挤出成型

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挤出成型在塑料加工中又称为挤塑,在非橡胶挤出机加工中利用液压机压力于模具本身的挤出称压出。是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用,边受热塑化,边被螺杆向前推送,连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。
中文名
挤出成型
又称为
挤塑
定    义
热塑性塑料和橡胶的加工
原    理
在螺杆旋转作用下

挤出成型定义

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在纤维化学工业中也有用挤出机向喷丝头供料,以进行熔体纺丝。挤出应用于热塑性塑料和橡胶的加工,可进行配料、造粒、胶料过滤等,可连续化生产,制造各种连续制品如管材、型材、板材(或片材)、薄膜、电线电缆包覆、橡胶轮胎胎面条、内胎胎筒、密封条等,其生产效率高。在合成树脂生产中,挤出机可作为反应器,连续完成聚合和成型加工,在橡胶工业中压缩比不同的挤出机可以用来塑炼天然胶.不同材料的挤出机器的压缩比有些不同.

挤出成型原理

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料自料斗进入料筒,在螺杆旋转作用下,通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段,在此松散固体向前输送同时被压实;在压缩段,螺槽深度变浅,进一步压实,同时在料筒外加热和螺杆与料筒内壁摩擦剪切作用,料温升高开始熔融,压缩段结束;均化段使物料均匀,定温、定量、定压挤出熔体,到机头后成型,经定型得到制品。
1、挤出方法
塑化方式:干法挤出与湿法挤出
按加压方式:连续挤出与间歇挤出
2、特点
生产连续、效率高、操作简单、应用范围广

挤出成型设备

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1、主机
挤出系统:由螺杆与料筒组成,是挤出机关键部分。其作用是塑化物料,定量、定压、定温挤出熔体
传动系统:驱动螺杆,提供所需的扭矩和转矩
加热和冷却系统:保证塑料和挤出系统在成型过程中温度达工艺要求
2、辅机
由机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、卷取装置、切割组成
3、控制系统
由电器、仪表和执行机构组成
作用:控制主、辅机电动机、以满足所需转速和功率;控制主辅机温度、压力、流量,保证制品质量;实现挤出机组的自动控制,保证主、辅机协调运行。

