塑料挤出设备.pptx
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1、二、塑料挤出生产过程第1页/共74页三、塑料挤出成型过程加料加热,熔融粘流态(塑化)压力下通过口模(成型)第2页/共74页四、挤出成型设备组成冷却定型卷取(切断)挤出机(主机)挤出机(主机)辅机辅机控制系统控制系统挤出机组牵引第3页/共74页1、挤出机(主机)挤压系统传动系统加热冷却系统第4页/共74页2、辅机机头(口模)定型装置冷却装置牵引装置卷取装置切割装置第5页/共74页3、控制系统由电器、仪表和执行机构组成。由电器、仪表和执行机构组成。可控制主机和辅机的拖动电机、驱动油泵、液压缸等机构的动可控制主机和辅机的拖动电机、驱动油泵、液压缸等机构的动作。作。并检测主机和辅机的温度、压力等参数,
2、并检测主机和辅机的温度、压力等参数,最终实现对整个挤出机组的控制和对产品质量的控制。最终实现对整个挤出机组的控制和对产品质量的控制。第6页/共74页五、挤出机的分类与型号表示螺杆数量无螺杆(柱塞式)单螺杆双螺杆多螺杆螺杆空间位置卧式立式可否排气排气式挤出机:可排出物料中的水分、溶剂、不凝气体等非排气式挤出机:装配结构整体式挤出机:分开式挤出机:1 1 1 1、挤出机的分类、挤出机的分类第7页/共74页2、塑料挤出机的型号基本型号基本型号辅助型号辅助型号类别代号组别代号型别代号主参数代号设计序号辅机型号:在主参数代号前加辅机型号:在主参数代号前加“F”和辅机的组、型代号;和辅机的组、型代号;主参
3、数为辅机主参数。主参数为辅机主参数。SJSJ-150SJ-FM1700:SJ-FM1700:牵引滚筒工作长度为牵引滚筒工作长度为1700mm1700mm的吹塑薄膜辅机的吹塑薄膜辅机第11页/共74页挤出机实例:单螺杆机第12页/共74页挤出机实例:双螺杆机第13页/共74页挤出机实例:机组第14页/共74页3、单螺杆挤出机的技术参数(1)螺杆直径D(mm)指螺杆大径;(2)螺杆长径比L/D指螺杆工作部分长度L与螺杆直径D之比;(3)螺杆转速范围nminnmax(r/min)指螺杆可获得稳定的最小和最大的转速范围;(4)螺杆驱动电动机功率P(kW);(5)挤出机生产能力(产量)Q(kg/h)比流
4、量qQ实测/n实测,螺杆每转一周挤出机的生产能力;(6)料筒的加热功率E(kW);常见国产挤出机规格第15页/共74页表第16页/共74页第二节 挤出理论简介1、挤出理论 用于描述物料在螺杆和口模中运动、变化规律的基本理论。2、工作过程与螺杆的职能分区 固体输送、熔融、均化3、挤出理论的三种过程 固体输送理论:描述加料区(固体输送区)内物料的固体输送过程 熔融理论:描述过渡区(熔融区)的高弹态物料的变化过程 熔体输送理论:描述挤出区(均化区)的粘流态熔体的输送过程第17页/共74页一、固体输送理论1、理论依据 固-固摩擦静力平衡 假设:物料为密度固定的固体塞子、塞子与所有面接触且摩擦系数恒定、
5、摩擦系数无关密度而与温度有关、螺槽为等深矩形并忽略杆筒间隙、料筒相对螺杆转动。2、公式 其中,Qs为固体输送率;n为转速;h1为螺槽深;W为螺槽平均宽度;Db为螺杆外径;e为螺棱法向宽度;为固体输送角;为螺旋升角。第18页/共74页固体输送理论的结论1、Qs与n、h1成正比,与螺杆直径接近平方成正比;2、Qs随固体输送角的增大而增大。3、输送率与摩擦系数有关。欲达高输送率,需螺杆光滑、筒壁轴向系数小而周向系数大;4、输送区尽早建立较大压力有利于稳定输出;动力主要消耗在料筒摩擦上;物料的性质和形状影响输送率、压力的建立和温升。应用:纵向锥度并开槽、强力冷却第19页/共74页二、熔融理论1、理论依
6、据 冷却实验 假设:过程稳定、固相为均匀连续体、熔融体温度范围窄故与固相分界明确、螺槽截面为矩形、固体塞子厚度无限且密度不变、速度不变。2、公式 熔融区长度为:第20页/共74页熔融理论的结论对熔融区长度的影响:1、物料性能 比热容、导热系数、密度、熔融潜热、熔融温度,则使ZT变小。2、工艺条件 挤出量G:增则使熔融的发生和结束均推迟,ZT加长,末端温度波幅增大,质量变坏。3、螺杆几何参数 螺槽渐变度、螺棱料筒间隙应用:背压控制、渐变螺槽、间隙控制第21页/共74页三、熔体输送理论1、理论依据 如何保证塑料在均化段完全塑化,并使其定压、定量和定温地从机头挤出,以获得稳定的产量和高质量的产品。假
