第五章 塑料挤出机.ppt

第五章 塑料挤出机5.1 概述Ø 学习挤出机的工作原理、构成Ø 了解挤出机的分类和主要技术参数Ø 掌握挤出机的型号规定5.1.1 挤出成型的特点F 挤出成型也称挤压模塑或挤塑，它是 在挤出机中通过加热、加压而使物料以流 动状态连续通过口模成型的方法挤出成型发展历史：1845年R.Brooman申请关于挤出成型的以古塔波胶为 包覆层的电线的专利该挤出机是柱塞式的1879年英国人M.Gray取得第一个采用阿基米德螺线 式螺杆挤出机专利1935年德国机械制造商Paul Troestar生产出用于热塑 性塑料的挤出机1939年他们把塑料挤出机发展到了一个现阶段—— 现代单螺杆挤出机阶段挤出成型的特点：① 应用范围广② 生产过程连续③ 生产效率高④ 投资少、收效快挤出成型的应用：F 挤出成型法主要用于热塑性塑料的成型， 也可用于某些热固性塑料挤出的制品都 是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜 、电线电缆包覆层等此外，还可用于塑 料的混合、塑化造粒、着色、掺合等F 挤出成型在聚合物加工中占据了重要位置 完全使用或在工艺中含有挤出过程的塑 料制品的生产约占热塑性塑料制品总量的 一半。

挤出成型制品在农业、建筑业、石 油化工、机械制造、医疗器械、汽车、电 子、航空航天等领域都有应用图5-1 挤出成型产品5.1.2 挤出机的工作原理及组成通常挤出成形过程包括三个阶段 ：Ø 塑化Ø 挤出成形Ø 冷却定形挤出机工作过程如下：塑料从料斗进入挤出机，在螺杆的转动作用下将其向前输 送，塑料在向前移动的过程中，受到料筒的加热、螺杆的剪切 和压缩作用使塑料熔融，并实现由玻璃态、高弹态及粘流态的 三态变化在加压的情况 下，使处于粘 流态的塑料通 过具有一定的 形状的口模而 成为截面与口 模形状相仿的 连续体然后 冷却定型为玻 璃态，得到所 需的制件图5-2 挤出成型工作原理挤出机组各部分组成：Ø 主机Ø 辅机Ø 控制系统一、 主机① 挤出系统：主要由螺杆和料筒组成，是挤出机的关 键部分塑料通过挤出系统而塑化成均匀的熔体， 并在这一过程中所建立的压力下，被螺杆连续地定 量定压定温地挤出机头② 传动系统：驱动螺杆，使螺杆获得在工作过程中所 需要的扭矩和转速，由各种大小齿轮、传动轴、轴 承及电动机组成③ 加热冷却系统：对料筒(或螺杆)进行加热和冷却， 以保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。

二、 辅机① 机头（口模）：它是制件成型的主要部件，熔 融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸② 定型装置：它的作用是将从机头中挤出的塑料 的既定形状稳定下来，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③ 冷却装置：由定型装置出来的塑料在此得到充 分的冷却，获得最终的形状和尺寸④ 牵引装置：其作用为均匀地牵引制件，并对制件 的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行  ⑤ 切割装置：其作用是将连续挤出的制件切成一定 的长度或宽度⑥ 卷取装置：其作用是将软制件（薄膜、软管、单 丝）卷绕成卷作用：控制挤出机组的主机、辅机的拖动电动机，驱 动液压泵、液压缸（或汽缸）和其他各种执行机构 ，使其满足工艺所要求的转速和功率，并保证主辅 机能协调的运行，检测、控制主辅机的温度、压力 、流量和制件的质量，实现整个挤出机组的自动控 制三、 控制系统5.1.3 挤出机的分类一、 按挤出系统结构① 螺杆式挤出机根据螺杆数目多少，又可以分为单螺杆挤出机 、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机根据螺杆在挤出机中的空间位置，又可以分为 卧式挤出机和立式挤出机② 柱塞式挤出机二、 按挤出机的装配结构① 分开式挤出机② 整体式挤出机——结构紧凑，需机械加工的零件 数目少，占地面积小，是普遍通用的结构类型。

