挤出成型机.ppt

第二章,挤出成型机 （extruder）,日本40t/h世界最大挤出机,第一节 概 述,一.挤出成型 在农业生产中，许多不同的材料都可用挤出方法成型，如金、粘、陶瓷、食品等这些物料在加工时，在压力下推进一开孔，物料即被“挤出”开孔部分称为“口模”物料通过口模，取近似口模的形状，再经过各种方式的处理，获得所需的形状并使之固定1、挤出成型过程的过程和特点 挤出成型是塑料加工的重要方法之一，大部分热 塑性塑料都能用此法进行加工挤出成型过程如图：,,加热相变,挤出机,塑料原料,塑料熔体,,加压,挤塑模具（机头）,初始形状的连续体,,定型,冷却（定型）装置,最终形状的连续体,,切割,切割装置,一定规格的制品,挤出成型过程,,与其他成型方法相比挤塑成型具有如下特点： （1）、生产过程连续 可成型任意长度的聚合物制品，生产过程可以实现全自动，生产效率很高 （2）、适应性广 生产制品的种类较多，只需改变机头上口模的断面形状，便可制备聚合物管材、棒材、板材等 （3）、应用范围大 可用于成型几乎全部热塑性聚合物材料及部分热固性材料的共混改性、造粒拖挥、着色等4、生产操作简单 工艺控制容易，产品质量较为稳定。

5、设备成本低 投资少，见效快，主机可以多用途使用2、聚合物中的热塑性塑料和弹性体可在熔融状态或固态下挤出，可分为： （1）塑化挤出：聚合物以固态微乳挤出机，当通过挤出机螺杆从边料口输送到口模时物料被熔融 （2）熔体喂料挤出：聚合物以熔融状态喂入挤出机,,（3）固态挤出：聚合物在低于熔点的状态被挤出 挤出过程又分为两种基本类型： 连续式：成型由平稳而连续的物料成型 非连续式：以周期方式操作,挤塑成型设备是主要塑料成型设备之一，挤塑成型是通过它来完成的因此，应具备如下的综合要求： 1、具有较高的产量和较广的适应性能 2、有较完善和先进的控制系统，能准确无误、协调地控制挤塑机的各个动作，使挤塑机的温度、压力和质量流率等严格控制在工艺条件的范围内，以获得高质量的产品 3、具有足够的强度和刚度，结构合理、紧凑，以利于操作和维护，成本低二、挤塑成型设备应具备的综合要求,三、挤塑成型设备的组成及其作用,一台挤出设备通常由主机(挤出机),辅机及其控制系统组成.通常这些组成部分统称为挤出机组. 1. 主机（挤塑机） 一台挤出机主机由挤压,传动,加热冷却和控制系统等四部分系统组成. 挤压系统主要由螺杆和机筒组成,是挤出机的关键部分; 传动系统中起作用是驱动螺杆,要保证螺杆在工作过程中具备所需要的扭矩和转速; 传动系统主要由电机、减速箱和调整装置所组成。

作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速加热冷却系统主要来保证物料和挤压系统在成型加工中的温度控制. 控制系统主要由电器元件、仪表和执行机构组成作用是调节控制螺杆转速、机筒温度以及机头压力等2. 辅机 挤出设备的辅机的组成根据制品的种类而定.一般说来,辅机由机头，定型装置,冷却装置,牵引装置,切割装置以及制品的卷取或堆放装置及拉伸等部分组成.,,机头赋予制品所需的形状，即使熔融的聚合物材料经机头获得制品所需的几何截面和尺寸 定型装置稳定从机头挤出的制品的形状，并对其进行精整，从而得到尺寸更为精准的截面形状及更为光亮的制品表面 冷却装置对经定型后的制品实施进一步的冷却，以获得最终制品的形状和尺寸牵引装置均匀地牵引制品，并对制品的截面尺寸进行拉伸控制，使挤出过程平稳地进行 切割装置将连续挤出的硬制品按要求的长度及宽度进行裁切 卷取装置将连续挤出的软制品卷绕成卷3、控制系统 由各种电器、仪表和相关的执行机构所组成 作用： （1）控制机组的电动机各种执行机构，使其满足工艺要求的转速，功率及机组的协调运行 （2）检测控制机组的工艺参数如T、P （3）通过较为完善的控制，使挤塑机具有较高的产量，安全运行及自动化控制。

