第六章塑料的一次成型

1、第六章 塑料的一次成型,一、擠出成型 二、注射成型 三、壓制成型 四、壓延成型 五、其它成型方法（含鑄塑、模壓燒結(jié)、傳 遞模塑、泡沫塑料成型）,塑料的一次成型與二次成型,1、一次成型： 塑料配料 加熱(Tm或Tf以上) 粘流態(tài) 流動(dòng)、成型和冷卻硬化（或交聯(lián)固化） 所需形狀,2、二次成型： 一次成型塑料成品 加熱(TgTm或Tf之間) 類橡膠態(tài) 通過外力作用 形變 簡單形狀 冷卻定型 產(chǎn)品,一次成型,二次成型,擠出成型 注射成型 模壓成型 鑄塑成型 模壓燒結(jié)成型 傳遞模塑 壓延成型 中空吹塑成型 熱成型 拉幅薄膜成型 冷成型,塑料加工方法,塑料加工工程未來發(fā)展熱點(diǎn),高效化,高速化,精密化,WP公

2、司的遠(yuǎn)程控制,36噸/小時(shí)產(chǎn)量的設(shè)備,可注射萬分之一克的精密注射機(jī),一、擠出成型,一）概述,1、擠出成型概念,也稱擠壓模塑或擠塑，即借助螺桿或柱塞的擠壓作用，使受熱熔化的塑料在壓力推動(dòng)下，強(qiáng)行通過口模而成為具有恒定截面的連續(xù)型材的一種成型方法。,應(yīng)用范圍：能成型所有熱塑性塑料和某些熱固性塑料。,生產(chǎn)的制品：管材、板材、薄膜、線纜包覆物及塑料與其它材料的復(fù)合材料等。還可以用于塑化造粒、著色和共混等。,擠出制品占熱塑性塑料制品的4050。,管材擠出生產(chǎn)線,2、擠出成型分類,1）按塑化方式分：,（1）干法：靠加熱,（2）濕法：僅用于硝酸纖維素和少數(shù)醋酸纖維素等。 用溶劑將塑料充分軟化。,（1）連續(xù)式

3、：,螺桿式擠出機(jī),單螺桿,雙螺桿,原理：借助螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓力和剪切力，使物料充分塑化和混合均勻，通過型腔（口模）而成型。,2）按加壓方式分：,（2）間歇式：,柱塞式擠出機(jī),原理：借助柱塞壓力，將事先塑化好的物料擠出口模而成型。,二）擠出設(shè)備,組成：一般是由擠出機(jī)、機(jī)頭和口模、輔機(jī)等幾部分組成的。,1、螺桿擠出機(jī),組成：擠出機(jī)由擠出裝置（螺桿和料筒）、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和加熱冷卻系統(tǒng)等主要部分組成。,1）單螺桿擠出機(jī),單螺桿擠出機(jī)是由一根阿基米德螺桿在加熱的料筒中旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的。大小一般用螺桿直徑來表示。,單螺桿擠出機(jī),基本結(jié)構(gòu),控制單元 Control unit 加料裝置 Feeding unit 驅(qū)動(dòng)裝置

4、 Driving unit 料 筒 Barrel 螺 桿 Screw 口 模 Die,2）單螺桿擠出機(jī)基本組成,（1）傳動(dòng)裝置,帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的部分。通常由電動(dòng)機(jī)、減速箱和軸承等組成。,基本要求： A.要求螺桿轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，不隨螺桿負(fù)荷的變化而變化，以保證制品質(zhì)量均勻一致。 B.在不同的場合下，又要求螺桿能變速，以達(dá)到一臺(tái)設(shè)備能適應(yīng)擠出不同塑料或不同制品的要求。,擠出機(jī)常見的傳動(dòng)形式,直流電動(dòng)機(jī)擺線針輪減速器,調(diào)速電動(dòng)機(jī)無級變速器,整流子電動(dòng)機(jī)渦輪減速箱,油壓電動(dòng)機(jī)齒輪減速,C.傳動(dòng)部分采整流子電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等裝置達(dá)到無級變速。 D. 螺桿轉(zhuǎn)速為：10100轉(zhuǎn)/分鐘。 E.設(shè)有良好的潤滑系統(tǒng)和迅

5、速制動(dòng)的裝置。,(2)加料裝置,A.供料一般采用粒料、粉料和帶狀料等幾種。,B.裝料設(shè)備通常使用錐形加料斗，其容積至少能容納1小時(shí)的用料。,C.料斗底部有截?cái)嘌b置，以便調(diào)整和切斷料流。 側(cè)面有視孔和標(biāo)定計(jì)量的裝置。,加料方式： 重力上料 強(qiáng)制上料,普通料斗,真空料斗,D.有些料斗帶有減壓或加熱裝置、攪拌器、自動(dòng)上料或加料裝置。,攪 拌 加 料 器,螺 旋 加 料 器,變 量 加 料 器,強(qiáng)制喂料料斗 Forced-feed hopper,(3)料筒,A.材料要求：為一金屬圓筒，一般用耐溫耐壓、強(qiáng)度較高、堅(jiān)固耐磨、耐腐的合金鋼或內(nèi)襯合金鋼的復(fù)合鋼筒制成。目前多采用38CrMoAl和Xaloy合金

6、. B.功能：塑料的塑化和加壓過程。壓力可達(dá)3050MPa, 溫度150410. C.組成：外部設(shè)有分區(qū)加熱和冷卻裝置。 加熱：電阻、電感或其它方式。 冷卻：風(fēng)冷或水冷。,機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式,(1)整體式：便于加熱，冷卻系統(tǒng)的設(shè)置與拆裝，而且加熱在軸向分布上較為均勻。,單螺桿擠出機(jī)整體式料筒,錐形雙螺桿擠出機(jī)整體式料筒,平行雙螺桿擠出機(jī)的組裝式機(jī)筒,(2)組裝式：由幾段機(jī)筒組裝而成，各段用法蘭 螺栓聯(lián)接在一起，破壞了機(jī)筒加熱 的均勻性，增加了熱損失。,(3)瓣合式：機(jī)筒由兩瓣組裝而成，用螺栓聯(lián)接 在一起，便于螺桿拆卸和研究。但 同樣破壞了機(jī)筒加熱的均勻性，增 加了熱損失。,平行雙螺桿擠出機(jī) 的瓣合

7、式機(jī)筒,(4)螺桿,關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)率。,A.功用： 螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng) 擠壓作用 塑料產(chǎn)生移動(dòng)、增壓和從摩擦取得部分熱量 混合和塑化 熔體在被壓實(shí)而流經(jīng)口模 取得所需形狀。,B.螺桿的種類： 因塑料品種繁多、性質(zhì)各異而需不同種類螺桿。,C.表示螺桿結(jié)構(gòu)特征的基本參數(shù) 主要有直徑、長徑比、壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料筒的間隙等。 D.螺桿材料 高強(qiáng)度、耐熱、耐腐蝕合金鋼。,(2)螺桿的主要參數(shù),、螺桿的直徑（D）與長徑比（ L/D ）, 螺桿直徑（D）,螺紋的公稱直徑，表示擠出機(jī)的大小規(guī)格，目前國內(nèi)廣泛使用為30mm、45mm、65mm、90mm、120mm、15

8、0mm、180mm的擠出機(jī)，螺桿直徑增大，加工能力提高， 擠出機(jī)的生產(chǎn)率與螺桿直徑D的平方成正比。,螺桿直徑與制品尺寸的關(guān)系,定義：螺桿工作部分有效長度與直徑之比。 常見的長徑比有15、20、25、30等，長徑比加大后，螺桿長度增加，物料相對停留時(shí)間增加，塑化更充分均勻，但加工難度增大，故應(yīng)為求在較低長徑比的條件下獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。, 長徑比（L/D）,L/D大，能改善物料溫度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能減少漏流和逆流，提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力。,L/D大，螺桿適應(yīng)能力強(qiáng)，能用于多種塑料的擠出。,但L/D過大，使塑料受熱時(shí)間增長而降解； 螺桿自重增加，自由端撓曲下垂， 引起料筒與螺桿間擦傷，使制