挤出成型挤出机

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塑料挤出机的主机是挤塑机,它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。
1.挤压系统挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具,塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体,并在这一过程中所建立压力下,被螺杆连续的挤出机头。
(1) 螺杆:是挤塑机的最主要部件,它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率,由高强度耐腐蚀的合金钢制成。
(2)机筒:是一金属圆筒,一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合,实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实,并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的15~30倍,以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。
(3) 料斗:料斗底部装有截断装置,以便调整和切断料流,料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。
(4)机头和模具:机头由合金钢内套和碳素钢外套构成,机头内装有成型模具。机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动,均匀平稳的导入模套中,并赋予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒内塑化压实,经多孔滤板沿一定的流道通过机头脖颈流入机头成型模具,模芯模套适当配合,形成截面不断减小的环形空隙,使塑料熔体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层。为保证机头内塑料流道合理,消除积存塑料的死角,往往安置有分流套筒,为消除塑料挤出时压力波动,也有设置均压环的。机头上还装有模具校正和调整的装置,便于调整和校正模芯和模套的同心度。
挤塑机按照机头料流方向和螺杆中心线的夹角,将机头分成斜角机头(夹角120o)和直角机头。机头的外壳是用螺栓固定在机身上,机头内的模具有模芯坐,并用螺帽固定在机头进线端口,模芯座的前面装有模芯,模芯及模芯座的中心有孔,用于通过芯线;在机头前部装有均压环,用于均衡压力;挤包成型部分由模套座和模套组成,模套的位置可由螺栓通过支撑来调节,以调整模套对模芯的相对位置,便于调节挤包层厚度的均匀性。机头外部装有加热装置和测温装置。
2.传动系统传动系统的作用是驱动螺杆,供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速,通常由电动机、减速器和轴承等组成。
3.加热冷却装置加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。
(1) 现在挤塑机通常用的是电加热,分为电阻加热和感应加热,加热片装于机身、机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料,使之升温,以达到工艺操作所需要的温度。
(2)冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量,以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种,一般中小型挤塑机采用风冷比较合适,大型则多采用水冷或两种形式结合冷却;螺杆冷却主要采用中心水冷,目的是增加物料固体输送率,稳定出胶量,同时提高产品质量;但在料斗处的冷却,一是为了加强对固体物料的输送作用,防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口,二是保证传动部分正常工作。
二、 辅助设备
塑料挤出机组的辅机主要包括放线装置、校直装置、预热装置、冷却装置、牵引装置、计米器、火花试验机、收线装置。挤出机组的用途不同其选配用的辅助设备也不尽相同。如还有切断器、吹干器、印字装置等。
校直装置:塑料挤出废品类型中最常见的一种是偏心,而线芯各种型式的弯曲则是产生绝缘偏心的重要原因之一。在护套挤出中,护套表面的刮伤也往往是由缆芯的弯曲造成的。因此,各种挤塑机组中的校直装置是必不可少。校直装置的主要型式有:滚筒式(分为水平式和垂直式);滑轮式(分为单滑轮和滑轮组);绞轮式,兼起拖动、校直、稳定张力等多种作用;压轮式(分为水平式和垂直式)等。
预热装置:缆芯预热对于绝缘挤出和护套挤出都是必要的。对于绝缘层,尤其是薄层绝缘,不能允许气孔的存在,线芯在挤包前通过高温预热可以彻底清除表面的水份、油污。对于护套挤出来讲,其主要作用在于烘干缆芯,防止由于潮气(或绕包垫层的湿气)的作用使护套中出现气孔的可能。预热还可防止挤出中塑料因骤冷而残留内压力的作用。在挤塑料过程中,预热可消除冷线进入高温机头,在模口处与塑胶接触时形成的悬殊温差,避免塑胶温度的波动而导致挤出压力的波动,从而稳定挤出量,保证挤出质量。挤塑机组中均采用电加热线芯预热装置,要求有足够的容量并保证升温迅速,使线芯预热和缆芯烘干效率高。预热温度受放线速度的制约,一般与机头温度相仿即可。
冷却装置:成型的塑料挤包层在离开机头后,应立即进行冷却定型,否则会在重力的作用下发生变形。冷却的方式通常采用水冷却,并根据水温不同,分为急冷和缓冷。急冷就是冷水直接冷却,急冷对塑料挤包层定型有利,但对结晶高聚物而言,因骤热冷却,易在挤包层组织内部残留内应力,导致使用过程中产生龟裂,一般 PVC塑胶层采用急冷。缓冷则是为了减少制品的内应力,在冷却水槽中分段放置不同温度的水,使制品逐渐降温定型,对PE、PP的挤出就采用缓冷进行,即经过热水、温水、冷水三段冷却。
三、 控制系统
塑料挤出机的控制系统包括加热系统、冷却系统及工艺参数测量系统,主要由电器、仪表和执行机构(即控制屏和操作台)组成。其主要作用是:控制和调节主辅机的拖动电机,输出符合工艺要求的转速和功率,并能使主辅机协调工作;检测和调节挤塑机中塑料的温度、压力、流量;实现对整个机组的控制或自动控制。
挤出机组的电气控制大致分为传动控制和温度控制两大部分,实现对挤塑工艺包括温度、压力、螺杆转数、螺杆冷却、机筒冷却、制品冷却和外径的控制,以及牵引速度、整齐排线和保证收线盘上从空盘到满盘的恒张力收线控制。
1. 挤塑机主机的温度控制
电线电缆绝缘和护套的塑料挤出是根据热塑性塑料变形特性,使之处于粘流态进行的。除了要求螺杆和机筒外部加热,传到塑料使之融化挤出,还要考虑螺杆挤出塑料时其本身的发热,因此要求主机的温度应从整体来考虑,既要考虑加热器加热的开与关,又要考虑螺杆的挤出热量外溢的因素予以冷却,要有有效的冷却设施。并要求正确合理的确定测量元件热电偶的位置和安装方法,能从控温仪表读数准确反映主机各段的实际温度。以及要求温控仪表的精度与系统配合好,使整个主机温度控制系统的波动稳定度达到各种塑料的挤出温度的要求。
2. 挤塑机的压力控制
为了反映机头的挤出情况,需要检测挤出时的机头压力,由于国产挤塑机没有机头压力传感器,一般是对螺杆挤出后推力的测量替代机头压力的测量,螺杆负荷表(电流表或电压表)能正确反映挤出压力的大小。挤出压力的波动,也是引起挤出质量不稳的重要因素之一,挤出压力的波动与挤出温度、冷却装置的使用,连续运转时间的长短等因素密切相关。当发生异常现象时,能排除的迅速排除,必须重新组织生产的则应果断停机,不但可以避免废品的增多,更能预防事故的发生。通过检测的压力表读数,就可以知道塑料在挤出时的压力状态,一般取后推力极限值报警控制。
3. 螺杆转速的控制
螺杆转速的调节与稳定是主机传动的重要工艺要求之一。螺杆转速直接决定出胶量和挤出速度,正常生产总希望尽可能实现最高转速及实现高产,对挤塑机要求螺杆转速从起动到所需工作转速时,可供使用的调速范围要大。而且对转速的稳定性要求高,因为转速的波动将导致挤出量的波动,影响挤出质量,所以在牵引线速度没有变化情况下,就会造成线缆外径的变化。同理如牵引装置线速波动大也会造成线缆外径的变化,螺杆和牵引线速度可通过操作台上相应仪表反映出来,挤出时应密切观察,确保优质高产。
4. 外径的控制
如上所述为了保证制品线缆外径的尺寸,除要求控制线芯(缆芯)的尺寸公差外,在挤出温度、螺杆转速、牵引装置线速度等方面应有所控制保证,而外径的测量控制则综合反映上述控制的精度和水平。在挤塑机组设备中,特别是高速挤塑生产线上,应配用在线外径检测仪,随时对线缆外径进行检测,并且将超差信号反馈以调整牵引或螺杆的转速,纠正外径超差。
5. 收卷要求的张力控制
为了保证不同线速下的收线,从空盘到满盘工作的恒张力要求,希望收排线装置有贮线张力调整机构,或在电气上考虑恒线速度系统和恒张力系统的收卷等等。
6. 整机的电气自动化控制
这是实现高速挤出生产线应具备的工艺控制要求,主要是:开机温度联锁;工作压力保护与联锁;挤出、牵引两大部件传动的比例同步控制;收线与牵引的同步控制;外径在线检测与反馈控制;根据各种不同需要组成部件的单机与整机跟踪的控制。

