1、第五章第五章 擠出成型擠出成型 5.1 5.1 概述概述 一、擠出成型一、擠出成型 也稱擠壓模塑或擠塑，即借助螺桿或柱塞的擠壓也稱擠壓模塑或擠塑，即借助螺桿或柱塞的擠壓 作用，使受熱熔化的塑料在壓力推動下，強行通作用，使受熱熔化的塑料在壓力推動下，強行通 過口模而成為具有恒定截面的連續型材的一種成過口模而成為具有恒定截面的連續型材的一種成 型方法。型方法。 擠出法幾乎能成型所以熱塑性塑料和某些熱固性擠出法幾乎能成型所以熱塑性塑料和某些熱固性 塑料。塑料。 5.1 5.1 概述概述 生產的制品：管材、板材、薄膜、線纜包覆物生產的制品：管材、板材、薄膜、線纜包覆物 及塑料與其它材料的復合材料等。及

2、塑料與其它材料的復合材料等。 5.1 5.1 概述概述 擠出制品占熱塑性塑料制品的擠出制品占熱塑性塑料制品的40405050，此外，此外 還可以用于塑化造粒、著色和共混等。還可以用于塑化造粒、著色和共混等。 二、擠出成型分類二、擠出成型分類 1.1.按塑化方式分：按塑化方式分： （1 1）干法：靠加熱）干法：靠加熱 （2 2）濕法：僅用于硝酸纖維素和少數醋酸纖維）濕法：僅用于硝酸纖維素和少數醋酸纖維 素等。素等。 用溶劑將塑料充分軟化。用溶劑將塑料充分軟化。 5.1 5.1 概述概述 2.2.按加壓方式分：按加壓方式分： （1 1）連續式：）連續式： 螺桿式擠出機螺桿式擠出機 單螺桿單螺桿 雙

3、螺桿雙螺桿 借助螺桿旋轉產生壓力和剪切力，使物料充分借助螺桿旋轉產生壓力和剪切力，使物料充分 塑化和混合均勻，通過型腔（口模）而成型。塑化和混合均勻，通過型腔（口模）而成型。 5.1 5.1 概述概述 （2 2）間歇式：）間歇式： 柱塞式擠出機柱塞式擠出機 借助柱塞壓力，將事先塑化好的物料擠出口模借助柱塞壓力，將事先塑化好的物料擠出口模 而成型。而成型。 5.2 5.2 擠出設備擠出設備 擠出設備一般是由擠出機、機頭和口模、輔機擠出設備一般是由擠出機、機頭和口模、輔機 等幾部分組成的。等幾部分組成的。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 擠出機由擠出裝置（螺桿和料筒）、傳動機構擠出機

4、由擠出裝置（螺桿和料筒）、傳動機構 和加熱冷卻系統等主要部分組成。和加熱冷卻系統等主要部分組成。 一、單螺桿擠出機一、單螺桿擠出機 單螺桿擠出機是由一根阿基米德螺桿在加熱的單螺桿擠出機是由一根阿基米德螺桿在加熱的 料筒中旋轉構成的。大小一般用螺桿直徑來表料筒中旋轉構成的。大小一般用螺桿直徑來表 示。示。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 1.1.傳動裝置傳動裝置 帶動螺桿轉動的部分。通常由電動機、減速帶動螺桿轉動的部分。通常由電動機、減速 箱和軸承等組成。箱和軸承等組成。 在擠出過程中，要求螺桿轉速穩定，不隨螺在擠出過程中，要求螺桿轉速

5、穩定，不隨螺 桿負荷的變化而變化，以保證制品質量均勻桿負荷的變化而變化，以保證制品質量均勻 一致。一致。 但在不同的場合下，又要求螺桿能變速，以但在不同的場合下，又要求螺桿能變速，以 達到一臺設備能適應擠出不同塑料或不同制達到一臺設備能適應擠出不同塑料或不同制 品的要求。品的要求。 傳動部分采整流子電動機、直流電動機等裝置傳動部分采整流子電動機、直流電動機等裝置 達到無級變速。達到無級變速。 螺桿轉速為：螺桿轉速為：1010100100轉轉/ /分鐘。分鐘。 設有良好的潤滑系統和迅速制動的裝置。設有良好的潤滑系統和迅速制動的裝置。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 2.2.加料裝置

6、加料裝置 供料一般采用粒料、粉料和帶狀料等幾種。供料一般采用粒料、粉料和帶狀料等幾種。 裝料設備通常使用錐形加料斗，其容積至少能裝料設備通常使用錐形加料斗，其容積至少能 容納容納1 1小時的用料。小時的用料。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 料斗底部有截斷裝置，以便調整和切斷料流。料斗底部有截斷裝置，以便調整和切斷料流。 側面有視孔和標定計量的裝置。側面有視孔和標定計量的裝置。 有些料斗帶有減壓或加熱裝置、攪拌器、自動上有些料斗帶有減壓或加熱裝置、攪拌器、自動上 料或加料裝置。料或加料裝置。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出

7、機 3.3.料筒料筒 擠出機的主要部件之一。擠出機的主要部件之一。 為一金屬圓筒，一般用耐溫耐壓、強度較高、為一金屬圓筒，一般用耐溫耐壓、強度較高、 堅固耐磨、耐腐的合金鋼或內襯合金鋼的復合堅固耐磨、耐腐的合金鋼或內襯合金鋼的復合 鋼筒制成。鋼筒制成。 塑料的塑化和加壓過程都在其中進行。塑料的塑化和加壓過程都在其中進行。 外部設有分區加熱和冷卻裝置。外部設有分區加熱和冷卻裝置。 加熱：電阻、電感或其它方式。加熱：電阻、電感或其它方式。 冷卻：風冷或水冷。冷卻：風冷或水冷。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 4.4.螺桿螺桿 擠出機的關鍵

