擠出

以塑料擠出為例，簡述物料在普通單螺桿擠出機中的擠出過程。固體物料從料斗加入，在旋轉(zhuǎn)著的螺桿的作用下、通過機筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用，向前輸送和壓實。在開始的階段物料呈固態(tài)向前輸送，由于機筒外有加熱圈，熱通過機簡傳導(dǎo)給物料;與此同時，物料在前進(jìn)運動中，生成摩擦熱，使物料沿料筒向前的溫度逐漸升高，致使高分子物料從顆粒或粉狀的固體轉(zhuǎn)變成熔融的流體狀態(tài)，熔融的物料被連續(xù)不斷地輸送到螺桿前方，通過過濾網(wǎng)、分流板而進(jìn)入機頭成型，從而使高聚物熔體具有一定形狀;再通過定型、冷卻、牽引等輔機作用，就成為一定形狀的塑料制品。

在這個過程中，擠出機擠壓系統(tǒng)的主要作用是

①連續(xù)、穩(wěn)定地輸送物料;

②將固體物料塑化成熔融物料;

③使物料在溫度和組分上均勻一致。

從物料通過螺桿的擠出過程來分析，由于螺桿旋轉(zhuǎn)，使得物料與螺桿、機筒表而的相對運動而形成的摩擦作用，強行將物料向前輸送;又由于實際擠出機螺桿結(jié)構(gòu)尺寸的特點(螺槽體積從加料斗處的較大體積逐漸變小，到機筒出口處，螺槽體積最小)，使物料從一個大容積的空間強行走向小容積的空間;再由于在螺桿前端安裝有過濾網(wǎng)和分流板等阻力元件，以上三種因素，造成了沿螺桿長度方向上物料的壓力上升。這種壓力的增加，對固體物料來說，可以使從加料斗加入的松散物料逐漸壓實，致使粘附于固體表面的氣體沿料斗排出。固體料壓實后，能改善機筒給予物料的熱量在物料內(nèi)部的熱傳導(dǎo).也有利于加速固體物料的熔融。當(dāng)物料從螺桿進(jìn)入口模成型時，由于物料本身的壓力存在，使擠出的制品密實，并對

制品的表而形狀和光潔度均有益處。當(dāng)物料沿螺桿前進(jìn)時，由于機筒的加熱，壓實后的固體吸收外界的熱量，在前進(jìn)時，物料與機筒、螺桿表面的摩擦產(chǎn)生摩擦熱，使靠近機筒的一層物料首先熔融，以后，熔體與機筒表面及熔體層之間的剪切摩擦作用，亦能轉(zhuǎn)化為熱量，使機筒內(nèi)的物料進(jìn)一步熔融，在到達(dá)口模之前的一段路程中，物料已全部完成了由固體狀態(tài)(玻璃態(tài)或高彈態(tài))向粘流狀態(tài)的熔體轉(zhuǎn)變，具備了成型前物理狀態(tài)的要求。當(dāng)熔融的物料繼續(xù)沿螺桿前進(jìn)時，熔融流體不僅具有順著螺槽方向的正流流速，而且在垂直于螺槽的方向上有橫流流動，因而形成了螺槽內(nèi)環(huán)流和轉(zhuǎn)角處的渦流，促使物料在熔融后得到充分的攪拌和混合。

從以上分析來看，物料通過螺桿的擠出包括了輸送、熔融和混合的復(fù)雜過程，這個過程能否得以圓滿完成，擠壓系統(tǒng)的螺桿結(jié)構(gòu)起著關(guān)鍵的作用。一般螺桿在擠出機中要完成三個基本職能，即:固體輸送，熔融和熔體輸送?？梢韵胂?，各個不同職能對螺桿的結(jié)構(gòu)和尺寸要求是不同的.因而普通的擠出機螺桿都可分為三個不同結(jié)構(gòu)的區(qū)段，稱為:

①加料段.進(jìn)行高分子物料的固體輸送;

②壓縮段.壓縮物料，并使物料熔融:

③計量段，對熔融物料進(jìn)行攪拌和混合(因而也可稱為均化段)，并定量定壓地將熔體向口模輸送。

物料在擠出過程中，根據(jù)它的運動和狀態(tài)變化情況，也可分為三個區(qū)域:

①固體輸送區(qū)，物料溫度較低，故呈固體狀態(tài)，物料逐漸被壓實，井向前輸送;

②熔融區(qū)，料溫達(dá)到熔融溫度，逐漸熔融變成粘流流體;

