2007-11-18 20:51
挤出机常识与工艺(温度、螺杆)
一.挤出机分类
产品代号 规格参数
说明：例如SHJM-Z40×25×800，指螺杆直径为40mm，长径比为25，牵引辊筒长为800mm的双螺杆混合塑料挤出改塑薄膜机。 1、“SH”类别代号，指双螺杆混合型（也有写：SHSJ，SJ指塑料挤出机）
2、“J”组别代号，指挤出机。
3、“M”指品种代号，指吹塑薄膜机
4、“Z”指辅助代号，指主要机组，另如是“F”指辅助机。
5、“40×25×800”指规格参数，指螺杆有直径为40mm，长径比为25，牵引辊筒长为800mm。
6、最后一位为厂商识别序号，一般不出现，被省略
二、双螺杆混合挤出机的功能参数
1、“D”为直径，衡量产量大小的一个重要参数。
2、“L/D”，指长度与直径的比例，直接影响到塑化度，是衡量用途的标志，一般塑料改性，用30-40左右，常用36：1或30：1。水过滤芯
3、“H”，螺槽深度，指其容料空间之大小。
4、“e”螺棱厚度，工艺上体现在剪切之大小。
5、“6”螺杆与机筒之间隙，挤出机质量的一个重要参数，一般在0.3-2mm，越过5mm挤出机是警介线。
6、“N”主机转速，指其最高值，指一个加工调整范围，极大影响产量及中高低速之划分。（国产机一般500-600r/min）
如：max:600r/min，低速：350r/min、中速230-240r/min、 高速450-600r/min。
7、“P”，电机功率及加热功率。
三、螺杆排列及其工艺设定
①螺杆的分段及其功能
（1）螺杆一般分：输送段、熔融段、混炼段、排气段、均化段5个段。
1、输送段，输送物料，防止溢料。
2、熔融段，此段通过热传递和摩擦剪切，使物料充分熔融和均化。
3、混炼段，使物料组分尺寸进一步细化与均匀，形成理想的结构，具分布性与分散性混合功能。
4、排气段，排出水汽、低分子量物质等杂质。
保健酒配方5、均化（计量）段，输送和增压，建立一定压力，使模口处物料有一定的致密度，同时进一步混合，最终达到顺利挤出造粒的目的。
（2）分布（分配）与分散混合之段别
1、分布混合，使熔体分割与重组，使各组分空间分布均匀，主要通过分离，拉伸（压缩与膨胀交替产生）、扭曲、流体活动重新取向等应力作用下置换流动而实现。
2、分散混合，使组分破碎成微粒或使不相容的两组分分散相尺寸达至要求范围，主靠剪切压力和接伸应力实现。
②输送元件，螺纹式的
? 表示法：如“56/56”输送块，前一个”56”指导程为56MM，后一个”56”指长度为56MM。
? 大导程，指螺距为1.5D~2D
? 小导程，指螺距为0.4D左右。
? 其使用规律：随着导程增加，
螺杆挤出量增加，物料停留时间减少，混合效果降低。
? A、选用大导程螺纹的场合，以输送为主的场合，利于提高产量；热敏性聚合物，缩短停留时间，减少降解；排气处，选用（也有选用浅槽），增大表面积，利于排气，挥发等。
?