挤出成型分类

按数量分:无螺杆、单螺杆、双螺杆
按空间位置:卧式和立式
按螺杆转速:普通、高速和超高速
可否排气:排气式和非排气式
按装配结构:整体式和分开式
最常用卧式单螺杆非排气式整体式挤出机

挤出成型主要零部件

一、螺杆
1、评价螺杆性能的标准和设计螺杆应考虑的因素
1)评价螺杆性能标准
①塑化质量:必须满足质量要求。制品质量与机头、辅机有关,但与螺杆的塑化质量关系更大,如温度不均、轴向压力波动、径向温度大、染色等分散不均匀,这都直接影响制品质量。
②产量:在保证质量前提下,通过机头挤出量。好的螺杆,应具有高的塑化能力
③名义比功率单耗:每挤1Kg塑料消耗的产量即P/Q(功率/产量),保证质量下,单耗越少越好。
④适应性:对加工不同塑料、匹配不同机头和不同制品的适应能力。但一般适应性强,往往塑化效率低。
⑤制造难易:必须易制造、成本低
2)设计螺杆应考虑
①物料特性及加工时的几何形状、尺寸、温度状况。由于不同物料物理特性不同,因此加工性能不同,对螺杆结构和几何参数有不同要求。
②口模的几何形式和机头阻力特性。螺杆形状要与他们相匹配。
料筒的结构形式和加热冷却情况。如在加料段料筒内壁加工出锥度和纵向沟槽并冷却,则提高固体输送效率,螺杆在设计时应考虑提高熔融速率、均化能力,使之与加料段输送相匹配。
③螺杆转速
④挤出机用途:作混炼、造粒和喂料等作用,螺杆结构有所不同
2、常规全螺纹三段螺杆设计
指螺杆由加料段、压缩段、均化段三段螺纹组成,其挤出过程完全依靠螺纹的形式来完成的一种螺杆。
1)螺杆类型确定
按螺槽深度从加料段较深向均化段较浅的过渡情况分:
①渐变型:螺槽深度变化在较长距离逐渐变浅。用于无定型、热敏性塑料加工、也可用结晶型。
②突变型:用于熔点突变、粘度低的塑料。如PA、PE、PP,不适于PVC等热敏性塑料
2)螺杆直径
已经标准化,其大小一般根据所加工制品的断面尺寸、加工塑料种类、所需挤出量确定
3)螺杆长径比L/Db
长径比越大,则塑料在料筒中停留时间越长,塑化更充分、均匀,以保证制品质