③熔體輸送區(qū)，已熔融的流體沿螺桿進(jìn)行攪拌和混合，同時定量定壓輸送。

塑料擠出機的主機是擠塑機，它由擠壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)組成。

1.擠壓系統(tǒng)擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機筒、料斗、機頭、和模具，塑料通過擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立壓力下，被螺桿連續(xù)的擠出機頭。

(1) 螺桿:是擠塑機的最主要部件，它直接關(guān)系到擠塑機的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)率，由高強度耐腐蝕的合金鋼制成。

(2)機筒:是一金屬圓筒，一般用耐熱、耐壓強度較高、堅固耐磨、耐腐蝕的合金鋼或內(nèi)襯合金鋼的復(fù)合鋼管制成。機筒與螺桿配合，實現(xiàn)對塑料的粉碎、軟化、熔融、塑化、排氣和壓實，并向成型系統(tǒng)連續(xù)均勻輸送膠料。一般機筒的長度為其直徑的15~30倍，以使塑料得到充分加熱和充分塑化為原則。

(3) 料斗:料斗底部裝有截斷裝置，以便調(diào)整和切斷料流，料斗的側(cè)面裝有視孔和標(biāo)定計量裝置。

(4)機頭和模具:機頭由合金鋼內(nèi)套和碳素鋼外套構(gòu)成，機頭內(nèi)裝有成型模具。機頭的作用是將旋轉(zhuǎn)運動的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€運動，均勻平穩(wěn)的導(dǎo)入模套中，并賦予塑料以必要的成型壓力。塑料在機筒內(nèi)塑化壓實，經(jīng)多孔濾板沿一定的流道通過機頭脖頸流入機頭成型模具，模芯模套適當(dāng)配合，形成截面不斷減小的環(huán)形空隙，使塑料熔體在芯線的周圍形成連續(xù)密實的管狀包覆層。為保證機頭內(nèi)塑料流道合理，消除積存塑料的死角，往往安置有分流套筒，為消除塑料擠出時壓力波動，也有設(shè)置均壓環(huán)的。機頭上還裝有模具校正和調(diào)整的裝置，便于調(diào)整和校正模芯和模套的同心度。

擠塑機按照機頭料流方向和螺桿中心線的夾角，將機頭分成斜角機頭(夾角120o)和直角機頭。機頭的外殼是用螺栓固定在機身上，機頭內(nèi)的模具有模芯坐，并用螺帽固定在機頭進(jìn)線端口，模芯座的前面裝有模芯，模芯及模芯座的中心有孔，用于通過芯線;在機頭前部裝有均壓環(huán)，用于均衡壓力;擠包成型部分由模套座和模套組成，模套的位置可由螺栓通過支撐來調(diào)節(jié)，以調(diào)整模套對模芯的相對位置，便于調(diào)節(jié)擠包層厚度的均勻性。機頭外部裝有加熱裝置和測溫裝置。

2.傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)的作用是驅(qū)動螺桿，供給螺桿在擠出過程中所需要的力矩和轉(zhuǎn)速，通常由電動機、減速器和軸承等組成。

3.加熱冷卻裝置加熱與冷卻是塑料擠出過程能夠進(jìn)行的必要條件。

(1) 現(xiàn)在擠塑機通常用的是電加熱，分為電阻加熱和感應(yīng)加熱，加熱片裝于機身、機脖、機頭各部分。加熱裝置由外部加熱筒內(nèi)的塑料，使之升溫，以達(dá)到工藝操作所需要的溫度。

(2)冷卻裝置是為了保證塑料處于工藝要求的溫度范圍而設(shè)置的。具體說是為了排除螺桿旋轉(zhuǎn)的剪切摩擦產(chǎn)生的多余熱量，以避免溫度過高使塑料分解、焦燒或定型困難。機筒冷卻分為水冷與風(fēng)冷兩種，一般中小型擠塑機采用風(fēng)冷比較合適，大型則多采用水冷或兩種形式結(jié)合冷卻;螺桿冷卻主要采用中心水冷，目的是增加物料固體輸送率，穩(wěn)定出膠量，同時提高產(chǎn)品質(zhì)量;但在料斗處的冷卻，一是為了加強對固體物料的輸送作用，防止因升溫使塑料粒發(fā)粘堵塞料口，二是保證傳動部分正常工作。

二、 輔助設(shè)備

塑料擠出機組的輔機主要包括放線裝置、校直裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置、牽引裝置、計米器、火花試驗機、收線裝置。擠出機組的用途不同其選配用的輔助設(shè)備也不盡相同。如還有切斷器、吹干器、印字裝置等。