B、选用中导程螺纹场合，以混合为主的场合，具不同的工作段逐渐缩小的组合，用于输送和增压。
? C、选取用小导程螺纹的场合，为一般是组合上逐渐减小，用于输送段和均化计量段，起到增压，提高熔融；提高混合物化程度及挤出稳定。
③混炼元件，有两大类，“K”系列与“M”系列（齿状）
? “K”系列
? 表示法：如K45/5/56”，属于剪切块，带“Ｋ”指片状剪切块，“４５”指片拼成的角度，“５”指共有５片， ”56”指长度为56MM ，螺棱宽度为56/5=11.2mm ），其参数：
? A、方向，有正向和反向——反向，对物料的输送有阻碍作用，起到延长时间，提高填充增大压力，大大提高混炼效果的作用。
? B、角度，一般有“30°、45 ° 、60 ° 、90 °”之分，其作用与效果:
? a、正向时，增大交错角，将降低输送能力，延长停留时间，提高混炼效果，但越易漏流。对于分布混合与分散混合而言，分布混合随着角度大而更加有效，分散混合在角度45。时最好，其次是30。，最差是 60。。
? b、反向时，增大角度，将减少聚合物之有效限制，但越易漏流。
? C、螺棱宽度一般有7mm、11mm、11.2mm、14mm、 19mm等等，这是衡量剪切大小和混合大小的一个最重要参数之一，宽度越大剪切越大混合越小；宽度越小剪切越小混合越大。对于分布混合与分散混合而言，分布混合，随宽度增大而有效性减少，分散混合随宽度增而有效性增大；宽度越小，物料轴向有效流量和径向有效流量之比随之增大。
? D、头数，一般单头、双头、三头。其作用效果：
? a、正向时，头数越少，挤出输送能力越大，扭矩越大，混合特性也越优，但剪切作用越少。
? b、反向时，头数越少，挤出输送能力越小，混合特性越优。
? c、二头螺纹可主来挤塑，受热均匀且又是短，自洁性能好（常用的）。
? d、三头螺纹，能灵活选择物料在机角的压力和温度分布，加纤稳定，排气表面更新效果好，但产量低。无人机控制系统
? “M”系列：齿形状，主要起到搅乱料流，能使物料加速均化。齿越多混合越强。——但使用时注意，高剪切的破坏性。(表示法，如国内和台湾地区的“M80”、 “ＷＰ”的ＳＭＥ４５／４５、“ＢＥＲＳＴＤＲＦＦ”的ＺＢ４５／３／１１)
限于篇幅，今天就写到这里，下次我们接着谈。
挤出成型工艺是聚合物加工领
域中生产品种最多、变化最多、生产率高、适应性强、用途广泛、产量所占比重最大的成型加工方法。挤出成型是使高聚物的熔体（或粘性流体）在挤出机螺杆的挤压作用下通过一定形状的口模成型，制品为具有恒定断面形状的连续型材。
挤出成型工艺适合于所有的高分子材料。几乎能成型所有的热塑性塑料，也可用于热固性塑料，但仅限于酚醛等少数几种热固性塑料。塑料挤出的制品有管材、板材、棒材、片材、薄膜、单 丝、线缆包覆层、各种异型材以及塑料与其它材料的复合物等。目前约５０％的热塑性塑料制品是通过挤出成型的。此外挤出工艺也常用于塑料的着、混炼、塑化、造粒及塑料的共混改性等，以挤出成型为基础，配合吹胀、拉伸等技术，又发展为挤出一吹塑成型和挤出拉幅成型制造中空吹塑和双轴拉伸薄膜等制品。可见挤出成型是聚合物成型中最重要的方法。
挤出设备有螺杆挤出机和柱塞式挤出机两大类，前者为连续式挤出，后者为间歇式挤出，主要用于高粘度的物料成型，如聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯。螺杆挤出机可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机。单螺杆挤出机是生产上最基本的挤出机。多螺杆挤出机中双螺杆挤出机近年来发展最快，其应用日渐广泛。目前，在ＰＶＣ塑料门窗型材的加工中，双螺杆挤出机已成为主要生产设备，单螺杆挤
出机将被逐步淘汰。但在其它聚合物的挤出加工中，单螺杆挤出机仍占主导地位。二者有各自的特点：
单螺杆挤出机：
●结构简单，价格低。
●适合聚合物的塑化挤出，适合颗粒料的挤出加工。对聚合物的剪切降解小，但物料在挤出机中停留时间长。
电热炉 ●操纵容易，工艺控制简单。双螺杆挤出机：