挤出成型单螺杆挤出机技术参数和型号

1、单螺杆挤出机技术参数
螺杆直径Db:指大径,系列标准20、30、45、65、90、120、150、165、200、250、300
螺杆长径比L/Db:螺杆工作部分长度与螺杆直径比值
螺杆转速范围:nmin-nmax r/min
驱动螺杆电机功率P:KW
挤出机生产能力Q:每小时挤出的塑料量
比流量每小时每转一周挤出机生产能力
名义比功率 每小时加工kg塑料所需电机功率
2、型号
SL-150表示螺杆直径为150mm,长径比为20:1塑料挤出

挤出成型相关参数

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1、温度
挤出成型温度有料筒温度、塑料温度、螺杆温度,一般我们测料筒温度。温度由加热冷却系统控制,由于螺杆结构、加热冷却系统不稳定、螺杆转速变化等原因使挤出物料温度在径向和轴向都存在波动,从而影响制品质量,制品各点强度不一样,产生残余应力,表面灰暗无光泽。为保证制品质量,温度应稳定。
2、压力
由于螺杆和料筒结构,机头、过滤网、过滤板的阻力,使塑料内部存在压力。压力变化如图,压力同样存在波动。
3、挤出速率
单位时间内由挤出机口模挤出的塑料质量或长度。影响挤出速率因素:机头阻力、螺杆与料筒结构、螺杆转速、加热、冷却系统、塑料特性。但当产品已定,挤出速率仅与螺杆转速有关。挤出速率也存在波动,影响制品几何形状和尺寸。
温度、压力、挤出速率都存在波动现象,为了保证制品质量,应正确设计螺杆、控制好加热冷却系统和螺杆转速稳定性,以减少参数波动。

挤出成型工艺制品

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一般根据所加工聚合物的类型和制品或半成品的形状,选定挤出机、机头和口模,以及定型和牵引等相应的辅助装置,然后确定挤出工艺条件如螺杆转速、机头压力、物料温度,以及定型温度、牵引速度等。在挤出过程中,物料一般都要经过塑炼,但定型方法则有所不同。例如,挤出的塑料常需冷却定型,使其固化,而挤出橡胶的半成品,则尚需进一步硫化。采用不同的挤出设备和工艺,可得到不同的制品。
粒料
聚合物与各种添加剂混合后,送入挤出机中熔化,并进一步混合均匀。通过多孔口模,形成多根条料,再切断成粒料。切断有热切粒和冷切粒之分。前者条料离口模后,一边用空气或水冷却,一边立即用旋转刀切断。后者是将条料全部冷却后,再送入切粒机切粒。
片材和薄膜
凡厚度在0.25mm以上,长度比宽度大很多的扁平制品称片材;厚度小于0.25mm者称薄膜。如将扁平口模出来的膜状物,通过一表面十分光洁的冷却转鼓冷却定型,即可制得平膜,此法也称挤出流延法。这是制造聚丙烯薄膜常用方法。如果将所得平膜送入拉幅机,在纵向及横向同时拉伸 4~10倍(也可先纵向拉伸,再横向拉伸),则可制得双轴定向薄膜。由于拉伸时,大分子取向,因此薄膜强度很高,但透水、透气性有所降低。常用于制造聚丙烯和聚酯薄膜。如物料内加发泡剂,并采用特殊螺杆和口模,也可制得低发泡沫塑料板材。
包覆线
当金属裸线通过一个 T形口模时,熔融塑料即围绕裸线而形成包覆层(图3[包覆线用机头]),包覆线被冷却卷绕后,即得各种电线电缆制品。

挤出成型种类

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挤出成型管材挤出工艺

设备:挤出机、机头、定型装置、冷却槽、牵引设备和切割设备
1、成型
由挤出模具实现。熔体经过滤网和过滤板,分流区、压缩区、成型区而成为管状物。
2、定型
方法:内径定径与外径定径(内压法与真空法)
3、管材挤出工艺条件控制
温度:料筒、机头和口模温度,是影响塑化和制品质量的主要因素。挤出管材温度一般较低,粘度高,有利于定型。
挤出速率:影响产量和质量,其值决定于螺杆转速
牵引速度:影响管材壁厚和直径的的精确性,要与挤出速度相适应。
压缩空气压力:内压法压力0.02~0.05MPa