校直裝置:塑料擠出廢品類型中最常見的一種是偏心，而線芯各種型式的彎曲則是產(chǎn)生絕緣偏心的重要原因之一。在護(hù)套擠出中，護(hù)套表面的刮傷也往往是由纜芯的彎曲造成的。因此，各種擠塑機組中的校直裝置是必不可少。校直裝置的主要型式有:滾筒式(分為水平式和垂直式);滑輪式(分為單滑輪和滑輪組);絞輪式，兼起拖動、校直、穩(wěn)定張力等多種作用;壓輪式(分為水平式和垂直式)等。

預(yù)熱裝置:纜芯預(yù)熱對于絕緣擠出和護(hù)套擠出都是必要的。對于絕緣層，尤其是薄層絕緣，不能允許氣孔的存在，線芯在擠包前通過高溫預(yù)熱可以徹底清除表面的水份、油污。對于護(hù)套擠出來講，其主要作用在于烘干纜芯，防止由于潮氣(或繞包墊層的濕氣)的作用使護(hù)套中出現(xiàn)氣孔的可能。預(yù)熱還可防止擠出中塑料因驟冷而殘留內(nèi)壓力的作用。在擠塑料過程中，預(yù)熱可消除冷線進(jìn)入高溫機頭，在?？谔幣c塑膠接觸時形成的懸殊溫差，避免塑膠溫度的波動而導(dǎo)致擠出壓力的波動，從而穩(wěn)定擠出量，保證擠出質(zhì)量。擠塑機組中均采用電加熱線芯預(yù)熱裝置，要求有足夠的容量并保證升溫迅速，使線芯預(yù)熱和纜芯烘干效率高。預(yù)熱溫度受放線速度的制約，一般與機頭溫度相仿即可。

冷卻裝置:成型的塑料擠包層在離開機頭后，應(yīng)立即進(jìn)行冷卻定型，否則會在重力的作用下發(fā)生變形。冷卻的方式通常采用水冷卻，并根據(jù)水溫不同，分為急冷和緩冷。急冷就是冷水直接冷卻，急冷對塑料擠包層定型有利，但對結(jié)晶高聚物而言，因驟熱冷卻，易在擠包層組織內(nèi)部殘留內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致使用過程中產(chǎn)生龜裂，一般 PVC塑膠層采用急冷。緩冷則是為了減少制品的內(nèi)應(yīng)力，在冷卻水槽中分段放置不同溫度的水，使制品逐漸降溫定型，對PE、PP的擠出就采用緩冷進(jìn)行，即經(jīng)過熱水、溫水、冷水三段冷卻。

三、 控制系統(tǒng)

塑料擠出機的控制系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及工藝參數(shù)測量系統(tǒng)，主要由電器、儀表和執(zhí)行機構(gòu)(即控制屏和操作臺)組成。其主要作用是:控制和調(diào)節(jié)主輔機的拖動電機，輸出符合工藝要求的轉(zhuǎn)速和功率，并能使主輔機協(xié)調(diào)工作;檢測和調(diào)節(jié)擠塑機中塑料的溫度、壓力、流量;實現(xiàn)對整個機組的控制或自動控制。

擠出機組的電氣控制大致分為傳動控制和溫度控制兩大部分，實現(xiàn)對擠塑工藝包括溫度、壓力、螺桿轉(zhuǎn)數(shù)、螺桿冷卻、機筒冷卻、制品冷卻和外徑的控制，以及牽引速度、整齊排線和保證收線盤上從空盤到滿盤的恒張力收線控制。

1. 擠塑機主機的溫度控制

電線電纜絕緣和護(hù)套的塑料擠出是根據(jù)熱塑性塑料變形特性，使之處于粘流態(tài)進(jìn)行的。除了要求螺桿和機筒外部加熱，傳到塑料使之融化擠出，還要考慮螺桿擠出塑料時其本身的發(fā)熱，因此要求主機的溫度應(yīng)從整體來考慮，既要考慮加熱器加熱的開與關(guān)，又要考慮螺桿的擠出熱量外溢的因素予以冷卻，要有有效的冷卻設(shè)施。并要求正確合理的確定測量元件熱電偶的位置和安裝方法，能從控溫儀表讀數(shù)準(zhǔn)確反映主機各段的實際溫度。以及要求溫控儀表的精度與系統(tǒng)配合好，使整個主機溫度控制系統(tǒng)的波動穩(wěn)定度達(dá)到各種塑料的擠出溫度的要求。

