行强力冷却，会大大提高固体输送效率。力冷却，会大大提高固体输送效率。螺杆转速螺杆转速 转速大，剪切速率高，物料熔融速率大。转速大，剪切速率高，物料熔融速率大。螺杆设计时必须考虑螺杆转数这个因素螺杆设计时必须考虑螺杆转数这个因素。挤出机的用途挤出机的用途 是用来加工制品，或是混料、造粒是用来加工制品，或是混料、造粒或喂料。或喂料。不同用途的挤出机的螺杆在设计上是有很不同用途的挤出机的螺杆在设计上是有很大不同的大不同的。59.n常规全螺纹三段螺杆的设计包括常规全螺纹三段螺杆的设计包括：螺杆结构型式的确定；螺杆结构型式的确定；螺杆基本参数的确定；螺杆基本参数的确定；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。60.等距变深螺杆等距变深螺杆 等深变距螺杆等深变距螺杆 变距变深螺杆变距变深螺杆等距渐变螺杆：无定形等距渐变螺杆：无定形等距突变螺杆：结晶等距突变螺杆：结晶制造容易，成本低，制造容易，成本低，有利进料，应用广泛有利进料，应用广泛用于橡胶加工用于橡胶加工理想化，少用理想化，少用螺杆螺杆形式形式1、螺杆的结构形式、螺杆的结构形式61.62.n渐变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化渐变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化段较段较浅螺槽的过渡，是在一个较长的螺杆轴向距离内浅螺槽的过渡，是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的。完成的。特点如下：特点如下：n1 1）渐渐变变螺螺杆杆大大多多用用于于无无定定形形塑塑料料的的加加工工。如如聚聚氯氯乙烯乙烯n2 2）它它对对大大多多数数物物料料能能够够提提供供较较好好的的热热传传导导，传传热热均匀，效果好。均匀，效果好。适用于热敏性塑料适用于热敏性塑料，n3 3）对对物物料料的的剪剪切切作作用用较较小小，且且可可控控制制，其其混混炼炼特特性不高性不高，也可用于结晶性塑料。，也可用于结晶性塑料。63.n突变型螺杆突变型螺杆指由加料段较深螺槽向均化段较指由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成浅螺槽的过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的的。特点如下：特点如下：n1 1）突突变变螺螺杆杆由由于于具具有有较较短短的的压压缩缩段段，有有的的甚甚至至只只有（有（1212）D D。n2 2）对对物物料料能能产产生生巨巨大大的的剪剪切切，故故适适用用于于粘粘度度低低、具有突变熔点的塑料，如尼龙、聚烯烃等；具有突变熔点的塑料，如尼龙、聚烯烃等；n3 3）对对于于高高粘粘度度的的塑塑料料容容易易引引起起局局部部过过热热，故故不不适适于聚氯乙烯等热敏性塑料于聚氯乙烯等热敏性塑料。64.2、螺杆基本参数的确定、螺杆基本参数的确定65.66.1、螺杆的几何结构参数螺杆的几何结构参数（见（见图图7-3）螺杆直径螺杆直径D 螺杆的长径比螺杆的长径比L/D 螺杆的压缩比螺杆的压缩比A 螺杆分段及分段参数的确定螺杆分段及分段参数的确定螺槽深度螺槽深度h螺旋角螺旋角 螺杆棱部宽度螺杆棱部宽度 螺杆与料筒的间隙螺杆与料筒的间隙 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67.螺杆直径螺杆直径Dn通常在通常在30300mm之间，最常见的是之间，最常见的是60150mm。挤出机规格以螺杆直径大小表示。挤出机规格以螺杆直径大小表示。n螺杆直径的大小一般根据所螺杆直径的大小一般根据所加工制品的断面尺加工制品的断面尺寸、加工塑料的种类和所要求的生产率寸、加工塑料的种类和所要求的生产率（QD2）来确定来确定。