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塑料的一次成型
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Δ ★ <一次成型>:塑料原材 → 粘流态 → 流动 → 成型 → 定型(冷却<热塑>、交联固化<热固>)→ 后 处理 Δ ★ <二次成型>:一次成型产品(片、管等)→ 高弹 外力 态 →→ 成型→→ 定型、后处理
★ 一次成型工艺： ① 挤出(extrusion);② 注 射(injection);③ 模压(molding);④ 压延( calendering);⑤ 铸塑(casting);⑥ 传递模( transfer molding ) ; ⑦ 模 压 烧 结 ( molded sintering);⑧ 泡沫塑料(foam plastic)
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1 挤出成型(挤塑、挤压、模塑)★ 定义：借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热融化的 塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定 截面的连续型材的一种成型方法。 ★ 种类： 连续 — 螺杆挤出； 间歇 — 柱塞挤出。 ★ 适用范围： 原材料：热塑性、热固性(较少) 产品：管材、片材、线缆包覆等。
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1.1 连续法挤塑的工艺过程及主要设备挤压 Δ ★ 挤出过程：挤压 →→ 熔化 →→ 强行通过口模 → 得到一定形状的制品。 (1)工艺及设备 * 工 艺过 程 ： 原 材 料 准 备 和 干 燥 → → 挤 出 成型 →→ 定型 →→ 牵引 →→ 后处理 * 主要设备：挤出机 定径套 牵引机 切割机 冷却系统 卷取装置等
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(2)挤出机 * 基本结构：传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机 头与口模。
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A. 螺杆：
→→ 经过滤网到机头 加料段(75%固态)、压缩段(固/液共存区)、均化 段 * 选择螺杆应注意几个特征参数：直径(D)、长径比 (L/D)、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺 杆与料筒的间隙等。
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① 直径(D): D↑,加工能力↑。 挤出机生产率∝D2, D通常为45~150mm; ② 长径比(L<工作 部分有效长度>/D): L/D↑,改善物料温 度分布，有利于混 合及塑化，生产能 力↑; 但L/D过大，物料可能发生热降解，螺杆也可能因自 重而弯曲，功耗增大；L过小则塑化不良。L/D通常为 18~25;
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③ 压缩比(螺杆加料段第一个螺槽与均化段最后 一个螺槽的容积比):压缩比↑,塑料受到 的挤压作用↑; ④ 螺旋角(φ,螺纹与螺杆横断面的夹角): φ↑,生产能力↑,对塑料的剪切作用和挤压 力↓。通常φ=10~30o,若用等距螺杆，螺距=直 径，则φ=17o41’; ⑤ 螺槽深度(h):h↓,剪切速率↑,传热效率↑ ,混合及塑化效率↑,生产率↓。故热敏性塑 料(如PVC)宜用深螺槽，而熔体粘度低且热稳 定性好的塑料(如聚酰胺等)宜用浅螺槽。
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B. 机头与口模：
★ 组成： 滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等。 ★ 作用：机头将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行 直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并导入口模。口模 给予塑料
熔体所需的形状。
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1.2 挤出成型原理(1)固体输送(主要发生在加料段) * 依靠力： 压力流动 拖曳流动 * W. H. Darnell 等认为，料 筒与螺杆间的固体离子连续整 齐地排列着，并塞满了螺槽， 形成“弹性固体”。 受力情况： Fs — 螺杆对 固体塞的摩擦力，推力； Fb — 料筒对固体塞的摩擦 力，阻力。 Fb 在Z轴方向上的分力。 Fbz —
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当Fbz=Fs=0时，物料不发生任何移动； Fbz<Fs,螺 杆带动物料转动而不移动。 流动的基本条件：Fbz>Fs Q=V·a v Q—单位时间内固体物料的流动体积；va—物料前进 速度；V—螺槽截面积。
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V
D 4
2
( D 2 h)
2
,
DN va l N ctg ctg
其中： N—螺杆转数，Φ—展开后的螺线角，Φ+θ=90o , l—螺杆转动一周物料移动距离的轴向投影。
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故，
Dh( D h) Ntg tg Q tg tg 2
∴, 故 N↑,D↑,h↑,Q↑
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(2)熔化过程① 整个熔化过程：
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② 一个螺槽中固体物料的熔化过程：
热传导 固体物料充满螺槽 →→→→ 形成熔膜→→当熔膜厚度>δ →→→→→→→→→→ 螺纹刮下熔体进入熔池 (δ—螺杆与料筒间隙) →→ 因熔池中的熔体挤压而使固体床形变，径向 加厚，固体进入熔膜以补充熔体流入熔池 →→ 不断往复逐渐熔化。
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(3)均化段 — 熔体输送： 设：Q1—送料速率；Q2—压缩段熔化速率；Q3—均化 段挤出速率。 当Q1 ≥Q2 ≥Q3,均化段为控制区，操作平稳；若 Q1<Q2<Q3,供料不足。 ★ 流态：① 正流(QD);② 逆流(机头、口模的反 压引起的反压流动，QP );③ 横流(环流，QT );④ 漏流(QL)
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A. 若熔体为牛顿型： Q= QD-(QP +QL) 其中，
Dh 3 sin 2 P D hN cos sin QP QD 12 L , 22 2
,
D tg P QL 12 eL2 2 3
Q—挤出及生产率(cm3/sec);D—螺杆直径(cm) ;N—螺杆转速(round/sec);h—均化段螺槽深度 (cm);ф—旋转角(o);e—螺纹斜棱宽度(cm) ;ΔP—均化段料流压力降(kg/cm2);δ—螺杆与 料筒间隙(cm);η—塑料熔体粘度(kg· sec/ cm2) ;L—均化段长度(cm)。
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* 一般QL值不大，实际计算时常略去。若 令A ,
2 D 2 h cos sin 2
B
Dh sin 3 2
12 L
,
用机头压力P代替ΔP,则有： Q= AN-B(P/η) →螺杆特征曲线。对某一特定螺杆 ，A、B为常数。
B. 若熔体为非牛顿型： Dh m 2 sin m 1 2 D 2 hN cos sin P m Q K( ) m 1 2 L (m 2)2 则式中，K—流动常数，m —常数。
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(4)螺杆和机头的特征曲线与挤出机生产率之 间的关系 ① 螺杆特征曲线 牛顿型熔体 Q=AN-ΔP(B/η) 非牛顿型熔体 Q=AN-B’K(ΔP)m →→ Q~ΔP在一定的N下绘出曲线
。② 机头特征曲线 牛顿型熔体 非牛顿型熔体 对圆管 K
Q= K(ΔP /η) Q=K’K(ΔP)m
D
4
128 ( L 4 D)
→→ 对不同的D有不同的Q~ΔP曲线。
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如图：
∴ N↑,Q↑;D↑,Q↑。
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1.3 挤出成型工艺与过程(自学)
* 工艺过程：原材料准备和干燥 →→挤出成型 →→ 定型 →→ 牵引 →→ 后处理
作 业：针对课本P124/式6-5讨论θ角、φ角与Q的关 系。看是否能得出课本上的结论，并解释理 由。