熱塑性聚合物擠出造粒實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一 熱塑性聚合物擠出造粒實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握熱塑性聚合物擠出成型的基本原理；2. 了解雙螺桿擠出機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和擠出成型的基本操作；3. 掌握雙螺桿擠出機(jī)造粒的工藝過程，觀察擠出料條的色澤、塑化程度和工藝參數(shù)之間的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 擠出成型原理擠出成型，又稱擠塑，是熱塑性塑料成型加工的重要方法之一，熱塑性塑料的擠出是在擠出機(jī)的作用下完成的重要成型加工過程。在擠出過程中，物料通過料斗進(jìn)入擠出機(jī)的料筒內(nèi)，擠出機(jī)螺桿以固定的轉(zhuǎn)速推動(dòng)料筒內(nèi)物料向前輸送。不論是擠出造粒還是擠出制品都分兩個(gè)階段。第一階段即擠出過程，固體樹脂原料在進(jìn)入機(jī)筒后，借助于料筒外部的加熱和螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的剪切擠壓作用而熔融

2、，同時(shí)熔體在壓力的推動(dòng)下被連續(xù)擠出口模；第二階段即定型過程，是指被擠出的物料通過各種冷卻和定型手段失去塑性變?yōu)楣腆w，制品形狀可為條狀、片狀、棒狀、管狀。因此，應(yīng)用擠出的方法即可以造粒也能夠生產(chǎn)各種型材。通常根據(jù)物料在料筒內(nèi)的變化情況，又可以將擠出過程分成三個(gè)階段，即加料段、壓縮段和均化段。在料筒加料段，在轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿作用下，物料通過料筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用向前輸送和壓實(shí)。物料在加料段內(nèi)呈固態(tài)向前輸送。物料進(jìn)入壓縮段后由于螺桿螺槽逐漸變淺，以及靠近機(jī)頭端濾網(wǎng)、分流板和機(jī)頭的阻力而使所受的壓力逐漸升高，進(jìn)一步被壓實(shí)；同時(shí)，在料筒外加熱和螺桿、料筒對(duì)物料的混合、剪切作用所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦熱的作用下，物

3、料逐漸升溫至粘流溫度，開始熔融，大約在壓縮段處物料全部熔融為粘流態(tài)并形成很高的壓力。物料進(jìn)入均化段后將進(jìn)一步塑化和均化，最后螺桿將物料定量、定壓地?cái)D入機(jī)頭。機(jī)頭上的口模是成型部件，物料通過它便獲得一定截面的幾何形狀和尺寸，再通過冷卻定型、切割等工序就得到成型制品。2. 樹脂造粒 合成出來的樹脂大多呈粉末狀，粒徑小成型加工不方便，而且合成樹脂中又經(jīng)常需要加入各種助劑才能滿足制品的要求，為此就要將樹脂與助劑混合，制成顆粒，這步工序稱作“造粒”。如果樹脂中加入功能性助劑就可以造出功能性母粒，造出的顆粒是塑料成型加工做成塑料制品的原料。 使用顆粒料成型加工的主要優(yōu)點(diǎn)有：顆粒比粉料加料方便，無需強(qiáng)制加料

4、器；顆粒料比粉料密度大，制品質(zhì)量好；揮發(fā)物及空氣含量較少，制品不容易產(chǎn)生氣泡；使用功能性母料比直接添加功能性助劑更容易分散。樹脂造?？梢允褂幂亯悍ɑ鞜挘芰铣銎笄辛?，也可以使用擠出塑煉，塑化擠出條后切粒。擠出造?？煞掷淝蟹ê蜔崆蟹▋纱箢?。冷切法又可分拉片冷切、擠片冷切和擠條冷切等幾種；熱切法則可分干熱切、水下熱切和空中熱切等幾種。造粒的主要設(shè)備是混煉式擠出機(jī)或塑煉機(jī)（開煉機(jī)或密煉機(jī)）和切粒機(jī)。除拉片冷切法用平板切粒機(jī)造粒外，其余都是用擠出機(jī)造粒。擠出造粒有操作連續(xù)，密閉，機(jī)械雜質(zhì)混入少，產(chǎn)量高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，噪音小等優(yōu)點(diǎn)。 常見樹脂適用的造粒方法見表4-1，無論何方法，均要求粒料顆粒大小均勻，