挤出成型吹塑薄膜法成型工艺

1、挤出与吹胀
设备:挤出机及机头、冷却装置、夹板、牵引辊、导向辊、卷取装置。
2、吹塑薄膜挤出工艺条件
温度:料筒、机头和机颈温度。温度过高,薄膜发脆,抗拉强度下降;过高,抗拉强度低、表面光泽差、透明度下降、有熔接痕。
吹胀比与牵伸比:吹胀比—管膜直径与口模之比(2-3);牵伸比—薄膜伸长倍数(4-6)。
冷却速度:由冷却装置调节。冷冻线—吹胀管膜上已冷却定型的线;冷冻线越远,冷却速度越慢,薄膜横向易撕裂。

挤出成型工艺应用

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采用几台挤出机,同时供应几种塑料,再通过共用机头挤出,形成一个整体的复合制品。例如用A、B、C三种塑料共挤出,可生产各种复合薄膜、复合片材、板材、型材和管材。
胶料过滤
在制造薄壁橡胶制品时,为了防止制品发生漏气、漏水,胶料不能含有杂质,一般在加入硫化剂前用挤出机过滤胶料,即在机头处放置一层或多层滤网,以滤去塑化物料中杂质。
轮胎胎面和内胎制造 胎面分整体挤出和分层挤出。整体挤出可用一台挤出机将一种胶料经扁平口模挤出;也可用两种胶料(胎冠料和胎侧料)两台挤出机共挤出,在共挤出机头内结合成一个整体胎面。分层挤出则用两台挤出机分别将两种胶料挤成胎冠和胎侧,再在运输带上进行热贴合,并经多圆盘活络辊压为整体。内胎挤出和管子挤出相似,胎筒挤成后,经切断,再接头成型。
熔体纺丝
一些粘度大的树脂在熔体纺丝时,常用挤出机来熔融物料。熔好的物料直接经过过滤器进入喷丝头,或用喷丝泵打入喷丝头。

挤出成型挤出成型

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挤出成型挤出成型技术的历史和概况

找寻挤出成型技术的产生年代.可能会朔及比较久远的通心粉和其他食品,制砖和陶瓷制品的挤出法加工。而对于最早将挤出法用于聚合物加工的说法.比较一致地认为:始于1845年,专利申请人R.Brooman的关于挤出法成型以古塔波胶为包覆层的电线的专利申请。
当时的挤出机是柱塞式的,操作方式由手动到机械式到液压式,不断进步,但这一时期中无论哪种形式,只反映操作的难易程度和人工劳动强度的差异,而生产过程的本质:间歇式,是那一时期挤出机共同的特点。
到了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,同年另一英国人F.Shaw也研制出螺杆式挤出机,而且在两年之后,他将自己研制的螺杆式挤出机转化为产品出售。1880年,美国人J.Royle也开发了一种螺杆式挤出机。在比较接近的几年中,涌现出几种不同类型的挤出机。
最早成批量生产和出售螺杆式挤出机的是德国的机械制造商Paul.Troester。从L892年一1912年的20年里,他生产销售了500多台螺杆式挤出机。也是这一制造商,于1935年研制生产了用于热塑性塑料的挤出机。在此之前,挤出机螺杆长径比约为3—5,显然.挤出橡胶不成问题,但对于热塑性塑料则不可能满足塑化的要求。这家公司除增大了挤出机螺杆的长径比,还在加热方式、加料装置和传动装置方面也做了许多改进;到了1939年,他们把塑料挤出机发展到了一个新阶段,或许可称为“现代单螺杆挤出机阶段”。这一阶段的特征是挤出机采用直接电加热,空气冷却、自动控温装置、内衬式料筒和螺杆表面渗氮处理,螺杆长径比为10,无级变速的传动装置等。
自现代单螺杆挤出机出现至今的几十年里,可加工的聚合物种类,制品的结构、形式不断扩大,使得包括挤出成型工艺,成型设备,研究开发新产品、新工艺的手段等全面推进。