68.螺杆的长径比螺杆的长径比L/Dn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D之比之比。n比值大，螺杆长度增加，物料在料筒中停留时间更比值大，螺杆长度增加，物料在料筒中停留时间更长，可改善物料温度分布，混合更均匀；并可减少长，可改善物料温度分布，混合更均匀；并可减少挤出时的逆流和漏流，提高螺杆转速，从而提高生挤出时的逆流和漏流，提高螺杆转速，从而提高生产能力，见图。产能力，见图。n一一定定意意义义上上也也表表示示螺螺杆杆的的塑塑化化能能力力和和塑塑化化质质量量。69.70.n加大加大L/D后，螺杆和料筒的加工及装配要求更高、更后，螺杆和料筒的加工及装配要求更高、更困难，制造成本也相应提高困难，制造成本也相应提高；同时螺杆刮磨料筒的机；同时螺杆刮磨料筒的机率增加，使挤出机寿命缩短；热敏性物料易分解，功率增加，使挤出机寿命缩短；热敏性物料易分解，功率消耗增大。故不能无限加大长径比。率消耗增大。故不能无限加大长径比。n如直径如直径45的螺杆，加工的螺杆，加工HDPE，当螺杆转速达到当螺杆转速达到80r/min时，达到强度限的长径比为时，达到强度限的长径比为37.5；当转速为；当转速为100r/min时，达到强度限的长径比为时，达到强度限的长径比为32；当加工；当加工LDPE或或PP时时,达到强度限的长径比达到强度限的长径比30。71.n螺杆的压缩比螺杆的压缩比An几几何何压压缩缩比比：加加料料段段第第一一个个螺螺槽槽容容积积与与均均化化段段最最后后一个螺槽容积之比。一个螺槽容积之比。n物物理理压压缩缩比比：物物料料加加工工之之前前的的松松密密度度与与均均化化段段熔熔体体密度之比。密度之比。n作作用用：压压缩缩物物料料，排排除除气气体体，建建立立起起必必要要的的熔熔体体压压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度。nA越大，物料受到挤压作用越大，排除物料中所含越大，物料受到挤压作用越大，排除物料中所含空气的能力就大。但空气的能力就大。但A太大，螺杆本身的机械强度太大，螺杆本身的机械强度下降。下降。A一般在一般在25之间。之间。n设计原则：设计原则：应使几何压缩比大于物理压缩比应使几何压缩比大于物理压缩比。72.表表4-7是加工各种常用塑料所采用的螺杆压缩比。是加工各种常用塑料所采用的螺杆压缩比。n橡胶压出机螺杆的压缩比橡胶压出机螺杆的压缩比A较小，热喂料为较小，热喂料为1.31.4，冷喂料为，冷喂料为1.61.8；滤胶机为；滤胶机为1，是，是等距等深螺杆。等距等深螺杆。n压缩比的获得主要采用压缩比的获得主要采用等距变深螺槽等距变深螺槽、等深等深变距螺槽变距螺槽和和变深变距螺槽变深变距螺槽等方法。其中等方法。其中等距等距变深螺槽变深螺槽易于进行机械加工，故多采用。易于进行机械加工，故多采用。73.螺杆分段及分段参数的确定螺杆分段及分段参数的确定n加料段（加料段（L1）其作用是将料斗送来的物料输其作用是将料斗送来的物料输送到压缩段和均化段。送到压缩段和均化段。n其任务是压实物料并将料温提高到熔融温度。其任务是压实物料并将料温提高到熔融温度。n加料段的核心问题是固体输送能力。加料段的核心问题是固体输送能力。74.na.加大加料段的加大加料段的螺槽深度螺槽深度h h1 1，可提高输送量，可提高输送量Q QS S。nb.b.在在料料筒筒加加料料段段处处开开纵纵向向沟沟槽槽和和加加工工出出锥锥度度来实现提高输送量来实现提高输送量Q QS S。nc.c.增加加料段的长度增加加料段的长度会使产量提高。会使产量提高。nd.d.加加料料段段的的长长度度与与压压力力的的建建立立、熔熔融融区区的的熔融状况和波动有关熔融状况和波动有关。