9、造 加工困難，增大功率消耗。,過短的螺桿，容易引起混煉的塑化不良。,、螺旋角（）,定義：螺紋與螺桿橫斷面的夾角。 隨增大，擠出機(jī)的生產(chǎn)能力提高，但剪切作用和擠壓力減??； 通常在1030之間。 等距螺桿：螺距等于直徑， 17 41,、壓縮比,定義：螺桿加料段最初一個(gè)螺槽容積與均化段最后一個(gè)螺槽容積之比。 內(nèi)涵：表示塑料通過螺桿全長范圍時(shí)被壓縮的倍數(shù)。壓縮比愈大，塑料受到的擠壓作用愈大。,螺槽淺時(shí)，能對塑料產(chǎn)生較高的剪切速率，有利于料筒壁和物料間的傳熱，物料混合和塑化的效率高，但生產(chǎn)率降低。（粘度低、熱穩(wěn)定高的塑料適用，如PA料） 螺槽深時(shí)，情況相反。（熱敏性塑料適用，如PVC）,壓縮比獲得方法：

10、等矩不等深 等深不等矩 不等距不等深 復(fù)合型螺桿,普通螺桿的壓縮比：,、螺桿的結(jié)構(gòu)形式,漸變型：等距不等深,漸變型：等深不等距,突變型,魚雷頭螺桿,螺桿構(gòu)造（Screw Construction）,螺桿功能段,固體輸送段 (Solid Convey Zone) 熔融段 (Melting Zone) 均化段 (Homogenizing Zone),加料段 (Feeding Zone) 壓縮段 (Compressing Zone) 計(jì)量段 (Metering Zone),螺桿結(jié)構(gòu)段,螺桿各段的作用,加料段：自物料入口向前延伸的一段稱為加料段，在加料段中，物料依然是固體，主要作用是使物料受壓，受熱前

11、移，螺槽一般等距等深。 融化段：壓縮段是指螺桿中部的一段，物料在這一段中受熱前移并壓實(shí)熔化，同時(shí)也能排氣，壓縮段的螺槽體積逐漸減小。 均化段：螺桿最后一段，均化段的作用是使熔體進(jìn)一步塑化均勻，并使料流定量，定壓由機(jī)頭流道均勻擠出，這段螺槽截面是恒等的，但螺槽深度較淺。,、螺桿各段的功能, 加（送）料段,將料斗供給的料送往壓縮段。,塑料在移動(dòng)過程中，一般保持固體狀態(tài)，由于受熱而部分熔化。,要求：擠出結(jié)晶聚合物最長，硬性無定形聚合物次之，軟性無定形聚合物最短。,螺槽容積可以保持不變。, 壓縮段（遷移段、過渡段）,作用：壓實(shí)物料，使物料由固體轉(zhuǎn)為熔融體，并排除物料中的空氣。,要求：為適應(yīng)將物料壓實(shí)，

12、將氣體推回加料段和物料熔化時(shí)體積減小等特點(diǎn)，本段應(yīng)對塑料產(chǎn)生較大的剪切作用和壓縮，通常使螺槽容積逐漸縮減，縮減的程度由塑料的壓縮率決定。, 均化段（計(jì)量段）,將熔融的物料，定容（定量）定壓地送入機(jī)頭使其在口模中成型。,螺槽容積恒定不變。,為避免物料因滯留在螺桿頭端面死角處引起分解，螺桿頭部常設(shè)計(jì)成錐形或半圓形。 有些螺桿的均化段是一表面完全平滑的桿體，稱為“魚雷頭”，但也有刻上凹槽或銑刻成花紋的。,魚雷頭具有攪拌和節(jié)制物料、消除流動(dòng)脈沖現(xiàn)象的作用，并能增大物料的壓力，降低料層厚度，改善加熱狀況，且能進(jìn)一步提高螺桿塑化效率。,5.2.1 螺桿擠出機(jī),螺桿三段長度的分配比例,(5)機(jī)頭和口模,機(jī)頭

13、的作用是將處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€運(yùn)動(dòng)，使塑料進(jìn)一步塑化均勻，并將熔體均勻而平穩(wěn)地導(dǎo)入口模，賦予必要的成型壓力，使塑料易于成型和取得制品密實(shí)。,口模為具有一定截面形狀的通道，塑料熔體在口模中流動(dòng)時(shí)取得所需形狀，并被口模外的定型裝置和冷卻系統(tǒng)冷卻硬化而成型。,機(jī)頭與口模的組成部件包括過濾網(wǎng)、多孔板、分流器、模芯、口模和機(jī)頸等部件。,（1）圓孔口模,擠出塑料圓棒、單絲和造粒。具有圓形出口的橫截面。,典型的一維流動(dòng)，同心圓上的軸向流速是相同。,出口具有狹縫形的橫截面。,具有分配腔,直管式口模：聚烯烴、聚酯,魚尾形口模：無死角，熔體粘度 高，熱穩(wěn)定性差,衣架式口模：停留時(shí)間一致，硬 PVC

14、,（2）扁平口模,擠出法生產(chǎn)平膜和片材。,（3）環(huán)形口模,擠出管子、管狀薄膜、吹塑用型坯、涂布電線。,出口具有環(huán)形截面。,由口模套和芯模組成，有,支架式,直角式,螺旋芯模式,儲(chǔ)料缸式,（4）異形口模,異型制品（型材）：從任一口模（異形口模）擠出而得到具有不規(guī)則截面的半成品。,有中空和開放式兩大類。,二）雙螺桿擠出機(jī),指在一根兩相連孔道組成截面的料筒內(nèi)由兩根相互嚙合或相切的螺桿組成的擠出裝置。,雙螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差別：,（1）嚙合還是非嚙合；,（2）對嚙合螺桿：同向轉(zhuǎn)動(dòng)還是反向轉(zhuǎn)動(dòng)；,（3）螺桿是圓柱形還是錐形；,（4）壓縮比的實(shí)現(xiàn)是靠：螺紋高度或?qū)С蹋?根徑由小變大或外 徑由大變??； 螺紋頭數(shù)變

15、化。,（5）螺桿是整體的還是組合的。,螺桿類型：,（1）Colombo螺桿：,螺桿分為三段，每一段有一混合室。 加料段的外徑和螺距最大； 壓縮段次之； 均化段為最小。 同一段中，螺桿是等徑等距的。,（2）錐形雙螺桿,向外反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 從加料段到計(jì)量段，螺桿的外徑和根徑均勻地由大到小變化。 螺桿各部分的長度、螺紋頭數(shù)、螺槽數(shù)、螺棱寬度、螺棱形狀等均有變化。,（3）組合型雙螺桿,由不同數(shù)目的具有不同功能的螺桿元件按一定要求和順序裝到帶導(dǎo)鍵或三角形芯軸上組合而成的。 可以連續(xù)輸送、塑化、均化、加壓、排氣。,（4）非嚙合型雙螺桿,類似兩根平行單螺桿在料筒中轉(zhuǎn)動(dòng)，但兩根螺桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)并相切。 分為單階和雙階

