1、聚合物成型原理與工藝聚合物成型原理與工藝各章內(nèi)容各章內(nèi)容第一章第一章 緒論緒論第二章第二章 聚合物的流變性質(zhì)聚合物的流變性質(zhì) 第三章第三章 聚合物流體在管和槽中的流動聚合物流體在管和槽中的流動 第四章第四章 聚合物加工過程中的結(jié)構(gòu)變化聚合物加工過程中的結(jié)構(gòu)變化第五章第五章 成型物料的配置成型物料的配置 第六章第六章 擠出成型擠出成型 第七章第七章 注塑成型注塑成型 第八章第八章 其它成型方法其它成型方法 第六章第六章 擠出成型擠出成型Back6.1 概述概述6.2 擠出機的基本結(jié)構(gòu)擠出機的基本結(jié)構(gòu) 6.2.1 單螺桿擠出機單螺桿擠出機 6.2.2 雙螺桿擠出機雙螺桿擠出機 6.2.3 單雙螺桿

2、性能比較單雙螺桿性能比較 6.2.4 其他擠出機其他擠出機 6.2.5 機頭和口模機頭和口模6.3 擠出原理擠出原理 6.3.1 單螺桿擠出原理單螺桿擠出原理 6.3.1.1 螺桿的幾何參數(shù)螺桿的幾何參數(shù) 6.3.1.2 加料段的固體輸送理論加料段的固體輸送理論 6.3.1.3 壓縮段的熔融理論壓縮段的熔融理論 6.3.1.4 均化段的熔體輸送理論均化段的熔體輸送理論 6.3.2 雙螺桿擠出原理雙螺桿擠出原理6.4幾種制品的擠出工藝幾種制品的擠出工藝 6.4.1 管材的擠出管材的擠出 6.4.2 吹塑薄膜的擠出吹塑薄膜的擠出 6.4.3 異型材的擠出異型材的擠出 6.4.4 板材的擠出板材的擠

3、出6.1 概述概述 擠出是塑料制品的重要成型方法之一。擠出是塑料制品的重要成型方法之一。 擠出通常是將擠出通常是將粉料或粒狀粉料或粒狀等形態(tài)的塑料通過擠出機的等形態(tài)的塑料通過擠出機的料斗加入到加熱的料筒中，在料斗加入到加熱的料筒中，在螺桿或柱塞的螺桿或柱塞的作用下，塑料作用下，塑料沿螺槽或料筒向前移動，并逐漸沿螺槽或料筒向前移動，并逐漸熔融而成為粘流體熔融而成為粘流體，然后，然后通過設(shè)置在料筒端部的通過設(shè)置在料筒端部的機頭口模形成截面與口模形狀機頭口模形成截面與口模形狀相仿相仿的連續(xù)體，最后經(jīng)的連續(xù)體，最后經(jīng)冷卻定型冷卻定型，便可得到所需形狀的制品。，便可得到所需形狀的制品。SJY-Z系列塑料

4、擠出異型材生產(chǎn)線系列塑料擠出異型材生產(chǎn)線 用擠出生產(chǎn)的塑料制用擠出生產(chǎn)的塑料制品主要有品主要有管材、棒材、板管材、棒材、板材、異型材、薄膜、單絲、材、異型材、薄膜、單絲、扁帶、電線電纜和網(wǎng)扁帶、電線電纜和網(wǎng)以及以及配上相應的輔機還可生產(chǎn)配上相應的輔機還可生產(chǎn)各類中空制品、編織袋等各類中空制品、編織袋等制品。制品。 擠出機組由擠出機主擠出機組由擠出機主機、機頭口模和輔機等組機、機頭口模和輔機等組成。成。 Back擠出產(chǎn)品擠出產(chǎn)品6.2 擠出機的基本結(jié)構(gòu)擠出機的基本結(jié)構(gòu) 擠出機是由擠出機是由擠出裝置擠出裝置(螺桿和料筒螺桿和料筒)、傳動裝置、加熱冷卻、傳動裝置、加熱冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)等組成。擠出機主要有

5、單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。等組成。擠出機主要有單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。圖圖6-2 SJSZ系列錐形雙螺桿擠出機系列錐形雙螺桿擠出機 圖圖6-1 SJ系列塑料單螺桿擠出機系列塑料單螺桿擠出機 Back 擠出機的分類擠出機的分類 擠出機的分類：隨著擠出機用途的增擠出機的分類：隨著擠出機用途的增加，出現(xiàn)了各種擠出機，分類方法很加，出現(xiàn)了各種擠出機，分類方法很多。多。 1 1、 按螺桿數(shù)目的多少，可以分為單按螺桿數(shù)目的多少，可以分為單螺桿擠出機和多螺桿擠出機；螺桿擠出機和多螺桿擠出機； 2 2、 按可否排氣，分為排氣擠出機和按可否排氣，分為排氣擠出機和非排氣擠出機；非排氣擠出機； 3、 按螺桿的