8、部件，直接關系到擠出機的應用擠出機的關鍵部件，直接關系到擠出機的應用 范圍和生產率。范圍和生產率。 通過螺桿的轉動，對塑料產生擠壓作用，塑料通過螺桿的轉動，對塑料產生擠壓作用，塑料 在料筒中才能產生移動、增壓和從摩擦取得部在料筒中才能產生移動、增壓和從摩擦取得部 分熱量，塑料在移動過程中得到混合和塑化，分熱量，塑料在移動過程中得到混合和塑化， 粘流態的熔體在被壓實而流經口模時，取得所粘流態的熔體在被壓實而流經口模時，取得所 需形狀而成型。需形狀而成型。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 由于塑料品種很多、性質各異，因此為適應加由于塑料品種很多、性質各異，因此為適應加 工不同塑料的需

9、要，螺桿的種類很多，結構上工不同塑料的需要，螺桿的種類很多，結構上 也有差異，以便能對塑料產生較大的輸送、擠也有差異，以便能對塑料產生較大的輸送、擠 壓、混合和塑化作用。壓、混合和塑化作用。 表示螺桿結構特征的基本參數有直徑、長徑比、表示螺桿結構特征的基本參數有直徑、長徑比、 壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料 筒的間隙等。筒的間隙等。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 （1 1）螺桿的直徑（）螺桿的直徑（D D）長徑比（）長徑比（ L/D L/D ） 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 螺桿直徑（螺桿直徑（D D） 根據所制

10、制品的形狀、大小及需要的生產率來根據所制制品的形狀、大小及需要的生產率來 決定的。決定的。 一般一般4545150mm150mm，螺桿直徑增大，加工能力提，螺桿直徑增大，加工能力提 高，擠出機的生產率與螺桿直徑高，擠出機的生產率與螺桿直徑D D的平方成正的平方成正 比。比。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 長徑比（長徑比（L/DL/D） 螺桿工作部分有效長度與直徑之比。螺桿工作部分有效長度與直徑之比。 通常為通常為18182525。 L/DL/D大，能改善物料溫度分布，有利于塑料的混大，能改善物料溫度分布，有利于塑料的混 合和塑化，并能減少漏流和逆流，提高擠出機合和塑化，并能減少

11、漏流和逆流，提高擠出機 的生產能力。的生產能力。 L/DL/D大，螺桿適應能力強，能用于多種塑料的擠大，螺桿適應能力強，能用于多種塑料的擠 出。出。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 但但L/DL/D過大，使塑料受熱時間增長而降解；過大，使塑料受熱時間增長而降解； 螺桿自重增加，自由端撓曲下垂，螺桿自重增加，自由端撓曲下垂， 引起料筒與螺桿間擦傷，使制造引起料筒與螺桿間擦傷，使制造 加工困難，增大功率消耗。加工困難，增大功率消耗。 過短的螺桿，容易引起混煉的塑化不良。過短的螺桿，容易引起混煉的塑化不良。 （2 2）螺旋角（）螺旋角（ ） 螺紋與螺桿橫斷面的夾角。螺紋與螺桿橫斷面的夾

12、角。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 隨隨 增大，擠出機的生產能力提高，但剪切作用增大，擠出機的生產能力提高，但剪切作用 和擠壓力減小和擠壓力減小 通常在通常在10103030之間。之間。 等距螺桿：螺距等于直徑，等距螺桿：螺距等于直徑， 17 41 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 （3 3）壓縮比）壓縮比 螺桿加料段最初一個螺槽容積與均化段最后一螺桿加料段最初一個螺槽容積與均化段最后一 個螺槽容積之比。個螺槽容積之比。 表示塑料通過螺桿全長范圍時被壓縮的倍數。表示塑料通過螺桿全長范圍時被壓縮的倍數。 壓縮比愈大，塑料受到的擠壓作用愈大壓縮比愈大，塑料受到的擠壓作用

13、愈大 螺槽淺時，能對塑料產生較高的剪切速率，有螺槽淺時，能對塑料產生較高的剪切速率，有 利于料筒壁和物料間的傳熱，物料混合和塑化利于料筒壁和物料間的傳熱，物料混合和塑化 的效率高，但生產率降低。的效率高，但生產率降低。 螺槽深時，情況相反。螺槽深時，情況相反。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 因此，熱敏性塑料，宜用深螺槽螺桿（如因此，熱敏性塑料，宜用深螺槽螺桿（如PVCPVC）；）； 熔體粘度高，熱穩定性較高的塑料，宜用淺螺熔體粘度高，熱穩定性較高的塑料，宜用淺螺 槽螺桿（如槽螺桿（如PAPA）。）。 （4 4）螺桿的結構形式）螺桿的結構形式 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺

14、桿擠出機 漸變型：等距不等深漸變型：等距不等深 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 漸變型：等深不等距漸變型：等深不等距 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 突變型突變型 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 魚雷頭螺桿魚雷頭螺桿 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 （5 5）螺桿各段的功能）螺桿各段的功能 物料沿螺桿前移時，經歷著溫度、壓力、粘度物料沿螺桿前移時，經歷著溫度、壓力、粘度 等的變化，這種變化在螺桿全長范圍內是不同等的變化，這種變化在螺桿全長范圍內是不同 的，根據物料的變化特征，將螺桿分為以下三的，根據物料的變化特征，將螺桿分為以下三 段：段

15、： 加（送）料段加（送）料段 將料斗供給的料送往壓縮段。將料斗供給的料送往壓縮段。 塑料在移動過程中，一般保持固體狀態，由于塑料在移動過程中，一般保持固體狀態，由于 受熱而部分熔化。受熱而部分熔化。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 擠出結晶聚合物最長，硬性無定形聚合物次之，擠出結晶聚合物最長，硬性無定形聚合物次之， 軟性無定形聚合物最短。軟性無定形聚合物最短。 螺槽容積可以保持不變。螺槽容積可以保持不變。 壓縮段（遷移段、過渡段）壓縮段（遷移段、過渡段） 壓實物料，使物料由固體轉為熔融體，并排除壓實物料，使物料由固體轉為熔融體，并排除 物料中的空氣。物料中的空氣。 為適應將物料壓