16、兩種形式。,三）擠出機(jī)的輔助設(shè)備,1.原料輸送、干燥等預(yù)處理設(shè)備；,2.定型和冷卻設(shè)備，如定型裝置、水冷卻裝置、空氣冷卻裝置；,3.用于連續(xù)地、平穩(wěn)地將制品接出的可調(diào)速牽引裝置；,4.成品切斷和輥卷裝置；,5.控制設(shè)備等。,四）擠出機(jī)的一般操作方法,1.開車前準(zhǔn)備的工作；,2.機(jī)器運(yùn)行開始的工作；,3.停車時(shí)的工作；,4.清理設(shè)備。,注意：電、熱、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)、笨重部件裝卸等。,三、 擠出成型原理,一） 固體輸送,以固體對固體的摩擦力靜平衡為基礎(chǔ)。,假設(shè)：,（1）物料與螺槽和料筒內(nèi)壁所有邊緊密接觸，形成固體塞或固體床，并以恒定的速率移動(dòng)；,（2）略去螺棱與料筒的間隙，物料重力和密度變化等的影響；,

17、（3）螺槽深度是恒定的，壓力只是螺槽長度的函數(shù)，摩擦系數(shù)與壓力無關(guān)；,（4）螺槽中固體物料像彈性固體塞一樣移動(dòng)，受周圍的螺桿和料筒表面之間的摩擦力控制，只有物料與螺桿之間的摩擦力小于物料與料筒之間的摩擦力時(shí)物料才能沿軸向前進(jìn)，否則物料將與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。,P：螺槽中體系的壓力； Ab、As：固體塞與料筒和螺桿間的壓力； fb、fs：摩擦系數(shù)； Fb、Fs：摩擦力。,固體輸送率Qs：,Rs、Rb：螺槽底部和頂部半徑； e:螺棱寬度； a：平均螺旋角； i:螺紋頭數(shù)。,則：,N：螺桿轉(zhuǎn)數(shù)； b：料筒表面處的螺旋角； Db：螺桿外徑； Hf：螺槽深度。,可見：固體輸送率與螺桿的幾何尺寸和移動(dòng)角有關(guān)。,

18、通常在0 90范圍， 0時(shí)，Qs為零， 90時(shí)，Qs為最大。,因此，為了增大輸送量，可以采取以下措施：,（1）螺桿直徑不變時(shí)，增大螺槽寬度,（2）減小聚合物與螺桿的摩擦系數(shù)fs,（3）增大聚合物與料筒的摩擦系數(shù)fb，如：料筒 內(nèi)開設(shè)縱向溝槽；錐形開槽料筒,（4）減小螺旋角b，使 為最大,（5）從工藝角度上考慮送料段料筒和螺桿的溫度,二）固體熔化（相遷移）過程,塑料在擠出機(jī)中的塑化過程是很復(fù)雜的。以往的理論研究多著重在均化段熔體的流動(dòng)，其次是螺桿內(nèi)固體物料在送料段的輸送。 通常塑料在擠出機(jī)中的熔化主要是在壓縮段完成,1.塑料的熔化過程,1）塑煉溫度、所需機(jī)械功（反映物料抵抗形為的粘度大小）與塑煉

19、時(shí)間的關(guān)系（圖6-9）,（1）ttA,料溫和摩擦熱作用下，粒子表面最早熔化并發(fā)生粘結(jié)，表面破壞； 聚合物分子熱運(yùn)動(dòng)加速，粒子開始膨脹，此時(shí)轉(zhuǎn)矩最小為 MA,（2） tA t tB 隨塑煉時(shí)間增長，熱量增加使溫度上升，物料粘度增大，以至到時(shí)間tB時(shí)機(jī)械功增至最大值MB,（3） tB t tC 溫度進(jìn)一步升高，塑料熔融加速，粘度減小，并逐漸轉(zhuǎn)化為螺桿擠壓作用下的粘性流動(dòng)，螺桿轉(zhuǎn)柜下降，到達(dá)時(shí)間tC時(shí)，物料溫度與粘度都達(dá)較均一平衡狀態(tài) Mc,（3） tC t tD 當(dāng)塑煉時(shí)間到達(dá)tD時(shí)，塑料出現(xiàn)熱機(jī)械降解與交聯(lián)，機(jī)械功和溫度又有所上升。,2）塑料在螺桿上由固體轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)的過程（見圖6-10（a）

20、、（b）,在擠出過程中，在螺桿加料段附近一段內(nèi)充滿著固體粒子，接近均化段的一段內(nèi)則充滿著已熔化的塑料；而在螺桿中間大部分區(qū)段內(nèi)固體粒子與熔融物共存,圖（a）中示出了固體床在展開螺槽內(nèi)的分布和變化情況。圖（b）則表示了固體床在熔化區(qū)隨熔融過程進(jìn)行而逐漸消失的情況。,由實(shí)驗(yàn)觀察到在一個(gè)螺槽中固體物料的熔化過程：,與料筒表面接觸的固體粒子，由于料筒的傳導(dǎo)熱和摩擦熱的作用，首先熔化，并形成一層薄膜，稱為熔膜。,這些不斷熔融的物料，在螺桿與料筒的相對運(yùn)動(dòng)下，不斷向螺紋推進(jìn)面匯集，從而形成漩渦狀的流動(dòng)區(qū)，稱為溶池。,3 ）一個(gè)螺槽內(nèi)固體物料的熔化過程（可用圖6-11表示 ）,在溶池的前邊充滿著受熱軟化和半

21、熔融后粘結(jié)在一起的固體粒子和尚未完全熔結(jié)和溫度較低的固體粒子，統(tǒng)稱為固體床。,沿螺槽前移的過程中，固體床寬度逐漸減小，直至全部消失。,從熔化開始到固體床的寬度下降到零的總長度，稱為熔化區(qū)的長度。一般的，熔化速率越高，熔化長度越短。,4）塑料往機(jī)頭方向輸送時(shí)的熔融過程（如圖6-10（a）所示）,自熔融區(qū)始點(diǎn)（相變點(diǎn)）A開始，固相的寬度將逐漸減小，液相寬度則逐漸增加，直到熔化區(qū)終點(diǎn)（相變點(diǎn)）B，固相寬度就減小到零。螺槽的整個(gè)寬度內(nèi)均將為熔融物充滿。 從熔化開始到固體床的寬度降到零為止的總長，稱為熔化長度。 一般，熔化速率越高則熔化長度越短；反之就越長。在熔化區(qū)域中，固體床在螺槽中的厚度（即為螺槽深

22、）沿?cái)D出方向逐漸減小。 （見6-12）,圖6-12是聚丙烯在90毫米螺桿中固體床厚度變化情況 （N=60rpm, Q=71Kg/h）,5）熔化實(shí)驗(yàn)結(jié)論 A. 塑料的整個(gè)熔化過程是在螺桿熔融區(qū)進(jìn)行的， B. 塑料的整個(gè)熔化過程直接反映了固相寬度沿螺槽方向變化的規(guī)律，這種變化規(guī)律，決定于螺桿參數(shù)、操作條件和塑料的物性等。,6）熔化理論的物理模型 （見圖6-13）,（1）表征塑料熔化過程固相寬度沿螺槽方向變化的規(guī)律，需要對實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果作一些假設(shè)： （i）擠出過程是穩(wěn)定的，即在擠出過程中螺桿上某一螺槽內(nèi)的分界面位置固定不變； （ii）整個(gè)固相為均勻連續(xù)體； （iii）塑料的熔融溫度范圍較窄，因此固液相

23、之間的分界面比較明顯；螺槽與固相的橫斷面都是矩形的。 由此得圖6-13簡化模型,實(shí)踐表明，熔化物料的熱源有二： 一是依靠料筒傳來的熱量； 一是熔膜內(nèi)摩擦剪切產(chǎn)生的熱量。 這些熱量通過熔膜（1）傳導(dǎo)到遷移面（3），使固體粒子在分界面上熔化，由此形成沿螺槽深度方向（y向）物料的溫度分布，如圖6-14（b）所示。,當(dāng)熔膜的厚度超過螺紋間隙時(shí)，熔膜被料筒表面“拖曳”而匯集于熔池（2）；同時(shí)固體床又以一定速度沿y方向移向分界面，加以補(bǔ)充形成新的熔膜，以保證穩(wěn)定狀態(tài)。在擠出過程中曾假定螺桿不動(dòng)而料筒旋轉(zhuǎn)，則料筒將以切線速度 運(yùn)動(dòng)，其值可用料筒直徑 及螺桿轉(zhuǎn)速N表示：,（6-6）,這個(gè)速率可分解成二個(gè)分量見