6、有無按螺桿的有無， 可分為螺桿擠出機和無螺桿擠出機； 4、 按螺桿在空間的位置按螺桿在空間的位置， 可分為臥式擠出機和立式擠出機。 最常用的是臥式單螺桿非排氣擠出機臥式單螺桿非排氣擠出機。 6.2.1 單螺桿擠出機單螺桿擠出機 單螺桿擠出機是由一根阿基米德螺桿在加熱的料筒單螺桿擠出機是由一根阿基米德螺桿在加熱的料筒中旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的。單螺桿擠出機的大小一般用中旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的。單螺桿擠出機的大小一般用螺桿直徑螺桿直徑表示，表示，其基本結(jié)構(gòu)包括：其基本結(jié)構(gòu)包括：傳動裝置、加料裝置、料筒和螺桿傳動裝置、加料裝置、料筒和螺桿等幾等幾個部分。見圖個部分。見圖6-3 圖圖6-3 單螺桿擠出機結(jié)構(gòu)單螺桿擠出機結(jié)構(gòu)1-

7、電動機；電動機；2-減速裝置；減速裝置； 3-冷卻水入口；冷卻水入口；4-冷卻水夾套；冷卻水夾套；5-料斗；料斗；6-加熱器；加熱器；7-螺桿；螺桿；8-料筒；料筒；9-粗濾器；粗濾器；10-機頭口模；機頭口模；11-機座機座傳動裝置傳動裝置加料裝置加料裝置料筒料筒 傳動裝置是帶動螺桿轉(zhuǎn)動的部分，通常由傳動裝置是帶動螺桿轉(zhuǎn)動的部分，通常由電動機、電動機、減速機構(gòu)和軸承減速機構(gòu)和軸承組成。組成。 現(xiàn)代擠出機的傳動裝置都采用現(xiàn)代擠出機的傳動裝置都采用無級調(diào)速無級調(diào)速。以滿足螺。以滿足螺桿變速的要求。無級調(diào)速方法有：換向器電動機或直流桿變速的要求。無級調(diào)速方法有：換向器電動機或直流電動機：齒輪傳動的

8、無級變速裝置；傳動裝置及電動機電動機：齒輪傳動的無級變速裝置；傳動裝置及電動機變頻調(diào)速等。變頻調(diào)速等。 加料裝置都采用加料裝置都采用料斗料斗。料斗的容量最好能容納一小時的用。料斗的容量最好能容納一小時的用料。料斗內(nèi)應有切斷料流、標定料量和卸除余料等裝置。較料。料斗內(nèi)應有切斷料流、標定料量和卸除余料等裝置。較好的料斗還設(shè)有定時、定量供料及干燥等裝置。好的料斗還設(shè)有定時、定量供料及干燥等裝置。 料筒是擠出機主要部件之一，塑料的塑化和加壓過程料筒是擠出機主要部件之一，塑料的塑化和加壓過程都在其中進行。擠出時料筒的壓力可達都在其中進行。擠出時料筒的壓力可達55MPa，工作溫，工作溫度度180300 。

9、 排氣、加熱、冷卻、耐磨、耐腐蝕等。排氣、加熱、冷卻、耐磨、耐腐蝕等。螺桿螺桿 螺桿是擠出機的關(guān)鍵部件。螺桿是擠出機的關(guān)鍵部件。 通過它的轉(zhuǎn)動，料筒內(nèi)的塑料才能發(fā)生移動，得到通過它的轉(zhuǎn)動，料筒內(nèi)的塑料才能發(fā)生移動，得到增壓和產(chǎn)生部分的熱量增壓和產(chǎn)生部分的熱量( (摩擦熱摩擦熱) )。 螺桿的幾何參數(shù)，如直徑、長徑比、各段長度比例螺桿的幾何參數(shù)，如直徑、長徑比、各段長度比例及螺槽深度等，對螺桿的工作特性均有重大的影響。見及螺槽深度等，對螺桿的工作特性均有重大的影響。見圖圖6-46-4。計量段計量段壓縮段壓縮段送料段送料段H1seH3DL圖圖6-4 螺桿示意圖螺桿示意圖H1-加料段螺槽深度加料段螺

10、槽深度 H3-計量段螺槽深度計量段螺槽深度 D-螺桿直徑螺桿直徑 - -螺旋角螺旋角 L-螺桿長度螺桿長度 e-螺棱寬度螺棱寬度 s一螺距一螺距螺桿的直徑螺桿的直徑(D)(D)和長徑比和長徑比(L/D)(L/D) 螺桿直徑是螺桿基本參數(shù)之一。指螺桿外徑，螺桿直徑是螺桿基本參數(shù)之一。指螺桿外徑，用用D D表示，單位毫米。它取決于制品的形狀大小表示，單位毫米。它取決于制品的形狀大小及生產(chǎn)率。擠出機的規(guī)格常用螺桿的外徑表示；及生產(chǎn)率。擠出機的規(guī)格常用螺桿的外徑表示；另外，螺桿的其它參數(shù)如長度、螺槽深度和螺棱另外，螺桿的其它參數(shù)如長度、螺槽深度和螺棱寬度與直徑有關(guān)。寬度與直徑有關(guān)。 長徑比長徑比(L/