75.ne.加加料料段段长长度度，应应根根据据物物料料类类型型来来确确定定：对对不不定定形形塑塑料料，L1取取（610）D；对对结结晶晶型塑料，型塑料，L1为螺杆全长的为螺杆全长的60%65%。nf.螺旋角螺旋角也是一个影响输送能力的因素，由也是一个影响输送能力的因素，由固体输送理论得知，固体输送理论得知，b越大；越大；Q QS S越大。但越大。但通常取通常取D=S，即即b=1740。ng.g.螺杆表面摩擦系数越小（或料筒的摩擦螺杆表面摩擦系数越小（或料筒的摩擦系数越大），系数越大），Q QS S越大。越大。76.n压缩段（压缩段（L2）：）：其作用是对加料段送来的其作用是对加料段送来的物料起挤压和剪切作用，使物料继续受热，物料起挤压和剪切作用，使物料继续受热，由固体逐渐转变为熔体；赶走物料中的空气由固体逐渐转变为熔体；赶走物料中的空气及其他挥发成分，增大物料的密度；建立熔及其他挥发成分，增大物料的密度；建立熔体压力体压力。n 目前仍以经验方法来确定目前仍以经验方法来确定L2：对结晶型塑：对结晶型塑料取（料取（45）D；对非结晶型塑料取螺杆全对非结晶型塑料取螺杆全长的长的55%65%。77.n计量段计量段 L3：作用是将来自压缩段的熔体进作用是将来自压缩段的熔体进一步均化；并定压、定温和定量地将其挤入一步均化；并定压、定温和定量地将其挤入机头中去。机头中去。n均化段的螺槽深度和长度是两个重要参量。均化段的螺槽深度和长度是两个重要参量。n实践表明，加长计量段长度实践表明，加长计量段长度L3，会使压力峰会使压力峰值移到计量段末，其结果使产量和压力波动值移到计量段末，其结果使产量和压力波动都大大减小。都大大减小。n均化段长度对挤出率的影响。均化段长度对挤出率的影响。78.物料类型物料类型螺杆类型螺杆类型进料段进料段压缩段压缩段计量段计量段非结晶型塑料非结晶型塑料长区渐变长区渐变102555652025高结晶塑料高结晶塑料(如尼龙）如尼龙）突变突变606512个螺距个螺距 2025Tm范围宽（范围宽（PVC）全长渐变全长渐变无无约约100无无低结晶塑料低结晶塑料短区渐变短区渐变304525352545螺杆各段长度随挤出物料性质而异。下表是普螺杆各段长度随挤出物料性质而异。下表是普通螺杆三段长度分配（占总长的通螺杆三段长度分配（占总长的%）。）。79.螺槽深度螺槽深度hn螺槽深度影响塑料的塑化及挤螺槽深度影响塑料的塑化及挤出效率出效率，h小时，小时，对塑料可产对塑料可产生较高的剪切速率，有利于传生较高的剪切速率，有利于传热和塑化，但挤出生产率降低。热和塑化，但挤出生产率降低。n热敏性塑料（热敏性塑料（PVC）宜用深槽宜用深槽螺杆螺杆n熔体粘度低和热稳定性较高的熔体粘度低和热稳定性较高的塑料（如塑料（如PA等）宜用浅槽螺等）宜用浅槽螺杆。杆。80.n沿螺杆轴向各段的螺槽深度通常是不等的沿螺杆轴向各段的螺槽深度通常是不等的 加料段的螺槽深度加料段的螺槽深度h1是定值，是在确定了是定值，是在确定了计量段的螺槽深计量段的螺槽深h3后，再结合物料的压缩比来后，再结合物料的压缩比来确定确定。一般一般h10.1D。n压缩段的螺槽深压缩段的螺槽深h2是个变化值；是个变化值；n计量段螺槽深度计量段螺槽深度h3 1，应使该段的均化能力与压缩段的熔融能力相应使该段的均化能力与压缩段的熔融能力相匹配，以控制挤出量；匹配，以控制挤出量；2，与机头相匹配。，与机头相匹配。81.nh3过大，使该段熔体输送能力过大，压缩段未熔融的过大，使该段熔体输送能力过大，压缩段未熔融的物料会进入该段，得不到进一步均匀塑化而挤入机头，物料会进入该段，得不到进一步均匀塑化而挤入机头，影响制品质量。影响制品质量。nh3太浅，会导致产量降低。太浅，会导致产量降低。