24、圖6-10（a）：,（6-7）,（6-8）,式中 為螺桿上螺紋的螺旋角； 是物料沿螺槽移動(dòng)的速度。由于料筒內(nèi)表面對物料的拖曳作用，在料筒表面上最大. 從料筒表面到固體床之間會(huì)出現(xiàn)速度的迅速減小 （圖6-14a）,三、熔體輸送,正常狀態(tài)下均化段的生產(chǎn)率就可代表擠出生產(chǎn)率，該段的功率消耗也作為整個(gè)擠出機(jī)功率消耗的計(jì)算基礎(chǔ)。,如 以代表送料段的送料速率， 代表壓縮段的熔化速率， 代表均化段的擠出速率 ，則有： （1）當(dāng) 時(shí)，擠出機(jī)供料不足，生產(chǎn)不正常，質(zhì)量不符合要求； （2）當(dāng) 時(shí)，均化段就成為控制區(qū)域，操作平衡，質(zhì)量也得到保證 ； （3）三者之間不能相差太大，否則均化段壓力太大，出現(xiàn)超負(fù)荷，操作也

25、不正常,1）熔體在均化段的輸送四種主要形式 （1）正流 即沿著螺槽向機(jī)頭方向的流動(dòng)；它是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺紋斜棱的推力在螺槽Z軸方向作用的結(jié)果，其流動(dòng)也稱拖曳流動(dòng)。塑料的擠出就是這種流動(dòng)產(chǎn)生，其體積流率（體積/單位時(shí)間）用QD表示。 正流在螺槽深度方向的速率分布見圖3-10（a） （2）逆流 方向正與流相反，它是由機(jī)頭、口模、過濾網(wǎng)等對塑料反壓所引起的反壓流動(dòng)，又稱壓力流動(dòng)。 逆流的體積流率用Qp表示，速度分布見圖3-10（a）。 正流和逆流在螺桿通道中所形成的凈流動(dòng)，這是兩種速度進(jìn)行代數(shù)加合，如圖3-10（ b）所示。,1）熔體在均化段的輸送四種主要形式 （3）橫流 沿X軸方向即與螺紋斜棱相垂直方

26、向流動(dòng)。 對塑料的混合、熱交換和塑化影響很大，但對總的生產(chǎn)率影響不大，一般都不予以考慮；其體積流率用QT表示。 塑料沿X方向流動(dòng)到達(dá)螺紋側(cè)壁時(shí)受陰，而轉(zhuǎn)向Y方向流動(dòng)，以后又被料筒阻擋，料流折向與X相反的方向，接著又被螺紋另一側(cè)壁擋住，被迫改變方向，這樣便形成環(huán)流。 見圖6-13。 （4）漏流 也是由于口模、機(jī)頭、過濾網(wǎng)等對塑料的反壓引起的，不過它是從螺桿與料筒的間隙，沿著螺桿軸向料斗方向的流動(dòng)。其體積流率以QL表示。,2）擠出機(jī)的生產(chǎn)率計(jì)算 Q = QD ( Qp + QL ) (6-9) 上式作了如下假設(shè): 塑料的流動(dòng)是滯流，為牛頓型流動(dòng)； 塑料的溫度沒有變化，當(dāng)然它的粘度也不會(huì)變化； 均化

27、段螺桿寬度與該段深度比大于10； 如果螺槽深度與螺桿直徑之比h/D0.07時(shí)，螺槽側(cè)壁對塑料流動(dòng)的影響不大，可以略去。,3）單螺桿擠出機(jī)均化段的流動(dòng)速率計(jì)算 6-10 式中Q 擠出機(jī)的生產(chǎn)率，厘米3/秒； D 螺桿直徑，厘米； h 均化段螺槽深度，厘米； N 螺桿轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/秒； 螺旋角，度； e 螺紋斜棱寬度，厘米； 均化段料流壓力降，公斤/厘米2； 螺桿一機(jī)筒間隙，厘米； 塑料熔體的粘度，公斤秒/厘米2； L均化段長度，厘米。,分析： （1）漏流 的大小 與徑向間隙的三次方成正比；因此它的增大，生產(chǎn)率就明顯下降。但過小的間隙在有漏流通過時(shí)，間隙處的剪切速率太大，過度的內(nèi)摩擦熱又會(huì)使塑料分解。

28、 間隙值通常取 （用于較大螺桿） （用于較小螺桿）。一般漏流都不太大，在實(shí)際計(jì)算中有時(shí)將此項(xiàng)略去。 （2） Q的簡化計(jì)算 若用機(jī)頭壓力P來代替 ，而熔體粘度取平均值 來計(jì)算，,分析： （2） Q的簡化計(jì)算 （6-11） 上式中， A、B只與螺桿的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，因而當(dāng)螺桿確定后，A、B便是常數(shù)。 因此，擠出生產(chǎn)率主要與螺桿轉(zhuǎn)速和熔體粘度相關(guān)。,分析： （3） Q的簡化計(jì)算 如果塑料是假塑性液體，則式（6-10）略去漏流后可改為： 6-12 式中 K流動(dòng)常數(shù)；m常數(shù) 式（6-10）與式（6-12）比較可看出，右方第一項(xiàng)是完全相等的，第二項(xiàng)不相同，說明塑料的流變性能僅與式（6-12）第二項(xiàng)（在逆流項(xiàng)

29、出現(xiàn)）有關(guān)，而與第一項(xiàng)無關(guān)。,如果擠出的塑料是流動(dòng)性較大的（亦即 較小或K較大，K的意義見式2-10），則擠出量對壓力的敏感性就越大，這說明采用擠出成型是不十分相宜的。 式2-10可知：正流與螺槽深度h成正比，而逆流則與其三次或多次方成正比。因此，在壓力較低時(shí)，用淺槽螺桿的擠出量會(huì)比用深槽螺桿時(shí)低。而當(dāng)壓力高至一定程度后，其情況正相反。這一推論說明淺槽螺桿對壓力的敏感性不很顯著，而能在壓力波動(dòng)下擠出較好質(zhì)量的制品，但螺槽不能太淺，否則容易使塑料燒焦。,四）螺桿和機(jī)頭的特性曲線與擠出機(jī)生產(chǎn)率的關(guān) 系 1）螺桿特性曲線 即擠出效率與壓力之間的特性曲線 (1) 牛頓液體塑料熔體的螺桿特性曲線 塑料熔

30、體（假定為牛頓液體）通過機(jī)頭和口模時(shí)的體積流率（厘米3/秒），可用以下流動(dòng)方程簡單表示： （6-13） 為物料通過機(jī)頭和口模的壓力降（公斤/厘米2）,(1) 牛頓液體塑料熔體的螺桿特性曲線 為塑料熔體通過機(jī)頭和口模時(shí)的粘度（公斤秒/厘米2） K 為機(jī)頭和口模的阻力常數(shù)，僅與機(jī)頭大小和形狀有關(guān)，其大小計(jì)算： 對圓形口模： 對環(huán)形口模： 對狹縫形口模：,以 為斜率的直線，以N、D為變量，可得特性曲線,(2) 假塑性熔體的螺桿特性曲線,對假塑性液體來說；按同樣理由，可以將式（6-12）寫為： （6-14） 而將式（6-13）改寫為： （6-15）,特性曲線應(yīng)用： 圖6-15中兩組直線的交點(diǎn)就是操作點(diǎn)