16、實，將氣體推回加料段和物料為適應將物料壓實，將氣體推回加料段和物料 熔化時體積減小等特點，本段應對塑料產生較熔化時體積減小等特點，本段應對塑料產生較 大的剪切作用和壓縮，通常使螺槽容積逐漸縮大的剪切作用和壓縮，通常使螺槽容積逐漸縮 減，縮減的程度由塑料的壓縮率決定。減，縮減的程度由塑料的壓縮率決定。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 均化段（計量段）均化段（計量段） 將熔融的物料，定容（定量）定壓地送入機頭將熔融的物料，定容（定量）定壓地送入機頭 使其在口模中成型。使其在口模中成型。 螺槽容積恒定不變。螺槽容積恒定不變。 為避免物料因滯留在螺桿頭端面死角處引起分為避免物料因滯留在螺

17、桿頭端面死角處引起分 解，螺桿頭部常設計成錐形或半圓形。解，螺桿頭部常設計成錐形或半圓形。 有些螺桿的均化段是一表面完全平滑的桿體，有些螺桿的均化段是一表面完全平滑的桿體， 稱為稱為“魚雷頭魚雷頭”，但也有刻上凹槽或銑刻成花，但也有刻上凹槽或銑刻成花 紋的。紋的。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 魚雷頭具有攪拌和節制物料、消除流動脈沖現魚雷頭具有攪拌和節制物料、消除流動脈沖現 象的作用，并能增大物料的壓力，降低料層厚象的作用，并能增大物料的壓力，降低料層厚 度，改善加熱狀況，且能進一步提高螺桿塑化度，改善加熱狀況，且能進一步提高螺桿塑

18、化 效率。效率。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 5.5.機頭和口模機頭和口模 機頭的作用是將處于旋轉運動的塑料熔體轉變機頭的作用是將處于旋轉運動的塑料熔體轉變 為平行直線運動，使塑料進一步塑化均勻，并為平行直線運動，使塑料進一步塑化均勻，并 將熔體均勻而平穩地導入口模，賦予必要的成將熔體均勻而平穩地導入口模，賦予必要的成 型壓力，使塑料易于成型和取得制品密實。型壓力，使塑料易于成型和取得制品密實。 口模為具有一定截面形狀的通道，塑料熔體在口模為具有一定截面形狀的通道，塑料熔體在 口模中流動時取得所需形狀，并被口模外的定口模中流動時取得所需形狀，并被口模外的定 型裝置和冷卻系統冷

19、卻硬化而成型。型裝置和冷卻系統冷卻硬化而成型。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 機頭與口模的組成部件包括過濾網、多孔板、機頭與口模的組成部件包括過濾網、多孔板、 分流器、模芯、口模和機頸等部件。分流器、模芯、口模和機頸等部件。 （1 1）圓孔口模）圓孔口模 擠出塑料圓棒、單絲和造粒。擠出塑料圓棒、單絲和造粒。 具有圓形出口的橫截面。具有圓形出口的橫截面。 典型的一維流動，同心圓上的軸向流速是相同。典型的一維流動，同心圓上的軸向流速是相同。 （2 2）扁平口模）扁平口模 擠出法生產平膜和片材。擠出法生產平膜和片材。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 出口具有狹縫形的橫截

20、面。出口具有狹縫形的橫截面。 具有分配腔具有分配腔 直管式口模：聚烯烴、聚酯直管式口模：聚烯烴、聚酯 魚尾形口模：無死角，熔體粘度魚尾形口模：無死角，熔體粘度 高，熱穩定性差高，熱穩定性差 衣架式口模：停留時間一致，硬衣架式口模：停留時間一致，硬 PVCPVC 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 （3 3）環形口模）環形口模 擠出管子、管狀薄膜、吹塑用型坯、涂布電線。擠出管子、管狀薄膜、吹塑用型坯、涂布電線。 出口具有環形截面。出口具有環形截面。 由口模套和芯模組成，有由口模套和芯模組成，有 支架式支架式 直角式直角式 螺旋芯模式螺旋芯模式 儲料缸式儲料缸式 5.2.1 5.2.1

21、螺桿擠出機螺桿擠出機 （4 4）異形口模）異形口模 異型制品（型材）：從任一口模（異形口模）異型制品（型材）：從任一口模（異形口模） 擠出而得到具有不規則截面的半成品。擠出而得到具有不規則截面的半成品。 有中空和開放式兩大類。有中空和開放式兩大類。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 二、雙螺桿擠出機二、雙螺桿擠出機 指在一根兩相連孔道組成指在一根兩相連孔道組成截面的料筒內由兩截面的料筒內由兩 根相互嚙合或相切的螺桿組成的擠出裝置。根相互嚙合或相切的螺桿組成的擠出裝置。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 雙螺桿結構設計的差別：雙螺桿結構設計的差別： （1 1）嚙合還是非嚙

22、合；）嚙合還是非嚙合； （2 2）對嚙合螺桿：同向轉動還是反向轉動；）對嚙合螺桿：同向轉動還是反向轉動； （3 3）螺桿是圓柱形還是錐形；）螺桿是圓柱形還是錐形； （4 4）壓縮比的實現是靠：螺紋高度或導程；）壓縮比的實現是靠：螺紋高度或導程； 根徑由小變大或外根徑由小變大或外 徑由大變小；徑由大變小； 螺紋頭數變化。螺紋頭數變化。 （5 5）螺桿是整體的還是組合的。）螺桿是整體的還是組合的。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 螺桿類型：螺桿類型： （1 1）ColomboColombo螺桿：螺桿： 螺桿分為三段，每一段有一混合室。螺桿分為三段，每一段有一混合室。 加料段的外徑和螺

