第六章高分子材料加工.ppt

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1、6.1 挤出成型概述6.2 挤出理论6.3 几种制品的挤出工艺,第六章 挤出成型加工原理,基本内容,了解挤出成型的特点，以及挤出成型设备的基本构造及工作原理掌握固体输送理论的推导过程和影响固体输送流率的因素分析影响熔体熔融塑化和熔体输送流率的因素 了解和掌握塑料管材、挤出吹塑薄膜、挤出棒材和挤出异型材的主要工艺特点和工艺控制因素了解和掌握塑料材料的注射成型以及模压成型的主要原理和工艺控制因素,本章要求,一次成型法:热塑性聚合物制品的绝大部分是通过熔体加工的方法成型的。即通过加热使塑料处于粘流态,经过流动、成型和冷却，或硬化或交联固化，从而得到各种形状制品的方法。包括；挤出成型；注射成型；模压成

2、型；压延成型；熔融纺丝等。二次成型法：将一次成型法所得的片材、管材和板材等塑料制品加热，使其处于高弹区（TgTf)，通过外力作用，使其发生形变，再经冷却定型而得到制品的方法。包括：薄膜的二次吹胀；片材的再成型；管材的扩管。,6.1 概述(Extrusion of Plastic),6.1.1 基本概念1基本定义挤压成型是借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的聚合物材料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。,挤出过程：预处理料加料在螺杆中熔融塑化口模挤出定型冷却牵引切割,2.挤出方法分类,干法挤出聚合物的塑化和加压在同一设备内完成。湿法挤出溶剂先将聚合物充分软化并

3、塑化，聚合物的塑化和加压是两个独立的过程。定型处理采用溶剂脱出方法，同时应考虑溶剂的回收和利用。,3挤出成型特点,连续性生产，产品可以任意长度；应用范围广，绝大多数的热塑性塑料和热固性塑料可用此方法生产；几乎1/3-1/2的塑料制品是通过挤出成型来完成的。生产效率高，一台挤出机的产量85.8吨/年，而一台注射机的产量27.6吨/年；例：近几年来，单螺杆 挤出机有了很大的发展。目前德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直径达700mm，产量为36t/h。投资少，见效快。,4挤出成型方法的最新进展,设备技术更成熟；电磁动态塑化挤出：将电磁振动场引入聚合 物塑化挤出的全过程,从根本上改变了传统螺杆挤

4、出设备的换能方式、结构形式和塑化挤出过程。提出了聚合物动态塑化挤出、直接电磁换能、机电磁一体化等一系列新概念和原理,揭示了聚合物电磁动态塑化挤出过程中的各种新现象和规律。计算机控制与应用；产品规格大，品种多。,6.1.2 挤出成型设备的基本构造及工作原理,1单螺杆挤出成型设备规格:SJ-65/25 螺杆直径 螺杆长径比,单螺杆挤出机(Single Screw Extruder S.S.E),SJ-65,SJ-65A,SJ-65B,SJZ-120螺杆外径:(25),30，45，65，90，120，150，200，250,(300)。螺杆L/D:(20),25,30,(1)基本构造,主机是由一根阿

5、基米德螺杆在加热的料筒中旋转构成的。挤压系统螺杆，料筒，料斗。三大系统 传动系统电动机，减速箱，轴承。加热冷却系统加热器，冷却水管。,在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。,塑料挤出机（主机）可以与管材、薄膜、捧材、单丝、扁丝、打包带、挤网、板（片）材、异型材、造粒、电缆包覆等各种塑料成型辅机匹配，组成各种塑料挤出成型生产线，生产各种塑料制品。,辅机几种典型挤出成型制品的辅机,机头制品获得几何形状和尺寸；定型装置对制品的形状和尺寸起稳定和定型作用，从而得到精确的截面形状和尺寸以及表面性能良好的制品。冷却装置对定型的制品进行充分冷却至热变形

6、温度以下。牵引装置均匀地牵引制品，使其保持一定地截面尺寸并使稳定挤出。切割装置根据使用要求将制品切成一定地长度和宽度。卷取装置主要针对软制品。,(2)挤出机主要技术参数与螺杆参数,螺杆直径（D），长径比（L/D)，转数，驱动功率，生产率，外形尺寸，重量等,螺杆分段：加料段，压缩段（转化段），均化段（计量段）螺槽深度：h1，h2（变化的），h3压缩比：螺纹螺距，螺纹升角，螺纹头数，螺棱宽度等。,螺杆的主要参数：,单螺杆挤出机的螺杆可分为三段：从料斗至机头依次为加料段(feed)、压缩段(transition)、均化段(metering)。各段功能：加料段起着输送未熔融固体物料的作用；在压缩段中，