31、，利用這種圖可以求出指定擠出機(jī)、配合不同機(jī)頭和口模時(shí)的擠出量，使用極為方便，因?yàn)橹恍瓒c(diǎn)就可以決定。,上列兩式中的 和 對給定的塑料在等溫下擠出的情況來說，都是常數(shù)。其它符號所代表的意義如前所述。,根據(jù)式（6-14）、（6-15）繪出螺桿和口模的特性曲線不是直線而是拋物線（見圖6-16）,從螺桿特性曲線與擠出量和壓力降的關(guān)系可以得出: () 擠出量隨螺桿轉(zhuǎn)數(shù)增加而增大 ,但隨模具阻力增大（即口模尺寸減?。┒鴾p小; () 螺桿螺槽深淺對物料的壓力、擠出量和溫度都有影響 A. 深槽螺桿的擠出量對壓力變化的敏感性大(6-17a); 深螺槽桿在模具阻力小時(shí)，擠出量隨槽深增加而增大；但模具阻力增大時(shí)，壓

32、力降微小變化就會(huì)引起擠出量的迅速減少； 相反，淺螺槽螺桿在模具阻力變化時(shí)，其擠出量的波動(dòng)較小 ;,B. 機(jī)頭內(nèi)熔體的壓力能引起料溫的變化 (6-17b); 深螺槽螺桿對壓力敏感性大，故物料溫度容易出現(xiàn)較大的波動(dòng)，以致影響擠出物的質(zhì)量； 淺螺槽螺桿在壓力變化時(shí)，對料溫的影響較小 .,C.均化段的長度對擠出量的影響 （ 圖6-18） 長度越大時(shí)受模具阻力的影響較小，即使因口模阻力變化而引起機(jī)會(huì)內(nèi)壓力較大的波動(dòng)時(shí)，擠出量的變化也較小 。,D. 機(jī)頭對物料流動(dòng)的阻力與口模和機(jī)頭的截面尺寸和長度有關(guān)，因而也影響擠出量。 （圖6-19） 物料流動(dòng)時(shí)受到的阻力，大體上與口模的截面積或長度成反比?？谀＝孛娉叽?/p>

33、愈大或口模平直部分愈短的機(jī)頭阻力愈小，這時(shí)機(jī)頭內(nèi)壓力的微小波動(dòng)都會(huì)引起擠出量很大的變化，并影響產(chǎn)品的質(zhì)量。,三、 擠出成型工藝與過程,通常的程序：,成型物料預(yù)處理,擠出造型,制品的定型與冷卻,制品的牽引與卷?。ㄇ懈睿?后處理,包裝,一）成型物料預(yù)處理 通常包括干燥、預(yù)熱、著色、混入各種添加劑和廢品的回收利用等。,水分：影響擠出過程的正常進(jìn)行和制品的質(zhì)量。使制品出現(xiàn)氣泡、表面晦暗、物理機(jī)械性能下降、甚至無法擠出。 控制含水量0.5以下。同時(shí)不含有任何可見雜質(zhì)。,二）擠出成型,擠出過程中螺桿轉(zhuǎn)數(shù)、料筒壓力、溫度應(yīng)視具體情況而加以調(diào)整。,1.物料溫度：來源于料筒加熱器和螺桿對物料的剪切。,料溫升高：

34、粘度降低，利于塑化； 熔體流量大，出料加快； 機(jī)頭和口模溫度過高，擠出物形狀穩(wěn)定性差，制 品收縮率增加， 甚至制品發(fā)黃、出現(xiàn)氣泡。 擠出不能正常進(jìn)行。,溫度降低：熔體粘度大，機(jī)頭壓力增加，制品密、 形狀穩(wěn)定性好，但離模膨脹嚴(yán)重，應(yīng)適 當(dāng)增大牽引速度。,料溫過低：塑化較差，且因熔體粘度大而使功率消 耗增加。,口模與模芯溫差過大：擠出制品出現(xiàn)向內(nèi)或向外翻 或扭歪情況。,2.轉(zhuǎn)速 增大螺桿的轉(zhuǎn)速：強(qiáng)化對物料的剪切作用，利于物料的混合和塑化，提高物料的壓力。,3、制品的定型與冷卻,熱塑性塑料擠出制品，在離開機(jī)頭口模后，應(yīng)進(jìn)行冷卻定型。,定型不及時(shí)，自身重力作用下，會(huì)發(fā)生形變。,大多數(shù)情況下定型與冷卻往

35、往同時(shí)進(jìn)行。,擠出管材和各種異型材時(shí)才有定型過程，擠出薄膜、單絲、線纜包覆物等不需定型。擠出板材和片材時(shí)，有時(shí)還通過一對壓輥壓平，也有定型和冷卻作用。,3、制品的定型與冷卻,管材的定型方法可用定徑套、定徑環(huán)和定徑板等，也有采用能通水冷卻的特殊口模來定徑的，但不管哪種方法，都是使管坯內(nèi)外形成壓力差，使其緊貼定徑套上而冷卻定型，定徑套總是備有水冷卻系統(tǒng)。 冷卻時(shí)，冷卻速度對制品的性能有一定影響，對硬質(zhì)塑料如聚苯乙烯、低密度聚乙烯和硬聚氯乙烯等，冷卻過快時(shí)時(shí)容易在制品中引起內(nèi)應(yīng)力等，并降低外觀質(zhì)量；對軟質(zhì)或結(jié)晶的塑料，則應(yīng)較快冷卻，否則制品極易變形,4、牽引（拉伸）和熱處理,制品從口模擠出后，產(chǎn)生離

36、模膨脹，擠出物尺寸和形狀發(fā)生改變，應(yīng)及時(shí)引出。,常用管材牽引設(shè)備：滾輪式、履帶式。 牽引速度應(yīng)與擠出速度很快地配合，且速度均勻。一般牽引速度大于擠出速度，以消除離模膨脹，并對制品進(jìn)行適度拉伸（產(chǎn)生一定程度的取向）；同時(shí)要求牽引速度十分均勻，不然就會(huì)影響其尺寸均勻和物理機(jī)械性能。,有些制品需熱處理：如由狹縫扁平口模直接擠出片材經(jīng)拉伸而得的薄膜，以減小熱收縮率，提高尺寸穩(wěn)定性。,5、 擠出成型的發(fā)展趨勢,1.大型化：單螺桿擠出機(jī)的L/D可達(dá)42；螺桿直徑可達(dá)300420mm，甚至達(dá)750mm；多螺桿擠出機(jī)直徑可達(dá)600mm（臥式），300mm（立式），長度可達(dá)875mm。,2.高擠出速度：直徑65

37、的擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速高達(dá)8001000r/min。,3.多效能：以擠出機(jī)為主機(jī)，加上輔機(jī)，可生產(chǎn)多種制品。,4.自動(dòng)化：擠出溫度及壓力等工藝條件采用PID （比例、積分、微分）測控等。,5.連續(xù)化：從粉料開始直到制品實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化連續(xù)流水線。,6、幾種制品的擠出工藝,（1）管材的擠出,擠出管材所用設(shè)備有擠出機(jī)、機(jī)頭、定型裝置、冷卻槽、牽引設(shè)備、切斷設(shè)備以及擴(kuò)口設(shè)備等。,A. 機(jī)頭和口模,大體上分為：,偏移式：內(nèi)徑尺寸要求準(zhǔn)確的生產(chǎn),直通式：常用。,擠出機(jī)擠出的熔融塑料進(jìn)入機(jī)頭由芯模及口模外套所構(gòu)成的環(huán)隙通道流出后即成為管狀物。,B.定型,擠出的管狀物首先應(yīng)通過定型裝置，使之冷卻變硬而定型。,定型方法