23、距最大；加料段的外徑和螺距最大； 壓縮段次之；壓縮段次之； 均化段為最小。均化段為最小。 同一段中，螺桿是等徑等距的。同一段中，螺桿是等徑等距的。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 （2 2）錐形雙螺桿）錐形雙螺桿 向外反向轉動。向外反向轉動。 從加料段到計量段，螺桿的外徑和根徑均勻從加料段到計量段，螺桿的外徑和根徑均勻 地由大到小變化。地由大到小變化。 螺桿各部分的長度、螺紋頭數、螺槽數、螺螺桿各部分的長度、螺紋頭數、螺槽數、螺 棱寬度、螺棱形狀等均有變化。棱寬度、螺棱形狀等均有變化。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 （3 3）組合型雙螺桿）組合型雙螺桿 由不同數目

24、的具有不同功能的螺桿元件按一由不同數目的具有不同功能的螺桿元件按一 定要求和順序裝到帶導鍵或三角形芯軸上組定要求和順序裝到帶導鍵或三角形芯軸上組 合而成的。合而成的。 可以連續輸送、塑化、均化、加壓、排氣。可以連續輸送、塑化、均化、加壓、排氣。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 （4 4）非嚙合型雙螺桿）非嚙合型雙螺桿 類似兩根平行單螺桿在料筒中轉動，但兩根類似兩根平行單螺桿在料筒中轉動，但兩根 螺桿反向轉動并相切。螺桿反向轉動并相切。 分為單階和雙階兩種形式。分為單階和雙階兩種形式。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 三、

25、擠出機的輔助設備三、擠出機的輔助設備 1.1.原料輸送、干燥等預處理設備；原料輸送、干燥等預處理設備； 2.2.定型和冷卻設備，如定型裝置、水冷卻裝定型和冷卻設備，如定型裝置、水冷卻裝 置、空氣冷卻裝置；置、空氣冷卻裝置； 3.3.用于連續地、平穩地將制品接出的可調速牽用于連續地、平穩地將制品接出的可調速牽 引裝置；引裝置； 4.4.成品切斷和輥卷裝置；成品切斷和輥卷裝置； 5.5.控制設備等。控制設備等。 5.2.1 5.2.1 螺桿擠出機螺桿擠出機 四、擠出機的一般操作方法四、擠出機的一般操作方法 1.1.開車前準備的工作；開車前準備的工作； 2.2.機器運行開始的工作；機器運行開始的工作

26、； 3.3.停車時的工作；停車時的工作； 4.4.清理設備。清理設備。 注意：電、熱、機械轉動、笨重部件裝卸等。注意：電、熱、機械轉動、笨重部件裝卸等。 5.3 5.3 單螺桿擠出原理單螺桿擠出原理 5.3.1 5.3.1 固體輸送固體輸送 以固體對固體的摩擦力靜平衡為基礎。以固體對固體的摩擦力靜平衡為基礎。 假設：假設： （1 1）物料與螺槽和料筒內壁所有邊緊密接觸，形）物料與螺槽和料筒內壁所有邊緊密接觸，形 成固體塞或固體床，并以恒定的速率移動；成固體塞或固體床，并以恒定的速率移動； （2 2）略去螺棱與料筒的間隙，物料重力和密度變）略去螺棱與料筒的間隙，物料重力和密度變 化等的影響；化等

27、的影響； 5.3.1 5.3.1 固體輸送固體輸送 （3 3）螺槽深度是恒定的，壓力只是螺槽長度）螺槽深度是恒定的，壓力只是螺槽長度 的函數，摩擦系數與壓力無關；的函數，摩擦系數與壓力無關； （4 4）螺槽中固體物料像彈性固體塞一樣移動，）螺槽中固體物料像彈性固體塞一樣移動， 受周圍的螺桿和料筒表面之間的摩擦力控制，受周圍的螺桿和料筒表面之間的摩擦力控制， 只有物料與螺桿之間的摩擦力小于物料與料只有物料與螺桿之間的摩擦力小于物料與料 筒之間的摩擦力時物料才能沿軸向前進，否筒之間的摩擦力時物料才能沿軸向前進，否 則物料將與螺桿一起轉動。則物料將與螺桿一起轉動。 5.3.1 5.3.1 固體輸送固

28、體輸送 P P：螺槽中體系的壓力；：螺槽中體系的壓力； AbAb、AsAs：固體塞與料筒和螺桿間的壓力；：固體塞與料筒和螺桿間的壓力； fbfb、fsfs：摩擦系數；：摩擦系數； FbFb、FsFs：摩擦力。：摩擦力。 5.3.1 5.3.1 固體輸送固體輸送 固體輸送率固體輸送率QsQs： dR ie RVQs b s R R a pL ) sin 2( RsRs、RbRb：螺槽底部和頂部半徑；：螺槽底部和頂部半徑； e:e:螺棱寬度；螺棱寬度； a a：平均螺旋角；：平均螺旋角； i:i:螺紋頭數。螺紋頭數。 5.3.1 5.3.1 固體輸送固體輸送 b pL V b pL V tan b

29、 pL V sin b pL b pL V V V tan tan b V 5.3.1 5.3.1 固體輸送固體輸送 則：則： b bfbfb s HDNHD Q tantan )tan)(tan( 2 N N：螺桿轉數；：螺桿轉數； b b：料筒表面處的螺旋角；：料筒表面處的螺旋角； DbDb：螺桿外徑；：螺桿外徑； HfHf：螺槽深度。：螺槽深度。 5.3.1 5.3.1 固體輸送固體輸送 可見：固體輸送率與螺桿的幾何尺寸和移動可見：固體輸送率與螺桿的幾何尺寸和移動 角角 有關。有關。 通常通常 在在0 0 90 90范圍，范圍， 0 0時，時，QsQs為零，為零， 9090時，時，QsQ

