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第五章 挤出成型. 主讲：林志丹. 挤出成型. 挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑 . 是借助螺杆和柱塞的挤压作用 , 使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法 . 挤出成型的特点 : ① 连续化 , 效率高 , 质量稳定 ② 应用范围广 ③ 设备简单 , 投资少 , 见效快 ④ 生产环境卫生 , 劳动强度低 ⑤ 适于大批量生产 适用的树脂材料：绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如 PVC 、 PS 、 ABS 、 PC 、 PE 、 PP 、 PA 、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等。
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第五章 挤出成型 主讲：林志丹
挤出成型 挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑.是借助螺杆和柱塞的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法. 挤出成型的特点: ① 连续化,效率高,质量稳定 ② 应用范围广 ③ 设备简单,投资少,见效快 ④ 生产环境卫生,劳动强度低 ⑤ 适于大批量生产 适用的树脂材料：绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等。 应用：塑料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。
5.1 挤出设备 1、挤出设备：由挤出机、机头和口模、辅机等组成
单螺杆挤出机 1、单螺杆挤出机主要由传动系统、加料系统、塑化系统、加热与冷却系统、控制系统等组成。 2、挤出系统是最主要的系统，它由料筒、螺杆、多孔板和过滤网组成。
5.2 单螺杆挤出原理 典型的塑料挤出成型 挤出过程：加料——在螺杆中熔融塑化——机头口模挤出 ——定型——冷却——牵引——切割
一. 固体输送理论 假设条件： ①物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），以恒速移动； ②略去物料重力、密度变化的影响； ③磨擦系数恒定，压力是螺槽长度的函数； ④ 螺槽为矩形 经过分析可看出物料的运动类似螺母运动。 提高固体输送的措施: ① 适当提高螺杆转数N和螺槽深度H; ② 采用锥形 结构 料筒；在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）； 冷却进料段防止物料提前软化； ③ 冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小fs）
二、熔融理论 压缩段物料固-液共存 1．研究目的： 预测螺槽中未熔化物料量 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．冷却试验和熔融机理 冷却试验：本色料+3~5%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： ① 熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态 ② 固—液两相有一明显分界线 ③ 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
三、熔体输送理论 1、熔体有四种形式的流动：正流、逆流、环流和漏流。 正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，沿螺槽向机头方向的流动。由于螺杆转动，塑料在螺杆根部与机筒间形成相对运动造成的，它决定挤出量的大小； 逆流（反流）Qp，与Qd相反的流动。由机头、多孔板等阻力元件对熔体的反压力造成，也叫压力流，随机头压力的升高而增加； 横流（环流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽内与正流垂直的流动。对总挤出量影响不大，可忽略不计，但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用； 漏流Q l，由机头阻力元件引起的物料反向流动，沿螺杆与料筒间隙向加料口方向流动，可降低挤出量。正常情况很小0.1～0.6mm，Ql小，但磨损严重时，Ql的增加与平方成正比。
2、熔体输送能力的分析： 熔体的输送 Q = Qd - Qp - Ql, 实际的流动形式为：熔体沿螺槽螺旋前进。类似弹簧缠绕在螺槽内。 忽略Ql，经计算熔体输送能力为： P↑-Q↓，机头阻力加大，产量下降。 N↑-Q↓，转数提高，将是提高。 D↑-Q↑↑，直径增加，产量明显增加，所以要得到高的产量，这是最有效的手段之一。 L↑-Q↑，挤出稳定性增加。 螺槽深度h增加，挤出稳定性下降。
5.3 单螺杆结构设计的改进 (一)普通三段式螺杆存在的问题
目前，一般单螺杆多采用等距不等深螺杆，加料段常和均化段螺槽深度不变，压缩段螺槽逐渐变浅。这种螺杆可以满足一般的挤出成型，但存在以下几方面的问题： 1.熔融效率低: 熔融段熔体与固体床共同存在于一个螺槽中，减小了料筒壁与固体床的接触面积； 固体床随着熔融解体，部分碎片进入熔体中，很难从剪切获得热量，这样，固体床不能彻底熔融； 另外，已熔物料与料筒壁接触，从料筒壁和熔膜处获取热量，温度继续升高过热。
2.压力、温度和产量波动大 固体输送时又与螺杆旋转产生较高频率的波动， 由于熔融过程的不稳定性产生低频波动， 温控系统的稳定性差或环境因素的变化引起的波动。 3.混合效果差，不能很好适应一些特殊塑料的加工或混炼、着色工艺过程。 （二）新型螺杆 1、排气式螺杆 排气原理：物料到排气段基本塑化，由于该段螺槽突然加深，压力骤降，气体从熔体中逸处，从排气口排出。 主要适用于含水和易产生挥发组分的物料。
2、分离型（屏障型）螺杆 原理：在螺杆熔融段再附加一条螺纹，将原来一个螺纹所形成的螺槽分为两个，将已熔物料和未熔物料尽早分离，促进未熔料尽快熔融。
3、销钉型螺杆 原理：物料流经过销钉时，销钉将固体料或未彻底熔融的料分成许多细小料流，这些料流在两排销钉间较宽位置又汇合，经过多次汇合分离，物料塑化质量得以提高。 销钉设置在熔融区，排列形状有人字形、环形等，销钉形状有圆柱形、菱形、方形等。
4、混合螺杆 在熔融段末或均化段增设置混合、混炼、剪切、均化等作用的元件，可以提高混合的均匀性、混炼效果好，混色均匀，分散性好。
5.4 双螺杆原理 (一)双螺杆挤出机的结构
（二）双螺杆挤出的特点 和单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机的特点是： 1、较高的固体输送能力和挤出产量； 2、自洁能力； 3、混合塑化能力高； 4、较低的塑化温度，减小分解可能； 5、结构复杂，成本高。
