高分子材料加工工艺
第七章 挤出成型
教学目的：掌握挤出成型的适用原料范围、工艺特点及应用领域；单螺杆挤出机的基本结构及作用；橡胶的压出成型工艺及影响因素；双螺杆挤出机的结构、分类及工作原理。
重点内容：螺杆的结构及作用；单螺杆的挤出成型原理；单螺杆挤出成型工艺流程；管材、薄膜及板材的挤出工艺流程。
难点内容：单螺杆的挤出基础理论。
熟悉内容：影响单螺杆挤出机生产效率的因素；挤出成型工艺在高分子材料加工中的应用及发展。
主要英文词汇：
extrusion----挤出
extrusion molding----挤出成型
extruding----压出
spinning----纺丝
extruder----挤出机
extrusion head----挤塑机头
extruding die, extrusion die----挤塑模头
screw----螺杆
extrusion blow moulding----挤出吹塑
extrusion blow moulding machine----挤出吹塑机（如瓶，有模具）
extruded film----挤塑薄膜（制备薄膜）
two screw extruder----双螺杆挤出机
参考教材或资料：
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1、《高分子材料成型加工》，周达飞，唐颂超主编，中国轻工业出版社，2005年第2版。
2、《橡胶及塑料加工工艺》，张海，赵素合主编，化学工业出版社，1997年第1版。
3、《高分子材料加工工艺》讲义，青岛科技大学印刷厂，2000年。
一、概述
挤出成型是高分子材料加工领域中变化众多、生产率高、适应性强、用途广泛、所占比重最大的成型加工方法。挤出成型是使高聚物的熔体(或粘性流体)在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型，所得的制品为具有恒定断向形状的连续型材。
挤出成型工艺适合于所有的高分子材料。塑料挤出成型亦称挤塑或挤出模塑，几乎能成型所有的热塑性塑料，也可用于热固性塑料，但仅限于酚醛等少数几种热固性塑料，且可挤出的热固性塑料制品种类也很少。塑料挤出的制品有管材、板材、捧材、片材、薄膜、单丝、线缆包裹层、各种异型材以及塑料与其他材料的复合物等。目前约50%的热塑性塑料制品是挤出成型的。
此外挤出工艺也常用于塑料的着色、混炼、塑化、造粒及塑料的共混改性等，以挤出为基础，配合吹胀、拉伸等技术则发展为挤出--吹塑成型和挤出--拉幅成型制造中空吹塑和双轴拉伸薄膜等制品。可见挤出成型是塑料成型最重要的方法。
橡胶的挤出成型通常叫压出。橡胶压出成型应用较早，设备和技术也比较成熟，压出是使胶料通过压出机连续地制成各种不同形状半成品的工艺过程，广泛用于制造轮胎胎面、内胎、胶管及各种断面形状复杂或空心、实心的半成品，也可用于包胶操作，是橡胶工业生产中的一个重要工艺过程。
在合成纤维生产中，螺杆挤出熔融纺丝，是从热塑性塑料挤出成型发展起来的连续纺丝成型工艺，在合成纤维生产中占有重要的地位。
挤出成型工艺特点：
连续成型，产量大，生产效率高。
制品外形简单，是断面形状不变的连续型材。
制品质量均匀密实，尺寸准确较好。
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适应性很强：
几乎适合除了2018奥斯卡PTFE外所有的热塑性塑料。
xaml只要改变机头口模，就可改变制品形状。
可用来塑化、造粒、染色、共混改性，也可同其它方法混合成型。此外，还可作压延成型的供料。
挤出成型的基本原理：
1、塑化：在挤出机内将固体塑料加热并依靠塑料之间的内摩擦热使其成为粘流态物料。
2、成型：在挤出机螺杆的旋转推挤作用下，通过具有一定形状的口模，使粘流态物料成为连续的型材。
3、定型：用适当的方法，使挤出的连续型材冷却定型为制品。
高分子三大合成材料的挤出成型所用的设备和加工原理基本上是相同的。鉴于挤出理论和
工艺技术等方面的研究较多以塑料挤出为基础，近年来塑料挤出无论是设备还是工艺的发展，其深度和广度都有较大的提高，故本章以论述塑料挤出为重点，对橡胶压出和合成纤维的螺杆挤出纺丝，结合其本身的特点和制品的性能要求进行讨论。
挤出设备有螺杆挤出机和柱塞式挤出机两大类，前者为连续式挤出，后者为间歇式挤出。
螺杆挤出机又可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机，目前单螺杆挤出机是生产上用得最多的挤出设备，也是最基本的挤出机。多螺杆挤出机中双螺杆挤出机近年来发展最快，其应用也逐渐广泛。
