挤出复合机及挤出复合工艺Word文档下载推荐.docx
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然而习惯上，人们往往按塑料的不同反应将挤塑过程，人为的分成各个不同阶段；
1塑化阶段（塑料的混合、熔融和均化）；
2成型阶段（塑料的挤压成型）；
3定型阶段（塑料层的冷却和固化）。
1．塑化阶段。
也称为压缩阶段。
它是在挤塑机机筒内完成的，经过螺杆的旋转作用，使塑料由颗粒状固体变为可塑性的粘流体。
塑料在塑化阶段获得热量的来源有两个方面：
一是机筒外部的电加热；
二是螺杆旋转时产生的摩擦热。
起初的热量是由机筒外部的电加热产生的；
当正常开车后，热量的取得则是由螺杆旋转物料在压缩，剪切、搅拌过程中与机筒内壁的摩
擦和物料分子问的内摩擦而产生的
2．成型阶段。
它是在机头内进行的，由于螺杆旋转和压力作用，把粘流体推向机头，经机头内的模具，使粘流体成型为所需要的规格和形态。
3．定型阶段。
它是在冷却装置中进行的，塑料挤出层经过冷却后，由无定型的塑性状态变为定型的固体状态。
三，塑化阶段塑料流动的变化塑化阶段，塑料沿螺杆轴向被螺杆推向机头的移动过程中，经历着温度、压力、粘度、甚至化学结构的变化，这些变化在螺杆的不同区段情况是不同的。
塑化阶段根据塑料流动时的物态连续变化过程又可分成三个阶段：
1加料段（又称破碎段）；
2熔融段（又称塑化段）；
3均化段（又称均压段）。
各段对塑料挤出产生不同的作用，塑料在各段呈现不同的形态，从而表现出塑料的挤出特性。
1，加料段，首先就是为颗粒状的固体塑料提供软化温度，其次是以螺杆的旋转与固定的机筒之间产生的剪切应力作用在塑料颗粒上，实现对软化塑料的破碎。
而最主要的则是以螺杆旋转产生足够大的连续而稳定的推力和反向摩擦力，以形成连续而稳定的挤出压力，进而实现对破碎塑料的搅拌与均匀混合，并初步实行热交换，从而为连续而稳定的挤出提供基础。
在此阶段产生的推力是否连续均匀稳定、剪切应变率的高低，破碎与搅拌是否均匀都直接影响着挤出的质量和产量。
2，熔融段，经破碎、软化并初步搅拌混合的固态塑料，由于螺杆的推挤作用，沿螺槽向机头移动，自加料段进人熔融段。
在此段塑料遇到了较高温度的热作用，这时的热源，除机筒外部的电加热外，螺杆旋转的摩擦热也在起着作用。
而来自加料段的推力和来自均化段的反作用力，使塑料在前进中形成了回流，回流产生在螺槽内以及螺杆与机筒的间隙中，回流的产生不但使物料进一步均匀混合，而且使塑料热交换作用加大，达到了表面的热平衡。
由于在此阶段的作用温度已超过了塑料的流变温度，加之作用时间较长，致使塑料发生了物态的转变，与加热机筒接触的物料开始熔化，在机筒内表面形成一层聚合物熔膜，当熔膜的厚度超过螺纹顶与机筒之间的间隙时，就会被旋转的螺纹刮下来，聚集在推进螺纹的前面，形成熔池。
由于机筒和螺纹根部的相对运动，使熔池产生了物料的循环流动。
螺棱后面是固体床（固体塑料），物料沿螺槽向前移动的过程中，由于熔融段的螺槽深度向均化段逐渐变浅，固体床不断被挤向机简内壁，加速了机筒向固体床的传热过程，同时螺杆的旋转对机筒内壁的熔膜产生剪切作用，从而使熔膜和固体床分界面的物料熔化，固体床的宽度逐渐减小，直到完全消失，即由固态转为粘流态（可塑态）。
此时塑料分子结构发生了根本的改变，分子间张力极度松弛，若为结晶性高聚物，则其晶区开始减少，无定形增多，除其中的特大分子而外，主体完成了塑化，即所谓的“初步塑化”，并且在压力的作用下，排除了固态物料中所含的气体，实现初步压实。
3，均化段，具有这样几个突出的工艺特性：
这一段螺杆螺纹深度最浅，即螺槽容积最小，所以这里是螺杆与机筒间产生压力最大的工作段；