7、聚合物物料逐渐从固态向粘流态转变，这种转变是通过料筒的热传导和螺杆旋转时剪切、搅拌摩擦等复杂作用实现的；均化段是将压缩段送来的熔融流体的压力进一步增大，使高聚物均匀塑化，然后控制其定压、定量地从机头模孔挤出。,在螺杆结构段的不同区域，对物料的作用完全不同，概括起来：加料作用压缩塑化作用均化温度、压力和挤出量的作用。,螺杆型式的确定：渐变型螺杆压缩段槽深为渐变的，传热好，剪切不剧烈，混炼效果不好。适用于热敏性物料、结晶非结晶性物料。突变型螺杆剪切剧烈，传热不好。适用黏度小、具有突变熔点的物料，如PA、PS、PP等，但PVC等黏度高的会局部过热。在（12）D内发展到在（45）D内完成相变。,(3)

8、常规全螺纹三段螺杆的选择：,螺杆直径的确定：国标系列：30、45、65、90、120、150、200确定直径D：产品截面积的形状和大小 加工塑料的种类和生产率，辅机配备经验公式：Q=Dn 出料系数，0.0030.007螺杆长径比L/D的确定：在一定意义上L/D反映塑化能力大小，特别当转速提高后相变点后移，只有加大L/D才可获得较好的塑化效果。长径比大，则塑化剪切时间长，可以低温挤出，可以提高转速，但制造困难。,螺杆各段参数的选择：加料段：输送物料给压缩段和均化段 a结晶性高聚物 L=6065%b非结晶性高聚物L=1025%熔融段：压实物料，熔融物料 a结晶性L=（35）D b非结晶性L=506

9、0%压缩比：将物料压实，排除气体，建立必要压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度 均化段：将已熔物料定压定量定温地挤到机头中 L3=2050%H3=0.0250.06Ds,螺杆其他参数：螺纹升角，螺距S=D螺杆头部结构和螺纹断面形状：,半圆、平、锥、尖、螺纹头,常见螺杆头部型式,螺棱断面：矩形（输送段）、锯齿形（压缩段和均化段）,常用螺纹断面型式,双螺杆的基本构造与分类：,2.双螺杆挤出机,圆柱型平行双螺杆挤出机,锥形双螺杆挤出机,双螺杆挤出机的分类：,双螺杆的旋转方式,双螺杆的啮合型式,1连接法兰；2分流板；3机筒；4电阻加热；5双螺杆；6螺旋加料装置；7料斗；8螺杆轴承；9齿轮减速箱；

10、10传送带；11电动机；12机架,双螺杆挤出机的基本结构：,双螺杆机的主要参数：1）直径：指螺杆外径。国外：16340mm，国内：65140mm。（锥形双螺杆须标明大小端）2）长径比：有效长度和外径之比。一般1028。3）旋向：旋向不同，用途不同。同向混料，异向挤出制品。4）承受的扭矩5）驱动功率,双螺杆结构设计的差别：,（1）啮合还是非啮合；,（2）对啮合螺杆：同向转动还是反向转动；,（3）螺杆是圆柱形还是锥形；,（4）压缩比的实现是靠：螺纹高度或导程；根径由小变大或外 径由大变小；螺纹头数变化。,（5）螺杆是整体的还是组合的。,(1)锥形双螺杆:,向外反向转动。从加料段到计量段，螺杆的外径

11、和根径均匀地由大到小变化。螺杆各部分的长度、螺纹头数、螺槽数、螺棱宽度、螺棱形状等均有变化。,（2）组合型双螺杆,3基本过程与工作原理,在挤压过程中，将颗粒状物料经挤出机料斗加入到已预热的料筒，料筒中不断旋转的螺杆，连续地挤压熔融的聚合物物料并通过机头模孔，挤出所需的设计断面，后经定型冷却、牵伸获得制品。物料从进入挤出机到成为制品，经历了固体到熔体，再到固体的过程，这个过程的前半部分是在挤出机中实现的。,（1）研究螺槽内流体速度、压力和温度分布的规律；（2）计算螺杆对物料的输送能力及螺杆的功率消耗；（3）评价螺杆对物料的混合与塑化效果；（4）通过理论分析，寻求在聚合物加工中提高产量、提高塑化质

