第6章挤出成型工艺文档格式.docx
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聚苯乙烯（例ABS·
AS）、PMMA、聚甲醛、聚氯醚；
（3）流动性差：
聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。
2、各种塑料的流动性主要影响的因素有如下几点：
（1）温度
料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异，聚苯乙烯、聚丙烯尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯、聚碳酸酯、醋酸纤维等塑料的流动性随温度变化较大。
对聚乙烯、聚甲醛、则温度增减对其流动性影响较小。
所以前者在成形时宜调节温度来控制流动性。
（2）压力注射
压力增大则融料受剪切作用大，流动性也增大，特别是聚乙烯、聚甲醛较为敏感，所以成形时宜调节注射压力来控制流动性。
（3）模具结构
浇注系统的形式，尺寸，布置，冷却系统设计，融物料流动阻力（如型面光洁度，料道截面厚度，型腔形状，排气系统）等因素都直接影响到融料在型腔内的实际流动性。
（三）结晶性
热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶形塑料与非结晶形（又称无定形）塑料两大类。
所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次序状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。
作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定，一般结晶性料为不透明或半透明（如聚甲醛等），无定形料为透明（如有机玻璃等）。
（四）热敏性及水敏性
指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降聚，分解的倾向，具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。
如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物，聚甲醛，聚三氟氯乙烯等。
有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为水敏性，对此必须预先加热干燥。
（五）应力开裂及熔融破裂
有的塑料对应力敏感，成形时易产生内应力并质脆易裂，塑件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。
为此，除了在原料内加入附加剂提高抗裂性外，对原料应注意干燥，合理的选择成形条件，以减少内应力和增加抗裂性。
当一定融熔指数的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔体表面发生明显横向裂纹称为熔融破裂，有损塑件外观及物性。
故在选用熔融指数高的聚合物等，应增大喷嘴、浇道、进料口截面，减少注射速度，提高料温。
（六）热性能及冷却速度
各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。
比热高的塑化时需要热量大，应选用塑化能力大的注射机。
热变形温度高的冷却时间可短，脱模早，但脱模后要防止冷却变形。
热传导率低的冷却速度慢必须充分冷却，要加强模具冷却效果。
热浇道模具适用于比热低，热传导率高的塑料。
比热大、热传导率低，热变形温度低、冷却速度慢的塑料则不利于高速成形，必须用适当的注射机及加强模具冷却。
（七）吸湿性
塑料中因有各种添加剂，使其对水分各有不同的亲疏程度，所以塑料大致可分为吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种。