11、D)(L/D)是螺桿的有效長度是螺桿的有效長度(L)(L)與其直徑與其直徑之比，它是表征螺桿特性的另一重要參數(shù)。之比，它是表征螺桿特性的另一重要參數(shù)。螺桿各段的功能螺桿各段的功能 通用螺桿有通用螺桿有加料、壓縮和計量加料、壓縮和計量三個段，有時稱為標準三個段，有時稱為標準螺桿或計量型螺桿。它的螺紋螺桿或計量型螺桿。它的螺紋( (旋旋) )角為角為17.617.6、螺距等于、螺距等于直徑的螺桿。直徑的螺桿。加料段加料段 從入口開始，長度為從入口開始，長度為48D，螺槽很深，螺槽很深，(H1)為為0.100.15D。 該段為固體輸送，該段為固體輸送，其主要功能是從加料斗攫取物料傳送給其主要功能是從

12、加料斗攫取物料傳送給壓縮段，同時使物料受熱。壓縮段，同時使物料受熱。 為使物料得到最好的輸送為使物料得到最好的輸送：減少物料與螺桿的摩擦而增大物料減少物料與螺桿的摩擦而增大物料與料筒的切向摩擦，并在螺桿中心與料筒的切向摩擦，并在螺桿中心通水冷卻。通水冷卻。 壓縮段壓縮段 壓縮段，又稱過渡段，是螺桿中部的一段。壓縮段，又稱過渡段，是螺桿中部的一段。 主要功能：主要功能：將粒狀固體逐漸壓實并軟化為連續(xù)的熔體。將粒狀固體逐漸壓實并軟化為連續(xù)的熔體。同時還將夾帶的空氣向加料段排出，此外還有使物料受熱和同時還將夾帶的空氣向加料段排出，此外還有使物料受熱和前移前移 。 螺桿設(shè)計：螺桿設(shè)計：通常使這一段螺槽

13、深度通常使這一段螺槽深度逐漸減小逐漸減小，直至計量，直至計量段的螺槽深度段的螺槽深度(H3)。這樣，既有利于制品的質(zhì)量，也有利于。這樣，既有利于制品的質(zhì)量，也有利于物料的升溫和熔化。物料的升溫和熔化。 壓縮比：壓縮比：將加料段一個螺槽的容積與計量段一個螺槽容將加料段一個螺槽的容積與計量段一個螺槽容積之比稱為螺桿的壓縮比。對于等螺距螺桿，壓縮比為積之比稱為螺桿的壓縮比。對于等螺距螺桿，壓縮比為H1/H3，其值為，其值為24。 計量段，又稱均化段，長度為計量段，又稱均化段，長度為610D。螺槽比較淺，深。螺槽比較淺，深度為度為0.020.06D。 主要功能：使熔體進一步主要功能：使熔體進一步塑化均

14、勻，并使料流定量、定塑化均勻，并使料流定量、定壓由機頭和口模的流道擠出壓由機頭和口模的流道擠出。計量段計量段 螺旋角的大小與物料的形狀有關(guān)。螺旋角的大小與物料的形狀有關(guān)。 30的螺旋角最適合于細粉狀塑料；的螺旋角最適合于細粉狀塑料； 15左右適合于方塊料；左右適合于方塊料； 17 左右則適合于球、柱狀料。左右則適合于球、柱狀料。 根據(jù)公式推導，螺旋角為根據(jù)公式推導，螺旋角為30時產(chǎn)率最高。但從制時產(chǎn)率最高。但從制造考慮，通常以螺距等于直徑的最易加工，這時螺旋角造考慮，通常以螺距等于直徑的最易加工，這時螺旋角為為17.6 ，而且對產(chǎn)率的影響不大，螺桿的螺旋方向一，而且對產(chǎn)率的影響不大，螺桿的螺旋

15、方向一般為般為右旋右旋。 螺棱的寬度一般為螺棱的寬度一般為0.080.12D，但在螺槽的底部，但在螺槽的底部則較寬，其根部應用圓弧過渡。則較寬，其根部應用圓弧過渡。螺桿上的螺旋角和螺棱寬度螺桿上的螺旋角和螺棱寬度(e)(e) 螺桿頭部的形狀對成型加工也有影響。螺桿頭部的形狀對成型加工也有影響。 一般，螺桿頭部呈一般，螺桿頭部呈鈍尖的錐形鈍尖的錐形，以避免物料在螺桿，以避免物料在螺桿頭部停滯過久而引起分解。頭部停滯過久而引起分解。 魚雷頭或平準頭形：魚雷頭或平準頭形：它與料筒的間隙通常小于它前它與料筒的間隙通常小于它前面螺槽的深度，其表面也可開成溝槽或滾成特殊的花紋。面螺槽的深度，其表面也可開成