●结构复杂，价格高。
●具有很好的混炼塑化能力，物料在挤出机中停留时间短，适合粉料加工。
●产量大，挤出速度快，单位产量耗能低。
在ＰＶＣ塑料门窗型材生产中，采用双螺杆挤出机与单螺杆挤出机的生产工艺为 见页下）：法兰锻造
无级变速轮 可以看出，单螺杆挤出机适合粒料加工，使用的原料是经造粒后的颗粒或经粉碎的颗粒料。双螺杆
挤出机适合粉料加工，可以直接使用混合好的ＰＶＣ料，减少了造粒的工序，但多了废料的磨粉工序。近几年，国产双螺杆挤出机的质量已基本达到进口双螺杆挤出机的水平，价格仅为进口机的１／３～１／５。由于双螺杆挤出机的产量大，挤出速度快，一般可达到２～４米／分钟，适合ＰＶＣ塑料门窗型材的大规模生产。而单螺杆挤出机一般只用作小型辅助型材生产，挤出速度仅为１～
２米／分钟，许多的ＰＶＣ型材加工厂已淘汰了单螺杆挤出机，改用双螺杆挤出机一模多腔生产小型辅助型材。
挤出机的基本工作原理是将聚合物熔化压实，以恒压、恒温、恒速推向模具，通过模具形成产品熔融状态的型坯。但单螺杆挤出机与双螺杆挤出机结构不同，工作原理不同，其控制的工艺条件也不相同。
单螺杆挤出机
结构特点
单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成（另外还有一些辅助设备）。其中挤出系统是挤出成型的关键部位，对挤出的成型质量和产量起重要作用。挤出系统主要包括加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分（如图３所示）。下面仅就挤出系统讨论挤出机的基本结构及作用。
PVC树脂
＋ —→称量计量—→高速混合—→冷却混合—→双螺杆挤出机挤出—→冷却定型—→
各种助剂 ↓
↑ 单螺杆挤出机造粒—→单螺杆挤出机
挤出 —┘
—→牵引—→切割—→包装—→型材产品
↓
废料—→粉碎—→与造粒料混合单螺杆挤出机挤出
↓
磨粉—→与混合的粉料混合双螺杆挤出机挤出
１、加料装置
挤出成型的供料一般采用粒状料。加料装置是保证向挤出机料筒连续供料的装置，形状如漏斗，有圆锥形和方锥形，亦称料斗。其底部与料筒连接处是加料孔，该处有截断装置，可以调整和截断料流。在加料孔的周围有冷却夹套，用以防止料筒高温向料斗传热，避免料斗内塑料升温发粘，引起加料不均和料流受阻情况发生。料斗的侧面有玻璃视孔及标定计量装置。有些料斗还有防止塑料从空气中吸收水分的预热干燥真空减压装置，以及带有能克服粉状塑料产生“架桥”现象的搅拌器和能够定时定量自动加料的装置。
２、料筒
料筒又叫机筒，是一个受热受压的金属圆筒。物料的塑化和压缩都是在料筒中进行的。挤出成型时的工作温度一般在１８０～２９０℃，料筒内压可达６０ＭＰａ。在料筒的外面设有加热和冷却装置。加热一般分三至四段，常用电阻或电感加热器，也有采用远红外线加热的。冷却的目的是防止塑料的过热或停车时须对塑料快速冷却以免塑料的降解。冷却一般用风冷或水冷。料筒须承受高压，要求具有足够的强度和刚度，内壁光滑。料筒一般用耐磨、耐腐塑料摩擦使塑料过热，同时让螺杆表面温度略
低于料筒，防止物料粘附其上，利于物料的输送。
螺杆用止推轴承悬支在料筒的中央，与料筒中心线吻合，不应有明显的偏差。螺杆与料筒的间隙很小，
使塑料受到强大的剪切作用而塑化并推动向前。
螺杆由电动机通过减速机构传动，转速一般为１０～１２０ｒ／ｍｉｎ，要求是无级变速。
（１）螺杆的几何结构参数
螺杆的几何结构参数有直径、长径比、压缩比、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等（见图４）其中长径比（Ｌ／Ｄｓ）对螺杆的工作特性有重大的影响。一般挤出机长径比为１５～２５，但近年来发展的挤出机有达４０的，甚至更大。Ｌ／Ｄｓ大，能改善塑料的温度分布，能使混合更均匀，还可减少挤出时的逆流和漏流，提高挤出机的生产能力。Ｌ／Ｄｓ过小，对塑料的混合和塑化都不利。因此，对于硬塑料、粉状塑料要求塑化时间长，应选较大的。 Ｌ／Ｄｓ大的螺杆适应性强，可用于多种塑料的挤出。但Ｌ／Ｄｓ太大，热敏性塑料会因受热时间太长而出现分解，同时增加螺杆的自重，使制造和安装都困难，也会增大挤出机的功率消耗。目前，Ｌ／Ｄｓ以２５居多。