料中含水量必须控制在允许范围内，不然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂起泡、流动性下降、外观及机电性能不良。
所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及规范进行预热，在使用时还需用红外线照射以防止再吸湿。
第二节挤出成型
一、概述
挤出成型是高分子材料在挤出成型机中通过加热、加压而使塑料以流动状态通过口模成型的方法。
塑料加工工业中应用最早的成型方法之一，应用最广泛。
目前塑料制品的三分之一是用挤出方法生产的。
挤出成型的过程：
二、挤出成型特点
1、设备制造容易，成本低
2、可以连续化生产效率高、设备自动化程度高，劳动强度低
3、生产操作简单，工艺容易控制
4、挤出产品均匀密实，质量好
5、原料的适应性强几乎所有热塑性塑料都能用于挤出，用量最大的是PVC、FE、PP。
6、所生产的产品广泛，可一机多用
7、生产线占地面积小，生产环境清洁
8、不能生产具有三维尺寸制品
9、制品往往需要二次加工。
三、挤出机分类
1、按挤塑过程中成型物料塑化方式
干法挤塑是依靠电加热将固体物料转变成熔体，塑化和挤出可在同一设备上进行，挤出塑性连续体的定型只是简单的冷却操作。
湿法挤塑的物料要用溶剂将其软化，软化和挤塑要在两个设备中各自独立完成，而定型处理要有脱出溶剂的操作。
2、按挤出时加压方式分
连续式挤出所用设备为螺杆式挤出机。
间歇式挤出所用设备为柱塞式挤出机。
柱塞式挤出机的主要成型部件是加热料筒和施压柱塞，当其成型制品时，是将一部分物料加进料筒，借助料筒的外部加热塑化并依靠柱塞的推挤将其挤出机头的模孔之外，加进的一份物料挤完后，柱塞退回，再加新的一份物料后进行下一步推挤操作，是不连续的，而且无法使物料受到搅拌混合，使塑化料的温度均匀性差，目前很少采用。
三、挤出成型设备
1.挤出机
单螺杆挤出机：
挤压系统、传动系统、加热和冷却系统、控制系统。
双螺杆挤出机：
主要由料筒、螺杆、加料装置、传动装置和控制装置等组成。
螺杆分啮合和相切、平行和锥形、同向和反向、整体和组合。
特点：
1、加料容易，单螺杆挤出机靠摩擦输送，双螺杆挤出机靠正位移输送；
产生的摩擦热少；
2、塑料在双螺杆挤出机中停留时间短；
3、具有优异的混合、塑化效果；
4、优异的排气性能；
机筒可以自动清洁；
5、挤出量稳定，产量高；
采用强制定量加料；
6、容积效率非常高。
流率对口模压力不敏感。
2.辅机：
筛板（多孔板）:
作用使物料由旋转运动变为直线运动，增加反压，支撑过滤网。
过滤网作用:
过滤熔融料流和增加料流阻力，以滤出机械杂质和提高混合和塑化效果。
机头和口模:
由口模分配腔、引流道和口模成型段组成。
机头主要作用：
使熔料由螺旋运动变为直线运动；
产生一定压力，使制品密实；
使物料进一步塑化均匀；
成型制品外形。
定型装置、冷却装置、牵引、切割或卷取装置等，处理挤出物。
3.挤出机一般操作方法
1开车前换网；
2加足润滑油；
3趁热拧紧螺栓；
4开动机器后加料；
5塑料被挤出前不得在口模正前方；
6开始慢，后再调整；
7停车时机完机内物料或换料停机，膜、片挤出时在挤出机满载下停机；
8清洁时用铜制工具；
9滤网可用火烧。
10拆卸时，先拆螺杆后拆料筒。
四、挤出制品生产工艺
1、成型物料的预处理
包括干燥、预热、着色、混入各种添加剂和废品的回收利用等。
干燥必要性：
因为物料中若有水分和低分子物（溶剂和单体）的量超过允许的限度，在挤出机料筒的高温条件下，一方面会因其挥发成气体而使制品表面失去光泽和出现气泡与银丝等外观缺陷；
另一方面可能促使聚合物发生降解与交联反应，从而导致熔体的粘度出现明显的波动，。
干燥设备一般是在烘箱或沸腾干燥器，也有采用真空料斗干燥。
2.挤出造型
挤出造型要求：
挤出温度均一、形状稳定。
工艺控制依据：
塑料的挤出成型工艺性和挤出机机头与口模的结构特点等。
调整工艺参数：
料筒各加热段和机头与口模的温度及螺杆的转速等，以控制物料的温度和压力分布。