16、溝槽或滾成特殊的花紋。這種螺桿對塑料的混合和受熱都會產(chǎn)生良好的效果，被這種螺桿對塑料的混合和受熱都會產(chǎn)生良好的效果，被用來用來擠壓粘度大、導熱性不良或熔點較為明顯擠壓粘度大、導熱性不良或熔點較為明顯的塑料。的塑料。螺桿頭部的形狀螺桿頭部的形狀Back6.2.2 雙螺桿擠出機雙螺桿擠出機 雙螺桿擠出機是指在一根兩相連孔道組成雙螺桿擠出機是指在一根兩相連孔道組成“”截面的料筒內(nèi)截面的料筒內(nèi)由兩根相互嚙合或相切的螺桿所組成的擠出裝置；由兩根相互嚙合或相切的螺桿所組成的擠出裝置； 雙螺桿擠出機由雙螺桿擠出機由傳動裝置、加料裝置、料筒和螺桿傳動裝置、加料裝置、料筒和螺桿等幾部分等幾部分組成。組成。 圖圖

17、6-5 雙螺桿擠出機示意圖雙螺桿擠出機示意圖1- -連接器連接器 2- -過濾器過濾器 3- -料筒料筒 4- -螺桿、螺桿、5- -加熱器加熱器6- -加料器加料器 7- -支座支座 8- -上推軸承上推軸承 9- -減速器減速器 10- -電動機電動機最重要的差別是螺桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計最重要的差別是螺桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計 一、兩根螺矸是嚙合的還是非嚙合的；一、兩根螺矸是嚙合的還是非嚙合的； 二、在嚙合型雙螺桿中，螺桿是同向轉(zhuǎn)動，還是反向轉(zhuǎn)動；二、在嚙合型雙螺桿中，螺桿是同向轉(zhuǎn)動，還是反向轉(zhuǎn)動； 三、螺桿是圓柱形三、螺桿是圓柱形( (平行雙螺桿平行雙螺桿) )還是錐形；還是錐形； 四、實現(xiàn)壓縮比的途徑：四

18、、實現(xiàn)壓縮比的途徑：變動螺紋的高度或?qū)С?。變動螺紋的高度或?qū)С獭Ｂ輻U根螺桿根徑由小變大或外徑由大變小。徑由小變大或外徑由大變小。螺紋的頭數(shù)由單頭變成二頭或三頭；螺紋的頭數(shù)由單頭變成二頭或三頭； 五、螺桿是整體的還是組合的。五、螺桿是整體的還是組合的。 因此，雙螺桿擠出機的螺桿結(jié)構(gòu)要比單螺桿擠出機的復雜得多。因此，雙螺桿擠出機的螺桿結(jié)構(gòu)要比單螺桿擠出機的復雜得多。圖圖6-6生產(chǎn)聚氯乙烯管材的雙螺桿擠出機的功能區(qū)生產(chǎn)聚氯乙烯管材的雙螺桿擠出機的功能區(qū)垂直加料器垂直加料器混合混合均化均化凝膠化凝膠化壓力的壓力的建立建立排氣排氣約約束束預輸送預輸送凝膠化凝膠化壓力的壓力的建立建立剪切剪切混合混合輸送輸

19、送進料進料加熱供給能量加熱供給能量 Colombo型雙螺桿型雙螺桿 圖圖6-5 所示的最早的雙螺桿，螺桿分為三段，每一分段有一混所示的最早的雙螺桿，螺桿分為三段，每一分段有一混合室，加料段的外徑和螺距為最大，壓縮段次之，均化段為最小，合室，加料段的外徑和螺距為最大，壓縮段次之，均化段為最小，從而組成壓縮比。從而組成壓縮比。 圖圖6-6 根據(jù)加工硬聚氯乙烯管材的需要，已開發(fā)出具有多種功根據(jù)加工硬聚氯乙烯管材的需要，已開發(fā)出具有多種功能能(進料、剪切、混合、排氣和均化等進料、剪切、混合、排氣和均化等)的雙螺桿擠出機。的雙螺桿擠出機。錐形雙螺桿錐形雙螺桿 擠出機是向外反向轉(zhuǎn)動的。從加料段到計量段，螺

20、桿的外徑和擠出機是向外反向轉(zhuǎn)動的。從加料段到計量段，螺桿的外徑和根徑均勻地由大到小。通過螺桿各部分的長度、螺紋頭數(shù)、螺槽數(shù)、根徑均勻地由大到小。通過螺桿各部分的長度、螺紋頭數(shù)、螺槽數(shù)、螺棱寬度、螺棱形狀等的變化，實現(xiàn)對物料的輸送、壓縮、排氣、螺棱寬度、螺棱形狀等的變化，實現(xiàn)對物料的輸送、壓縮、排氣、混合與塑煉?；旌吓c塑煉。圖圖6-7 Anger型錐形雙螺桿型錐形雙螺桿(a) “單單”錐型螺桿系統(tǒng)錐型螺桿系統(tǒng)(b)” 雙雙”錐型螺桿系統(tǒng)錐型螺桿系統(tǒng) 它是由不同數(shù)目的具有不同功能的螺桿元件它是由不同數(shù)目的具有不同功能的螺桿元件(輸送、剪切、混輸送、剪切、混合、壓縮和捏合等元件合、壓縮和捏合等元件)