12、量、降低能量消耗的有效途径；（5）为聚合物挤出过程改进工艺、改进设备提供依据。,6.2 挤出理论研究物料在塑化挤出过程中，状态变化及运动规律的工程原理,目的与意义：,挤出过程：预处理料加料在螺杆中熔融塑化口模挤出定型冷却牵引切割要使制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件：熔体的输送速率=固态物料的熔化速率沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率=挤出机生产率,6.2.1 三个职能区的建立1.固体输送区将固体物料向前输送，并得到初步压缩和排气的作用。2.熔化区物料发生相转变区域。3.熔体输送区将熔体定温定量定压地输送至机头。,6.2.2 固体输送理论(EXTRUDER FEED ZONE)以固体对固体的

13、摩擦静力平衡为基础建立,1.基本假设2.固体输送流率的计算：点的运动分析：Qs=f()力和力矩的平衡分析：求出3.影响固体输送流率的因素4.理论修正,固体输送流率,目的：定量计算固体输送流率；分析影响固体输送流率的因素。,固体输送区通常限定在自料斗开始算起的几个螺距中，在该区，物料向前输送并被压实，但仍以固体状（SOLID BED OR PLUG）存在。物料的输送机理：物料与螺杆间的相对运动状态类似于螺栓与螺母间的相对运动。目前关于固体输送区的理论有几种，此处重点介绍应用较广泛的以固体对固体的摩擦静力平衡为基础建立起来的输送理论。,固体输送区：,固体输送区塑化过程:螺杆的螺距、螺棱宽度的变化

14、物料粒子被致密地压实 在螺槽上滑动的固体床或固体塞。固体塞运动 依靠机筒表面与固体塞之间的摩擦力；螺杆与固体塞之间的摩擦力 阻止固体塞运动。在机筒内，造成物料粒子不在同一方向前进，而是不时地翻滚、打滑，随螺杆旋转。随着物料挤出和物料在料斗内的流动，过程反复进行。,在螺槽中运动的是被挤压在一起的固体塞。,1.基本假设：物料与螺槽和料筒内壁紧密接触，形成具有弹性的固体塞，并以恒定的速度移动；固体塞与料筒表面、螺槽底面和侧面的摩擦因数是一个常数，可取不同值；忽略料筒与螺棱之间的间隙，螺槽是矩形的并且深度不变，固体塞的密度不变。,2.公式推导,（1）固体塞点的运动分析 Qs=f(),牵引角或移动角,运

15、转条件 Qs 与 螺杆参数 有关 牵引角n Qs；Qs,（2）固体塞的受力分析八个力的平衡 求出,A.公式法：,料筒表面系数的影响,螺纹侧面摩擦的影响,螺槽底面摩擦的影响,压力的影响,角受以下四方面的因素影响：,B.查图法,3.影响固体输送流率Qs的因素,螺杆参数的影响：Db,D h1 Qs=45运转条件的影响：n Qs 角的影响：K,Qs M,fs,fb,提高螺杆光洁度,料筒加料段开槽，或强制冷却(防止物料熔融）,6.2.3 熔融理论相转变理论(17),压缩段物料固-液共存,1目的：预测螺槽中任一点未熔化物料量熔化全部物料所需螺杆长度熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系2冷却试验和熔融

16、机理冷却试验：本色料+35%着色料挤出稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒取出螺杆、剥下物料切断螺旋带状料并观察截面形状.现象：熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态.固液两相有一明显分界线.固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处.,熔融机理：加料段压实逐渐熔融成一层熔膜超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池固体床减小直至物料完全熔融,固相内Z距离上的质量平衡流入Z段的固相物料量-流出Z段的固相物料量=Z段上分界面处固相熔化量熔膜内Z向单位距离(长度)上的质量平衡由固相沿Y方向加入熔膜的新熔化的熔融物料量=由熔膜流入液相熔池的熔融物料量分界面单位面积上的热量平衡经熔膜流入分界面每单位面积上的热流量-由分界面每