物料塑化需热量来源（单螺杆挤出机）：
外加热：
螺杆三段职能不同，所需热量相差较大，所以料筒外部的加热器应分段加热。
螺杆转动和物料的剪切摩擦热，当挤出正常时剪切摩擦热往往成为主要的热源。
螺杆转速对挤出的影响
（1）增大螺杆的转速，可强化物料的剪切作用，提高料温；
（2）也有利于物料的充分混合与均匀塑化；
（3）对大多数热塑性塑料还可显著降低粘度；
（4）螺杆转速的增大，还可增大料筒内物料所承受的压力。
温度对挤出的影响
（1）物料温度的升高，熔体粘度降低有利于塑化，熔体的体积流率增大，挤出速度加快，生产效率提高。
（2）料温过高，挤出物形状稳定性差，制品收缩率增大，外观会发黄并出现银丝和气泡，严重时甚至使挤出过程不能正常进行。
（3）降低物料的温度后，熔体粘度和机头所产生的反压均随之增大，使挤出物变的密实、形状稳定性好、制品收缩率小。
（4）料温过低时，会导致物料塑化不良，而且会因熔体粘度过大而使螺杆的驱动功率急剧增加。
3.定型与冷却
定型与冷却的目的：
通过降温而将形状及时固定下来。
如果不及时，挤出物往往会在自重作用下发生变形，从而导致制品形状和尺寸的改变。
挤出管、棒、异形材时设置专门的定型装置；
挤出薄膜、单丝、电线电缆包覆物等时，并不需要专门定型装置；
冷却不匀和降温过快，都会在制品中产生内应力并使制品变形，在成型大尺寸的管材、棒材和异形材时，应特别注意。
4.牵引、卷取和切断
牵引的目的：
（1）帮助挤出物及时离开模孔，避免在模孔外造成堵塞与停滞，而不致破坏挤出过程的连续性;
（辊轮式，履带式）
（2）为了调整型材截面尺寸和性能。
卷取和切断根据用户长度或重量要求而定。
硬质型材从牵引装置送出，达到一定长度切断堆放；
软质型材在卷取到给定长度或重量后切断。
四、几种挤出制品成型工艺
1、管材挤出成型工艺流程
挤出法生产的管材有软管和硬管之分，但是工艺流程大致相同。
硬管的流程为：
加料、塑化、挤离口模、定型、冷却、牵引、切割。
软管的流程，与硬管基本相同，最后卷绕成盘。
挤出工艺分析
（1）挤出机（主机）
单螺杆挤出机，用PE、PP、PVC等热塑性塑料粒料，生产管材；
双螺杆挤出机可直接用配制的PVC粉料生产。
根据管材直径大小选择挤出机螺杆直径的大小；
用管材横截面积与螺杆的截面积之比0.25-0.40，流动性好的取大值，相反取小值。
根据塑料性能选择螺杆的结构。
（2）机头
成型管材的成型部分，分直通式和直角式两种。
直通式机头结构简单，制造容易，料流阻力小，采用广泛。
只能采用外定径，芯模加热困难，定型段较长，且易造成“合流痕”。
直角式有利于内径定型，多用于对内径要求准确的管材成型。
设计机头时工艺上应注意的几个问题
A、调节螺钉应均匀分布在口模外，用来调节管材壁厚的，如果调节不当，容易使流道出现死角，造成塑料在机头内表面出现结垢；
当然温度控制不当，造成物料分解也会发生结垢，这样就会使塑料熔体在流道内流动不均匀，而使芯棒受力不均匀，并在垂直方向上受到推动，制品壁厚不均匀。
B、流道必须呈流线型且十分光滑。
增大临界剪切应力。
C、当用多脚架支撑芯棒时，如果控制不当，会造成“合流痕”
D、口模直径和平直段长度
由于有出口效应存在，会使挤出物膨胀，同时由于牵引作用会使其收缩，因此设计口模和芯棒直径时应考虑。
口模直径比管材规定尺寸大5％左右，挤出高密度聚乙烯管材应放大10％，靠牵引拉伸到规定尺寸。
但是牵伸不能过大，否则影响爆破强度。
模平直段长度作用
一是使机头具有足够的压力保证塑料足够密实
二是消除多脚架造成的合流痕。
（3）定径
挤出硬管的定径方法有内定径和外定径。
外定径又有真空法外定径和内压法外定径。
外定径制得的管材外壁光滑，外径尺寸精确，装置简单操作方便。
常用直通式机头。
我国硬管标准以外径表示管材规格，所以硬管以外定径为主。
分内压法、真空法和直接顶出法。
内定径是具有很小锥度的芯模延长轴内通冷却水，靠芯模延长轴的外径确定管材内径的方法，用于直角机头和侧向式机头。