30、s為最大。為最大。 5.3.1 5.3.1 固體輸送固體輸送 因此，為了增大輸送量，可以采取以下措施：因此，為了增大輸送量，可以采取以下措施： （1 1）螺桿直徑不變時，增大螺槽寬度）螺桿直徑不變時，增大螺槽寬度 （2 2）減小聚合物與螺桿的摩擦系數）減小聚合物與螺桿的摩擦系數fsfs （3 3）增大聚合物與料筒的摩擦系數）增大聚合物與料筒的摩擦系數fbfb，如：料筒，如：料筒 內開設縱向溝槽；錐形開槽料筒內開設縱向溝槽；錐形開槽料筒 （4 4）減小螺旋角）減小螺旋角 b b，使，使 為最大為最大 b b tantan tantan （5 5）從工藝角度上考慮送料段料筒和螺桿的溫度）從工藝角度

31、上考慮送料段料筒和螺桿的溫度 5.3.2 5.3.2 固體熔化固體熔化 塑料在擠出機中的塑化過程是很復雜的。塑料在擠出機中的塑化過程是很復雜的。 1.1.冷卻實驗和熔化機理冷卻實驗和熔化機理 本色塑料本色塑料 著色塑料（著色塑料（3 35 5） 加熱加熱 擠出擠出 穩態穩態 停車停車 迅速冷卻迅速冷卻 塑料凝固塑料凝固剝下塑料進行分析剝下塑料進行分析 5.3.2 5.3.2 固體熔化固體熔化 由實驗觀察到在一個螺槽中固體物料的熔化由實驗觀察到在一個螺槽中固體物料的熔化 過程：過程： 與料筒表面接觸的固體粒子，由于料筒的傳與料筒表面接觸的固體粒子，由于料筒的傳 導熱和摩擦熱的作用，首先熔化，并形

32、成一導熱和摩擦熱的作用，首先熔化，并形成一 層薄膜，層薄膜，稱為熔膜稱為熔膜。 這些不斷熔融的物料，在螺桿與料筒的相對這些不斷熔融的物料，在螺桿與料筒的相對 運動下，不斷向螺紋推進面匯集，從而形成運動下，不斷向螺紋推進面匯集，從而形成 漩渦狀的流動區，漩渦狀的流動區，稱為溶池稱為溶池。 5.3.2 5.3.2 固體熔化固體熔化 在溶池的前邊充滿著受熱軟化和半熔融后粘在溶池的前邊充滿著受熱軟化和半熔融后粘 結在一起的固體粒子和尚未完全熔結和溫度結在一起的固體粒子和尚未完全熔結和溫度 較低的固體粒子，較低的固體粒子，統稱為固體床統稱為固體床。 沿螺槽前移的過程中，固體床寬度逐漸減小，沿螺槽前移的過

33、程中，固體床寬度逐漸減小， 直至全部消失。直至全部消失。 從熔化開始到固體床的寬度下降到零的總長從熔化開始到固體床的寬度下降到零的總長 度，度，稱為熔化區的長度稱為熔化區的長度。一般的，熔化速率。一般的，熔化速率 越高，熔化長度越短。越高，熔化長度越短。 5.3.2 5.3.2 固體熔化固體熔化 綜上可知：綜上可知： 塑料的整個熔化過程是在螺桿熔融區進塑料的整個熔化過程是在螺桿熔融區進 行的，塑料的整個熔化過程直接反映了行的，塑料的整個熔化過程直接反映了 固相寬度沿螺槽方向變化的規律，這種固相寬度沿螺槽方向變化的規律，這種 變化規律，決定于螺桿參數、操作條件變化規律，決定于螺桿參數、操作條件

34、和塑料的物性等。和塑料的物性等。 5.3.3 5.3.3 熔體輸送熔體輸送 一、簡化的流動方程一、簡化的流動方程 1.1.熔體在均化段輸送中的流動形式熔體在均化段輸送中的流動形式 （1 1）正流）正流 沿著沿著 5.4 5.4 單螺桿結構設計的改進單螺桿結構設計的改進 一、排氣式螺桿一、排氣式螺桿 可連續從聚合物中抽出揮發物、單體、低聚可連續從聚合物中抽出揮發物、單體、低聚 物、縮聚反應物、配料時的揮發組分、水分。物、縮聚反應物、配料時的揮發組分、水分。 在料筒上設置一個或多個排氣孔。在料筒上設置一個或多個排氣孔。 二、屏障型螺桿二、屏障型螺桿 在壓縮段的螺紋旁再加一道輔助螺紋，將主螺在壓縮段

35、的螺紋旁再加一道輔助螺紋，將主螺 紋的前緣分為熔體槽，后緣分為固體槽，實現紋的前緣分為熔體槽，后緣分為固體槽，實現 熔體與固體的分離。熔體與固體的分離。 5.4 5.4 單螺桿結構設計的改進單螺桿結構設計的改進 MaileferMailefer螺桿螺桿 5.4 5.4 單螺桿結構設計的改進單螺桿結構設計的改進 BarrBarr螺桿螺桿 5.4 5.4 單螺桿結構設計的改進單螺桿結構設計的改進 KimKim螺桿螺桿 5.4 5.4 單螺桿結構設計的改進單螺桿結構設計的改進 三、銷釘型螺桿三、銷釘型螺桿 在靠近熔化段末端到計量段這一區間設置一組在靠近熔化段末端到計量段這一區間設置一組 或幾組起混合

36、作用的銷釘。或幾組起混合作用的銷釘。 使料流發生攪動，產生局部的高剪切以增進固使料流發生攪動，產生局部的高剪切以增進固 體粒子的熔化；有利于內壓力提高，保證螺槽體粒子的熔化；有利于內壓力提高，保證螺槽 被充滿和壓實。被充滿和壓實。 缺點：產率減少，熔體溫度提高。缺點：產率減少，熔體溫度提高。 5.4 5.4 單螺桿結構設計的改進單螺桿結構設計的改進 四、波型螺桿四、波型螺桿 螺槽根部是偏心的，偏心部位沿軸向按螺旋形螺槽根部是偏心的，偏心部位沿軸向按螺旋形 移動。移動。 軸向波型螺桿，帶有輔助螺紋。軸向波型螺桿，帶有輔助螺紋。 5.4 5.4 單螺桿結構設計的改進單螺桿結構設計的改進 五、混合螺

