高分子材料成型课程（七）

第七章 挤出成型

1. 概述

• 用途广、比重大、变化多
• 描述：螺杆挤压通过口模，断面恒定、连续型材
• 材料：橡胶、纤维、塑料
• 功能：混炼、上色、造粒、改性、吹胀、拉伸

2. 工艺特点

• 连续成型
• 外观简单
• 质量均匀（各向异性小）
• 适应性强（材料、功能）

3. 过程
4. 设备

• 螺杆
• 柱塞

第一节 单螺杆挤出机的基本结构和作用原理

挤出机的组成：传动系统、挤出系统、加热冷却系统、控制系统、附属装置
挤出系统：加料、料筒、螺杆、机头、口模

1. 料斗

• 加热

2. 料筒

• 分段
• 加热冷却

3. 螺杆

• 螺杆结构
  • 三段：加料、压缩、熔融（均化）
• 几个参数
  • 螺杆直径 D
  • 螺杆长径比 L/D_s
  • 螺杆压缩比 A
    第一和最后螺槽容积之比
  • 螺槽深度 H
  • 螺旋角 $\theta$
  • 螺杆与料筒间隙 $\delta$
• 螺杆的作用
  • 输送物料 加料段
  • 传热塑化 压缩段
  • 混合均化物料 均化段
• 螺杆形式
  • 普通/高效
  • 螺纹数目
  • 螺杆头部外形
• 螺杆选用
  • 材料
  • 长径比
  • 压缩比

4. 机头和口模

• 作用
  • 改变流动形式
  • 成型压力
  • 塑化
  • 制品形状
• 组成
• 机头分类
  • 加工制品、工艺不同

5. 传动系统
6. 附属设备

第二节 成型原理

热塑性塑料的变化

• 静态变化
• 动态变化

1. 挤出过程和螺杆功能

• 加料段： 固体输送 小形变
• 压缩段：熔融区 大形变，熔融流动次要地位
• 均化段：熔体输送 流动主要地位

2. 挤出理论

• 固体输送理论
  • 塑料固结
  • 运动模式
    • 旋转 螺杆摩擦力
    • 轴向水平运动 料筒表面
    • 改进方法
• 融化理论
  • 相迁移
  • 熔化过程
  • 相迁移面
  • 熔化长度
  • 模型建立
• 熔体输送理论
  • 拖曳流动
  • 均化段螺槽内的流动类型
    • 正流 Q_D
    • 逆流 Q_P
    • 横流 Q_T
    • 漏流 Q_L
    • 流量计算$Q=Q_D-(Q_P+Q_L)$
• 螺杆和机头（口模）特性曲线
  • 螺杆曲线 $q_v=An-B\tfrac{\Delta p}{\eta}$
  • 口模曲线 $q_v=K\cdot \tfrac{\Delta p}{\eta}$
• 影响生产率的因素
  • 机头压力
    • $\Delta p=0$ 挤出率最大，自由挤出
    • 最大压降
  • 螺杆转速
    • n 与 q_v 成正比，在结构尺寸不变时
  • 螺杆几何尺寸
    • 直径D：二次方关系
    • 螺槽深H：与口模阻力有关，压敏性，逆流的效应
    • 均化段长度L_3: L_3 越大，q_v 越大，$\Delta q$越小
  • 物料温度
    • 粘度变化：
      • 有关：原因
      • 无关：原因
  • 机头口模阻力
    • 阻力与面积和长度有关
    • 阻力越小，压力变化越重要

第三节 挤出工艺

1. 工艺流程图

• 原料准备与预处理
• 挤出成型
• 定型冷却
  • 定型设备与方法
• 制品卷取
  • 牵引速度
• 后处理
  • 温度

2. 典型工艺

• 管材挤出
  • 分流器
  • 管芯
  • 定径装置
• 薄膜挤出吹塑
  • 机头口模
  • 吹胀比
• 板材挤出
  • 厚度范围

reading report：Fundamentals of plasticating extrusion_ I_ A theoretical model for melting
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