由外定径生产的管材，因为外壁先降温硬化，内壁在冷却收缩时必然受到外壁层的阻碍，其结果是在外壁层内产生压应力，而在内壁层内产生拉应力。
内定径相反。
由内定径法生产的管材抗内压能力明显高于外定径，因此挤出成型大直径耐内压管材时多采用直角式机头和内径定型法。
（4）冷却
常用冷却水槽和喷淋水箱。
A、冷却水槽通常分2～4段，分别控制水温，借以调节冷却强度。
一般从最后一段进入，水流与管材前进的方向相反，这样使管状物降温比较缓慢，以避免因降温过块而使管壁内产生内应力大；
B、水槽上下水温不同，管状物在冷却过程中会因上、下收缩不均而出现弯曲；
C、管状物通过水槽时会受到浮力作用，也会产生弯曲；
在管材径向方向四周均匀布置喷淋水头，可以避免因冷却出现的弯曲现象。
（5）牵引
牵引装置有滚轮式和履带式。
牵引速度要与挤出速度相适应，一般前者比后者大1～10%。
过快会在管壁中产生不适当的聚合物分子定向，从而降低管材的爆破强度。
残余内应力大，管材易弯曲变形，易拉断；
过慢，由于离模膨胀，壁厚增大。
牵引速度必须稳定，否则，会导致管材纵向厚度不均。
（6）切割
切割装置要与挤出的速度同步前进的过程中切割，保证断面与管材垂直。
由行程开关控制锯和夹持器。
有圆锯切和行星式自动切割（大口径）
切割后的管材为了使用时连接方便，还可以对管材一端扩口。
2.操作时注意事项
（1）挤出耐候性的聚烯烃类管材时有时要加入碳黑。
碳黑是容易吸湿的，挤出前应干燥，否则制品表面不光滑。
（2）挤出成型前先对料筒和螺杆进行分段加热，而料斗底部应开冷却水冷却。
当各部位达到规定温度时，对机头部位的衔接处螺栓等检查拧紧以免运转时发生漏料。
（3）开车时应先开动机器空转，观察电流是否稳定，然后再加料。
开始速度慢些。
用引管或人工牵引到牵引机上。
（4）在保证成型顺利进行的前题下，口模温度越低越好，因为，温度低，黏度大，有利于制品定型；
另外减轻冷却系统的压力，提高生产率；
对于PVC来说，还可以减少降解。
（5）检验管材的同心度、内外表面、颜色均匀度。
（6）停车时一般将挤出机内的物料尽量挤完，以便下次操作，必要时加清洗料进行清洗。
其它硬的连续制品如棒材、异型材等的挤出工艺与硬管类似，只是采用的机头口模的形状有所不同。
4、其它管材挤出工艺举例
（1）聚氯乙烯波纹管
（单壁波纹管SWP、双壁波纹管DWP）
工艺流程：
原料高速混合、冷混、传送过筛、通过单螺杆或双螺杆挤出圆管、立即经波纹机制成波纹状。
（2）PVC芯层发泡复合管
相对密度0.7～0.9之间，具有隔音、隔热、防震、抗冲击、施工方便、质轻价廉等特点
（3）铝塑复合管
内外层为聚乙烯（交联PE为热水管、普通PE为冷水管）、中间为铝板焊接而成，铝和聚乙烯之间有粘合层。
为5层复合管。
5.吹塑薄膜的挤出
（1）吹塑薄膜的生产原理及特点
生产原理：
从挤出机挤出的熔融物料经机头呈圆管形挤出，并从机头中心吹入压缩空气，将管坯吹为直径较大的管状薄膜，经牵引后卷取成制品。
目前用于吹塑薄膜的原料:
PE、PVC、PDVC、PP、PS、PA、EVA、PVA等，还发展了多层复合薄膜。
薄膜规格从厚度0.01mm～0.3mm、展开宽度从几十毫米到几十米。
吹塑薄膜特点：
（1）设备简单、投资少、见效快；
（2）薄膜经牵引、吹胀，力学性能有所提高；
（3）机台利用率高；
（4）成品是圆筒形，用于包装可省略焊接工序；
（5）操作简单、无废边，成本低；
（6）薄膜厚度均匀性差；
（7）冷却速度低薄膜透明度低；
（8）受冷却的限制，卷取线速度一般不超过10m/min，产量不高。
（2）吹塑薄膜的生产方式
平挤上吹法
使用直角机头，出料方向和挤出机垂直，挤出管坯垂直向上引出，经吹胀压紧，导入牵引辊。
其特点：
v因为整个管泡都挂在泡管部已经冷却的坚韧段，所以牵引稳定，能制得厚度范围大的和宽幅的薄膜；
v挤出机安置在地面上，不需要操作台，操作方便；
v管泡周围的热空气流向上，冷空气流向下，对泡管冷却不利；
v物料在机头拐90度弯，增加了料流阻力，可使物料在拐角处分解；
v机头和辅机的结构要复杂些。
平挤下吹法