另外来自螺杆的推力和筛板等处的反作用力，是塑料“短兵相接”的直接地带；
这一段又是挤出工艺温度最高的一段，所以塑料在此阶段所受到的径向压力和轴向压力最大，这种高压作用，足以使合于塑料内的全部气体排除，并使熔体压实、致密。
该段所具有的“均压段”之称即由此而得。
由于高温的作用，使得经过融熔段未能塑化的高分子在此段完成塑化，从而最后消除“颗粒”，使塑料塑化充分均匀，然后将完全塑化熔融的塑料定量、定压地由机头均匀地挤出。
四．挤出过程中塑料的流动状态
挤出过程中，由于螺杆的旋转使塑料推移，而机筒是不动的，这就在机筒和螺杆之间产生相对运动，这种相对运动对塑料产生摩擦作用，使塑料被拖着前进。
另外，由于机头中的模
头、多孔筛板和滤网的阻力，又使塑料在前进中产生反作用力，这就使塑料在螺杆和机筒中
的流动复杂化。
通常将塑料的流动状态看成是由以下四种流动形式组成的：
1.正流――是指塑料沿着螺杆螺槽向机头方向的流动。
它是由螺杆旋转的推挤力产生的，是四种流动形式中最主要的一种。
正流量的大小直接决定着挤出量。
2.倒流――又称逆流，它的方向与正流的流动方向正好相反。
它是由于机头中的模头、筛板和滤网等阻碍塑料的正向运动，在机头区域里产生的压力（塑料前进的反作用力）造成的。
由机头至加料口形成了“压力下的回流”也称为“反压流动”。
它能引起生产能力的损失。
3•横流一一它是沿着轴的方向，即与螺纹槽相垂直方向的塑料流动。
也是由螺杆旋转时的推
挤所形成的。
它的流动受到螺纹槽侧壁的阻力，由于两侧螺纹的相互阻力，而螺杆是在旋转中，使塑料在螺槽内产生翻转运动，形成环状流动，所以横流实质是环流。
环流对塑料在机筒中的混合、塑化及热交换影响很大，塑料所以能在螺杆中混合、塑化成熔融状态，是和环流的作用分不开的。
环流使物料在机筒中产生搅拌和混合，并且利于机筒和物料的热交换，它对提高挤出质量有重要的意义，但对挤出流率的影响很小。
4.漏流——它也是由机头中模头、筛板和滤网的阻力产生的。
不过它不是螺槽中的流动，而
是在螺杆与机筒的间隙中形成的倒流。
它也能引起生产能力的损失。
由于螺杆与机筒的间隙通常很小，故在正常情况下，漏流流量要比正流和倒流小得多。
在挤出过程中，漏流将影响挤出量，漏流量增大，挤出量将减小。
塑料的四种流动状态都不能以单独形式出现，就某一塑料质点来说，既不会有真正的倒流，也不会有封闭的环流。
熔体塑料在螺纹槽中的实际流动是上述四种流动状态的综合，以螺旋形轨迹向前的一种流动。
五，挤出量挤出量是挤塑机的重要特性参数，是挤出理论的重要研究内容之一。
如上所述挤出过程中塑料流动是人为的将螺杆按某工作特性分为三个部分，事实上，螺杆本身是一个整体；
塑料沿螺杆全长上的物态变化，是逐渐连续发生、发展并完成的，并不存在一个两相界面。
为此，对挤出量就有了两个假设，把塑料由固态转为粘流态的全过程假定发生并完成在变化区段的所谓“粘结点”，而塑料被压实则假定发生并完成在变化区段的所谓“填实点”，由此人为的将全部物料分为两部分，即“粘结点”前的固体部分和“粘结点”后的流体部分。
对于一个结构合理的挤出机构，由于挤出具有连续性的特点，其固态下的挤出量与粘流态下的挤出量应绝对相等（逸出的气体忽略不计），因此挤出量即可由两部分之一求得，一般都以后段的流体力学方法计算，对等距不等深螺杆的挤出量计算公式是：
V*b*h1-h2b*g*p*h12*h22
h1+h26n*L*（h1+h2）
式中：
Q挤出量（cm3/分）；
V――螺杆在推进方向的速度（cm/分）；
b——螺槽宽度（cm）
h1――填实点螺纹深度（cm）；
h2――端部螺纹深度（cm）;
g重力加速度（cm/分2）;
p挤出压力（kg/cm2）；
n料粘度（kg/cm?