2. 擠塑機的壓力控制

為了反映機頭的擠出情況，需要檢測擠出時的機頭壓力，由于國產(chǎn)擠塑機沒有機頭壓力傳感器，一般是對螺桿擠出后推力的測量替代機頭壓力的測量，螺桿負(fù)荷表(電流表或電壓表)能正確反映擠出壓力的大小。擠出壓力的波動，也是引起擠出質(zhì)量不穩(wěn)的重要因素之一，擠出壓力的波動與擠出溫度、冷卻裝置的使用，連續(xù)運轉(zhuǎn)時間的長短等因素密切相關(guān)。當(dāng)發(fā)生異?，F(xiàn)象時，能排除的迅速排除，必須重新組織生產(chǎn)的則應(yīng)果斷停機，不但可以避免廢品的增多，更能預(yù)防事故的發(fā)生。通過檢測的壓力表讀數(shù)，就可以知道塑料在擠出時的壓力狀態(tài)，一般取后推力極限值報警控制。

3. 螺桿轉(zhuǎn)速的控制

螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與穩(wěn)定是主機傳動的重要工藝要求之一。螺桿轉(zhuǎn)速直接決定出膠量和擠出速度，正常生產(chǎn)總希望盡可能實現(xiàn)最高轉(zhuǎn)速及實現(xiàn)高產(chǎn)，對擠塑機要求螺桿轉(zhuǎn)速從起動到所需工作轉(zhuǎn)速時，可供使用的調(diào)速范圍要大。而且對轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性要求高，因為轉(zhuǎn)速的波動將導(dǎo)致擠出量的波動，影響擠出質(zhì)量，所以在牽引線速度沒有變化情況下，就會造成線纜外徑的變化。同理如牽引裝置線速波動大也會造成線纜外徑的變化，螺桿和牽引線速度可通過操作臺上相應(yīng)儀表反映出來，擠出時應(yīng)密切觀察，確保優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

4. 外徑的控制

如上所述為了保證制品線纜外徑的尺寸，除要求控制線芯(纜芯)的尺寸公差外，在擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、牽引裝置線速度等方面應(yīng)有所控制保證，而外徑的測量控制則綜合反映上述控制的精度和水平。在擠塑機組設(shè)備中，特別是高速擠塑生產(chǎn)線上，應(yīng)配用在線外徑檢測儀，隨時對線纜外徑進(jìn)行檢測，并且將超差信號反饋以調(diào)整牽引或螺桿的轉(zhuǎn)速，糾正外徑超差。

5. 收卷要求的張力控制

為了保證不同線速下的收線，從空盤到滿盤工作的恒張力要求，希望收排線裝置有貯線張力調(diào)整機構(gòu)，或在電氣上考慮恒線速度系統(tǒng)和恒張力系統(tǒng)的收卷等等。

6. 整機的電氣自動化控制

這是實現(xiàn)高速擠出生產(chǎn)線應(yīng)具備的工藝控制要求，主要是:開機溫度聯(lián)鎖;工作壓力保護(hù)與聯(lián)鎖;擠出、牽引兩大部件傳動的比例同步控制;收線與牽引的同步控制;外徑在線檢測與反饋控制;根據(jù)各種不同需要組成部件的單機與整機跟蹤的控制。

按數(shù)量分:無螺桿、單螺桿、雙螺桿

按空間位置:臥式和立式

按螺桿轉(zhuǎn)速:普通、高速和超高速

可否排氣:排氣式和非排氣式

按裝配結(jié)構(gòu):整體式和分開式

最常用臥式單螺桿非排氣式整體式擠出機

一、螺桿

1、評價螺桿性能的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計螺桿應(yīng)考慮的因素

1)評價螺桿性能標(biāo)準(zhǔn)

①塑化質(zhì)量:必須滿足質(zhì)量要求。制品質(zhì)量與機頭、輔機有關(guān)，但與螺桿的塑化質(zhì)量關(guān)系更大，如溫度不均、軸向壓力波動、徑向溫度大、染色等分散不均勻，這都直接影響制品質(zhì)量。