挤出成型挤出成型技术的成长和发展

挤出成型技术作为聚合物加工技术之一,是伴随聚合物加工工业技术的发展而成长的。
20世纪50年代,石油化工的发展使得高分子工业迅速成熟;60年代,塑料、橡胶、化纤三大合成材料的生产向规模化转变;70年代,世界合成高分子材料在总体积上已超过了金属材料。聚合物只有通过成型加工才能成为有使用价值的制品。成型加工是高分子材料不可缺少的生产环节。
挤出成型作为聚合物加工工业中的一项重要技术,是在聚合物树脂应用工程技术、挤出生产设备研制技术两方面互相促进,又互相依存而发展起来的。形形色色的挤出产品:早些年的硬PVC管,包覆电线,聚苯乙烯、聚丙烯和ABS片材与板材,聚乙烯吹塑薄膜和涂覆薄膜等,如今的PVC型材,交联聚乙烯、铝塑复合、PPR管材,双向拉伸聚丙烯薄膜,多层共挤复合膜,具有高阻隔性、透气性、自粘性、热收缩性、自消性等特殊性能的薄膜,功能母粒与色母粒,发泡制品;运用挤出加工手段制备改性聚合物材料;共混增强、增韧技术,辐射改性技术,纳米复合技术,以及其他一些新型改性技术;各种结构与功能的挤出机及生产线;混炼型螺杆,排气式挤出机,双螺杆、多螺杆式挤出机,反应式挤出机,组合式挤出机,适应高分子材料物理与化学特性而建立的成型装置,具备各种制品所需要的专门功能,能够实施成型步骤的挤出生产线辅机,以追求操作简便、控制精确、节能高效,清洁生产的目标而不断改进的新型设备。
目前,许多产品的挤出成型技术已发展成为包括生产工艺和生产线设备在内的专门化成套技术。制品能够达到高质量,生产中可获得良好的经济效益。虽然挤出成型新的加工方法和理论快速发展的时期已经过去,现在处于一个较过去水平高得多而在发展上趋于平缓的时期,但在对这些技术的运用中仍可以不断创新,开发新产品.制造新材料,形成新技术。

挤出成型挤出成型技术在聚合物加工中的地位与作用

与聚合物其他的成型方法相比,挤出成型有许多突出的优点。
(1)生产连续化 可以根据需要生产任意长度的管材、板材、棒材、异型材、薄膜、电缆及单丝等。
(2)生产效率高 挤出机的单机产量较高,如一台直径65mm的挤出机组,生产聚氯乙烯薄膜,年产量可达450t以上。
(3)应用范围广 这种加工方法在橡胶、塑料、纤维的加工中都广为采用,尤其是塑料制品,几乎是绝大多数热塑性塑料和一些热固性塑料都可以用此法加工。除直接成型制品外.还可用挤出法进行混合、塑化、造粒、着色、坯料成型等,如挤出机与压延机配合,可生产压延薄膜;与压机配合,可生产各种压制成型件;与吹塑机配合,可生产中空制品。在橡胶制品生产工艺中,将挤出法用于制造胎面、内胎、胶管以及各种复杂断面形状制品及空心、实心、包胶等半成品,还可作滤胶、生胶的连续混炼、塑炼及造粒等用途。在石油化工厂中,生产树脂过程中,可用挤出机挤压脱除树脂中的水分,用挤出机完成各种牌号树脂中助剂、改性剂的混合,完成树脂的成粒工艺。
(4)一机多用 一台挤出机,能够加工多种物料和多种制品。只要根据物料性能特点和产品的形状、尺寸更换不同的螺杆和机头,就可以生产不同的产品。
(5)设备简单,投资少 与注塑、压延相比,挤出设备比较简单,制造较容易,设备费用较低,安装调试较方便。设备占地面积较小,对厂房及配套设施要求相对简单。
以上的优点决定了挤出成型在聚合物加工中的重要地位。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。用这种方法成型的产品在农业、建筑业、石油化工、机械制造、医疗器械、汽车、电子、航空航天等工业部门都有应用。

挤出成型挤出成型过程及设备简介

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挤出成型挤出成型生产的基本过程

挤出成型可加工的聚合物种类很多,制品更是多种多样,成型过程也有许多差异,但基本过程大致相同,比较常见的是以固体状态加料挤出制品的过程。这一挤出成形过程是:将颗粒状或粉状的固体物料加入到挤出机的料斗中,挤出机的料筒外面有加热器,通过热传导将加热器产生的热量传给料简内的物料,温度上升,达到熔融温度。机器运转,料筒内的螺杆转动,将物料向前输送,物料在运动过程中与料简、螺杆以及物料与物料之间相互摩擦、剪切,产生大量的热,与热传导共同作用使加入的物料不断熔融,熔融的物料被连续、稳定地输送到具有一定形状的机头(或称口模)中。通过口模后,处于流动状态的物料取近似口型的形状,再进入冷却定型装置,使物料一面固化,一面保持既定的形状,在牵引装置的作用下,使制品连续地前进,并获得最终的制品尺寸。最后用切割的方法截断制品,以便储存和运输。
比较有代表性的挤出成型的工艺过程为:聚合物熔融、成型、定型、冷却、牵引、切割、堆放。
其他的挤出成型产品,随物料特性,制品大小和产量要求,挤出机的结构、类型和规格可以是不同的;机头结构、形状、尺寸按具体制品而设计制造;冷却定型方式依制品品种和材料性能而定;其余的辅机也会有很多不同点。然而,以上的各工艺环节是基本相同的。