38、：,（）外徑定型：在管狀物外壁和定徑套內(nèi)壁緊密接觸的情況下進(jìn)行冷卻而實(shí)現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，為我國普遍采用。,（）內(nèi)徑定型：是將定徑套的冷卻水管從芯棒處伸進(jìn)，必須使用偏移式機(jī)頭。 用這種方法制得的管材內(nèi)壁比較光滑。,.C.冷卻,可用的裝置有冷卻水槽和噴淋水箱兩種。,為防止管材冷卻過程中發(fā)生彎曲變形，采用沿管材圓周上均勻布置噴水頭對管材進(jìn)行噴淋冷卻。,D.牽引,常用牽引管材的裝置有滾輪式和履帶式兩種。,滾輪式,履帶式,2、吹塑薄膜的擠出,塑料熔體由環(huán)隙形口模擠成管狀物后，即牽引裝置牽引上升（少數(shù)采用水平、向下）并同時(shí)進(jìn)行吹脹，至一定距離后，通過導(dǎo)向夾板而被牽引輥夾攏。,吹塑法廣應(yīng)用于生產(chǎn)聚乙

39、烯和聚氯乙烯等塑料薄膜。,優(yōu)點(diǎn)：1.設(shè)備緊湊，單位產(chǎn)率所需的投資少； 2.在一定范圍內(nèi)可以方便調(diào)整薄膜的寬度和（或厚度）； 3.無邊緣影響，免除整邊裝置，減少廢料損失； 4.雙軸定向，強(qiáng)度較高。,缺點(diǎn)：1.冷卻速度偏小，薄膜透明度差； 2.厚薄偏差較大。,一、擠出機(jī),單螺桿擠出機(jī)，大小隨所制薄膜的寬度和厚度而定。,產(chǎn)率受冷卻和牽引兩種速率控制。一種擠出機(jī)只適于生產(chǎn)少數(shù)幾種規(guī)格的產(chǎn)品。,二、機(jī)頭和口模,機(jī)頭類型,轉(zhuǎn)向式的直角型：應(yīng)用較多,水平向的直通型：適于熔體粘度較大，熱敏性塑料。,三）冷卻,應(yīng)控制較低的料溫。,冷卻方法：利用壓縮空氣通過風(fēng)向環(huán)向泡狀物各點(diǎn)直接吹送。還可以用冷凍空氣、二次風(fēng)環(huán)、

40、芯棒內(nèi)冷等技術(shù)。,四）牽引,吹脹的泡狀物 ，在機(jī)頭的頂部，進(jìn)入導(dǎo)向板并由牽引輥將其夾封，牽引而導(dǎo)至卷裝置。,五）操作,注意吹脹比與牽引比相等，通用的吹脹比為23。,3 雙向拉伸薄膜的平擠,采用扁平機(jī)頭。,平擠的擠出物經(jīng)過冷卻，輾光等所取得的薄膜厚薄公差小，生產(chǎn)率高，應(yīng)用廣泛，但強(qiáng)度和透明度較差，但輔以拉伸（即平擠拉伸）的成型方法，取得雙軸定向，則薄膜性能較優(yōu)越。,塑料熔體由扁平機(jī)頭擠成厚片后，被送至不同轉(zhuǎn)速的一組拉伸輥上進(jìn)行縱向拉伸，經(jīng)縱向拉伸的薄膜再送至拉幅機(jī)上作橫向拉伸，薄膜離開拉幅機(jī)后即進(jìn)行冷卻和卷取。,3、雙向拉伸薄膜的平擠,1）擠出機(jī),大小符合要求，保證物料塑化、溫度均勻，料流無脈動(dòng)

41、。,2）機(jī)頭和口模,采用中心進(jìn)料窄縫形機(jī)頭。,3）厚片的冷卻,對結(jié)晶性聚合物（聚酯、PP等）立即實(shí)行急冷。,采用冷卻轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行冷卻。,口模與冷卻轉(zhuǎn)鼓最好順向排列。,厚片厚度為拉伸薄膜的1216倍。,4）縱向拉伸,拉伸倍數(shù)等于兩拉伸輥的線速比。,拉伸輥溫度為80120。,縱拉后的薄膜需冷卻：目的是使結(jié)晶迅速停止，固定取向結(jié)構(gòu)；張緊厚片，避免回縮。,冷卻輥溫度控制在塑料的玻璃化溫度左右。,5）橫向拉伸,拉幅機(jī),預(yù)熱段：重新加熱到玻璃化溫度以上。,拉伸段：10左右的張角,拉伸倍數(shù)為拉幅機(jī)出口寬度與縱拉后薄膜寬度之比。,在2.54之間。,6）熱定型和冷卻,溫度至少應(yīng)比聚合物最大結(jié)晶速率溫度大10。,緩沖

42、段：防止熱定型段溫度直接影響拉伸段，使 拉伸段溫度得到嚴(yán)格控制。,熱定型后需冷卻至室溫，以消除熱量。,7）切邊和卷取,二、 注射成型,一） 概述,注射成型（又稱注射模塑或注塑），是成型塑料制品是一種重要方法，幾乎所有的熱塑性塑料及多種熱固性塑料都可用此法成型。,可成型各種形狀、尺寸、精度、滿足各種要求的模制品。,注塑制品約占塑料制品總量到2030%。如各種工業(yè)配件、儀器儀表零件、結(jié)構(gòu)件、殼體等。但不能生產(chǎn)很長的管、棒、板等型材。,注射成型就是將塑料（一般為粒料）在注射成型機(jī)的料筒內(nèi)加熱溶化，當(dāng)呈流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在柱塞或螺桿加壓下熔融塑料被壓縮并向前移動(dòng)，進(jìn)而通過料筒前端的噴嘴以很快速度注入溫度較低

43、的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過一定時(shí)間冷卻定型后，開啟模具即得樣品。這種成型方法是一種間歇操作過程。,二）注射機(jī)的基本結(jié)構(gòu),注塑機(jī)的類型和規(guī)格很多，目前其規(guī)格已經(jīng)統(tǒng)一，以用注塑機(jī)“一次所能注射出的聚苯乙烯最大重量，克”為標(biāo)準(zhǔn)。,分類（仍沒有統(tǒng)一）： 按外形特征劃分，分為立式、臥式、直角式、旋轉(zhuǎn)式； 按結(jié)構(gòu)特征劃分，分為柱塞式（最大注射量在60克以下的注塑機(jī)）和螺桿式（60克以上多數(shù)為移動(dòng)螺桿式） 注塑機(jī)組成：注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)、模具三部分。,1、注射系統(tǒng),（1）作用：使塑料均勻地塑化并達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)，在很高的壓力和較快的速度下，通過螺桿或柱塞的推擠注射入模。,（2）組成：加料裝置、料筒、螺桿（或柱塞及分流梭

44、）及噴嘴等部分。,A. 加料裝置,倒圓錐或錐形，容量可供12小時(shí)的用料。有的配有計(jì)量裝置、加熱或干燥裝置、自動(dòng)上料裝置等。,1、注射系統(tǒng),B. 料筒,加熱和加壓的容器，類似擠出機(jī)的料筒。但內(nèi)壁 要求盡可能光滑，呈流線型，避免縫隙、死角或不平 整處；各部分機(jī)械配合要精密。,能耐壓、耐熱、耐疲勞、抗腐蝕、傳熱性能好。,料筒大小決定于注塑機(jī)最大注射量, 柱塞式的料筒容積約為最大注射量大35倍；螺桿式是料筒容積約為最大注射量到23倍。,外部配有加熱裝置，可分段加熱和控制，通過熱電偶顯示和恒溫控制儀表來精確控制。,1、注射系統(tǒng),C.分流梭和柱塞,位置：裝在料筒前端內(nèi)腔中形狀頗似魚雷體的一種金屬部件。 作