17、单位面积上流出进入固相内的热流量=分界面每单位面积上塑料熔融消耗的热量,3.熔融理论的建立,有因次比值，供热与消耗热量比值,4.熔融理论公式,熔化系数,3.影响熔融塑化区长度的因素,挤出量G的影响G,ZT,在螺杆总长度不变的情况下,均化段长度减少,物料塑化质量下降;有因次比值的影响与Tb,Ts有关,Tb,Ts,ZT，物料塑化质量提高。螺杆转速n的影响n G，ZT 剪切热，ZT,6.2.4 熔体输送理论,(1)正流Qd（Drage flow，拖曳流动)沿螺槽向机头方向的流动，它是由螺杆旋转挤压造成的。(2)横流Qt(Transverse flow,环流)物料与螺纹相垂直方向流动,它是由螺杆旋转挤

18、压造成的。这种流动使物料在螺槽中产生翻转运动，形成环流。它对物料的混合和热交换以及塑化影响很大，但对总的生产率无影响。,1.熔体流动形式,(3)倒流Qp(Pressure-back flow)是由机头、多孔板、滤网等对物料产生的阻力引起的，其方向与正流方向相反。(4)漏流Ql(Leakage flow)是由机头、多孔板、滤网等对物料产生的阻力引起的，它产生在螺杆与料筒的间隙中，其方向是轴向，并与挤出方向相反。,3.影响熔体输送流率的因素,P的影响P,Q,但有利于物料的塑化;螺杆转速n的影响 n,Q,但转速过高,剪切热过大,易出现局部过热,运动不稳定,且螺杆根部扭矩过大,易折断;h3的影响存在最

19、佳值L3的影响 L3，Q；螺棱与料筒间隙0的影响 0，Q。,作业,1.说明挤出成型基本过程及辅机的作用。2.说明固体输送理论的研究思路，分析影响固体输送流率的因素有哪些？3.分析影响熔融区长度的因素有哪些？4.为了挤出机生产达到质量和产量的稳定，应控制哪些因素 5.熔体在熔体输送区的螺槽中的流动形式有哪几种？,6.3 典型挤出制品的加工工艺,6.3.1 概述,1.挤出成型工艺与过程,原料的准备和预处理 挤出成型 定型与冷却 牵引和卷取(切割）热处理 后处理,通常的程序：,原料的准备与预处理,挤出造型,制品的定型与冷却,制品的牵引与卷取（切割）,后处理,包装,(1)原料准备与预处理通常包括干燥、

20、预热、着色、混入各种添加剂和废品的回收利用等。,原料干燥：,目的：1)原料中的水分 2)从外界吸收的水分影响挤出过程的正常进行和制品的质量:制品出现气泡 表面晦暗等缺陷物理机械性能降低 挤出无法进行通常控制水分含量在0.5以下,1).挤出机各部分工艺条件挤出过程:螺杆转数、料筒压力、温度,(A)物料温度：来源于料筒加热器和螺杆对物料的剪切。,(2)挤出成型工艺,料温升高：粘度降低，利于塑化；熔体流量大，出料加快，机头和口模温度过 高，挤出物形状稳定性差，制品收缩率增加，甚至制品发黄、出现气泡。挤出不能正常进行。,温度降低：熔体粘度大，机头压力增加，制品密实、形状稳定性好，但离模膨胀严重，应适当

21、 增大牵引速度。,料温过低：塑化较差，功率消耗增加。,口模与模芯温差过大：挤出制品出现向内或向外翻或 扭歪情况。,(B)增大螺杆的转速：强化对物料的剪切作用，利于物料的混合和塑化，提高物料的压力。,2).挤出机工艺条件与聚合物有关同是管材，聚合物不同，挤出条件就不同。例：生产3mm厚，内径25mm的管材,软PVC的生产工艺和ABS就不相同。,软PVC ABS加料段温度 90-100 160-165压缩段 120-130 170-175均化段 130-140 175-180机头温度 150-160 175-180 口模温度 170-180 190-195螺杆:长径比 16-21 15-20压缩比

22、 1.5:1 23:1转速(转/分)20 10,3).挤出工艺还与产品的形状有关例：同是ABS、管材和棒材不相同 管材 棒材加料段温度 160165 160170 压缩段温度 170175 170175 均化段温度 175180 175180机头温度 175180 150160口模温度 190195 170180,4).挤出工艺条件对产品质量的影响主要是温度和剪切作用料温高，小，利于塑化，出料速度大但机头口模温度高，则形状稳定性下降，制品收缩率上升，制品发黄、气泡，挤出不正常料温下降，则高，机头压力大，挤出物密实，形状稳定性好,但离模膨胀变大;料温过低，则粘度过大，功率消耗变大。口模和模芯温度