挤出成型挤出成型生产线的组成

完成一种挤出产品的生产线通常由主机、辅机组成,这些组成部分统称为挤出机组。
1、主机:一台主机有以下三部分组成。
①挤压系统。它是挤出机的关键部分,主要由螺杆和机筒组成。对于一般热塑性塑料,通过挤压系统,物料被塑化成均匀的熔体:对于熔体喂料和带有化学反应的挤出成型,则主要是使物料均匀混合成流体。在螺杆推力作用下,这些均质流体从挤出机前端的口模被连续地挤出。
②传动系统。其作用是驱动螺杆,保证螺杆在工作过程中所需要的扭矩和转速。
③加热冷却系统。它保证物料和挤压系统在成型加工中的温度控制要求。
2.辅机
挤出机组辅机的组成根据制品的种类而定,下列几部分组成。
①机头(口模)。它是制品成型的主要部件,当机头口模的出料截面形状不同时,便可得到不同的制品。
②定型装置。它的作用是将从口模挤出的物料的形状和尺寸进行精整,并将它们固定下来,从而得到具有更为精确的截而形状、表面光亮的制品。
③冷却装置。从定型装置出来的制品,在冷却装置中充分地冷却固化,从而得到最后的形状。
④牵引装置。它用来均匀地引出制品,使挤出过程稳定地进行。牵引速度的快慢,在一定程度上,能调节制品的截面尺寸,对挤出机生产率也有一定的影响。
⑤切割装置。它的作用是将连续挤出的制品按照要求截成一定的长度。
⑥堆放或卷取装置。用来将切成放一定长度的硬制品整齐地堆放,或将软制品卷绕成卷。
3.控制系统
挤出机的控制系统主要由电器仪表和执行机构组成,其主要作用是:控制主、辅机的驱动电机,使其按操作要求的转速和功率运转,并保证主、辅机协调运行;控制主、辅机的湿度、压力、流量和制品的质量;实现全机组的自动控制。

挤出成型挤出成型生产工艺控制

挤出操作中,主要的工艺控制因素如下
1.螺杆转速
螺杆的转速在挤出生产线主机控制装置中调节。螺杆转速的大小直接影响挤出机输出的物料量,也决定由摩擦产生的热量,影响熔体物料的流动件。螺杆转速的调节随螺杆结构和所加工的材料而异,视制品形状、产量和辅机中的冷却速度而不同。
2.螺杆背压
挤出机前的多孔板、滤网和机头上的可调节阻力元件对熔体流动的节制作用可产生不同的螺杆背压。背压的调节使物料得到不同的混合程度和剪切,改变塑化质量和供料的平稳性。
3.机筒、螺杆和机头温度
热塑性聚合物固体在一定的温度条件下发生熔融,转化为熔体。熔体粘度与温度有反比关系.因此,挤出机的挤出量会因物料温度的变化而受到影响。当物料被加入到挤出机料简内时,受到由外部加热装置提供的热量以及由于做功所产生的摩擦热的综合作用。物料在机头中时,机头外部的加热装置提供热量。
假如操作中挤出物料的温度不足以把固体物料熔融线流动性很差,产品的质量不会达到要求;假如温度过高,会使聚合物过热或发生分解。温度的控制是挤出操作中非常重要的控制因素。
螺杆的温度控制涉及物料的输送率,物料的塑化、熔融质量,许多挤出机将螺杆制造成可控制温度的结构。料筒各段的温度根据物料状态变化的需要设定。比较大的机头也将加热装置分成各个部位。挤出机的温度是螺杆,料筒各段,机头各段分别设定并控制的。
4.定型装置、冷却装置的温度。
挤出不同的产品,采用的定型方式和冷却方式是不同的,相关的设备各种各样.但共同的都需要控制温度.冷却介质可以是空气、水或其他液体,温度关系冷却适度、生产效率、制品内应力,若为结晶型聚合物,还关系到与制品的结晶度、晶粒尺寸相关的一些物理性能。冷却介质的温度和流量是操作中可调节的。
5.牵引速度
挤出机连续挤出物料,进入机头,从机头流出的物料被牵出,进入定型装置、冷却装置,牵出速度应与挤出速度相匹配。牵引速度还决定制品截面尺寸,冷却效果。牵引作用产生对制品纵向的拉伸,影响制品的力学性能和纵向尺寸的稳定性等,有时一些工艺中靠牵引速度的调节获得所需性能。牵引速度在挤出操作中的调节很重要。