5、色澤一致，外形尺寸不大于34mm，因?yàn)槿绻w粒尺寸過大，成型時(shí)加料困難，熔融也慢。造粒后物料形狀以球形，圓柱形或藥片形較好。表4-1 常用樹脂的造粒方法 造粒方法樹脂冷切法熱切法拉片冷切拉片冷切擠條冷切干熱切水下熱切空氣熱切軟聚氯乙烯軟聚氯乙烯聚乙烯×聚丙烯×abs×××聚酰胺××××聚碳酸酯×××聚甲醛顆粒形狀長方形正方形長方形正方形圓柱形球形藥片形球形藥片形圓柱形注：最適宜；可以；×不可以3. 擠出工藝 擠出工藝控制參數(shù)包括擠出溫度（料筒各段，機(jī)頭和口模等溫度）

6、，擠出速率，口模壓力，冷卻速率，牽引速率，拉伸比，真空度等對(duì)于雙螺桿擠出機(jī)而言，物料熔融所需要的熱量主要來自于料筒外部加熱，擠出溫度應(yīng)在塑料的熔點(diǎn)（tm）或粘流溫度（tf）至熱分解溫度范圍之間，溫度設(shè)置一般從加料口至機(jī)頭呈逐漸升高，最高溫度較塑料熱分解溫度td低15以上各段溫度設(shè)置變化不超過60。擠出溫度高，熔體塑化質(zhì)量較高，材料微觀結(jié)構(gòu)均勻，制品外觀較好，但擠出產(chǎn)率低，能源消耗大，所以擠出溫度在滿足制品要求的情況下應(yīng)該盡可能的低擠出速率同時(shí)對(duì)塑化質(zhì)量和擠出產(chǎn)率起決定性的作用，對(duì)給定的設(shè)備和制品性能來說，擠出速率可調(diào)的范圍則已定，過高的增加擠出速率，追求高產(chǎn)率，只會(huì)以犧牲制品的質(zhì)量為代價(jià)。擠出

7、過程中，需冷卻的部位包括料斗和螺桿。料斗的下方應(yīng)通冷卻水，防止物料過早的熔化粘結(jié)搭橋。另外牽引速率與擠出速率相應(yīng)匹配，以達(dá)到所造的塑料粒子均勻?yàn)闇?zhǔn)。三、實(shí)驗(yàn)原料和儀器設(shè)備1. 原料聚丙烯（pp）、活性碳酸鈣（caco3）、 硫酸鈣（caso4）、潤滑劑等。2. 儀器設(shè)備雙螺桿擠出機(jī)，熔融流動(dòng)速度儀，剪刀，耐熱手套，切粒機(jī)，冷卻水槽等。 所用雙螺桿擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：直徑34mm，螺桿長徑比32，螺桿轉(zhuǎn)速50 rpm，加熱溫度<350。擠出機(jī)的主體結(jié)構(gòu)及擠出造粒組合圖，如圖4-1所示。擠出機(jī)各部分的作用如下：（1）傳動(dòng)裝置 由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和軸承等組成。具有保證擠出過程中螺桿轉(zhuǎn)速恒定