7、设:等温牛顿流体、粘度密度不变、层流、不可压缩、等螺距、矩形等深槽并忽略曲率、因槽宽大故速度沿螺槽不变、螺筒转动。2、熔体的流动 正流、逆流、横流、漏流3、流量公式 Q=Qz-Qp-QL第22页/共74页熔体输送理论的流量分析1、螺杆转速n、直径D2、均化段长度L3、螺棱宽度e3、螺棱螺筒间隙03、均化段螺槽深度h3 h3增1倍,则Qz增1倍,而Qp增7倍,有一个最优点。4、出口处压力p2 一定的逆流和漏流有利于均化与混合。5、分析的应用:第23页/共74页 螺杆工作时,压力从均化段开始处往后逐渐升高;螺杆出口处的压力为p,为最高压力处。螺杆出口接机头,即口模。机头中的压力分布:螺杆的出口或机
8、头的入口处最高,往后逐渐降低,至机头出口降至零。四、挤出机的综合工作点口模熔融段均化段p1p2p出料 两部分分别讨论第24页/共74页流量公式化成:忽略均化段入口处压力,则p可用机头压力p代替,即可写成:1、螺杆特性线第25页/共74页2、口模特性线 机头的物料流率显然与机头压力成正比,即机头口模的流动方程为:口模特性线如OD1、OD2、OD3。其斜率k与口模的结构、滤网设置等有关。实际工作状态是螺杆特性线和口模特性线共同决定的。第26页/共74页3、挤出机实际工作曲线1)实际工作图 不再是直线2)考虑更多因素的实际工作图 n1、n2:不同转速n2n1 k1:有压力调节,k2:则无压力调节 Q
9、u:观察制品均化度确定的质量线 Tmax、Tmin:最大允许和最小可能的熔体温度 W:经济挤出量下限线第27页/共74页第三节 挤出机结构与参数选用本节将介绍三个部分内容:一、挤压系统二、传动系统三、加热与冷却系统第28页/共74页一、挤压系统挤压系统由以下几个部分组成:(一)螺杆(三)分流板和过滤网(二)料筒 (四)加料装置第29页/共74页(一)螺杆 螺杆是完成塑料塑化和输送的关键部分。挤出机的生产率、螺杆是完成塑料塑化和输送的关键部分。挤出机的生产率、塑化质量及动力消耗等都主要取决于螺杆的性能。塑化质量及动力消耗等都主要取决于螺杆的性能。常规螺杆(普通螺杆)新型螺杆第30页/共74页1、
10、常规螺杆的结构及参数 塑料在挤出机中存在三种物理状态(玻璃态、高弹态和粘流态)塑料在挤出机中存在三种物理状态(玻璃态、高弹态和粘流态)的变化过程,每一状态对螺杆结构要求不同。的变化过程,每一状态对螺杆结构要求不同。为此,通常将挤出机的螺杆分成三段:为此,通常将挤出机的螺杆分成三段:加料段(固体输送段)加料段(固体输送段)熔融段(压缩段,或过渡段)熔融段(压缩段,或过渡段)均化段(计量段,或挤出段)。均化段(计量段,或挤出段)。第31页/共74页(1)螺杆类型的确定 渐变型:热传导好、剪切小,适合热敏性物料如非结晶型塑料,如PS、PC、PVC、POM等,也可用于结晶型塑料。突变型:剪切大,适合粘
11、度低、具突变熔点的结晶型塑料,如PE、PP、尼龙、ABS等聚烯烃类等塑料。第32页/共74页(2)螺杆直径的确定 螺杆直径已标准化。螺杆直径已标准化。应根据所加工制品的断面尺寸,加工塑料的种类和所要求应根据所加工制品的断面尺寸,加工塑料的种类和所要求的生产率来选用一定直径的螺杆。一般生产率要求越高,制品的生产率来选用一定直径的螺杆。一般生产率要求越高,制品断面尺寸越大,则螺杆直径越大。断面尺寸越大,则螺杆直径越大。选用时参考经验表选用时参考经验表 或按经验公式或按经验公式 Q=DQ=D3 3n n 计算。计算。Q(kg/h),D(cm),n(rpm),=0.003Q(kg/h),D(cm),n