直角机头，管坯垂直向下牵引。
A、管泡的牵引方向与机头产生的向上的热气流正相反，有利于管泡冷却；
B、可以采用水套直接冷却泡管，使生产效率和制品透明度得到显著提高；
C、引膜靠自重下垂进入牵引辊，引膜方便；
D、整个管泡挂在上部尚未冷却的塑性段上，在生产厚膜和牵引速度较快时，就易拉断管泡，对于相对密度较大的塑料（如PVC）牵引更难控制。
E、挤出机必须安置在较高的操作台上，安置费用增加，操作也不方便。
平挤平吹法
使用水平机头，特点：
A、机头和辅机结构都比较简单，设备安装操作都很方便，对厂房要求也不高；
B、机器占地面积大；
C、由于热气流向上，冷气流向下，管泡上半部分冷却要比下半部分困难，当物料相对密度较大或直径较大时管泡易向下垂，薄膜厚度不易调节均匀，通常幅宽小于600mm的薄膜可用此法。
（3）吹塑工艺控制
挤出管坯、吹胀（冷却、牵引）管泡、卷取
工艺控制因素
A、吹胀比α、牵引比β、口模环隙宽度b薄膜平均厚度δ
吹胀比α是泡管直径与口模直径之比；
牵引比β是指牵引速度与挤出筒坯的线速度之比；
牵引比和吹胀比控制薄膜纵横向定向。
吹胀比和牵引比调整
a、在机头口模尺寸一定的情况下，吹胀比受筒膜预定折径的限制；
另外吹胀比过大会导致泡状物的不稳定和促使筒坯上已存在的缺陷扩大，故吹胀比可调整的范围不大；
b、既然α不能在较大范围内变动，要使膜厚度减小就只能增大牵引比β，使在实际生产中吹胀比远小于牵引比。
c、如果仍然希望维持膜纵横向的定向程度一致，就只能依靠调整口模温度和冷却系统的冷却能力来实现。
冷却速率：
吹塑薄膜显著的特点是吹胀、牵引、冷却同时进行。
从冷却风环吹出的冷却空气对筒膜的降温速率，不仅影响生产率，而且与所制得的膜的外观、尺寸和性能有密切关系。
实际生产过程中，用冷冻线高度来判定所选择的冷却条件是否合适。
冷冻线：
在采用风环冷却工艺时，刚挤离口模的管状物是透明的，一旦冷却到适当温度而产生晶体时（聚烯烃结晶型物料），即失去透明性而变浑浊，透明与浑浊的交界线称为冷冻线。
冷冻线高度的影响因素：
冷却速率越大，挤出筒膜温度越低，吹胀比越大，牵引速度越低，冷冻线高度越低。
反之则增大。
对于结晶性物料，为了得到透明度高，强度好的薄膜，应适当降低冷冻线高度，因为快速降温到Tm以下，结晶过程难于充分进行，膜的晶粒细小，结晶度也比较低。
而且泡状物上升超过冷冻线以上后，仍可在Tg以上保持一段时间。
另外泡状物仍处在张紧状态，这二者均有利于大分子通过链段运动消除应力，但又不致降低取向度。
实际生产过程中，由于降低冷冻线高度必须采用高效冷却，使成型过程能耗明显增大；
另外为保持纵、横向的取向度接近而无法将牵引速度大幅度增大，（理论上牵引比取4-6较理想）
一般并不要求冷冻线高度尽可能小。
可以用三种泡型来形容冷冻线的高低。
L、M、H型，其中M型是生产中常采用的泡型。
牵引
牵引辊是由一个橡胶辊和一个钢辊组成，其作用：
一是牵引薄膜；
二是封住泡管内的空气，使其保持恒定。
牵引辊到口模的距离决定了冷却时间，不同的塑料热物理性能不同，冷却时间也不同，黏度越小，需冷却时间越长，如PE就比PVC用的距离长。
如果冷却不充分，两层薄膜会出现“自粘”现象，严重时对以后的加工和应用带来不便，甚至报废。
解决办法：
一是降低冷冻线高度；
二是加大模口到牵引辊的距离；
另外可加开口剂得以缓解。
6.板材挤出
可以成型厚度0.02mm-20mm热塑性塑料平面型材。
通常在1mm以上的为板材；
0.25mm-1mm为片材；
0.25mm以下为平膜。
下面以板材为例介绍挤出成型工艺。
目前可生产板材的方法有很多如挤出、压延、浇铸、层压、流延等。
挤出成型板材具有设备简单、生产成本低、制品抗冲击强度高等特点。
目前挤出板材的宽度一般为1-1.5m，最大可达4m。
1、工艺流程
加料-挤出机塑化-窄缝机头挤成为板坯-三辊压光机降温定型-在导辊上进一步冷却-切边-牵引机-裁切。
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