三、 按挤出机加工中是否排气① 非排气式挤出机② 排气式挤出机——可排出物料中的水分、溶 剂、不凝气体等图5-3 单螺杆挤出机图5-4 卧式单螺杆挤出机结构图 1、机头连接法兰 2、过滤板 3、冷却水管 4、加热器 5、螺杆 6、料筒 7、液压泵 8、测速电动机 9、推力轴承 10、料斗 11、减速箱 12、螺杆冷却装置图5-5 锥形双螺杆塑料挤出机图5-6 双螺杆挤出机 1、机头连接器 2、分流板 3、料筒 4、加热器 5、螺杆 6、加料器 7 、料斗 8、加料器传动机构 9、推力轴承 10、减速器 11、电动机图5-7 聚合物动态三螺杆挤出机图5-8 三螺杆挤出机结构——“一”字排列的不等径不等长三螺杆图5-9 三螺杆挤出机结构——三角形排列的三螺杆图5-11 立式挤出机结构 1、料斗 2、螺杆 3、料筒 4、机头 5 、传动装置 6、机座图5-10 立式挤出机图5-12 胶管管材柱塞挤出机图5-13 柱塞式挤出机 1、压缩空气 2、加料螺杆 3、搅拌器 4 、液压缸 5、柱塞杆 6、柱塞头 7、绝 热层 8、加热 9、加热器支承管 10、模 管 11、制件 12、冷却水 13、热电偶图5-14 单螺杆塑料排气挤出机5.1.4 单螺杆挤出机的技术参数与型号一、单螺杆挤出机的技术参数① 螺杆直径Ds：指螺杆的外径，单位为mm。

② 螺杆长径比L/Ds：其中L为螺杆的工作部分长度，Ds 为螺杆直径③ 螺杆的转速范围：Nmax～Nmin，单位为r/min④ 驱动电动机功率：P，单位为kW⑤ 料筒加热段数：B⑥ 料筒加热功率：Pe，单位为kW⑦ 挤出机生产率：Q，单位为kg/h⑧ 机器的中心高：H，指螺杆中心线到地面的高度，单 位为mm⑨ 机器的外形尺寸：长、宽、高，单位为mm二、塑料挤出机的型号挤出机的型号按类、组、型分类编制，分别用类 、组、型别名称中有代表性的汉字拼音字头字母表示 型号由基本型号和辅助型号两部分组成表示方法 如下：图5-15 塑料挤出机型号表示方法辅机型号表示方法：编写辅机型号是利用主机型 号第四项前加字母“F”，以示从属该主机的辅机当 配备多种辅机时，则采用辅机代号“F”后再加上设备 特征字头（用汉语拼音大写字母表示）图5-16 挤出机辅机机组型号示例：（1）SJ-150表示：螺杆直径150mm，长径比为20∶1的塑料 挤出机与SJ-150相配的辅机SJ-FMl700，表示上吹法 ，牵引辊筒工作长度为1700mm的塑料吹塑薄膜辅机 ，其中FM为辅机代号型号示例：（2） SJF-65×30S ——塑料（类别）J ——挤出机（组别）F ——发泡(品种) 65×30——螺杆直径65(mm), 长径比30：1（规格 参数）5.2 挤出机的结构Ø 学习挤出机的关键零部件：螺杆、料筒、加料装 置、加热和冷却系统等的结构特点Ø 掌握挤出机各种变形结构的用途5.2.1 螺杆F 螺杆是挤出 机的心脏，是挤 出机的关键部件 ，螺杆的性能好 坏，决定了一台 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。

图5-17 螺杆一、 螺杆的分段1、塑料及塑料三态塑料有热固性和热塑性二大类，热固性塑料成 型固化后，不能再加热熔融成型而热塑性塑料成 型后的制品可再加热熔融成型其它制品热塑性塑料随着温度的改变，产生玻璃态、高 弹态和粘流态三态变化，随温度重复变动，三态产 生重复变化 ♪ 三态中聚合物熔体不同的特征：玻璃态——塑料呈现为刚硬固体；热运动能小，分子间 力大，形变主要由键角变形所贡献；除去外力后形变瞬时恢 复，属于普弹形变高弹态——塑料呈现为类橡胶物质；形变由链段取向引 起大分子构象舒展作出的贡献，形变值大；除去外力后形变 可恢复但有时间依赖性，属于高弹形变粘流态——塑料呈现为高粘性熔体；热能进一步激化了 链状分子的相对滑移运动；形变不可逆，属于塑性形变♪ 塑料加工与塑料三态：塑料玻璃态时可切削加工高弹态时可拉伸加工，如 拉丝纺织、挤管、吹塑和热成型等粘流态时可涂复、 滚塑和注塑等加工当温度高于粘流态时，塑料就会产生热分解，当温度 低于玻璃态时塑料就会产生脆化当塑料温度高于粘流 态或低于玻璃态趋向时，均使热塑性塑料趋向严重的恶 化和破坏，所以在加工或使用塑料制品时要避开这二种 温度区域。