12、(rpm),=0.0030.0070.007 (3)螺杆长径比的确定 大则:有利于使塑化更充分更均匀,提高制品质量。有利于使塑化更充分更均匀,提高制品质量。有利于提高挤出机的生产能力。有利于提高挤出机的生产能力。螺杆和料筒的加工制造和安装都较困难,功率消耗增大,成螺杆和料筒的加工制造和安装都较困难,功率消耗增大,成本高;影响挤出机的寿命;对热敏性塑料易产生热分解。本高;影响挤出机的寿命;对热敏性塑料易产生热分解。第33页/共74页(4)螺杆的分段及各段参数的确定1)加料段作用是将固态物料压实并输送给压缩段和均化段。作用是将固态物料压实并输送给压缩段和均化段。输送能力是它的核心问题。输送能力是它
13、的核心问题。加料段的输送能力应与后两段的熔化和均化能力相一致。加料段的输送能力应与后两段的熔化和均化能力相一致。螺纹升角:理论上45;为了加工方便,取sD,则1742螺槽深度h1:与固体输送能力、螺杆强度、物料压缩比有与固体输送能力、螺杆强度、物料压缩比有关。关。先确定h3,再由压缩比 h1加料段长度L1:由经验数据确定 非结晶型塑料:非结晶型塑料:L L1 1(0.1(0.10.25)0.25)结晶型塑料:结晶型塑料:L L1 1(0.3(0.30.65)L0.65)L第34页/共74页2)压缩段作用是进一步压实物料,排除气体并使物料熔融。物料熔融后密度增加以及在压力作用下物料被压缩,这就需
14、物料熔融后密度增加以及在压力作用下物料被压缩,这就需要补偿其体积变化以保证物料到达均化段时具有足够的致密度,要补偿其体积变化以保证物料到达均化段时具有足够的致密度,因此应有足够的因此应有足够的压缩比压缩比。等距螺杆的几何压缩比为:。等距螺杆的几何压缩比为:几何压缩比(指螺杆)物理压缩比(指塑料)压缩比一般根据经验选取,表43L L2 2以经验方法确定:以经验方法确定:非结晶型塑料:L2(0.50.6)L结晶型塑料:L2(35)D第35页/共74页压缩段的渐变度 描述螺杆从固体输送段过渡到均化段的变化速率。由熔融理论知道,渐变度的存在起加速熔融的作用。应当使由熔融理论知道,渐变度的存在起加速熔融
15、的作用。应当使渐变度与固体床的熔融速率相适应。渐变度与固体床的熔融速率相适应。(1)渐变度太大,易堵料;)渐变度太大,易堵料;(2)渐变度太小,均化段螺槽中的熔体有可能充满不完全。)渐变度太小,均化段螺槽中的熔体有可能充满不完全。设计不当将导致产量的波动。设计不当将导致产量的波动。一般设计时,因物料的熔融速率无法预先知道,仍采用前述一般设计时,因物料的熔融速率无法预先知道,仍采用前述的压缩比概念。的压缩比概念。第36页/共74页3)均化段 作用是将来自压缩段的熔料相混合,使其温度、密度和粘度达到均匀,并且定压、定量、定温地输送到机头。h h3 3的影响:应和压缩段的熔融能力相匹配。如果的影响:
16、应和压缩段的熔融能力相匹配。如果h h3 3过大,使过大,使其潜在的熔料输送能力大于熔料能够充满的能力,压缩段未熔其潜在的熔料输送能力大于熔料能够充满的能力,压缩段未熔的物料有可能进入该段。残留的固相碎片若得不到进一步均匀的物料有可能进入该段。残留的固相碎片若得不到进一步均匀塑化而挤入机头,就会影响制品质量。反之,若太浅则熔料受塑化而挤入机头,就会影响制品质量。反之,若太浅则熔料受到的剪切过大,会使熔料温度升高,甚至过热分解。到的剪切过大,会使熔料温度升高,甚至过热分解。L3 L3的影响:的影响:L3L3增大,可使物料均化时间延长,有利于物料增大,可使物料均化时间延长,有利于物料的均匀混合,但
17、过长会使加料段和压缩段在螺杆全长中所占比的均匀混合,但过长会使加料段和压缩段在螺杆全长中所占比例变小,且对热敏性塑料易引起过热分解。这两个参数一般靠例变小,且对热敏性塑料易引起过热分解。这两个参数一般靠经验确定。经验确定。h3(0.020.06)DL3(0.220.25)L (非结晶型)L3(0.250.35)L (结晶型)第37页/共74页(5)螺杆头部结构 应选择合理的螺杆头部形状,以使物料尽可能平稳地从螺杆进入机头,避免产生涡流,使局部滞留受热时间过长而产生热分解(滞料现象)。a、b:常用结构c、d:顶部死角,用于流动性好的塑料e、f:用于流动性差的热敏性塑料g、h:非对称头部防滞料i:
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