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1 擠出成型過程及設(shè)備簡(jiǎn)介
擠出成型生產(chǎn)的基本過程
擠出成型可加工的聚合物種類很多，制品更是多種多樣，成型過程也有許多差異，但基本過程大致相同，比較常見的是以固體狀態(tài)加料擠出制品的過程。這一擠出成形過程是:將顆粒狀或粉狀的固體物料加入到擠出機(jī)的料斗中，擠出機(jī)的料筒外面有加熱器，通過熱傳導(dǎo)將加熱器產(chǎn)生的熱量傳給料簡(jiǎn)內(nèi)的物料，溫度上升，達(dá)到熔融溫度。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，料筒內(nèi)的螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，將物料向前輸送，物料在運(yùn)動(dòng)過程中與料簡(jiǎn)、螺桿以及物料與物料之間相互摩擦、剪切，產(chǎn)生大量的熱，與熱傳導(dǎo)共同作用使加入的物料不斷熔融，熔融的物料被連續(xù)、穩(wěn)定地輸送到具有一定形狀的機(jī)頭（或稱口模）中。通過口模后，處于流動(dòng)狀態(tài)的物料取近似口型的形狀，再進(jìn)入冷卻定型裝置，使物料一面固化，一面保持既定的形狀，在牽引裝置的作用下，使制品連續(xù)地前進(jìn)，并獲得終的制品尺寸。后用切割的方法截?cái)嘀破罚员銉?chǔ)存和運(yùn)輸。
比較有代表性的擠出成型的工藝過程為:聚合物熔融、成型、定型、冷卻、牽引、切割、堆放。
其他的擠出成型產(chǎn)品，隨物料特性，制品大小和產(chǎn)量要求，擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)、類型和規(guī)格可以是不同的;機(jī)頭結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸按具體制品而設(shè)計(jì)制造;冷卻定型方式依制品品種和材料性能而定;其余的輔機(jī)也會(huì)有很多不同點(diǎn)。然而，以上的各工藝環(huán)節(jié)是基本相同的。
擠出成型生產(chǎn)線的組成
完成一種擠出產(chǎn)品的生產(chǎn)線通常由主機(jī)、輔機(jī)組成，這些組成部分統(tǒng)稱為擠出機(jī)組。
1、主機(jī):一臺(tái)主機(jī)有以下三部分組成。
①擠壓系統(tǒng)。它是擠出機(jī)的關(guān)鍵部分，主要由螺桿和機(jī)筒組成。對(duì)于一般熱塑性塑料，通過擠壓系統(tǒng)，物料被塑化成均勻的熔體:對(duì)于熔體喂料和帶有化學(xué)反應(yīng)的擠出成型，則主要是使物料均勻混合成流體。在螺桿推力作用下，這些均質(zhì)流體從擠出機(jī)前端的口模被連續(xù)地?cái)D出。
②傳動(dòng)系統(tǒng)。其作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，保證螺桿在工作過程中所需要的扭矩和轉(zhuǎn)速。
③加熱冷卻系統(tǒng)。它保證物料和擠壓系統(tǒng)在成型加工中的溫度控制要求。
2.輔機(jī)
擠出機(jī)組輔機(jī)的組成根據(jù)制品的種類而定，下列幾部分組成。
①機(jī)頭（口模）。它是制品成型的主要部件，當(dāng)機(jī)頭口模的出料截面形狀不同時(shí)，便可得到不同的制品。
②定型裝置。它的作用是將從口模擠出的物料的形狀和尺寸進(jìn)行精整，并將它們固定下來，從而得到具有更為的截而形狀、表面光亮的制品。
③冷卻裝置。從定型裝置出來的制品，在冷卻裝置中充分地冷卻固化，從而得到后的形狀。
④牽引裝置。它用來均勻地引出制品，使擠出過程穩(wěn)定地進(jìn)行。牽引速度的快慢，在一定程度上，能調(diào)節(jié)制品的截面尺寸，對(duì)擠出機(jī)生產(chǎn)率也有一定的影響。
⑤切割裝置。它的作用是將連續(xù)擠出的制品按照要求截成一定的長(zhǎng)度。
⑥堆放或卷取裝置。用來將切成放一定長(zhǎng)度的硬制品整齊地堆放，或?qū)④浿破肪砝@成卷。
3.控制系統(tǒng)