8、、制品質(zhì)量的穩(wěn)定以及保證能夠變速作用；（2）加料裝置 無論原料是粒狀、粉狀和片狀，加料裝置都采用加料斗。加料斗內(nèi)應(yīng)有切斷料流、標(biāo)定料量和卸除余料等裝置；（3）料筒 料筒是擠出機(jī)的主要部件之一，塑料的混合、塑化和加壓過程都在其中進(jìn)行。擠出時(shí)料筒的壓力很高，工作溫度一般為180250，因此料筒是受壓和受熱的容器，通常由高強(qiáng)度、堅(jiān)韌耐磨和耐腐蝕的合金制成。料筒外部設(shè)有分區(qū)加熱和冷卻的裝置，而且各自附有熱電偶和自動(dòng)儀表等；圖4-1 擠出造粒過程示意圖 1電動(dòng)機(jī)；2減速箱；3冷卻水；4機(jī)座；5料斗；6加熱器；7鼓風(fēng)機(jī)；8機(jī)筒；9真空表；10壓力傳感器；11機(jī)頭和口模；12熱電偶；13條狀擠出物；14水槽

9、；15風(fēng)環(huán)；16切粒機(jī)控制面板；17切粒機(jī)（4）螺桿 螺桿是擠出機(jī)的關(guān)鍵部件，根據(jù)螺桿的結(jié)構(gòu)特性和工作原理分為如下幾類： 非嚙合與嚙合型雙螺桿； 嚙合區(qū)與封閉型雙螺桿； 同向旋轉(zhuǎn)和異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿； 平行和錐形雙螺桿。本實(shí)驗(yàn)采用的擠出機(jī)是嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)，螺桿結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。通過螺桿的移動(dòng)，料筒內(nèi)的樹脂顆粒才能發(fā)生移動(dòng)，得到增壓和部分熱量（摩擦熱）。螺桿的幾何參數(shù)，諸如直徑、長徑比、各段長度比例以及螺槽深度等，對(duì)螺桿的工作特性均有重大影響。圖4-2 嚙合同向雙螺桿（5）口模和機(jī)頭 機(jī)頭是口模與料件之間的過渡部分，其長度和形狀隨所用塑料的種類、制品的形狀加熱方法及擠出機(jī)的大小和類型而定。機(jī)

10、頭和口模結(jié)構(gòu)的好壞，對(duì)制品的產(chǎn)量和質(zhì)量影響很大，其尺寸根據(jù)流變學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。四、實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容1. 了解擠出樹脂的熔融指數(shù)和熔點(diǎn)，將樹脂和各種助劑在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合。初步設(shè)定擠出機(jī)各段、機(jī)頭和口模的控溫范圍，同時(shí)擬定螺桿轉(zhuǎn)速、加料速度、熔體壓力、真空度、牽引速度及切粒速度等；2. 檢查擠出機(jī)各部分，確認(rèn)設(shè)備正常，接通電源，加熱，同時(shí)開啟料座夾套水管。待各段預(yù)熱到要求溫度時(shí)，再次檢查并趁熱擰緊機(jī)頭各部分螺栓等銜接處，保溫10min以上；3. 啟動(dòng)油泵，再開動(dòng)主機(jī)。在轉(zhuǎn)動(dòng)下先加少量塑料，注意進(jìn)料和電流計(jì)情況。待有熔料擠出后，戴上手套將擠出物慢慢引上冷卻牽引裝置，同時(shí)開動(dòng)切粒機(jī)切粒并收集產(chǎn)物；4. 擠出平穩(wěn)，繼續(xù)加料，調(diào)整各部分，控制溫度等工藝條件，維持正常操作；5. 觀察擠出料條的形狀和外觀質(zhì)量，記錄擠出物均勻、光滑時(shí)的各段溫度等工藝條件，記錄一定時(shí)間內(nèi)的擠出量，計(jì)算產(chǎn)率，重復(fù)加料，維持操作1h;6. 實(shí)驗(yàn)完畢，按下列順序停機(jī)： 將喂料機(jī)調(diào)至零位，按下喂料機(jī)停止按鈕； 關(guān)閉真空管路閥門； 降低螺桿轉(zhuǎn)速，盡量排除機(jī)筒內(nèi)殘留物料，將轉(zhuǎn)速調(diào)至零位，按下主電機(jī)停止按鈕； 依次按下和電機(jī)冷