②產(chǎn)量:在保證質(zhì)量前提下，通過機頭擠出量。好的螺桿，應(yīng)具有高的塑化能力

③名義比功率單耗:每擠1Kg塑料消耗的產(chǎn)量即P/Q(功率/產(chǎn)量)，保證質(zhì)量下，單耗越少越好。

④適應(yīng)性:對加工不同塑料、匹配不同機頭和不同制品的適應(yīng)能力。但一般適應(yīng)性強，往往塑化效率低。

⑤制造難易:必須易制造、成本低

2)設(shè)計螺桿應(yīng)考慮

①物料特性及加工時的幾何形狀、尺寸、溫度狀況。由于不同物料物理特性不同，因此加工性能不同，對螺桿結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)有不同要求。

②口模的幾何形式和機頭阻力特性。螺桿形狀要與他們相匹配。

料筒的結(jié)構(gòu)形式和加熱冷卻情況。如在加料段料筒內(nèi)壁加工出錐度和縱向溝槽并冷卻，則提高固體輸送效率，螺桿在設(shè)計時應(yīng)考慮提高熔融速率、均化能力，使之與加料段輸送相匹配。

③螺桿轉(zhuǎn)速

④擠出機用途:作混煉、造粒和喂料等作用，螺桿結(jié)構(gòu)有所不同

2、常規(guī)全螺紋三段螺桿設(shè)計

指螺桿由加料段、壓縮段、均化段三段螺紋組成，其擠出過程完全依靠螺紋的形式來完成的一種螺桿。

1)螺桿類型確定

按螺槽深度從加料段較深向均化段較淺的過渡情況分:

①漸變型:螺槽深度變化在較長距離逐漸變淺。用于無定型、熱敏性塑料加工、也可用結(jié)晶型。

②突變型:用于熔點突變、粘度低的塑料。如PA、PE、PP，不適于PVC等熱敏性塑料

2)螺桿直徑

已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，其大小一般根據(jù)所加工制品的斷面尺寸、加工塑料種類、所需擠出量確定

3)螺桿長徑比L/Db

長徑比越大，則塑料在料筒中停留時間越長，塑化更充分、均勻，以保證制品質(zhì)

1、單螺桿擠出機技術(shù)參數(shù)

螺桿直徑Db:指大徑，系列標(biāo)準(zhǔn)20、30、45、65、90、120、150、165、200、250、300

螺桿長徑比L/Db:螺桿工作部分長度與螺桿直徑比值

螺桿轉(zhuǎn)速范圍:nmin-nmax r/min

驅(qū)動螺桿電機功率P:KW

擠出機生產(chǎn)能力Q:每小時擠出的塑料量

比流量每小時每轉(zhuǎn)一周擠出機生產(chǎn)能力

名義比功率 每小時加工kg塑料所需電機功率

2、型號

SL-150表示螺桿直徑為150mm，長徑比為20:1塑料擠出

機頭的外殼一般是用螺栓使其固定于機身之上，機頭里面的模含有模芯座，然后用螺帽將其固定于機頭的進(jìn)線端口，模芯座的內(nèi)部也裝有模芯，而且模芯和模芯座的中心都有孔，其作用用于通過芯線。依據(jù)加壓方式種類的不同，使得擠出工藝可以分成連續(xù)擠出和間歇擠出兩種。前者所用的設(shè)備為螺桿式擠出機，后者的設(shè)備為柱塞式擠出機。在此螺桿式擠出機又可以憑借螺桿個數(shù)大致分類為單螺桿擠出機以及多螺桿擠出機。

螺桿式擠出機的工作機理是依靠螺桿旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓力及剪切力，能使得物料可以充分進(jìn)行塑化以及均勻混合，通過口模成型;所以有時使用一臺擠出機就能夠同時完成混合，塑化以及成型等一系列工藝，從而進(jìn)行連續(xù)的生產(chǎn)。此外柱塞式擠出機的工作機理主要是靠借助柱塞壓力，先將事先塑化完畢的物料從口模擠出而達(dá)到成型的效果。物料筒內(nèi)的物料在擠出完之后柱塞會退回，等到添加新一輪塑化物料后再接著進(jìn)行下一輪的操作，這種生產(chǎn)工藝屬于不連續(xù)生產(chǎn)，并且對物料基本不能進(jìn)行充分?jǐn)嚢枰约盎旌?，此外本生產(chǎn)還需進(jìn)行預(yù)先塑化，因此在實際生產(chǎn)進(jìn)行中通常不常選用本法，僅能適用于流動性極差或者是黏度非常大的塑料，就像硝酸纖維素塑料這種塑料制品的成型加工。

塑料擠出機可以基本分類為雙螺桿擠出機，單螺桿擠出機以及不多見的多螺桿擠出機以及無螺桿擠出機。