擠出機(jī)的控制系統(tǒng)主要由電器儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其主要作用是:控制主、輔機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使其按操作要求的轉(zhuǎn)速和功率運(yùn)轉(zhuǎn)，并保證主、輔機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行;控制主、輔機(jī)的濕度、壓力、流量和制品的質(zhì)量;實(shí)現(xiàn)全機(jī)組的自動(dòng)控制。
擠出成型生產(chǎn)工藝控制
擠出操作中，主要的工藝控制因素如下
1.螺桿轉(zhuǎn)速
螺桿的轉(zhuǎn)速在擠出生產(chǎn)線主機(jī)控制裝置中調(diào)節(jié)。螺桿轉(zhuǎn)速的大小直接影響擠出機(jī)輸出的物料量，也決定由摩擦產(chǎn)生的熱量，影響熔體物料的流動(dòng)件。螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)隨螺桿結(jié)構(gòu)和所加工的材料而異，視制品形狀、產(chǎn)量和輔機(jī)中的冷卻速度而不同。
2.螺桿背壓
擠出機(jī)前的多孔板、濾網(wǎng)和機(jī)頭上的可調(diào)節(jié)阻力元件對(duì)熔體流動(dòng)的節(jié)制作用可產(chǎn)生不同的螺桿背壓。背壓的調(diào)節(jié)使物料得到不同的混合程度和剪切，改變塑化質(zhì)量和供料的平穩(wěn)性。
3.機(jī)筒、螺桿和機(jī)頭溫度
熱塑性聚合物固體在一定的溫度條件下發(fā)生熔融，轉(zhuǎn)化為熔體。熔體粘度與溫度有反比關(guān)系.因此，擠出機(jī)的擠出量會(huì)因物料溫度的變化而受到影響。當(dāng)物料被加入到擠出機(jī)料簡(jiǎn)內(nèi)時(shí)，受到由外部加熱裝置提供的熱量以及由于做功所產(chǎn)生的摩擦熱的綜合作用。物料在機(jī)頭中時(shí)，機(jī)頭外部的加熱裝置提供熱量。
假如操作中擠出物料的溫度不足以把固體物料熔融線流動(dòng)性很差，產(chǎn)品的質(zhì)量不會(huì)達(dá)到要求;假如溫度過高，會(huì)使聚合物過熱或發(fā)生分解。溫度的控制是擠出操作中非常重要的控制因素。
螺桿的溫度控制涉及物料的輸送率，物料的塑化、熔融質(zhì)量，許多擠出機(jī)將螺桿制造成可控制溫度的結(jié)構(gòu)。料筒各段的溫度根據(jù)物料狀態(tài)變化的需要設(shè)定。比較大的機(jī)頭也將加熱裝置分成各個(gè)部位。擠出機(jī)的溫度是螺桿，料筒各段，機(jī)頭各段分別設(shè)定并控制的。
4.定型裝置、冷卻裝置的溫度。
擠出不同的產(chǎn)品，采用的定型方式和冷卻方式是不同的，相關(guān)的設(shè)備各種各樣.但共同的都需要控制溫度.冷卻介質(zhì)可以是空氣、水或其他液體，溫度關(guān)系冷卻適度、生產(chǎn)效率、制品內(nèi)應(yīng)力，若為結(jié)晶型聚合物，還關(guān)系到與制品的結(jié)晶度、晶粒尺寸相關(guān)的一些物理性能。冷卻介質(zhì)的溫度和流量是操作中可調(diào)節(jié)的。
5.牽引速度
擠出機(jī)連續(xù)擠出物料，進(jìn)入機(jī)頭，從機(jī)頭流出的物料被牽出，進(jìn)入定型裝置、冷卻裝置，牽出速度應(yīng)與擠出速度相匹配。牽引速度還決定制品截面尺寸，冷卻效果。牽引作用產(chǎn)生對(duì)制品縱向的拉伸，影響制品的力學(xué)性能和縱向尺寸的穩(wěn)定性等，有時(shí)一些工藝中靠牽引速度的調(diào)節(jié)獲得所需性能。牽引速度在擠出操作中的調(diào)節(jié)很重要。
2 擠出原理