23、不能相差太大，挤出物就会出现内翻或外翻转速N上升，剪切力上升，有利于塑化、混合，且粘度下降，混合效果好。但由于压力也相应增大，后期流量反而减小。,定型和冷却不及时，制品在自身重力作用下，就会发生形变。大多数情况下定型与冷却往往是同时进行的；管材和异形型材有定型过程；薄膜、单丝、线缆包复物等则不需定型；板材和片材，通过一对压辊压平来定型和冷却；,（3）制品的成型与冷却,管子的定型方法:定径套、定径环和定径板等也有采用水冷却定径的。冷却速度低，定型慢由于自重下垂，质量下降；冷却速度高，定型快聚集态结构不同，质量可能也不能满足要求。如PS、LDPE和UPVC等，冷却过快时，制品有内应力等，并降低外观

24、质量；对软质或结晶的塑料，则应较快冷却，否则制品极易变形。,牵引的目的：A 消除离模膨胀效应 B 避免堵塞口模，破坏挤出的连续性C 解决挤出物发生的形变型式：滚轮式和履带式牵引速度：一般应稍大于挤出速度，对制品进行适度拉伸，牵引速度均匀,（4）牵引和热处理,热处理：在TgTf(或Tm)间进行热处理(热定型)目的：提高薄膜 的尺寸稳定性；减少使用中的热收缩率。,1）挤出造粒2）管材挤出3）片材和板材的挤出4）纸张涂复5）线缆包复6）挤出吹塑7）挤出纺丝,（5）生产工艺流程,1.挤出流程及主要辅助设备生产流程:机头挤出，冷却定型、冷却、牵引、切割或卷曲机头：直通式结构简单，但会产生熔接痕，只能与外

25、定径设备配合。直角式不用分流器，不会产生熔接痕，能得到内壁光滑管材。分流器及支架直通式机头 芯棒与口模定型装置：内定径 外定径管材外壁与定径套内壁相接触。冷却装置：水槽冷却 喷淋冷却牵引装置：履带式 滚轮式,6.3.2.塑料管材,常见的是圆管，材料有PE、PP、PCPA软质PVC、ABS,国内以PE、PP、软质PVC、ABS等为主，是国际公认的金属管替代品，也是绿色节能产品,(1)机头：机头和口模常连为一体,通称机头,包括过滤网、多孔板、分流梭（有时与模芯结合为一个部件）、模芯、口模等。机头的作用：改变熔融物料的流动方向，使其由螺旋变为直线运动；产生必要的压力使制品密实；使物料进一步塑化均匀；

26、成型制品。,(b)直角式熔体在机头中流动方向与螺杆轴向垂直.从料筒流出的熔体绕过芯模再向前流动，会产生一条分流痕，流动阻力小，料流稳定，出料均匀，但其结构复杂，占地面积大。适于PP、PE及尺寸要求严格的管材.,滤网（screen）：过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片叠在一起的30120目不锈钢网组成，用多孔板支承。多孔板（筛板、分流板）：厚度为螺杆直径的1/31/5，上边钻有36mm的中间疏、两边密的同心圆孔，距螺杆头部0.1D,即约为计量段一个螺槽容积，太大易积料分解，太小料流不稳定。分流器（鱼雷头）：将圆柱形料流变为薄环状并便于进一步加热塑化。大型分流器内设

27、加热器，支架用以支承分流器及芯棒，同时使料流分束以加强搅拌，小型分流器与芯棒做为一体。,(2)定型,作用：将机头挤出材料的形状稳定下来，得到更为精确的截面形状、尺寸和表面粗糙度，有内定径和外定径法两种。,定型方法：,（1）外径定型：在管状物外壁和定径套内壁紧密接触的情况下进行冷却而实现的。结构简单、操作方便，为我国普遍采用。,（2）内径定型：是将定径套的冷却水管从芯棒处伸进，必须使用偏移式机头。用这种方法制得的管材内壁比较光滑。,(定径),(a)内径定径法一般用于直角机头上，连在口模芯模上内通冷却水，定型套有0.6%1%锥度，长80300mm,外径比管材内径大2%4%，利于收缩后尺寸在控制范围