37、桿五、混合螺桿 1.1.分配混合元件：密集的銷釘、溝槽、凹穴等。分配混合元件：密集的銷釘、溝槽、凹穴等。 2.2.分散混合元件：剪切元件。分散混合元件：剪切元件。 5.5 5.5 雙螺桿擠出原理雙螺桿擠出原理 5.5.1 5.5.1 分類分類 R.ErdmergerR.Erdmerger從理論上將雙螺桿分為從理論上將雙螺桿分為1212類：類： 5.5.1 5.5.1 分類分類 1.1.橫向開口：指垂直螺棱方向，物料能越過橫向開口：指垂直螺棱方向，物料能越過 螺棱，在一根螺桿的各個螺棱之間進行物料螺棱，在一根螺桿的各個螺棱之間進行物料 交換。交換。 2.2.縱向開口：指自加料口到口模有一通道，縱

38、向開口：指自加料口到口模有一通道， 物料從一根螺桿流往另一根螺桿。物料從一根螺桿流往另一根螺桿。 3.3.非嚙合雙螺桿在縱、橫向都是開口的。非嚙合雙螺桿在縱、橫向都是開口的。 4.4.全嚙合、反向轉動的雙螺桿在縱、橫向都全嚙合、反向轉動的雙螺桿在縱、橫向都 是閉合的，不考慮機械間隙，能形成封閉室。是閉合的，不考慮機械間隙，能形成封閉室。 5.5.1 5.5.1 分類分類 6.6.捏合盤在縱向、橫向都是開口的。捏合盤在縱向、橫向都是開口的。 7.7.部分嚙合的雙螺桿，要區分縱向開口和橫部分嚙合的雙螺桿，要區分縱向開口和橫 向封閉系統與縱、橫向開口系統。向封閉系統與縱、橫向開口系統。 5.5.全嚙

39、合、同向轉動的雙螺桿是縱向開口、全嚙合、同向轉動的雙螺桿是縱向開口、 橫向封閉的。橫向封閉的。 5.5.2 5.5.2 反向嚙合型雙螺桿擠出機反向嚙合型雙螺桿擠出機 封閉式反向轉動嚙合（封閉式反向轉動嚙合（CICTCICT）型雙螺桿擠出）型雙螺桿擠出 機的螺桿幾何形狀：機的螺桿幾何形狀： 5.5.2 5.5.2 反向嚙合型雙螺桿擠出機反向嚙合型雙螺桿擠出機 特點：特點： 兩根螺桿螺槽間的開口是很小的；兩根螺桿螺槽間的開口是很小的； 具有滾壓式嚙合，嚙合區的螺桿速度都在同一具有滾壓式嚙合，嚙合區的螺桿速度都在同一 個方向；個方向； 進入嚙合區的物料有強制通過該嚙合區的傾進入嚙合區的物料有強制通過

40、該嚙合區的傾 向。向。 5.5.2 5.5.2 反向嚙合型雙螺桿擠出機反向嚙合型雙螺桿擠出機 適用范圍：適用范圍： CICTCICT擠出機一般適合在低速下運行。擠出機一般適合在低速下運行。 CICTCICT擠出機的最大允許螺桿速度是機器正位擠出機的最大允許螺桿速度是機器正位 移輸送特性的良好指標。移輸送特性的良好指標。 低的最大螺桿轉速：低的最大螺桿轉速：202040r/min40r/min，型材擠出；，型材擠出； 高的最大螺桿轉速：高的最大螺桿轉速：100100200r/min200r/min，配料、，配料、 連續化學反應和特定聚合物加工。連續化學反應和特定聚合物加工。 5.5.2 5.5.

41、2 反向嚙合型雙螺桿擠出機反向嚙合型雙螺桿擠出機 假設螺槽被物料完全充滿而且無漏流，則假設螺槽被物料完全充滿而且無漏流，則CICTCICT擠出機的擠出機的 理論最大產量為：理論最大產量為： iNQ2 max i: i: 平行螺紋數；平行螺紋數； ：C C形室的體積；形室的體積； N N：螺桿轉數。：螺桿轉數。 實際上存在著漏流：實際上存在著漏流： （1 1）螺棱漏流，）螺棱漏流，QfQf （2 2）壓沿漏流，）壓沿漏流，QcQc （3 3）側面漏流，）側面漏流，QsQs （4 4）四面體漏流，）四面體漏流，QtQt 則實際產量為：則實際產量為： tfcs QQiQiNQ222 5.5.2 5.

42、5.2 反向嚙合型雙螺桿擠出機反向嚙合型雙螺桿擠出機 5.5.3 5.5.3 同向、嚙合型雙螺桿擠出機同向、嚙合型雙螺桿擠出機 有低速和高速兩種，低速同向轉動雙螺桿擠出機適于有低速和高速兩種，低速同向轉動雙螺桿擠出機適于 型材擠出；高速擠出機適于特定聚合物的加工作業。型材擠出；高速擠出機適于特定聚合物的加工作業。 一、封閉式嚙合型擠出機一、封閉式嚙合型擠出機 封閉式嚙合螺桿（封閉式嚙合螺桿（CICOCICO）的幾何形狀：其中一根螺桿）的幾何形狀：其中一根螺桿 的螺紋插入另一根螺桿的螺槽而且緊密配合，即共扼的螺紋插入另一根螺桿的螺槽而且緊密配合，即共扼 螺桿輪廓。螺桿輪廓。 5.5.2 5.5.

