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第五章 挤出成形 挤出成形制品：横截面恒定 （塑化方式）挤出工艺：干法和湿法两种 干法：熔体物料，塑化和定形主要传热 湿法：溶液物料，塑化和定形主要传质 应用：最重要成形方法。几乎所有热塑和部分热固，50%以上制品 特点：效率高、质量稳定、易连续化和自动化、设备及操作简单、劳动强度小等，宜批量生产 5.1 挤出成形设备 5.2 挤出成形原理 5.3 挤出成形工艺 5.4 挤出成形的发展 5.1 挤出成形设备 设备：核心是挤出机，辅助有前辅助和后辅助 前辅助：输送、粉碎、混合和干燥等设备 后辅助：定形装置、冷却装置、牵引装置、切断装置和控制装置等 挤出机类型：螺杆式和柱塞式 螺杆式是连续式，柱塞式是间歇式，普遍使用螺杆式 柱塞式：①没有搅拌混合作用，很少采用；②但挤出压力可很高，适于熔融黏度很大、流动性极差的塑化物料（PTFE和硬PVC管材） 其他类型挤出机：无螺杆（如磨盘、鼓式、弹性熔体和端面混炼等），但很少采用 按螺杆数目：单螺杆、双螺杆和多螺杆（如三螺杆、四螺杆…甚至八螺杆等） 单螺杆用得最多，双螺杆现已很广泛（有的国家50%以上） 按可否排气：非排气型（普遍）和排气型 按空间布置：卧式和立式，多为卧式 按用途：成形用、混炼造粒用和供料用 其它用途：喂料、混料、塑化造粒及树脂共混和复合等 5.1.1 挤出过程及功能 5.1.2 单螺杆挤出机 5.1.3 双螺杆挤出机 5.1.4 特殊辅助设备 5.1.1 挤出过程及功能 挤出过程：固体输送区、熔融区和熔体输送区 主要功能：①连续、稳定地输送物料；②固料塑化成熔料并排气；③均化熔体 5.1.2 单螺杆挤出机 构成：加料、挤出、加热冷却、传动和控制等 挤出系统：主体，包括机筒、螺杆、机头和口模等，最核心是螺杆 一、挤出系统 1．机筒 机筒（料筒）：内压可达100MPa或更高，温度一般150~300℃ 普通机筒：内壁光滑，加料段可设轴向沟槽 机筒结构形式：整体式和组装式 整体式机筒：装配精度高，加热冷却系统易设置与拆装，加热轴向分布均匀，但整体加工精度高 组装式机筒：几段组装，优点是可改变长度，实现多用途，但分段破坏机筒加热均匀性并增加热损失，加热冷却系统不便设置与维护 2. 螺杆 表面高硬度和光洁度，减小表面摩擦力 与机筒间隙很小，通过止推轴承悬支，与机筒中心线吻合 （1）螺杆几何结构参数 几何结构参数：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒间间隙、螺头形状等 ①直径（D） 通常30~200mm，最常见65~150mm 挤出机规格：采用螺杆直径表示 ②长径比（L／D） 定义：工作部分有效长度与直径之比 国标L／D系列：15、20、25、30等，最大达43，通常15~30 L／D大：改善料温分布，利于混合塑化，减少漏流逆流，提高产能 L／D过大：物料受热时间增长易降解，自由端易与机筒擦伤 L／D过短：易出现物料混炼和塑化不良 ③压缩比（A） 定义：一般2~5 A越大：物料受挤作用越大，排气能力越大，但太大，螺杆强度下降 A值选择取决于成形聚合物种类和形态 聚合物种类不同，所要求压缩比不同 粉料选择A值较大，粒料选择A值较小 ④螺槽深度（h） 螺槽深浅与物料热稳定性、螺杆塑化效率及压缩比有关 螺槽浅：剪切作用较大，利于传热，混合塑化效率高 热敏性聚合物（如PVC）：宜用深槽 熔体黏度低和热稳定性较高（如PA）：宜用浅槽 螺距决定螺旋角并影响螺槽容积 物料形态不同，加料段螺旋角不同 粉料采用30°时螺杆产能最高，方块料宜约15°，圆柱料宜约17° 等距不等深螺杆：常取螺距等于直径，螺旋角17°42′ ⑥螺棱宽度（e） 定义：一般取0.08~0.12D e：太小使漏流量增加致产量降低；太大增加动力消耗和有局部过热危险 ⑦螺杆与机筒间隙（δ） 定义：通常控制δ0.1~0.6mm δ会影响产能，随δ增大，漏流和逆流增大，产率降低 原则：熔料由螺旋流动变直线流动，避免物料滞留螺杆头端面死角，锥形或半圆形 鱼雷头：典型。与机筒间隙常为均化段深度40%~50%，因此降低料层厚度，提高塑化效率，进一步混合均化和稳压作用 （2）螺杆功能 普通螺杆功能段：加料段、压缩段和均化段 加料段：输送固体料并预热，固态，无压缩 通常采用等深等螺矩的深槽螺纹 结晶型聚合物：较长（约60%~65%） 无定形聚合物：较短（约10%~25%） 压缩段：熔融物料，螺槽容积逐渐减小 无定形聚合物：较长（约55%~65%），有的很长（如PVC成形100%） 结晶型聚合物：一般约（3~5）D，熔融温度范围很窄者（如PA）很短甚至仅1D 螺纹形式：等矩变深、等深变矩或变深变矩等 等矩变深螺杆：渐变型和突变型两种 突变螺杆：压缩段较短，通常4~5D；剪切作用大，适于黏度