21、按一定要求和順序裝到帶導鍵或三角形芯按一定要求和順序裝到帶導鍵或三角形芯軸上組合而成的，它可以連續(xù)輸送、塑化、均化、加壓、排氣，以軸上組合而成的，它可以連續(xù)輸送、塑化、均化、加壓、排氣，以靈活適應特定用途。靈活適應特定用途。組合型雙螺桿組合型雙螺桿非嚙合型雙螺桿非嚙合型雙螺桿圖圖6-8 ZSK型雙螺桿型雙螺桿 它在結(jié)構(gòu)上類似于兩根平行單螺桿在料筒中轉(zhuǎn)動，但兩根螺它在結(jié)構(gòu)上類似于兩根平行單螺桿在料筒中轉(zhuǎn)動，但兩根螺桿反向轉(zhuǎn)動并相切。按照整體結(jié)構(gòu)又可分為單階和雙階兩種形式。桿反向轉(zhuǎn)動并相切。按照整體結(jié)構(gòu)又可分為單階和雙階兩種形式。表表 雙螺桿擠出機的類型和用途雙螺桿擠出機的類型和用途嚙合型擠出機同

22、向轉(zhuǎn)動擠出機低速擠出機(型材擠出)高速擠出機(配料、脫氣)反向轉(zhuǎn)動擠出機錐形擠出機(型材擠出)圓柱形擠出機(型材擠出)非嚙合型擠出機反向轉(zhuǎn)動擠出機(配料)同軸擠出機(擠出)6.2.3 單、雙螺桿性能的比較單、雙螺桿性能的比較雙螺桿擠出機的優(yōu)點雙螺桿擠出機的優(yōu)點(1) 物料停留時間短物料停留時間短(2) 摩擦熱小，溫度易于控制。摩擦熱小，溫度易于控制。(3) 輸送效率高，擠出穩(wěn)定性好。輸送效率高，擠出穩(wěn)定性好。(4) 良好的自潔作用。良好的自潔作用。(5) 容易加料，排氣性好，低的功率消耗。容易加料，排氣性好，低的功率消耗。(6) 嚴格控制定量加料。嚴格控制定量加料。Back0nQ0nt0nP0

23、PQ雙雙雙雙單單單單(高)單(低)圖圖6-9 單、雙螺桿性能的比較單、雙螺桿性能的比較Q-產(chǎn)量；產(chǎn)量；t-物料溫度；物料溫度；P-機頭口膜壓力；機頭口膜壓力；n-螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速Back6.2.3 其他擠出機其他擠出機(1) 多螺桿擠出機多螺桿擠出機(2) 注塞式擠出機注塞式擠出機 行星擠出機能耗低、停留時間短、物料接觸面積大有利于熱交行星擠出機能耗低、停留時間短、物料接觸面積大有利于熱交換、防止降解，適用于熱敏性塑料。換、防止降解，適用于熱敏性塑料。 四螺桿時擠出機主要用于聚合物溶液擠出，有利于排除溶劑。四螺桿時擠出機主要用于聚合物溶液擠出，有利于排除溶劑。行星齒輪段行星齒輪段圖圖6-10

24、行星輥式擠出機行星輥式擠出機圖圖6-11 四螺桿擠出機四螺桿擠出機Back 口模是裝在擠出機末端的有孔部件，它使擠出物形成規(guī)定的橫口模是裝在擠出機末端的有孔部件，它使擠出物形成規(guī)定的橫截面形狀。截面形狀。 篩板也是口模組合裝置的組成部分，它是由多孔圓板組成，并篩板也是口模組合裝置的組成部分，它是由多孔圓板組成，并安裝在料筒和口模體之間。安裝在料筒和口模體之間。 篩板的主要作用是使物料由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，增加反壓、篩板的主要作用是使物料由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，增加反壓、支撐過濾網(wǎng)等。支撐過濾網(wǎng)等。 過濾網(wǎng)的作用是過濾熔融料流和增加料流阻力，以濾去機械雜過濾網(wǎng)的作用是過濾熔融料流和增加料流阻力

25、，以濾去機械雜質(zhì)和提高混合或塑化效果。質(zhì)和提高混合或塑化效果。 口模一般由口模分配腔、引流道和口模成型段口模一般由口模分配腔、引流道和口模成型段(模唇模唇)這三個功能這三個功能各異的幾何區(qū)組成各異的幾何區(qū)組成(圖圖6-12)。6.2.5 機頭和口模機頭和口模圖圖6-12 擠片口模的結(jié)構(gòu)擠片口模的結(jié)構(gòu) 1-分配腔分配腔 2-引流道引流道 3-模唇模唇 4-模唇調(diào)節(jié)器模唇調(diào)節(jié)器 5-扼流棒扼流棒 用于擠出塑料圓棒、單絲和造粒等，具有圓形出口的橫截面，用于擠出塑料圓棒、單絲和造粒等，具有圓形出口的橫截面，這就是圓孔口模。典型的一維流動。若圓孔平直部越短，則熔體的離這就是圓孔口模。典型的一維流動。若圓