2、三段式螺杆塑料在挤出机中存在三种物理状态——玻璃态、 高弹态和粘流态的变化过程，每一状态对螺杆结构要 求不同为适应不同状态的要求，通常将挤出机的螺杆分 成三段：加料段L1(又称固体输送段)熔融段L2(称压缩段)均化段L3(称计量段)这就是通常所说的三段式螺杆塑料在这三段中 的挤出过程是不同的图5-18 普通三段式螺杆加料段熔融段均化段（1）加料段加料段由加料区和固体输送区所组成塑料由料斗进入料筒后随着螺杆的旋转运动及 料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用，将充满螺槽的松散 固体或粉末粒子向前输送并压实加料段螺杆的主要参数：① 螺旋升角ψ一般取17°～20°② 螺槽深度H1，是在确定均化段螺槽深度后，再由 螺杆的几何压缩比ε来计算③ 加料段长度L1由经验公式确定：对非结晶型高聚物L1＝(10%～20%)L对于结晶型高聚物L1＝(60%～65%)L（2）熔融段熔融段的作用是压实、熔融物料，使包围在塑料内的空 气压回到加料口处排出（或经排气口排出），并改善塑料的 热传导性能当塑料从加料段得到初步的压实，再进入熔融段后，随 着塑料继续被推向前进方向，由于螺槽逐渐变浅，以及过滤 网、分流板和机头的阻力，在塑料中形成了很高的压力，把 塑料压得很密实。

同时，在料筒外热和螺杆、料筒对物料的 混合、剪切作用所产生的内摩擦热的作用下，塑料的温度不 断升高随着物料的向前输送，熔融的塑料量逐渐增多，而 未熔融的物料量逐渐减少，大约在压缩段的结束处，全部塑 料熔融而转变为粘流态熔融段螺杆的主要参数：① 压缩比ε：一般指几何压缩比，它是螺杆加料段第一 个螺槽容积和均化段最后一个螺槽容积之比ε=(Ds-H1)H1/(Ds-H3)≈H1/H3式中，H1——加料段第一个螺槽的深度H3——均化段最后一个螺槽的深度② 熔融段长度L2由经验公式确定：对非结晶型高聚物L2＝55％～65％L对于结晶型高聚物L2＝(1～4)Ds（3）均化段塑料经过熔融段，至末端处转变为粘流态，各点处 的温度并不相同该段的作用是将来自压缩段的已熔物 料定量定压定温地挤到机头中去均化段螺杆的重要参数：① 螺槽深度H3由经验公式确定H3＝(0.02～0.06)Ds② 长度L3由下式确定L3＝(20%～25%)L根据熔体输送理论，熔体在螺杆均化段的流动有四种 形式，熔融物料在螺槽中的流动是这四种流动的组合：Ø 正流——塑料熔体在料筒和螺杆间沿着螺槽方向朝机 头方向的流动。

Ø 逆流——流动方向与正流相反，由机头、多孔板、过 滤板等阻力引起的压力梯度所造成Ø 横流——熔体沿着垂直于螺纹壁方向的流动，影响挤 出过程中熔体的混合和热交换作用Ø 漏流——由于压力梯度在螺杆与料筒间隙处形成的倒 流，沿螺杆轴向方向二、 普通螺杆的结构常规全螺纹三段螺杆按其螺纹升程和螺槽 深度的变化，可分为三种形式：Ø 等距变深螺杆Ø 等深变距螺杆Ø 变深变距螺杆1、等距变深螺杆等距变深螺杆从螺槽深度变化的快慢可分为两种形式：① 等距渐变螺杆：从加料段开始至均化段的最后一个 螺槽的深度是逐渐变浅的螺杆在较长的熔融段上，螺槽深 度是逐渐变浅的② 等距突变螺杆：即加料段和均化段的螺槽深度不变 ，在熔融段处的螺槽深度突然变浅的螺杆2、等深变距螺杆等深变距螺杆是指螺槽深度不变，螺距从加料段第一个 螺槽开始至均化段末端是从宽渐变窄的等深变距螺杆的特点是由于螺槽等深，在加料口位置上 的螺杆截面积较大，有足够的强度，有利于增加转速，从而 可提高生产率但螺杆加工较困难，熔料倒流量较大，均化 作用差，较少采用3、变距变深螺杆变深变距螺杆是。