28、内并保证管材内壁粗糙度。,(b)外定径法（我国常用方法）真空定径：管外抽真空而将管外壁吸附在冷却定型套内壁上内压法定径：管内加压缩空气，管外加冷却定型套,(3)冷却装置,水槽冷却,喷淋冷却,常用冷却水槽和喷淋水箱。A、冷却水槽通常分24段，分别控制水温，借以调节冷却强度。一般从最后一段进入，水流与管材前进的方向相反，这样使管状物降温比较缓慢，以避免因降温过块而使管壁内产生内应力大；B、水槽上下水温不同，管状物在冷却过程中会因上、下收缩不均而出现弯曲；C、管状物通过水槽时会受到浮力作用，也会产生弯曲；在管材径向方向四周均匀布置喷淋水头，可以避免因冷却出现的弯曲现象。,(4)牵引装置,橡胶带式目前

29、较少使用滚轮式履带式,滚轮式,履带式,牵引装置:滚轮式和履带式。牵引速度要与挤出速度相适应，一般前者比后者大1-10%。过快会在管壁中产生不适当的聚合物分子定向，从而降低管材的爆破强度。残余内应力大，管材易弯曲变形，易拉断；过慢，由于离模膨胀，壁厚增大。牵引速度必须稳定，否则，会导致管材纵向厚度不均。,（5）切割,切割装置要与挤出的速度同步前进的过程中切割，保证断面与管材垂直。由行程开关控制锯和夹持器。有园锯切和行星式自动切割（大口径）切割后的管材为了使用时连接方便，还可以对管材一端扩口。,2.挤出机工艺条件控制,温度：挤出机各段温度根据原料和螺杆结构来选择；螺杆温度：对于粘度高的塑料，如UP

30、VC，剪切摩擦热高时螺杆需冷却，温度7080。螺杆转速：单螺杆挤出机45mm：转速2040r/min，90mm转速1020r/min。扭矩：与粘度大小有关，如果生产时突然变大，有不稳定因素。机头压力：由压力传感器直接反应物料在机头内的压力。,3、操作时注意事项,（1）挤出耐候性的聚烯烃类管材时有时要加入炭黑。炭黑是容易吸湿的，挤出前应干燥，否则制品表面不光滑。（2）挤出成型前先对料筒和螺杆进行分段加热，而料斗底部应开冷却水冷却。当各部位达到规定温度时，对机头部位的衔接处螺栓等检查拧紧以免运转时发生漏料。（3）开车时应先开动机器空转，观察电流是否稳定，然后再加料。开始速度慢些。用引管或人工牵引到

31、牵引机上。,（4）在保证成型顺利进行的前题下，口模温度越低越好，因为，温度低，黏度大，有利于制品定型；另外减轻冷却系统的压力，提高生产率；对于PVC来说，还可以减少降解。（5）检验管材的同心度、内外表面、颜色均匀度。（6）停车时一般将挤出机内的物料尽量挤完，以便下次操作，必要时加清洗料进行清洗。其它硬的连续制品如棒材、异型材等的挤出工艺与硬管类似，只是采用的机头口模的形状有所不同。,挤出管材常用树脂选择：,4.几种典型塑料管材,按组成分类,按结构分类,塑料管道种类与应用,(1)PE管材优点突出，成型加工容易，具有良好的韧性、无毒、耐腐蚀、耐寒性和电性能广泛用于自来水管、煤气管、排污管、灌溉管、

32、化工管道及电线绝缘套管LDPE挤出时温度分五段控制机身：供料段90100，压缩段100140，计量段140160；机头：分流器140160，模口140160HDPE温度一般较LDPE高20另定型套水温3050一般PE管材口模温度低于料筒最高温度，原因是：熔体粘度低，成型温度范围宽，降低温度利于成型，使制品更密实；利于定型，提高生产率；节约能源。,(2)PP管材无毒、耐腐蚀、强度高、耐热性好、重量轻广泛用作腐蚀性化工液体和气体的输送管，农田排灌管普通PP性能缺陷很大，一是低温脆性大，二是耐老化性差，一般要改性处理，常用改性配方如下：PP 100 HDPE 1020 抗氧剂1010 0.5 1 C

33、aCO3 10工艺温度机身：供料段165，压缩段180，计量段220；机头：一区230，二区220，口模195一般采用外定径法(真空定径或内压外定径法),(3)硬质PVC管材耐腐蚀、绝缘性好主要做输送流体及做电线套管等生产工艺挤出(粒料)温度：机身依次为100 120，120 140，140 160，分流器160 180，口模180 190，机头185 190螺杆转速：直径为45mm的单螺杆挤出机转速为20 40r/min牵引速度：比挤出速度快1%10%螺杆冷却：材料流动性差，螺杆温度偏高会粘料，适当降低螺杆温度可使塑料与螺杆间的摩擦系数降低，减少摩擦生热，防止物料分解。,4、其它管材挤出工艺