26、孔平直部越短，則熔體的離模膨脹越大。圖模膨脹越大。圖6-13單絲口模。單絲口模。(1) 圓孔口模圓孔口模圖圖6-13 單絲口模單絲口模1-熔體入口熔體入口 2-分流管分流管 3-噴絲孔噴絲孔 用擠出法生產(chǎn)平膜用擠出法生產(chǎn)平膜(厚度小于厚度小于0.25mm)和片材和片材(厚度大于厚度大于0.25mm)的口模，在其出口都具有狹縫形的橫截面。根據(jù)分配腔的幾何形狀不的口模，在其出口都具有狹縫形的橫截面。根據(jù)分配腔的幾何形狀不同，扁平口?？煞殖芍敝Ч苁娇谀Ｍ?，扁平口?？煞殖芍敝Ч苁娇谀?T型口模型口模)、魚尾形口模、魚尾形口模(扇形口模扇形口模)和衣架式口模三種和衣架式口模三種(圖圖6-14)。(2)

27、扁平口模扁平口模圖圖6-14 扁平口模扁平口模 1-直支管式口模直支管式口模 2-魚尾形口模魚尾形口模 3衣架式口模衣架式口模 用于擠出管子、管狀薄膜、吹塑用型坯和涂布電線的口模，在用于擠出管子、管狀薄膜、吹塑用型坯和涂布電線的口模，在其出口都具有環(huán)形截面，這類口模稱為環(huán)形口模。這種環(huán)形流道是由其出口都具有環(huán)形截面，這類口模稱為環(huán)形口模。這種環(huán)形流道是由口模套和芯模組成的。根據(jù)口模套與芯模間的連接形式不同，可分為口模套和芯模組成的。根據(jù)口模套與芯模間的連接形式不同，可分為支架式口模、直角式口模、螺旋芯模式口模和儲料缸式口模等，如圖支架式口模、直角式口模、螺旋芯模式口模和儲料缸式口模等，如圖6-

28、15。(3) 環(huán)形口模環(huán)形口模 圖圖6-15 環(huán)形口模環(huán)形口模 A-支架式支架式 B-直角式直角式 C-螺旋芯模式螺旋芯模式 D-儲料缸式儲料缸式 異形口模用于擠出異形制品異形口模用于擠出異形制品(或稱型材或稱型材)。 由于聚合物熔體具有粘彈性，加之壁厚不一定均勻和邊界條件由于聚合物熔體具有粘彈性，加之壁厚不一定均勻和邊界條件的復雜，要分析異形口模中的流變行為，并用以指導口模設(shè)計是很困的復雜，要分析異形口模中的流變行為，并用以指導口模設(shè)計是很困難的。因此，異形口模設(shè)計目前主要還是靠經(jīng)驗，反復修模，以達到難的。因此，異形口模設(shè)計目前主要還是靠經(jīng)驗，反復修模，以達到所需制品的形狀。所需制品的形狀。

29、(4) 異形口模異形口模 圖圖512 異形口模異形口模 A板式口模板式口模 B流線型口模流線型口模 Back6.3 擠出原理擠出原理 在擠出成型過程中，物料通過螺桿和口模時，在擠出成型過程中，物料通過螺桿和口模時，其狀態(tài)的變化、流動規(guī)律對加工的生產(chǎn)率、質(zhì)量和其狀態(tài)的變化、流動規(guī)律對加工的生產(chǎn)率、質(zhì)量和能量消耗具有重要作用。能量消耗具有重要作用。 基礎(chǔ)理論是一門較新的科學，發(fā)展較晚。直到基礎(chǔ)理論是一門較新的科學，發(fā)展較晚。直到20世紀世紀50年代末才有可喜的突破。年代末才有可喜的突破。 單螺桿基礎(chǔ)理論可按單螺桿基礎(chǔ)理論可按固體輸送固體輸送、熔化和熔體輸熔化和熔體輸送送三個過程進行分析，機理比較復

30、雜，至今仍在不三個過程進行分析，機理比較復雜，至今仍在不斷研究和發(fā)展。斷研究和發(fā)展。 5.3.1 單螺桿擠出原理單螺桿擠出原理擠出過程：擠出過程：加料加料在螺桿中熔融塑化在螺桿中熔融塑化機頭口模擠出機頭口模擠出定型定型冷卻冷卻牽引牽引切割切割單螺桿擠出機的組成 普通螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，見圖普通螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，見圖6-13 5.3.1.1 螺桿的幾何參數(shù)螺桿的幾何參數(shù)D-螺桿直徑；螺桿直徑； L/D-長徑比；長徑比；H1和和H3-螺槽深度；螺槽深度；S-螺距；螺距；i-螺紋頭數(shù)；螺紋頭數(shù)；B-螺槽軸向?qū)挾嚷莶圯S向?qū)挾?。圖圖6-13 普通螺桿的基本結(jié)構(gòu)普通螺桿的基本結(jié)構(gòu)DsH3eA-A旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)erRtB