43、2 反向嚙合型雙螺桿擠出機反向嚙合型雙螺桿擠出機 特點：特點： 兩根螺桿的螺槽之間存在著相當大的開口；兩根螺桿的螺槽之間存在著相當大的開口； 具有滑動式嚙合，嚙合區螺桿的速度是相反的；具有滑動式嚙合，嚙合區螺桿的速度是相反的； 物料呈物料呈8 8字形運動，同時沿軸向運動；字形運動，同時沿軸向運動； CICOCICO型擠出機物型擠出機物 料在進入嚙合區料在進入嚙合區 處產生高的壓力，處產生高的壓力， 因此必須在低速因此必須在低速 下運轉。下運轉。 5.5.2 5.5.2 反向嚙合型雙螺桿擠出機反向嚙合型雙螺桿擠出機 二、自潔式擠出機二、自潔式擠出機 高速同向擠出機（高速同向擠出機（CSCOCSC

44、O），具有封閉式匹配的螺紋輪），具有封閉式匹配的螺紋輪 廓，從一個螺槽到相鄰螺槽有頗大的開口。廓，從一個螺槽到相鄰螺槽有頗大的開口。 具有封閉式自潔作用。具有封閉式自潔作用。 特點：特點： 嚙合區不產生的壓力嚙合區不產生的壓力 降，可以高速運轉：降，可以高速運轉： 600r/min600r/min，不適于直，不適于直 接擠出型材，物料大接擠出型材，物料大 部分按部分按8 8字形運動。字形運動。 5.5.3 5.5.3 非嚙合型雙螺桿擠出機非嚙合型雙螺桿擠出機 NOCTNOCT，反向轉動的非嚙合型雙螺桿。其輸送與，反向轉動的非嚙合型雙螺桿。其輸送與 單螺桿相似，差別在于物料從一根螺桿到另一單螺桿

45、相似，差別在于物料從一根螺桿到另一 根螺桿。根螺桿。 主要用于共混、排氣和化學反應。主要用于共混、排氣和化學反應。 5.6 5.6 擠出成型工藝與過程擠出成型工藝與過程 通常的程序：通常的程序： 成型物料預處理成型物料預處理擠出造型擠出造型制品的定型與冷卻制品的定型與冷卻 制品的牽引與卷取（切割）制品的牽引與卷取（切割）后處理后處理包裝包裝 一、一、成型物料預處理成型物料預處理 通常包括干燥、預熱、著色、混入各種添加劑和廢品的回通常包括干燥、預熱、著色、混入各種添加劑和廢品的回 收利用等。收利用等。 水分：影響擠出過程的正常進行和制品的質量。制品出現水分：影響擠出過程的正常進行和制品的質量。制

46、品出現 氣泡、表面晦暗、物理機械性能下降、甚至無法擠出。氣泡、表面晦暗、物理機械性能下降、甚至無法擠出。 控制含水量控制含水量0.50.5以下。同時不含有任何可見雜質。以下。同時不含有任何可見雜質。 5.6 5.6 擠出成型工藝與過程擠出成型工藝與過程 二、擠出成型二、擠出成型 擠出過程中螺桿轉數、料筒壓力、溫度應視具體情況擠出過程中螺桿轉數、料筒壓力、溫度應視具體情況 而加以調整。而加以調整。 1.1.物料溫度：來源于料筒加熱物料溫度：來源于料筒加熱 器和螺桿對物料的剪切。器和螺桿對物料的剪切。 5.6 5.6 擠出成型工藝與過程擠出成型工藝與過程 料溫升高：粘度降低，利于塑化；料溫升高：粘

47、度降低，利于塑化； 熔體流量大，出料加快，機頭和口模溫度過熔體流量大，出料加快，機頭和口模溫度過 高，擠出物形狀穩定性差，制品收縮率增加，高，擠出物形狀穩定性差，制品收縮率增加， 甚至制品發黃、出現氣泡。甚至制品發黃、出現氣泡。 擠出不能正常進行。擠出不能正常進行。 溫度降低：熔體粘度大，機頭壓力增加，制品密實、溫度降低：熔體粘度大，機頭壓力增加，制品密實、 形狀穩定性好，但離模膨脹嚴重，應適當形狀穩定性好，但離模膨脹嚴重，應適當 增大牽引速度。增大牽引速度。 料溫過低：塑化較差，功率消耗增加。料溫過低：塑化較差，功率消耗增加。 口模與模芯溫差過大：擠出制品出現向內或向外翻或口模與模芯溫差過大

48、：擠出制品出現向內或向外翻或 扭歪情況。扭歪情況。 5.6 5.6 擠出成型工藝與過程擠出成型工藝與過程 2.2.增大螺桿的轉速：強化對物料的剪切作用，利于增大螺桿的轉速：強化對物料的剪切作用，利于 物料的混合和塑化，提高物料的壓力。物料的混合和塑化，提高物料的壓力。 5.6 5.6 擠出成型工藝與過程擠出成型工藝與過程 三、制品的定型與冷卻三、制品的定型與冷卻 熱塑性塑料擠出制品，在離開機頭口模后，應進行熱塑性塑料擠出制品，在離開機頭口模后，應進行 冷卻定型。冷卻定型。 定型不及時，自身重力作用下，會發生形變。定型不及時，自身重力作用下，會發生形變。 大多數情況下定型與冷卻往往同時進行。大多

49、數情況下定型與冷卻往往同時進行。 擠出管材和各種異型材時才有定型過程，擠出薄膜、擠出管材和各種異型材時才有定型過程，擠出薄膜、 單絲、線纜包覆物等不需定型。擠出板材和片材時，單絲、線纜包覆物等不需定型。擠出板材和片材時， 有時還通過一對壓輥壓平，也有定型和冷卻作用。有時還通過一對壓輥壓平，也有定型和冷卻作用。 5.6 5.6 擠出成型工藝與過程擠出成型工藝與過程 四、牽引（拉伸）和熱處理四、牽引（拉伸）和熱處理 制品從口模擠出后，產生離模膨脹，擠出物尺寸和形制品從口模擠出后，產生離模膨脹，擠出物尺寸和形 狀發生改變。重量增大、不引出、造成堵塞、生產停狀發生改變。重量增大、不引出、造成堵塞、生產