34、举例,（1）聚氯乙烯波纹管（单壁波纹管SWP、双壁波纹管DWP）配方：工艺流程：原料高速混合、冷混、传送过筛、通过单螺杆或双螺杆挤出圆管、立即经波纹机制成波纹状。,塑料波纹管,（2）PVC芯层发泡复合管,相对密度0.70.9之间，具有隔音、隔热、防震、抗冲击、施工方便、质轻价廉等特点配方：,（3）铝塑复合管,内外层为聚乙烯（交联PE为热水管、普通PE为冷水管）、中间为铝板焊接而成，铝和聚乙烯之间有粘合层。为5层复合管。生产工艺和制品如图工艺流程,冷却定型,搭接式铝塑复合管生产工艺流程,搭接处用超声波焊接机焊接,对接式铝塑复合管生产工艺流程,挤出PE内管,冷却定径,冷却,涂覆内粘合层,成型铝管,

35、储带,接带,铝带卷材,焊接,铝管定径,加热粘合,涂覆外粘合层,挤出PE外管,定径,冷却,牵引,切割,堆放或盘绕,制品,整个工艺流程需要4台挤出机，机头采用复合机头。,6.3.2 吹塑薄膜,特点：筒状，便于用热风机械生产袋子或切割展开成膜材料：PE、PP、PVC、PS、PA等分类：平挤上吹、平挤平吹和平挤下吹法工艺过程：挤出膜管-吹膜-冷却-牵引-卷取陈化工艺条件：温度、吹胀与牵引、冷却定型、厚度调节等,1.挤出吹塑薄膜方法,吹膜方法的特点比较,2.吹塑薄膜原料选择：,3、吹塑用设备,（A）挤出机 挤出机的挤出量要与薄膜的厚度和折径相适应。长径比25以上。有时为了增加混炼效果，螺杆头部增加混炼装

36、置。螺杆直径与吹膜机头直径的关系,（B）机头,结构形式：侧面进料芯棒式机头、中心进料的“十字”机头和螺旋式机头。三种机头的特点和应用范围如表(下表）旋转机头：为了使薄膜厚度公差均匀地分布在薄膜四周，在成型过程中，让机头和芯棒以相反方向同时旋转。适合宽幅薄膜。复合机头，用于生产不同材料复合的薄膜。机头要求：应保证熔体在其中具有稳定的压力；挤出筒坯各点的厚度一致；温度均一。它是保证薄膜厚度不致明显波动的首要条件。,（C）冷却、定径装置,冷却装置：应满足生产能力高、制品质量好、生产过程稳定等要求。冷却装置还可以对薄膜的厚度不均匀性进行调整。常用的有：风环，上吹法常用水环，下吹法和热收缩膜常用定径装置

37、，带内冷却生产线用，薄膜的宽度保持在公差12mm。（D）牵引、卷取装置、人字板、展平辊（E）其它辅助装置：横向切断、纵向切断、电晕放电处理。,4、吹塑工艺控制,（1）工艺流程挤出管坯、吹胀（冷却、牵引）管泡、卷取Flash演示（2）工艺控制因素 A、吹胀比、牵引比、口模环隙宽度b 薄膜平均厚度吹胀比是泡管直径与口模直径之比；牵引比是指牵引速度与挤出筒坯的线速度之比；牵引比和吹胀比控制薄膜纵横向定向。=b/,吹胀比和牵引比调整,a、在机头口模尺寸一定的情况下，吹胀比受筒膜预定折径的限制；另外吹胀比过大会导致泡状物的不稳定和促使筒坯上已存在的缺陷扩大，故吹胀比可调整的范围不大；b、=b/既然 不能