31、H1L1L2L3LDs-螺桿外徑螺桿外徑(一般的螺桿直徑一般的螺桿直徑)；Dg-螺桿根徑；螺桿根徑；D-螺桿平均直徑。螺桿平均直徑。L1-加料段長度加料段長度L2-壓縮段長度壓縮段長度L3-計量段長度計量段長度圖圖6-14螺紋參數(shù)與展開圖螺紋參數(shù)與展開圖t-導程；導程；e- 螺棱軸向?qū)挾龋宦堇廨S向?qū)挾龋?e- 螺棱法向?qū)挾?；螺棱法向?qū)挾?；W-螺槽法向?qū)挾?；螺槽法向?qū)挾?；Z-螺紋沿螺槽方向展開的長度；螺紋沿螺槽方向展開的長度；b、s分別表示螺桿外徑和螺桿根徑。分別表示螺桿外徑和螺桿根徑。bbDttgeiteitBWbbbbbcoscoscosbbbbDtZcossin螺桿參數(shù)之間的關(guān)系：螺桿參數(shù)

32、之間的關(guān)系： 1956年開始對固體輸送進行研究。達年開始對固體輸送進行研究。達涅耳涅耳(Darnell)和莫耳和莫耳(Mol)根據(jù)固體對固體根據(jù)固體對固體的摩擦平衡建立了固體輸送理論，稱為達的摩擦平衡建立了固體輸送理論，稱為達涅耳涅耳-莫耳理論。莫耳理論。 C. I. Chung 1970年提出年提出能量平衡理論。能量平衡理論。W. Tedder1971年提出黏性年提出黏性牽附理論。牽附理論。 5.3.1.2 加料段的固體輸送理論加料段的固體輸送理論達涅耳達涅耳- 莫耳理論的假設(shè)莫耳理論的假設(shè) 固體輸送段中的物料是已被壓實的無內(nèi)變形固體輸送段中的物料是已被壓實的無內(nèi)變形的固體塞，同時充滿于整個

33、螺槽中；的固體塞，同時充滿于整個螺槽中； 固體塞所受的壓力僅沿螺槽方向有變化；固體塞所受的壓力僅沿螺槽方向有變化；摩擦因數(shù)是一個常數(shù)，但在螺桿和機筒表面摩擦因數(shù)是一個常數(shù)，但在螺桿和機筒表面的摩擦因數(shù)可以是不同的，作用于固體塞上的摩的摩擦因數(shù)可以是不同的，作用于固體塞上的摩擦力符合庫倫定律擦力符合庫倫定律F=fP(式中：式中：F-摩擦力；摩擦力；f-摩擦摩擦因數(shù)因數(shù); P正壓力正壓力)； 忽略固體塞密度的變化以及忽略螺槽中物料忽略固體塞密度的變化以及忽略螺槽中物料的重力和忽略螺棱頂面與機筒間隙的影響；的重力和忽略螺棱頂面與機筒間隙的影響； 加料段螺槽截面為矩形，且槽深不變。加料段螺槽截面為矩形

34、，且槽深不變。固體輸送的計算固體輸送的計算 固體塞整體在旋轉(zhuǎn)的螺桿和固定的機筒的作用下，向固體塞整體在旋轉(zhuǎn)的螺桿和固定的機筒的作用下，向螺桿擠出方向運動，固體塞單元的運動分析見圖螺桿擠出方向運動，固體塞單元的運動分析見圖6-15。 圖圖6-15 固體塞運動分析固體塞運動分析 v1螺桿轉(zhuǎn)動切線速螺桿轉(zhuǎn)動切線速度；度； v2固體塞沿螺槽前固體塞沿螺槽前進的相對速度；進的相對速度； v3是是v1和和v2的矢量合，的矢量合，固體塞相對機筒的速度；固體塞相對機筒的速度； vL是沿螺桿前進的是沿螺桿前進的速度，是速度，是v3的分量。的分量。 固體塞的輸送角固體塞的輸送角 n為螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為螺桿轉(zhuǎn)數(shù) F為垂直于

35、為垂直于vL的的螺槽流道截面積螺槽流道截面積 圖圖6-16螺桿橫截面圖螺桿橫截面圖sin4122HeiDDFsb sin4122HeiDDtgtgtgtgnDFvQsbbbbL11224HDHDDbsbeHDiWbsin1eWWtgtgtgtgHDnHDFvQbbbbL112因為：因為：整理得：整理得：固體塞輸送理論的基本方程固體塞輸送理論的基本方程固體輸送速率固體輸送速率Q ：FvQLnDvb1bbbbbLtgtgtgtgnDtgtgtgtgvv1 Q與與n和和H1成正比，而與螺桿直徑接近平方的關(guān)系。這種關(guān)成正比，而與螺桿直徑接近平方的關(guān)系。這種關(guān)系與實驗結(jié)果相近。系與實驗結(jié)果相近。當螺紋寬