50、停 滯、破壞擠出連續性，后面擠出物變形。滯、破壞擠出連續性，后面擠出物變形。 常用管材牽引設備：滾輪式、履帶式。常用管材牽引設備：滾輪式、履帶式。 牽引速度應與擠出速度很快地配合，且速度均勻。牽引速度應與擠出速度很快地配合，且速度均勻。 一般牽引速度大于擠出速度，以消除離模膨脹。一般牽引速度大于擠出速度，以消除離模膨脹。 有些制品需熱處理：如由狹縫扁平口模直接擠出片有些制品需熱處理：如由狹縫扁平口模直接擠出片 材經拉伸而得的薄膜，以減小熱收縮率，提高尺寸材經拉伸而得的薄膜，以減小熱收縮率，提高尺寸 穩定性。穩定性。 五、合格制品按要求進行切割或卷取五、合格制品按要求進行切割或卷取 5.7 5.

51、7 擠出成型的發展趨勢擠出成型的發展趨勢 1.1.大型化：大型化：單螺桿擠出機的單螺桿擠出機的L/DL/D可達可達4242；螺桿直徑可達；螺桿直徑可達 300300420mm420mm，甚至達，甚至達750mm750mm；多螺桿擠出機直徑可達；多螺桿擠出機直徑可達 600mm600mm（臥式），（臥式），300mm300mm（立式），長度可達（立式），長度可達875875mmmm。 2.2.高擠出速度：高擠出速度：直徑直徑6565的擠出機螺桿轉速高達的擠出機螺桿轉速高達800800 10001000r/minr/min。 3.3.多效能：多效能：以擠出機為主機，加上輔機，可生產多種以擠出機為主

52、機，加上輔機，可生產多種 制品。制品。 4.4.自動化：自動化：擠出溫度及壓力等工藝條件采用擠出溫度及壓力等工藝條件采用PID PID （比（比 例、積分、微分）測控等。例、積分、微分）測控等。 5.5.連續化：連續化：從粉料開始直到制品實現全自動化連續流水從粉料開始直到制品實現全自動化連續流水 線。線。 5.8 5.8 幾種制品的擠出工藝幾種制品的擠出工藝 5.8.1 5.8.1 管材的擠出管材的擠出 擠出管材所用設備有擠出機、機頭、定型裝置、冷卻擠出管材所用設備有擠出機、機頭、定型裝置、冷卻 槽、牽引設備、切斷設備以及擴口設備等。槽、牽引設備、切斷設備以及擴口設備等。 1. 1. 機頭和口

53、模機頭和口模 大體上分為：大體上分為： 偏移式：內徑尺寸要求準確的生產偏移式：內徑尺寸要求準確的生產 直通式：常用。直通式：常用。 擠出機擠出的熔融塑料進入機頭由芯模及口模外套所擠出機擠出的熔融塑料進入機頭由芯模及口模外套所 構成的環隙通道流出后即成為管狀物。構成的環隙通道流出后即成為管狀物。 5.8.1 5.8.1 管材的擠出管材的擠出 5.8.1 5.8.1 管材的擠出管材的擠出 2.2.定型定型 擠出的管狀物首先應通過定型裝置，使之冷卻變硬而擠出的管狀物首先應通過定型裝置，使之冷卻變硬而 定型。定型。 定型方法：定型方法： （1 1）外徑定型：在管狀物外壁和定徑套內壁緊密接）外徑定型：在

54、管狀物外壁和定徑套內壁緊密接 觸的情況下進行冷卻而實現的。結構簡單、操作方便，觸的情況下進行冷卻而實現的。結構簡單、操作方便， 為我國普遍采用。為我國普遍采用。 （2 2）內徑定型：是將定徑套的冷卻水管從芯棒處伸）內徑定型：是將定徑套的冷卻水管從芯棒處伸 進，必須使用偏移式機頭。進，必須使用偏移式機頭。 用這種方法制得的管材內壁比較光滑。用這種方法制得的管材內壁比較光滑。 5.8.1 5.8.1 管材的擠出管材的擠出 5.8.1 5.8.1 管材的擠出管材的擠出 3.3.冷卻冷卻 可用的裝置有冷卻水槽和噴淋水箱兩種。可用的裝置有冷卻水槽和噴淋水箱兩種。 為防止管材冷卻過程中發生彎曲變形，采用沿

55、管材圓為防止管材冷卻過程中發生彎曲變形，采用沿管材圓 周上均勻布置噴水頭對管材進行噴淋冷卻。周上均勻布置噴水頭對管材進行噴淋冷卻。 5.8.1 5.8.1 管材的擠出管材的擠出 4.4.牽引牽引 常用牽引管材的裝置有滾輪式和履帶式兩種。常用牽引管材的裝置有滾輪式和履帶式兩種。 5.8.2.5.8.2.吹塑薄膜的擠出吹塑薄膜的擠出 塑料熔體由環隙形口模擠成管狀物后，即牽引裝置牽塑料熔體由環隙形口模擠成管狀物后，即牽引裝置牽 引上升（少數采用水平、向下）并同時進行吹脹，至引上升（少數采用水平、向下）并同時進行吹脹，至 一定距離后，通過導向夾板而被牽引輥夾攏。一定距離后，通過導向夾板而被牽引輥夾攏。 吹塑法廣應用于生產聚乙烯和聚氯乙烯等塑料薄膜。吹塑法廣應用于生產聚乙烯和聚氯乙烯等塑料薄膜。 優點：優點：1.1.設備緊湊，單位產率所需的投資少；設備緊湊，單位產率所需的投資少； 2.2.在一定范圍內可以方便調整薄膜的寬度和在一定范圍內可以方便調整薄膜的寬度和 （或厚度）；（或厚度）； 3.3.無邊緣影響，免除整邊裝置，減少廢料損失；無邊緣影響，免除整邊裝置，減少廢料