38、在较大范围内变动，要使膜厚度减小就只能增大牵引比。使在实际生产中吹胀比远小于牵引比。c、如果仍然希望维持膜纵横向的定向程度一致，就只能依靠调整口模温度和冷却系统的冷却能力来实现。因为提高口模温度和降低冷却速度，能够适当延长挤出物在其冷固温度以上的停留时间，有利于降低泡状物在纵向的大分子取向度。,B 冷却速率 吹塑薄膜显著的特点是吹胀、牵引、冷却同时进行。从冷却风环吹出的冷却空气对筒膜的降温速率，不仅影响生产率，而且与所制得的膜的外观、尺寸和性能有密切关系。实际生产过程中，用冷冻线高度来判定所选择的冷却条件是否合适。冷冻线：在挤出吹膜过程中,结晶型聚合物刚挤离口模的是透明的，一旦冷却到适当温度时

39、,失去透明性而变浑浊，透明与浑浊的交界线称为冷冻线。,冷冻线高度的影响因素：冷却速率越大，挤出筒膜温度越低，吹胀比越大，牵引速度越低，冷冻线高度越低。反之则增大。对于结晶性物料，为了得到透明度高，强度好的薄膜，应适当降低冷冻线高度，因为快速降温到Tm以下，结晶过程难于充分进行，膜的晶粒细小，结晶度也比较低。而且泡状物上升超过冷冻线以上后，仍可在Tg以上保持一段时间。另外泡状物仍处在张紧状态，这二者均有利于大分子通过链段运动消除应力，但又不致降低取向度。,C 牵引 牵引辊是由一个橡胶辊和一个钢辊组成，其作用：一是牵引薄膜；二是封住泡管内的空气，使其保持恒定。牵引辊到口模的距离决定了冷却时间，不同

40、的塑料热物理性能不同，冷却时间也不同，黏度越小，需冷却时间越长，如PE就比PVC用的距离长。如果冷却不充分，两层薄膜会出现“自粘”现象，严重时对以后的加工和应用带来不便，甚至报废。解决办法：一是降低冷冻线高度；二是加大模口到牵引辊的距离；另外可加开口剂得以缓解。,6.3.3 电线电缆包覆,放线矫直预热机头挤出包覆冷却测试卷取导线预热的目的：使导线和包覆层更好的熔合；防止在包覆层中引入内应力,6.3.4 中空吹塑,型坯的挤出型坯在吹塑模中吹胀冷却取出制品吹胀比：型坯吹胀的倍数，制品最大外经与型坯外径之比,1.挤出吹塑 2.注射吹塑,6.3.5 塑料异型材,2.塑料异型材机头,3.塑料异型材定径部

41、分,4.塑料异型材牵引部分,6.3.6 双向拉伸薄膜的平挤成型,塑料熔体由扁平机头挤成厚片后，被送至不同转速的一组拉伸辊上进行纵向拉伸，经纵向拉伸的薄膜再送至拉幅机上作横向拉伸，薄膜离开拉幅机后即进行冷却和卷取。,1.挤出机,大小符合要求，保证物料塑化、温度均匀，料流无脉动。,2.机头和口模,采用中心进料窄缝形机头。,3.厚片的冷却,对结晶性聚合物（聚酯、PP等）立即实行急冷。,采用冷却转鼓进行冷却。,口模与冷却转鼓最好顺向排列。,厚片厚度为拉伸薄膜的1216倍。,4.纵向拉伸,拉伸倍数等于两拉伸辊的线速比。,拉伸辊温度为80120。,纵拉后的薄膜需冷却：目的是使结晶迅速停止，固定取向结构；张

42、紧厚片，避免回缩。,冷却辊温度控制在塑料的玻璃化温度左右。,5.横向拉伸,拉幅机,预热段：重新加热到玻璃化温度以上。,拉伸段：10左右的张角,拉伸倍数为拉幅机出口宽度与纵拉后薄膜宽度之比。,在2.54之间。,6.热定型和冷却,热定型的主要作用：稳定取向与结晶结构，提高尺寸稳定性，降低内应力。热定型的条件:温度至少应比聚合物最大结晶速率温度大10。,缓冲段：防止热定型段温度直接影响拉伸段，使拉伸段温度得到严格控制。,热定型后需冷却至室温，以消除热量。,7.切边和卷取,8.操作,作业：,1.塑料管材主要辅机及特点。2.挤出吹塑薄膜有哪些主要生产方法？3.挤出管材的工艺控制因素。4.说明BOPP的主要生产工艺流程，分析热定型的主要作用。,1.塑料管材主要辅机及特点。2.挤出吹塑薄膜有哪些主要生产方法？3.挤出管材的工艺控制因素。4.说明BOPP的主要生产工艺流程，分析热定型的主要作用。5.挤出成型常见问题及解决措施。,