（２）螺杆的压缩比ε
螺杆的压缩比ε是指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比，它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。ε越大，塑料受到挤压的作用也就越大，排除物料中空气的能力就大。但ε太大，螺杆本身的机械强度下降。一般压缩比ε在２～５之间。压缩比ε的大小取决于挤出塑料的种
类和形态，如粉状塑料的相对密度小，夹带空气多，其压缩比应大于粒状塑料。另外挤出薄壁状制品时，压缩比ε应比挤出厚壁制品的大。
（３）螺槽深度Ｈ
螺槽深度影响塑料的塑化及挤出效率，Ｈ较小时，对塑料可产生较高的剪切速率，有利于传热和塑化，但挤出生产率降低。因此，热敏性塑料宜用。Ｈ大的深槽螺杆宜用熔体粘度低和热稳定性较高的塑料。在实际生产中，根据工艺需要，螺槽深度往往是变化的，根据螺杆各段的功能不同，螺槽的深度不同，最通用的是渐变螺杆，如：加料段的螺槽深度Ｈｌ是个定值，一般Ｈ１＞０．１Ｄｓ；压缩段的螺槽深Ｈ２是渐变的，是一个变化值；均化段的螺槽深 Ｈ３是个定值，按经验 Ｈ３＝０．０２～０．０６ Ｄｓ。螺旋角θ是螺纹与螺杆横截面之间的夹角，随着θ的增大，挤出机的生产能力提高，但螺杆对塑料的挤压剪切作用减少。出于机械加工的方便，取Ｄｓ＝Ｌｓ，则θ为１７．２６。为最常用的螺杆。
（４）螺杆与料筒的间隙δ
螺杆与料筒的间隙δ，其大小影响挤出机的生产能力和物料的塑化。δ值大，热传导差，剪切速率低，不利于物料的熔融和混合，生产效率也不会高。但δ小时，热传导和剪切率都相应提高。但δ过于小，就易引起物料降解。
单螺杆挤出机挤出过程和螺杆各段的功能
由高分子物理学知道，高聚物存在三种物理状态，即玻璃态、高弹态和粘流态，在一定条件下，这三种物理状态会发生互变。固态塑料由料斗进人料筒后，随着螺杆的旋转向机头方向前进，在此过程中，塑料的物理状态在不断发生着变化。根据塑料在挤出机中的三种物理状态的变化过程及对螺杆各部位的工作要求，通常将挤出机的螺杆分成加料段（固体输送区）、压缩段（熔融区）和均化段（熔体输送区）三段。对于常规渐变螺纹的螺杆来说，塑料在挤出机中的挤出过程可以通过螺杆各段的基本职能及塑料在挤出机中的物理状态变化过程来描述，见图５。
１、加料段
塑料自料斗进入挤出机的料筒内，在螺杆的旋转作用下，由于料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前运动。在该段，螺杆的职能主要是将塑料压实提供向前输送的动力，物料仍以固体状态存在，虽然由于强烈的摩擦热作用，在接近末端时与料筒内壁相接触的塑料已接近或达到粘流温度，固体粒子表面开始发粘，但熔融仍未开始。这一区域称为迟滞区，是指固体输送区结束到最初开始出现熔融的一为粘流态。
３、均化段
从熔融段进人均化段的物料是已全部熔融的粘流体。向前输送的粘流体在机头口模阻力下，一部分回流被进一步混合塑化，一部分被定量定压地从机头口模挤出。
从以上单螺杆挤出机的工作原理不难看出，塑料在挤出机中塑化，向前挤压流动，其主要动力来源于加料段的固体输送，塑化的均匀程度很大程度是由于均化段的结构和机头模具的阻力所造成的回流。在改善螺杆混炼结构上已经有了许多新型的结构，但其往往适合于热稳定性很好的聚合物，却不适宜ＰＶＣ树脂的生产，这就不一一介绍了。
双螺杆挤出机
随着聚合物加工业的发展，对高分子材料成型和混合工艺提出了越来越多和越来越高的要求，单螺杆挤出机在某些方面就不能满足这些要求。例如：用单螺杆挤出机进行填充改性和加玻璃纤维增强改性等，混合分散效果就不理想。另外，单螺杆挤出机尤其不适合粉状物料的加工。为了适应聚合物加工中混合工艺的要求，特别是硬聚氯乙烯粉料的加工，双螺杆挤出机自２０世纪３０年代后期在意大利开发出来以后，经过半个多世纪的不
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