四、挤塑成型设备的分类及其基本参数,1.分类： 随着挤塑成型技术的不断发展，出现了各 种类型的挤塑成型设备，其分类方法很多，例如,,螺杆挤塑机,无螺杆（注塞式、电磁动能式）挤塑机,按螺杆的有无分,按螺杆的数目分,,单螺杆挤出机,双螺杆挤出机,多螺杆挤出机,按螺杆直径的大小分为,,超小型挤出机,小型挤出机,中型挤出机,大型挤出机,超大型挤出机,按螺杆的转速分,,普通挤出机,高速挤出机,超高速挤出机,按挤出机的装配结构分,,整体式挤出机,组合式挤出机,按挤出机的螺杆在空间的位置分,,卧式挤出机,立式挤出机,螺杆在空间呈水平放置，重心低而稳定，厂房要求不高，操作和维护方便，生产中应用最 广,螺杆在空间呈竖直放置，其优缺点恰好与卧式机相反，应用少，一般小型机采用,按挤出机可否排气分,,非排气式挤出机,排气式挤出机,目前挤出机的最常见形式为中小型卧式单螺杆非排气式普通成型挤出机，简称普通挤出机,机筒加热功率：用E表示，单位kW 挤出机产量：用Q表示，单位kg/h 挤出机中心高度：即螺杆轴线距地面 的高度，用H表示，单位mm 螺杆的驱动电机功率：用N表示，单位kW2. 基本参数,3、普通螺杆的基本结构及其参数,普通螺杆的基本结构如图及其基本参数如图，除前面介绍的螺杆直径D和长径比L/D外，还有如下几个基本参数：,螺杆直径：即螺杆外径，用D表示，单位mm． 螺杆长径比：指螺杆有效工作长度L与螺杆直径 D之比，用L/D表示． 螺杆转速范围：用nmin~nmax表示，单位r/min。

nmin表示最低转速，nmax表示最高转速4、螺杆的有效工作长度与分段,1）螺杆长度：对普通螺杆来说，根据物料在挤出机中经历的三个阶段，人们常常把螺杆的有效工作长度L分为三段 （1）加料段L1( feeding zone) ：其作用是将松散的物料逐渐压实并送入下一段；减小压力和产量的波动，从而稳定地输送物料；对物料进行预热2）熔融段（压缩段）L2( compression zone) ：其作用是把物料进一步压实；将物料中的空气推向加料段排出；使物料全部熔融并送入下一段 （3）均化段（计量段）L3 (metering zone )：其作用是将已熔融物料进一步均匀塑化，并使其定温、定压、定量、连续地挤入机头 螺杆的长度用mm作单位,2）螺槽深度 它是一个变化值，用h表示，单位mm，对普通螺杆来说：,,加料段的深度用h1表示 一般是一定值,均化段的深度用h3表示 一般是一定值,熔融段的深度用h2表示 是变化值,3 ）螺距 其定义同一般螺纹，用s表示，单位 mm 4）螺旋角 其定义同一般螺纹，用ф表示，单 位（o） 5）螺杆（外径）与机筒（内壁）的间隙 用δ 表示，单位mm螺杆设计考虑因素,A、物料的特性及其加入时的几何形状，尺寸和温度状况。

B、口模的几何形状和机头阻力特性 C、机筒的结构形式和加热冷却情况 D、螺杆转速 E、挤出机的用途常规螺杆存在的问题,A、产量低 B、质量差 C、适应性窄,五.挤出机的型号表示,1、主机的型号表示； S J,,,,,,,,,,类别代号,组别代号,品种代号,规格参数,设计序号,用S表示塑料机械；J表示挤出成型机械；品种代号用英文字母表示，其中挤出机不标排气式（P）、喂料（W）、鞋用（E）、双螺杆（S）、双螺杆锥形（SZ）、双螺杆混炼（SH）；规格参数用阿拉伯数字表示；设计序号表示对原结构的某些参数进行改进的次数，按A、B、C、D等英文字母的顺序选用 例如：SJW 150x15B 表示螺杆直径为150mm，长径比为15：1，经过第二次改进的喂料挤出机2、辅机的型号表示,S J F,,,,,,,,,,类别代号,组别代号,品种代号,规格参数,设计序号,,辅助代号,第二节 挤出成型基本原理,挤出成型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，最后定量、定速和定压地通过机头口模而获得所需的挤出制品塑料之所以能进行加工，由其内在因素所决定的。