柱塞式挤出机是借助柱塞的推挤压力，将事先塑化好的或由挤出机料筒加热塑化的物料从机头口模挤出而成型的。物料挤完后柱塞退回，再进行下一次操作，中产是不连续的，而且挤出机对物料没有搅拌混合作用，故生产上较少采用。但由于柱塞能对物料施加很高的推挤压力，只应用于熔融粘度很大及流动性极差的塑料，如聚四氟乙烯和硬聚氯乙烯管材的挤出成型。
第一节 单螺杆挤出机基本结构及作用
单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成。此外，每台挤出机都有一些辅助设备。其中挤出系统是挤出成型的关键部分，对挤出成型的质量和产量起重要作用。挤出系统主要包括加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分。
单螺杆挤出机结构示意图
1-树脂 2-料斗 3-硬衬垫 4-热电偶 5-the spice girls机筒 6-加热装置
7-衬套加热器 8-多孔板 9-熔体热电偶 10-口模 11-衬套
12-过滤网 13-螺杆 14-冷却夹套
一、加料装置
挤出成型的供料一般采用粒状科、粉状料和带状料。加料装置是保证向挤出机料筒连续供料的装置，形如漏斗、有圆锥形和方锥形，亦称料斗。料斗的底部与料筒连接处是加料孔，该处有截断装置，可以调整和截断料流。
在加料孔的周围有冷却夹套，用以防止高温料筒向料斗传热，避免料斗内塑料升温发粘而引起加料不均和料流受阻情况发生。料斗的侧面有玻璃视孔及标定计量的装置。有些料斗还有可以防止塑料从空气中吸收水分的预热干燥和真空减压装置，以及带有能克服粉状塑料产生”架桥”现象的搅拌器及能够定时定量自动上料或加料的装置。
二、料 筒
又叫机筒，是一个受热受压的金属圆筒。物料的塑化和压缩都是在料筒中进行的。挤出成型时的工作温度一般在180290℃。料筒内的压力可达55MPa。在料筒的外面设有分段加热和冷却的装置，以便对塑料加热和冷却。加热一般分三至四段，常用电阻或电感应加热，也有采用远红外线加热的。冷却的目的是防止塑料的过热或停车时须对塑料快速冷却，以
免塑料的降解。冷却一般用风冷或水冷。料筒要承受很高的压力，故要求具有足够的强度和刚度，内壁光滑。料筒一般用耐磨、耐腐蚀、高强度的合金钢或碳钢内衬合金钢来制造。
料筒的长度一般为其直径的1524倍。
三、螺杆
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螺杆是挤出机最主要的部件，通过螺杆的转动，对料筒内塑料产生挤压作用，使塑料发生移动，得到增压，获得由摩擦产生的热量。螺杆的结构形式对挤出成型合重要的影响，直接关系到挤出机的应用范围和生产率。
1、螺杆的结构
螺杆是一根笔直的有螺纹的金属圆棒。螺杆是用耐热、耐腐蚀、高强度的合金钢制成的，其表面应有很高的硬度和光洁度，以减少塑料与螺杆的表面摩擦力，使塑料在螺杆与料筒之间保持良好的传热与运转状况。
螺杆的中心有孔道，可通冷却水，目的是防止螺杆因长期运转与塑料摩擦生热而损坏，同时使螺杆表面温度略低于料简，防止物料粘附其上，有利物料的输送。
一般的螺杆示意图
Ds-螺杆外径 Ls-螺距 H1-加料段螺槽深度 -螺旋角 H3-均化段螺槽深度
螺杆用止推轴承悬支在料筒的中央，与料筒中心线吻合，不应有明显的偏差。螺杆与料筒的间隙很小，使塑料受到强大的剪切作用而塑化。
螺杆由电动机通过减速机构传动，转速一般为10120r/min，要求是无级变速。
2、螺杆的几何结构参数
螺杆的几何结构参数有直径、长径比、压缩比、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等，对螺杆的工作特性有重大的影响。
螺杆结构的主要参数
Ds-螺杆外径 Dh-料筒内径 Ls-螺距 H-螺槽深度be cruel to be kind
W-螺槽宽度 -螺旋角 E-螺纹棱部宽度 -间隙 L-螺杆长度 d-螺杆直径
(1)螺杆直径Ds：指其外径，通常在30200mm之间，最常见的是60150mm。随螺杆的直径增大，挤出机的生产能力提高，所以挤出机的规格常以螺杆的直径大小表示。
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(2)螺杆的长径比L/Ds：指螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比，此值通常为1525，但近年来发展的挤出机有达nothingrious40的，甚至更大。abscissaL/Ds大，能改善塑料的温度分布，混合更均匀，并可减少挤出时的逆流和漏流，提高挤出机的生产能力。L/Ds过小，对塑料的混合和塑化都不利。因此，对于硬塑料、粉状塑料或结晶型塑料要求塑化时间长，应选较大的L/Ds。L/Ds大的螺杆适应性强，可用于多种塑料的挤出。但L/Ds大大，对热敏性塑料会因受热时间大长而易分解，同时螺杆的自重增加，制造和安装都困难，也增大了挤出机的功率消耗。目前，L/Ds以25居多。