挤出成型挤出原理

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以塑料挤出为例,简述物料在普通单螺杆挤出机中的挤出过程。固体物料从料斗加入,在旋转着的螺杆的作用下、通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用,向前输送和压实。在开始的阶段物料呈固态向前输送,由于机筒外有加热圈,热通过机简传导给物料;与此同时,物料在前进运动中,生成摩擦热,使物料沿料筒向前的温度逐渐升高,致使高分子物料从颗粒或粉状的固体转变成熔融的流体状态,熔融的物料被连续不断地输送到螺杆前方,通过过滤网、分流板而进入机头成型,从而使高聚物熔体具有一定形状;再通过定型、冷却、牵引等辅机作用,就成为一定形状的塑料制品。
在这个过程中,挤出机挤压系统的主要作用是
①连续、稳定地输送物料;
②将固体物料塑化成熔融物料;
③使物料在温度和组分上均匀一致。
从物料通过螺杆的挤出过程来分析,由于螺杆旋转,使得物料与螺杆、机筒表而的相对运动而形成的摩擦作用,强行将物料向前输送;又由于实际挤出机螺杆结构尺寸的特点(螺槽体积从加料斗处的较大体积逐渐变小,到机筒出口处,螺槽体积最小),使物料从一个大容积的空间强行走向小容积的空间;再由于在螺杆前端安装有过滤网和分流板等阻力元件,以上三种因素,造成了沿螺杆长度方向上物料的压力上升。这种压力的增加,对固体物料来说,可以使从加料斗加入的松散物料逐渐压实,致使粘附于固体表面的气体沿料斗排出。固体料压实后,能改善机筒给予物料的热量在物料内部的热传导.也有利于加速固体物料的熔融。当物料从螺杆进入口模成型时,由于物料本身的压力存在,使挤出的制品密实,并对
制品的表而形状和光洁度均有益处。当物料沿螺杆前进时,由于机筒的加热,压实后的固体吸收外界的热量,在前进时,物料与机筒、螺杆表面的摩擦产生摩擦热,使靠近机筒的一层物料首先熔融,以后,熔体与机筒表面及熔体层之间的剪切摩擦作用,亦能转化为热量,使机筒内的物料进一步熔融,在到达口模之前的一段路程中,物料已全部完成了由固体状态(玻璃态或高弹态)向粘流状态的熔体转变,具备了成型前物理状态的要求。当熔融的物料继续沿螺杆前进时,熔融流体不仅具有顺着螺槽方向的正流流速,而且在垂直于螺槽的方向上有横流流动,因而形成了螺槽内环流和转角处的涡流,促使物料在熔融后得到充分的搅拌和混合。
从以上分析来看,物料通过螺杆的挤出包括了输送、熔融和混合的复杂过程,这个过程能否得以圆满完成,挤压系统的螺杆结构起着关键的作用。一般螺杆在挤出机中要完成三个基本职能,即:固体输送,熔融和熔体输送。可以想像,各个不同职能对螺杆的结构和尺寸要求是不同的.因而普通的挤出机螺杆都可分为三个不同结构的区段,称为:
①加料段.进行高分子物料的固体输送;
②压缩段.压缩物料,并使物料熔融:
③计量段,对熔融物料进行搅拌和混合(因而也可称为均化段),并定量定压地将熔体向口模输送。
物料在挤出过程中,根据它的运动和状态变化情况,也可分为三个区域:
①固体输送区,物料温度较低,故呈固体状态,物料逐渐被压实,井向前输送;
②熔融区,料温达到熔融温度,逐渐熔融变成粘流流体;
③熔体输送区,已熔融的流体沿螺杆进行搅拌和混合,同时定量定压输送。
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参考资料
  • 1.    张丽叶.挤出成型.北京:化学工业出版社,2001
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工艺