以塑料擠出為例，簡(jiǎn)述物料在普通單螺桿擠出機(jī)中的擠出過程。固體物料從料斗加入，在旋轉(zhuǎn)著的螺桿的作用下、通過機(jī)筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用，向前輸送和壓實(shí)。在開始的階段物料呈固態(tài)向前輸送，由于機(jī)筒外有加熱圈，熱通過機(jī)簡(jiǎn)傳導(dǎo)給物料;與此同時(shí)，物料在前進(jìn)運(yùn)動(dòng)中，生成摩擦熱，使物料沿料筒向前的溫度逐漸升高，致使高分子物料從顆粒或粉狀的固體轉(zhuǎn)變成熔融的流體狀態(tài)，熔融的物料被連續(xù)不斷地輸送到螺桿前方，通過過濾網(wǎng)、分流板而進(jìn)入機(jī)頭成型，從而使高聚物熔體具有一定形狀;再通過定型、冷卻、牽引等輔機(jī)作用，就成為一定形狀的塑料制品。
在這個(gè)過程中，擠出機(jī)擠壓系統(tǒng)的主要作用是
①連續(xù)、穩(wěn)定地輸送物料;
②將固體物料塑化成熔融物料;
③使物料在溫度和組分上均勻一致。
從物料通過螺桿的擠出過程來分析，由于螺桿旋轉(zhuǎn)，使得物料與螺桿、機(jī)筒表而的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而形成的摩擦作用，強(qiáng)行將物料向前輸送;又由于實(shí)際擠出機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)尺寸的特點(diǎn)（螺槽體積從加料斗處的較大體積逐漸變小，到機(jī)筒出口處，螺槽體積小），使物料從一個(gè)大容積的空間強(qiáng)行走向小容積的空間;再由于在螺桿前端安裝有過濾網(wǎng)和分流板等阻力元件，以上三種因素，造成了沿螺桿長(zhǎng)度方向上物料的壓力上升。這種壓力的增加，對(duì)固體物料來說，可以使從加料斗加入的松散物料逐漸壓實(shí)，致使粘附于固體表面的氣體沿料斗排出。固體料壓實(shí)后，能改善機(jī)筒給予物料的熱量在物料內(nèi)部的熱傳導(dǎo).也有利于加速固體物料的熔融。當(dāng)物料從螺桿進(jìn)入口模成型時(shí)，由于物料本身的壓力存在，使擠出的制品密實(shí)，并對(duì)
制品的表而形狀和光潔度均有益處。當(dāng)物料沿螺桿前進(jìn)時(shí)，由于機(jī)筒的加熱，壓實(shí)后的固體吸收外界的熱量，在前進(jìn)時(shí)，物料與機(jī)筒、螺桿表面的摩擦產(chǎn)生摩擦熱，使靠近機(jī)筒的一層物料首先熔融，以后，熔體與機(jī)筒表面及熔體層之間的剪切摩擦作用，亦能轉(zhuǎn)化為熱量，使機(jī)筒內(nèi)的物料進(jìn)一步熔融，在到達(dá)口模之前的一段路程中，物料已全部完成了由固體狀態(tài)（玻璃態(tài)或高彈態(tài)）向粘流狀態(tài)的熔體轉(zhuǎn)變，具備了成型前物理狀態(tài)的要求。當(dāng)熔融的物料繼續(xù)沿螺桿前進(jìn)時(shí)，熔融流體不僅具有順著螺槽方向的正流流速，而且在垂直于螺槽的方向上有橫流流動(dòng)，因而形成了螺槽內(nèi)環(huán)流和轉(zhuǎn)角處的渦流，促使物料在熔融后得到充分的攪拌和混合。
從以上分析來看，物料通過螺桿的擠出包括了輸送、熔融和混合的復(fù)雜過程，這個(gè)過程能否得以圓滿完成，擠壓系統(tǒng)的螺桿結(jié)構(gòu)起著關(guān)鍵的作用。一般螺桿在擠出機(jī)中要完成三個(gè)基本職能，即:固體輸送，熔融和熔體輸送。可以想像，各個(gè)不同職能對(duì)螺桿的結(jié)構(gòu)和尺寸要求是不同的.因而普通的擠出機(jī)螺桿都可分為三個(gè)不同結(jié)構(gòu)的區(qū)段，稱為:
①加料段.進(jìn)行高分子物料的固體輸送;
②壓縮段.壓縮物料，并使物料熔融:
③計(jì)量段，對(duì)熔融物料進(jìn)行攪拌和混合（因而也可稱為均化段），并定量定壓地將熔體向口模輸送。
物料在擠出過程中，根據(jù)它的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)變化情況，也可分為三個(gè)區(qū)域:
①固體輸送區(qū)，物料溫度較低，故呈固體狀態(tài)，物料逐漸被壓實(shí)，井向前輸送;
②熔融區(qū)，料溫達(dá)到熔融溫度，逐漸熔融變成粘流流體;
③熔體輸送區(qū)，已熔融的流體沿螺桿進(jìn)行攪拌和混合，同時(shí)定量定壓輸送。
參考資料
參考資料編輯區(qū)域