45、用：將料筒內(nèi)流經(jīng)該處的塑料分成薄層，使塑料產(chǎn)生分流和收斂流動(dòng)，以縮短傳熱導(dǎo)程，加快熱傳遞，提高塑化質(zhì)量。 結(jié)構(gòu)：表面常有48個(gè)呈流線形的凹槽，210mm深，有幾條凸出筋，起定位和傳熱作用。,柱塞是一根堅(jiān)實(shí)的表面硬度極同的金屬圓桿，直徑通常約為20100毫米只在料筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 作用是傳遞注射油缸的壓力以施加在塑料注射入模具。,D.螺桿,移動(dòng)螺桿式注射機(jī)的重要部件，其結(jié)構(gòu)與擠出機(jī)螺桿相似。,作用：對塑料進(jìn)行輸送、壓實(shí)、塑化和施壓。,工作過程： 螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，首先將料斗來的塑料卷入，并逐步將其向前推送、壓實(shí)、排氣和塑化，熔融的塑料不斷地被推送至螺桿頂部與噴嘴之間，螺桿本身受熔體的壓力而緩慢

46、后退，當(dāng)積存的熔體達(dá)到一次注射量時(shí)，螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞液壓或機(jī)械力將熔體注射入模。,螺桿的結(jié)構(gòu)與擠出機(jī)螺桿相似，但有如下區(qū)別： （）注射螺桿的長徑比L/D較小，約在1015之間，壓縮比較小，約為22.5； （）均化段長度較短，螺槽較深（約深為15%25%），加料段長度則較長 ； （）螺桿頭部呈尖頭形（擠出螺桿為圓頭或魚雷頭形） ； （）只起預(yù)塑化和注射兩個(gè)作用，對塑化能力、壓力穩(wěn)定以及操作連續(xù)性和穩(wěn)定性等的要求沒有擠出機(jī)螺桿那么嚴(yán)格 ； （）既可旋轉(zhuǎn)又能前后移動(dòng)，從而能完成對塑料的塑化、混合和注射作用。,E.噴嘴,連接料筒和模具的橋梁。其內(nèi)徑一般都是自進(jìn)口逐漸向出口收斂的。,作用：注射時(shí)引導(dǎo)塑

47、料從料筒進(jìn)入模具，并具有一定射程。,類 型： （）通用式噴嘴 呈短管狀，壓力和熱量損失小，不易產(chǎn)生滯料和分解，不用附設(shè)加熱裝置。 （）延伸式噴嘴 ，需添設(shè)加熱裝置。適合加工高粘度塑料。,可防止熔料的流涎或回縮，對噴嘴通道實(shí)行暫時(shí)封鎖。 A.彈簧針閥式式：依靠彈簧壓合噴嘴體內(nèi)的閥芯來實(shí)現(xiàn)封鎖， B.杠桿針閥式噴嘴: 用外在液壓系統(tǒng)通過杠桿來控制聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)啟閉閥芯。有效地杜絕流涎現(xiàn)象。,（）自鎖式噴嘴,噴嘴的選擇應(yīng)根據(jù)加工的塑料性能及成型制品的特點(diǎn)來考慮。,2、鎖模系統(tǒng),作用：在注射過程中能鎖緊模具，而在取出制品時(shí)能打開模具。,鎖模力：,P：注射壓力，kg/cm2,A：垂直于施壓方向的制品投影面積，

48、cm2,鎖模機(jī)構(gòu)應(yīng)保證： 啟閉靈活、準(zhǔn)確、迅速而安全，避免運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)； 閉合時(shí)應(yīng)先快后慢，開啟時(shí)應(yīng)先慢后快再慢； 模板移動(dòng)距離、移動(dòng)速度可調(diào)。,常用的鎖模系統(tǒng)：,（1）機(jī)械式,以電動(dòng)機(jī)通過齒輪或蝸輪、蝸桿減速傳動(dòng)曲臂或以杠桿動(dòng)曲臂的機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)啟閉和鎖模作用。,（2）液壓式,用油缸和柱塞依靠液壓力推動(dòng)柱塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)啟閉和鎖模。,（3）液壓機(jī)械組合式,由撐桿機(jī)構(gòu)來達(dá)到啟閉和鎖模。,3 、注塑模具,頂出裝置：開模時(shí)頂出模內(nèi)制品,機(jī)械式,液壓式,模具：是利用本身特定形狀，使塑料（或聚合物）成型為具有一定形狀和尺寸的制品的工具。,作用：,在塑料的成型加工過程中，賦予塑料以形狀，給予強(qiáng)度和性

49、能，完成成型設(shè)備所不能完成的工作，使它成為有用的型材或制品。,基本結(jié)構(gòu)包括：澆注系統(tǒng)、成型零件、結(jié)構(gòu)零件 三部分。,澆注系統(tǒng)：塑料從噴嘴進(jìn)入型腔前的流道部分。 包括主流道、冷料穴、分流道、澆口。,成型零件：構(gòu)成制品形狀的各種零件。 包括動(dòng)模、定模、型腔、型芯、成型 桿、排氣口。,結(jié)構(gòu)零件：構(gòu)成模具結(jié)構(gòu)的各種零件。 包括執(zhí)行導(dǎo)向、脫模、抽芯、分型等動(dòng) 作的各種零件。,6.2.3 注塑模具,1）主流道,緊接噴嘴到分流道或型腔的一段通道，與噴嘴處于同一軸心線上。,特點(diǎn)：,（1）開設(shè)在模具上，可加工成主流道襯套再緊配合于模板上；,（2）主流道形狀呈圓錐形26 角，進(jìn)口端直徑應(yīng)比噴嘴孔徑大；,（3）進(jìn)口

50、端與噴嘴頭接觸處開成球面。,2）冷料穴,主流道出口端的空穴，以收集噴嘴端部兩次注射之間所產(chǎn)生的冷料，防止阻塞分流道及澆口。,冷料穴的直徑約810mm，深度約6mm。,底部常設(shè)有脫模桿，脫模桿頂部呈曲折鉤形或下陷凹槽，以便脫模時(shí)順利的抽出主流道贅物。,3）分流道,多槽模中連接主流道和各個(gè)型腔的通道。,在塑模上排列成對稱和等距離分布。,常做成圓形、半圓形、梯形、矩形或橢圓形。,在保證制品質(zhì)量和正常工藝條件下，分流道的截面積應(yīng)盡量小，長度盡可能短。,4）澆口,接通主流道（或分流道）與型腔的通道。,澆口截面要小，而不致影響外觀；,澆口通常開設(shè)在制品較厚部位；,澆口的尺寸，根據(jù)塑料熔體的性質(zhì)來決定。,截

51、面形狀為矩形或圓形。,作用：,（1）控制料流速度,（2）防止倒流,（3）使熔體受到較高的剪切而升高溫度，提高流動(dòng)性,（4）便于制品與主流道系統(tǒng)分離,5）型腔,模具中成型塑料制品的空間。,構(gòu)成型腔的組件統(tǒng)稱為成型零件。,構(gòu)成制品外形的成型零件稱為凹模（或陰模）； 構(gòu)成制品內(nèi)部形狀（孔、槽等 ）的稱為型芯或凸模（或陰模）,型腔設(shè)計(jì)原則:,（1）根據(jù)塑料的性能、制品的幾何形狀、尺寸公差 、使用要求等來確定總體結(jié)構(gòu)；,（2）選擇分型面，確定澆口和排氣孔的位置，脫模方式等；,（3）按制品尺寸進(jìn)行各種零件的設(shè)計(jì)及各個(gè)零件間的組合方式；,（4）對成型零件進(jìn)行整齊的選材、強(qiáng)度、剛度的校核；,（5）考慮加工設(shè)備