分）
L——填实点到端部螺纹展开长度（cm）。
挤出量计算公式来看，影响挤出量的因素主要是：
I）挤出压力越大，挤出量就越小。
挤出压力是推力与其反作用力形成的，挤出压力大则反作用
力大，而反作用力是回流（倒流和漏流）产生的根源，故挤出压力越大，对正流的抵消
作用也就越大，从而使挤出量减少。
2）螺槽越浅，挤出量越稳定。
在挤出过程中，因温度、螺杆速度的微小变化，将导致挤出压
力的变化。
从挤出量计算公式第二项可以知道，当螺槽深度较大时，（h12*h22）之值将很
大，即使挤出压力发生微小变化，也将引起第二项式的大量波动，影响挤出量的大幅度波动。
3）螺槽宽度越大，螺槽容积越大，则挤出量越大。
但不能一味地加大螺槽宽度来提高挤出量，因加宽螺槽宽度，将使螺纹厚度减小或塑化路径缩短，前者使螺纹耐磨强度降低，后者使塑化能力降低。
4）螺纹深度要适当，太浅则挤出量小；
太深则形成挤出量不稳，并影响塑化均匀性。
六，挤出质量
挤出质量主要指塑料的塑化情况是否良好，几何尺寸是否均一。
即径向厚度是否一致，轴向外径是否均匀。
决定塑化状况除塑料本身之外，主要是温度和剪切应变率及作用时间等因素。
挤出温度过高不但造成挤出压力的波动，而且导致塑料的分解，甚至可能酿成设备事故，因此挤出温度应按工艺温度控制。
而减小螺槽深度，增大螺杆长径比，虽然有利于塑料的热交换和延长受热时间，满足塑化均匀，但将影响挤出量，又为螺杆制造和装配造成困难。
所以确保塑化的重要考虑应是提高螺杆旋转对塑料所产生的剪切应变率，以达到机械混合均匀，挤出热交换均衡，并由此为塑化均匀提供保障。
这个应变率的大小由螺杆与机筒间的剪切应变力所决定，其剪切的应变率数值的为：
nd*N
△二
h
其中：
△——为剪切应变率（l/min）；
D为螺杆直径（cm）;
N为螺杆转速（r/min）；
H——为螺槽深度（cm）；
由此可见，在保证挤出量的要求下，可以在提高转速的情况下加大螺槽深度。
此外，螺杆与机筒的间隙也对挤出质量有影响，间隙过大时则塑料的倒流、漏流增加，不但引起挤出压力波动，影响挤出量；
而且由于这些回流的增加，使塑料过热而导致塑料焦烧或成型困难。
七，挤出理论的研究
塑料挤出理论的研究就是根据塑料在挤出机中的三个历程――即从加料区的固态到过渡区
（熔融区）的固态——粘流态、直到均化区的粘流态这三种物理过程进行研究。
挤出机的挤出理论主要分成三个职能区进行研究，即一般所谓加料区的固体输送理论、熔融区的熔融理论和粘流体输送理论。
理论不同程度上揭示了物质性质、机器结构参数和工艺条件对熔融过程、输送流率的影响，为改进挤出机结构、制定合理的工艺条件、选择材料等提供了依据。
1，固体输送理论在挤出过程中，加入螺杆中的固体塑料，由旋转螺杆的推力作用，向前推进，在机头阻力作用下，物料不断被压实。
开始塑化和尚未塑化物料连续整齐排列，形成充塞于整个送料段螺槽有弹性的“固体塞”。
根据这一现象，利用固体对固体摩擦的静力平衡方程为基础，建立了固体输送理论。
2，熔融理论熔融理论是建立在热力学、流变学基础上的一种理论。
在加料段末段与加热机筒接触的物料开始熔化，在筒内表面形成一层聚合物熔膜，当熔膜的厚度超过螺纹顶与机筒之间的间隙时，就会被旋转的螺纹刮下，聚集在螺纹的前面，形成熔池。