通过高分子物理学可知，聚合物一般存在着玻璃态、高弹态和粘流态三种物理状态在一定条件下，这三种物理状态将发生相互转化，故塑料能进行成型加工的 物料在挤出机中的工作过程如图：物料从料斗加入机筒，随着螺杆的旋转而被逐渐推向机头方向此过程是通过以下三个阶段来完成的普通挤出机的工作过程,1、固体输送阶段：,螺槽被松散的玻璃态物料（固体粒子或 粉末）所充满，在旋转着的螺杆的作用 下，随着运动阻力的增大而逐渐被压 实同时，由于机筒外部加热器的加热、 螺杆和机筒对物料产生的剪切热以及物 料之间产生的摩擦热，使物料的温度逐 渐升高2、熔融阶段：,因螺槽深度逐渐变浅，以及分流板、过滤网和机头的阻挡，使物料受到很高的压力而被进一步的压实同时，随着物料的温度的进一步升高，与机筒内表面相接触的某一点物料的温度达到粘流温度而开始熔融，随着物料向前输送，熔融的物料量逐渐增多，而固体物料量逐渐减少，直至物料全部转变为粘流态3、熔体输送阶段：,由于输送来的熔体各点的温度很不均匀，产生的温度、压力和产量的波动大，为了保证挤塑过程稳定进行，熔体在此阶段进一步受到均匀塑化，最终被定温、定压、定量、连续地输送至机头三段七区状态,当螺杆内不通如冷却水时，物料在螺槽中的整个挤出过程的状态为三段七区。

第一段为加料段，包括（1）非塞流区，即固体物料相对滑移，随压力增加逐渐被压实2）塞流区 第二段为压缩段，包括（3）熔膜区，即熔体段的开始区4）熔池区，该区仅有上熔膜和熔池5）环流区，在该区的固相四周均存在熔体6）固相破碎区，到熔融,,后期，作用在未熔固相物料上的外力愈来愈大，固相就会产生裂纹并进而破裂成无数碎块 第三段为计量段，包括（7）熔体输送区，该段物料的流速流量可采用经典的流体力学方程计算第三节 挤出理论简介,为使挤出机达到稳定的产量和质量，一方面，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，另一方面，熔体的输送速率应等于物料的熔化速率如果不能实现这些条件，就会引起T、P、Q的波动因此，从理论上阐明挤出机中固体的输送、熔融和熔体的输送与螺杆的几何结构、物料的性能和操作条件之间的关系，无疑是有重要意义的然而，塑料在挤出过程中经历着温度、压力、黏度甚至化学结构等的变化，相应地出现了玻璃态、高弹态和粘流态三种不同的物理状态，这一过程看起来简单，实际上很复杂的直到目前还没有形成一种完整的、令人满意的用来解释整个挤出过程并指导挤出机设计和生产实践的理论目前，应用最广的挤出理论依然是根据挤出机工作过程中的三个阶段而建立起来的三段理论，即固体输送理论、熔融理论和熔体输送理论。

一、固体输送理论,1、物料在螺杆加料段螺槽中的运动: ①轴向运动，是由于旋转螺杆的螺棱推进面对物料产生的轴向推力所至 ②旋转运动，是由于物料与螺杆、物料与机筒之间的摩擦所至2、理论研究的目的 ①通过对固体物料的运动分析和受力分析，了解螺槽中固体输送的本质，以便正确地设计螺杆和机筒加料段的结构 ②求出在不同工艺条件下的固体输送率 ③分析压力的产生、发展和沿程的分布，以便正确地选择挤出工艺参数 ④分析摩擦系数对固体物料输送的影响，以便采取相应的措施提高固体输送率3、理论推导中的假设条件,来自料斗的物料在螺槽中以被压实，形成密实的具有弹性的 无内变形的固体塞 固体塞与所有面同时紧密地接触，并以恒定的速率移动 固体塞与各表面的摩擦系数是一个常数，但在螺杆和机筒表 面可以取不同值摩擦系数与压力无关 螺槽是矩形的，并且其深度不变 忽略固体塞的密度变化、忽略重力对机筒与螺杆之间间隙的 影响 固体塞上的压力只是沿螺槽流道长度Z1的函数，即P=f(Z1)5、理论推导中的几个主要关系式,Qs=π2DbnH1 (Db-H1) [tanφbtanθ/ (tanφb+tan θ) ](W / W+e),cosθ=Ksinθ+2(H1fs/wbfb)(k+D/D。