52、的操作要求。,6）排氣口,在模具中開設(shè)的一種槽形出氣口，用以排出原有的及熔料中帶入的氣體。,料流的盡頭積有氣體，不及時(shí)排出，將使制品帶有氣孔、熔接不良、充模不滿、制品局部燒傷等 。,排氣孔一般設(shè)在型腔內(nèi)料流的盡頭或模具分型面上。也可利用頂出桿與頂出孔的配合間隙、脫模板與型芯的配合間隙排氣。,排氣孔的槽深0.0250.1mm，寬1.56mm。,7）結(jié)構(gòu)零件,導(dǎo)向零件：確保動(dòng)、定模合模時(shí)準(zhǔn)確對中。,脫模裝置：將制品能迅速和順利的自型腔中脫出。,抽芯機(jī)構(gòu)：制品的側(cè)面帶孔或凹槽時(shí)，除少數(shù)制品可以強(qiáng)制脫模外，在模具中均應(yīng)設(shè)置側(cè)向分型或側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。,8）加熱或冷卻裝置,使熔料在模具內(nèi)固化定型的裝置。,可

53、自然冷卻，也可用冷卻介質(zhì)通入模具的專用管道來實(shí)現(xiàn)。,3、注塑模塑工藝過程 完整的注射工藝過程，按其先后次序應(yīng)包括：成型前的準(zhǔn)備、注射過程、制件的后處理等,1） 成型前的準(zhǔn)備,（1）成型前對原料的預(yù)處理,對原料進(jìn)行外觀和工藝性能的檢驗(yàn)，有的粉料還需造粒、染色和干燥等。,如：PC、PA、PMMA等須干燥。,小批量：熱風(fēng)循環(huán)烘箱、紅外線加熱烘箱、真空烘箱。,大批量：沸騰干燥、氣流干燥。,常壓時(shí)通常100以上，注意干燥時(shí)間和之后的防潮。,2）料筒的情況,初用某種塑料或初用注射機(jī)、生產(chǎn)中需改變產(chǎn)品、更換原料、塑料中有分解時(shí)需對注射機(jī)的料筒進(jìn)行清洗或拆換。,柱塞式：拆卸清洗或用專用料筒。,螺桿式：直接換料

54、清洗。 要求掌握塑料的熱穩(wěn)定性、成型溫度范 圍、各種塑料之間的相容性。,3）嵌件的預(yù)熱,防止嵌件的周圍出現(xiàn)裂紋或?qū)е轮破窂?qiáng)度下降。,預(yù)熱可減少熔料與嵌件的溫差，使嵌件周圍的熔料冷卻較慢，收縮均勻，產(chǎn)生熱料補(bǔ)縮作用，防止內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。,預(yù)熱溫度：110130。,4）脫模劑的選用,使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面的一種助劑。如：硬脂酸鋅（PA除外）、液體石蠟（PA常用）、硅油（較昂貴）。注意潤滑劑的用量要適中。,2）注射工序,一般地，注射過程要經(jīng)歷加料、塑化、充模、保壓、冷卻、脫模等步驟。,（1）.加料,注射成型是一間歇過程，保持定量加料，以保證操作穩(wěn)定，塑料塑化均勻，獲得良好制品。,加料

55、過多：受熱時(shí)間過長，容易引起物料的熱分解，注射機(jī)功率消耗增加。,加料過少：料筒內(nèi)缺少傳壓物質(zhì)，模腔中塑料熔體壓力降低，難于補(bǔ)塑，易引起制品收縮、凹陷、空洞等缺陷。,（2）塑化,加入的塑料在料筒中進(jìn)行加熱，由固體粒子變成熔體，經(jīng)過混合和塑化后，塑化好的熔體被柱塞或螺桿推擠至料筒的前端。,（3）充模,經(jīng)過噴嘴、模具澆注系統(tǒng)進(jìn)入并充滿型腔的過程。,(4)補(bǔ)塑,在模具中熔體冷卻收縮時(shí)，繼續(xù)保持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿，迫使?jié)部诤蛧娮旄浇娜垠w不斷補(bǔ)充入模具中。,(5)保壓,使模腔中的塑料能形成形狀完整而致密的制品。,(6)退回柱塞或螺桿，加入新料,(7)冷卻,卸除料筒中塑料的壓力，通冷卻水、油等冷卻介質(zhì)，

56、對模具進(jìn)一步冷卻。,(8)脫模,冷卻到所需溫度，可用人工或機(jī)械的方式脫模。,二) 塑料的塑化原理,1.塑化,是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)并具有良好的可塑性的全過程。,2.決定塑化質(zhì)量的因素,（1）物料的受熱情況：料筒對塑料的加熱。,（2）所受到的剪切作用：機(jī)械力強(qiáng)化混合和塑化， 摩擦熱。,3.對塑化的要求,（1）塑料熔體在進(jìn)入模腔之前要充分塑化； 既要達(dá)到規(guī)定的成型溫度又要使塑化料各處的 溫度盡量均勻一致，使熱分解物的含量達(dá)最小 值。,（2）提供上述質(zhì)量的足夠的熔融塑料以保證生產(chǎn)連 續(xù)而順利地進(jìn)行。,總之：與塑料的特性、工藝條件的控制、注射機(jī)塑化裝置的結(jié)構(gòu)有關(guān)。,4.塑料的塑化原理,以柱

57、塞式注射機(jī)的塑化為例。,塑料塑化所需的溫度來自,料筒壁對物料的傳熱,物料內(nèi)部的摩擦熱,如果進(jìn)入料筒的塑料初溫為T0，而加熱器對料筒加熱后使其內(nèi)壁溫度達(dá)到Tw，則（Tw- T0）為塑料可達(dá)到的最大溫升 .,但實(shí)際上塑料在加料口至噴嘴范圍內(nèi)只能升到比Tw要低的溫度T（TwTT0）,（1）加熱效率,則加熱效率 E，即：實(shí)際溫升與最大溫升之比。,E值高，有利于塑化。,（2）加熱效率的影響因素,在料筒幾何尺寸一定的情況下，塑料在料筒內(nèi)的受熱時(shí)間t與料筒中的存料量Vp，每次注射量W和注射周期tc有如下關(guān)系：,存料量多，注射周期長，都可增長受熱時(shí)間。,塑料的熱擴(kuò)散速率,料筒中料層的厚度a與料筒表面之間的溫差

58、,可見：塑料的熱擴(kuò)散系數(shù)正比于熱傳導(dǎo)系數(shù)。,K：熱傳導(dǎo)系數(shù)； C：塑料的比熱； ：塑料的密度。,由于塑料的導(dǎo)熱性差，故隨料層厚度增大和料筒塑料間溫差減小，料筒的加熱效率會(huì)降低。,塑料中溫度分布的影響,塑料的平均溫度 總是介于它的最低溫度（T0TiTw）與料筒溫度 之間。,TW一定時(shí)，平均溫度隨溫度分布的加寬而降低，E低，反之則高。,實(shí)踐證明：E值不應(yīng)小于0.8。,A.延長塑料在料筒中的受熱時(shí)間 B.增大塑料的熱擴(kuò)散速率 C.減小料筒中料層的厚度 D.在允許的條件下（塑料不發(fā)生分解）提高料筒壁溫等,加熱效率E,不適當(dāng)?shù)匮娱L塑料的加熱時(shí)間，反會(huì)因過熱而引起塑料降解，故一般料筒中的存量不超過38倍 （柱塞式注塑機(jī)可多些，螺桿式注塑機(jī)可少些）,（為何在料筒前端要安置分流梭？） 從增大熱擴(kuò)散速率來看，則E與塑料的性質(zhì)和塑料是否受到攪動(dòng)有關(guān)，很明顯柱塞式注塑機(jī)的加熱效率不如螺桿式注射機(jī)，塑化質(zhì)量也比其差。所以對于柱塞式注塑機(jī)減少料筒中料層厚度，尤其必要，故一般在料筒前端安置分流