由于随着温度的不断提高及螺杆的剪切作用，熔池不断扩大。
影响熔融段长度的因素主要是物料特性、流率、螺杆转速、机筒
温度和物料初温
3，熔体输送理论熔体输送理论又称为流体动力学理论，它是研究螺杆均化段如何保证塑料彻底塑化，并使之定压、定量、定温挤出，以获得稳定的质量和产量。
挤出复合机概述
挤出复合工艺是使用1台或多台挤出机和T型模头，把一种或多种热塑性塑料树脂在挤出机内熔融后挤入扁平模口，通过T型模头流延涂覆到另一种基材的表面上，并在热黏状态下压合成复合薄膜。
1．挤出复合工艺的特点
挤出复合工艺的成本相对较低。
目前一些较为先进的挤出复合机配备了薄边机构，实现了免切边，使边料的损失降到最低，进一步提高了挤出复合工艺在成本上的优势。
同时，挤出复合工艺还具有生产速度快、可供选择的基材范围广，复合制品残留溶剂少。
环境污染小等优点。
但挤出复合工艺也存在一些缺点，如设备初期投资较大，在升降温或更换树脂时损耗较大，
生产和质量控制相对比较复杂，易产生高温异味和产品平整度差等问题。
另外，挤出复合工艺
的复合强度相对较低，尤其是挤出复合速度较快时更容易出现这种情况。
但随着塑料树脂挤出
复合设备和技术的不断发展，挤出复合工艺的缺点逐渐被克服。
同时，挤出复合产品的范围也在进一步扩大，其独有的优势越来越明显。
2．挤出复合机的基本类型
随着技术的不断进步，挤出复合机出现了高速化，多层化、自动化，数字化、智能化，连线生产等发展趋势。
根据功能结构，挤出复合机分为单面一次涂覆复合型（普通型）、单面两次涂
覆复合型（串联型）、两面各一次涂覆复合型、单面两次和两面各一次涂覆复合兼用型、挤出与千式两用复合型等。
在软包装领域，单面一次涂覆复合型（普通型）和单面两次涂覆复合型（串联型）占绝大多数。
（1）单面一次涂覆复合型
该类型是挤出复合机基本的构成装置，在软包装领域使用最多。
在生产线中，它主要由两部分组成：
①树脂的熔融流延制膜装置，包括挤出机、连接器、下型模头、挤出机移动装置、挤出机附属装置、加热与温控装置等。
②涂布复合装置，包括放卷装置、底涂涂布干燥装置，预热或电晕处理装置、涂覆复合装置、喷粉装置、收卷装置等。
通过配置第二基材放卷，可实现三层复合（三层夹层复合）。
（2）单面两次涂覆复合型最近在软包装领域，该类型装置的使用越来越多。
在生产线中，它由两台涂覆复合装置、两台挤出机组成，在基材的同一面上可以连续两次涂覆。
基材经过第一台挤出机高温熔融树脂复合后，再经过第二台挤出机复合，这样就能一次生产三层、四层或五层的复合薄膜。
单面两次涂覆复合型挤出复合机具有以下优点：
1在同一加工中，可以涂覆两种树脂。
2可以变换同种（或异种）树脂的温度。
3同种（或异种）树脂的涂覆厚度可自由组合，通过添加着色母料，可实现上下两层不同颜色
4可有效兼顾加工速度和挤出涂覆厚度。
5通过设置第二基材、第三基材放卷，可实现多层复合。
挤出复合的材质结构类型
①单面一次挤出复合型
挤岀树脂
基材
方便面包装膜通常采用这种方式，如BOP匡卩刷〃挤出LDPE
②单面多次挤出复合型
挤岀树脂2