且熔体会受到过大的剪切，且熔体会受到过大的剪切，熔体的温度会变得过高，非但不能获得低温挤出，甚熔体的温度会变得过高，非但不能获得低温挤出，甚至会引起过热分解。至会引起过热分解。82.nh3是定值是定值，目前仍以经验方法来确定目前仍以经验方法来确定h3：对塑料加工对塑料加工h3=（0.020.06）D；n对能承受高剪切速率的塑料，对能承受高剪切速率的塑料，h3可取小值可取小值;对不能承受高剪切速率的塑料，对不能承受高剪切速率的塑料，h3应应取大取大值。值。n对橡胶加工对橡胶加工h3=（0.180.25）D。83.螺纹升角螺纹升角b b n螺纹与螺杆横截面之间的夹角。螺纹与螺杆横截面之间的夹角。b b增大，挤出机生增大，挤出机生产能力提高，但螺杆对塑料的挤压剪切作用减少。产能力提高，但螺杆对塑料的挤压剪切作用减少。nA A）b b =30=30 左右适于粉料，左右适于粉料，nB B）b b=l7=l7左右适于圆柱料，左右适于圆柱料，nC C）b b =15=15左右适于方块料。左右适于方块料。n出于机械加工的方便，一般取出于机械加工的方便，一般取D=S（螺距），螺距），b b=17=170 04040。84.螺纹棱部宽度螺纹棱部宽度ne太小，漏流增加，导致产量降低，对低粘太小，漏流增加，导致产量降低，对低粘度熔体更是如此。度熔体更是如此。n e太大会增加螺棱上的动力消耗，有局部过太大会增加螺棱上的动力消耗，有局部过热的危险。热的危险。n取取e=(0.080.12)D，在螺杆根部取大值。在螺杆根部取大值。85.螺杆与料筒的间隙螺杆与料筒的间隙 n是一个螺杆与料筒相互关系的参量。是一个螺杆与料筒相互关系的参量。n间隙间隙选择所考虑的因素：选择所考虑的因素：nA A）被被加加工工物物料料的的性性质质。（如如热热敏敏性性与与非非热热敏敏型型物物料）料）nB B）机头阻力情况）机头阻力情况。阻力越大间隙越小。阻力越大间隙越小。nC C）螺杆料筒的材质及其热处理情况）螺杆料筒的材质及其热处理情况。nD D）机械加工条件）机械加工条件nE E）螺杆直径的大小来选取。）螺杆直径的大小来选取。n螺杆直径越大，螺杆直径越大，的绝对值应选得越大，螺杆直的绝对值应选得越大，螺杆直径越小，径越小，的绝对值应选得越小。的绝对值应选得越小。86.n 选取选取n我我国国已已由由挤挤出出机机系系列列的的直直径径间间隙隙值值，可可根根据情况选取。据情况选取。n（0.0030.005）D 直径大者取小值，直径大者取小值，小者取大值。小者取大值。87.n当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形式当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形式急剧改变，由急剧改变，由螺旋带状的流动变成直线流动螺旋带状的流动变成直线流动。n其料流形式发生急剧变化。为得到较好的挤出质量，其料流形式发生急剧变化。为得到较好的挤出质量，要求熔料尽可能平稳地从螺杆进入机头口模，避免要求熔料尽可能平稳地从螺杆进入机头口模，避免滞流，局部受热时间过长而产生热分解。滞流，局部受热时间过长而产生热分解。n这与螺杆头部形状、螺杆末端螺纹的形状以及机头这与螺杆头部形状、螺杆末端螺纹的形状以及机头体中流道的设计和分流板的设计等有密切关系。体中流道的设计和分流板的设计等有密切关系。n表表2-11是目前国内外常见的塑料、橡胶螺杆头部形是目前国内外常见的塑料、橡胶螺杆头部形式。式。3、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88.89.1 1）钝的螺杆头）钝的螺杆头n总总有有因因物物料料在在螺螺杆杆头头前前面面停停滞滞而而分分解解的的危危险险，即即使使稍稍有有曲曲面面和和锥锥面面的的螺螺杆杆头头通通常常也也不不足足以以防防止止这这一点，对以上形式的螺杆头