材料成型過程傳熱原理與設備

擠出成型可加工的聚合物種類很多，制品更是多種多樣，成型過程也有許多差異，但基本過程大致相同，比較常見的是以固體狀態(tài)加料擠出制品的過程。這一擠出成形過程是:將顆粒狀或粉狀的固體物料加入到擠出機的料斗中，擠出機的料筒外面有加熱器，通過熱傳導將加熱器產(chǎn)生的熱量傳給料簡內的物料，溫度上升，達到熔融溫度。機器運轉，料筒內的螺桿轉動，將物料向前輸送，物料在運動過程中與料簡、螺桿以及物料與物料之間相互摩擦、剪切，產(chǎn)生大量的熱，與熱傳導共同作用使加入的物料不斷熔融，熔融的物料被連續(xù)、穩(wěn)定地輸送到具有一定形狀的機頭(或稱口模)中。通過口模后，處于流動狀態(tài)的物料取近似口型的形狀，再進入冷卻定型裝置，使物料一面固化，一面保持既定的形狀，在牽引裝置的作用下，使制品連續(xù)地前進，并獲得最終的制品尺寸。最后用切割的方法截斷制品，以便儲存和運輸。

比較有代表性的擠出成型的工藝過程為:聚合物熔融、成型、定型、冷卻、牽引、切割、堆放。

其他的擠出成型產(chǎn)品，隨物料特性，制品大小和產(chǎn)量要求，擠出機的結構、類型和規(guī)格可以是不同的;機頭結構、形狀、尺寸按具體制品而設計制造;冷卻定型方式依制品品種和材料性能而定;其余的輔機也會有很多不同點。然而，以上的各工藝環(huán)節(jié)是基本相同的。

完成一種擠出產(chǎn)品的生產(chǎn)線通常由主機、輔機組成，這些組成部分統(tǒng)稱為擠出機組。

1、主機:一臺主機有以下三部分組成。

①擠壓系統(tǒng)。它是擠出機的關鍵部分，主要由螺桿和機筒組成。對于一般熱塑性塑料，通過擠壓系統(tǒng)，物料被塑化成均勻的熔體:對于熔體喂料和帶有化學反應的擠出成型，則主要是使物料均勻混合成流體。在螺桿推力作用下，這些均質流體從擠出機前端的口模被連續(xù)地擠出。

②傳動系統(tǒng)。其作用是驅動螺桿，保證螺桿在工作過程中所需要的扭矩和轉速。

③加熱冷卻系統(tǒng)。它保證物料和擠壓系統(tǒng)在成型加工中的溫度控制要求。

2.輔機

擠出機組輔機的組成根據(jù)制品的種類而定，下列幾部分組成。

①機頭(口模)。它是制品成型的主要部件，當機頭口模的出料截面形狀不同時，便可得到不同的制品。

②定型裝置。它的作用是將從口模擠出的物料的形狀和尺寸進行精整，并將它們固定下來，從而得到具有更為精確的截而形狀、表面光亮的制品。

③冷卻裝置。從定型裝置出來的制品，在冷卻裝置中充分地冷卻固化，從而得到最后的形狀。

④牽引裝置。它用來均勻地引出制品，使擠出過程穩(wěn)定地進行。牽引速度的快慢，在一定程度上，能調節(jié)制品的截面尺寸，對擠出機生產(chǎn)率也有一定的影響。

⑤切割裝置。它的作用是將連續(xù)擠出的制品按照要求截成一定的長度。

⑥堆放或卷取裝置。用來將切成放一定長度的硬制品整齊地堆放，或將軟制品卷繞成卷。

3.控制系統(tǒng)

擠出機的控制系統(tǒng)主要由電器儀表和執(zhí)行機構組成，其主要作用是:控制主、輔機的驅動電機，使其按操作要求的轉速和功率運轉，并保證主、輔機協(xié)調運行;控制主、輔機的濕度、壓力、流量和制品的質量;實現(xiàn)全機組的自動控制。

擠出操作中，主要的工藝控制因素如下

1.螺桿轉速

螺桿的轉速在擠出生產(chǎn)線主機控制裝置中調節(jié)。螺桿轉速的大小直接影響擠出機輸出的物料量，也決定由摩擦產(chǎn)生的熱量，影響熔體物料的流動件。螺桿轉速的調節(jié)隨螺桿結構和所加工的材料而異，視制品形狀、產(chǎn)量和輔機中的冷卻速度而不同。

2.螺桿背壓

擠出機前的多孔板、濾網(wǎng)和機頭上的可調節(jié)阻力元件對熔體流動的節(jié)制作用可產(chǎn)生不同的螺桿背壓。背壓的調節(jié)使物料得到不同的混合程度和剪切，改變塑化質量和供料的平穩(wěn)性。

3.機筒、螺桿和機頭溫度

熱塑性聚合物固體在一定的溫度條件下發(fā)生熔融，轉化為熔體。熔體粘度與溫度有反比關系.因此，擠出機的擠出量會因物料溫度的變化而受到影響。當物料被加入到擠出機料簡內時，受到由外部加熱裝置提供的熱量以及由于做功所產(chǎn)生的摩擦熱的綜合作用。物料在機頭中時，機頭外部的加熱裝置提供熱量。

假如操作中擠出物料的溫度不足以把固體物料熔融線流動性很差，產(chǎn)品的質量不會達到要求;假如溫度過高，會使聚合物過熱或發(fā)生分解。溫度的控制是擠出操作中非常重要的控制因素。

螺桿的溫度控制涉及物料的輸送率，物料的塑化、熔融質量，許多擠出機將螺桿制造成可控制溫度的結構。料筒各段的溫度根據(jù)物料狀態(tài)變化的需要設定。比較大的機頭也將加熱裝置分成各個部位。擠出機的溫度是螺桿，料筒各段，機頭各段分別設定并控制的。

4.定型裝置、冷卻裝置的溫度。

擠出不同的產(chǎn)品，采用的定型方式和冷卻方式是不同的，相關的設備各種各樣.但共同的都需要控制溫度.冷卻介質可以是空氣、水或其他液體，溫度關系冷卻適度、生產(chǎn)效率、制品內應力，若為結晶型聚合物，還關系到與制品的結晶度、晶粒尺寸相關的一些物理性能。冷卻介質的溫度和流量是操作中可調節(jié)的。

5.牽引速度

擠出機連續(xù)擠出物料，進入機頭，從機頭流出的物料被牽出，進入定型裝置、冷卻裝置，牽出速度應與擠出速度相匹配。牽引速度還決定制品截面尺寸，冷卻效果。牽引作用產(chǎn)生對制品縱向的拉伸，影響制品的力學性能和縱向尺寸的穩(wěn)定性等，有時一些工藝中靠牽引速度的調節(jié)獲得所需性能。牽引速度在擠出操作中的調節(jié)很重要。