挤岀树脂1
常见的果冻杯盖膜常用此方式，女口PET/PET//挤出PE//挤出EVA,NY〃挤出PE//挤出EVA
③三明治复合型
基材1
基材2
这种复合方式是将挤出的熔融树脂放在中间来粘住两面的基材，挤出的树脂充当着胶黏剂
的功能。
一般普通洗衣粉包装膜就用此种方法复合，如BOPP印刷〃挤出LDPE//LDPE薄膜
4多层挤出复合型
这种类型比较常用，如咖啡包装袋PET//挤出PE//AL//挤出PE//PE薄膜，还有塑料复合软管如牙膏管材结构PE薄膜//挤出EAA//AL//挤出EAA//PE薄膜
挤出机和机颈
1•挤出机的功能要求
挤出机应具有以下功能：
（1）混炼分散能力良好、挤出均匀。
（2）脱气性良好，不混入气泡。
（3）挤出能力较大，节约能源。
（4）温控精确、稳定。
（5）适应多种树脂。
（6）螺杆和料筒之间不会产生磨损，且维修简单，耐久性好。
2．挤出机的螺杆
挤出机的类型很多，单螺杆挤出机的使用最为普遍。
一根普通螺杆包括供料段、压缩段和均化段。
供料段起固体输送作用，塑料在供料段中呈未塑化的固态；
压缩段起塑料熔融作用，塑料在压缩段中逐渐由固态向黏流态转变，这一段中的搅拌，剪切、摩擦作用都比较复杂；
均化段的主要作用是增大对压缩段送来的熔融塑料的压力，进一步均匀塑化，并使其定压。
定量地从机头挤出。
树脂的混炼塑化程度是影响挤出复合剥离强度的重要因素。
挤出复合用的挤出机螺杆其直径一般为45-200mm，目前以直径为90mm和65mm的螺杆最为普遍，直径为200mm的螺杆主要用于3m以上的宽幅材料的涂覆。
挤出复合机所用的螺杆长径比较大（L／D=25-30），要求有足够的强度，螺杆压缩比为3.5-4螺杆的结构类型一般为突变螺杆或渐变计量型螺杆，计量段长为全长的1／3，以保证熔融树脂出料均匀、压力稳定。
常用于挤出复合的90mm挤出机，直径为90mm，长径比为25，压缩比为3.85，挤出量约为150kg／h。
3．挤出量与加工速度的关系挤出量是由螺杆直径、转速，螺杆形状、树脂温度，背压等条件决定的。
挤出量与加工速度之间的关系如下式所示：
Q=BXTXDXV
V=Q/（BXTXD）
式中，Q为挤出量（g/min）,B为薄膜宽度（cm）,T为薄膜厚度（cm）,D为树脂密度（g/cm3）,V为加工速度（cm／min）。
4．机颈
机颈即为连接挤出机和T型模头的部分，该部分应具有以下功能：
（1）可根据需要方便地进行调整转向螺杆的背压，以改善熔融树脂的混炼效果。
（2）更换过滤网方便，有效清除熔融树脂中的异物。
（3）树脂滞留少。
T型模头
1．T型模头的功能要求
T型模头是挤出复合机的核心部件，下型模头的质量对挤出产品的质量有着决定性影响。
下型模头应具有以下功能：
（1）具备均匀的厚度和成型所需要的温度，在较宽的树脂加工温度、熔融黏度和剪切速率范围
内均有高度的均匀性和稳定性；
模唇厚度的调节应具备高精度、方便等特点。
（2）有非常方便的薄膜宽度调节机构。
（3）有良好的薄膜边缘端部调整和边部稳定功能及防止或控制缩颈的功能。
（4）没有熔体的熔融定向，没有或尽量少的熔体部分滞留及异物黏附。
（5）拆卸、装配方便。
2．T型模头流延宽度和模唇间隙的调整在挤出复合中，用得最多的是直接支管式下型模头，模唇大部分呈V型。
采用V型的目的
是可缩短模唇到冷却辊与压辊接触线之间的距离。
这种模头有利于调整宽度、厚度和缩颈，而在控制边部稳定性和漏料等方面相对较难一些
为适应不同厚度和宽度的要求，模唇间隙和流延熔融树脂的流出宽度应可方便调节。
一般来讲，模唇间隙为0.3-1.0mm，使用调节螺栓调节。
涂覆厚度可通过调节速度来调整，当挤出机螺杆转速一定而复合线速度即收卷速度提高时，涂覆厚度变薄。
相反，如果收卷速度不变，提高螺杆转速，则涂覆量提高、涂覆厚度增加。
涂覆薄膜的宽度可用插入金属棒的方法来调节。
但模头设定宽度即可涂覆材料的宽度，通常受到挤出机直径或挤出量的限制。
挤出机直径越大、挤出量越大，模唇宽度也越大，一般宽度为600-1500mm，最宽的已达2600mm以上。
3．T型模头的缩颈现象缩颈是树脂在高温和压力状态下从下型模头流出后，流延的片状熔体两边发生的收缩。
除了这种横向的收缩，纵向边缘上也发生收缩增厚现象，但主要是横向的收缩，形成的增厚尺寸应在切边时切去。
近年来，挤出机下型模头薄边机构开始得到越来越多的应用，一些先进的模头甚至实现了免切边。
由此减少了因切边所造成的树脂和基材薄膜的浪费，很大程度上降低了挤出复合工艺的成本。
缩颈的主要影响因素见表1。
4.模头的移动和气隙调整
为了保护涂覆用橡胶压辊，便于清理调换螺杆、机头而不损坏涂覆装置，挤出机应装在导轨上，以便于其在模头方向上的前后移动。
为了调节气隙（气隙是指熔融状的树脂离开下型模头模唇到达另一基材接触线即复合辊和橡胶压辊接触线之间同空气相接触的一段距离），机座上还需
有上下升降的机构。
气隙愈大，树脂熔体表面氧化程度愈高，树脂同基材面之间的黏结力愈大，复合牢度愈好，但热封性能愈差。
因此，挤出复合时，要根据挤出复合树脂的用途来调节气隙长短，此距离通常在50-150mm。
复合部分
复合部分的主要作用是把熔融的片状树脂熔体均匀、平整地涂覆在基材薄膜上。
在此部分，挤出机下型模头挤出的熔融片状树脂熔体引入橡胶压力辊和冷却辊之间，经展平辊展平的基材薄膜也进入橡胶压力辊和冷却辊之间，片状树脂熔体与基材薄膜在压力作用下实现复合。
复合部分主要由冷却辊，橡胶压力辊、支撑辊。
修边装置、防粘喷粉撒布装置（通过防粘喷粉撒布，防止挤出复合薄膜产生层间粘连）等组成，它们是影响复合质量好坏的主要部件。
其中，冷却辊的冷却效果与表面状态对平膜挤出复合的质量有着特殊的关系。
1．冷却辊
在复合部分的各组成部件中，冷却辊是最重要的。
冷却辊为表面镀铬的钢辊，其作用是将熔融薄膜的热量带走，并在冷却和定型涂覆薄膜过程中通过与橡胶压力辊之间的压力作用使涂覆薄膜与基材薄膜相粘合。
冷却辊的表面状况几乎决定了复合膜制品的透明性。
因此，冷却辊应具备以下功能：
⑴具有均匀、有效的冷却能力，即冷却辊冷却效果好，温度分布均匀。
（2）表面光滑，给予复合产品良好的透明性、光泽度，爽滑性及耐粘连性。
（3）能承受复合压辊压力和冷却水的
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