36、度很小時：當螺紋寬度很小時：bbbbtgtgtgtgHDnHDQ112eWWtgtgtgtgHDHDnQbbbb112bbbbtgtgtgtgHDHDnQ112若用比流速若用比流速(螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的流率螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的流率)來表示得：來表示得：公式公式 式中：式中：固體塞的輸送角固體塞的輸送角(前進角前進角) 輸送角輸送角(或前進角或前進角)是前面公式中是前面公式中的一個參數(shù)，需想辦法求得。的一個參數(shù)，需想辦法求得。 對螺槽中截取的固體塞微元進行對螺槽中截取的固體塞微元進行受力分析，將輸送過程視為勻速運動，受力分析，將輸送過程視為勻速運動，通過力和力矩平衡求得通過力和力矩平衡求得角。角。圖圖6-1

37、7固體塞微塊受力分析固體塞微塊受力分析sbsbbbssbbbsbctgDDKfWfWctgDDKffWHKsinsin2sincos101lnsin1PPctgDDKfZHWWbbbssincoscossinssbffDDKMKsincos簡寫式：簡寫式： M為上面的后三項的總和。第一項為固體塞與螺紋的前緣為上面的后三項的總和。第一項為固體塞與螺紋的前緣和后緣兩側(cè)的摩擦影響；第二項為固體塞對螺桿和料筒摩擦的和后緣兩側(cè)的摩擦影響；第二項為固體塞對螺桿和料筒摩擦的影響；第三項為固體塞所受壓力變化的影響。影響；第三項為固體塞所受壓力變化的影響。固體塞輸送理論的基本方程固體塞輸送理論的基本方程方程式連

38、接方程式連接1；方程式連接方程式連接2方程式連接方程式連接3 圖圖6-18輸送角的計算圖輸送角的計算圖K(作用在固體塞上的力比作用在固體塞上的力比)M(螺桿的幾何項螺桿的幾何項)根據(jù)計算的根據(jù)計算的M和和K可查圖可查圖6-186-18，獲得，獲得。MKsincos根據(jù)：根據(jù)：可得：可得：2221K1sinKMKM對固體輸送理論方程中的某些因素的討論對固體輸送理論方程中的某些因素的討論 當當 =0時，時，Q=0，說明固體塞的絕對速度，說明固體塞的絕對速度v3沿螺桿圓周切線方向，沿螺桿圓周切線方向，它同螺桿一齊轉(zhuǎn)動，而不沿螺桿軸向前進。它同螺桿一齊轉(zhuǎn)動，而不沿螺桿軸向前進。 要提高固體輸送率要提高

39、固體輸送率Q，就要盡量增大輸送角，就要盡量增大輸送角。 為了進一步深入理解固體輸送理論的基本方程式，現(xiàn)作如為了進一步深入理解固體輸送理論的基本方程式，現(xiàn)作如下的討論。下的討論。(A) 輸送角輸送角的討論的討論 當螺桿參數(shù)一定時，輸送角當螺桿參數(shù)一定時，輸送角是影響生產(chǎn)率的重要因素。輸送是影響生產(chǎn)率的重要因素。輸送角角是螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)、摩擦因數(shù)以及壓力這些因素的函數(shù)。是螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)、摩擦因數(shù)以及壓力這些因素的函數(shù)。 (B) 摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)f 的討論的討論 當當增大時，意味著增大時，意味著M值下降，值下降，K值下降。值下降。這說明塑料對螺桿的這說明塑料對螺桿的摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)fs應盡量小。而塑料對

40、機筒的摩擦因數(shù)應盡量小。而塑料對機筒的摩擦因數(shù)fb應盡量大。應盡量大。a 控制螺桿與機筒的表面加工控制螺桿與機筒的表面加工b 控制螺干與機筒的溫度控制螺干與機筒的溫度 (D) 物料壓力的討論物料壓力的討論A為復雜表示式為復雜表示式 上式說明，加料段落槽中任一點壓力上式說明，加料段落槽中任一點壓力p隨流道長度隨流道長度Zb成指數(shù)成指數(shù)關(guān)系增長，與第一個螺槽中的起始壓力關(guān)系增長，與第一個螺槽中的起始壓力p0成正比。但若成正比。但若p0=0時，時，仍能建立起壓力。仍能建立起壓力。(C) 螺旋升角螺旋升角 的討論的討論bbtgtgtgtg當當最大時，固體輸送率最大時，固體輸送率Q達到最大值。達到最大值

41、。例如：當例如：當Db=50mm，H1=10mm，fs=fb=0.250.50，壓力無變化。，壓力無變化。當螺旋當螺旋 升角升角 =1720之間時，之間時，Q最大。最大。根據(jù)固體塞輸送理論的基本方程，可獲得：根據(jù)固體塞輸送理論的基本方程，可獲得：bZAppexp0 固體輸送段消耗的功率是比較大的，有時可以達到整個螺桿固體輸送段消耗的功率是比較大的，有時可以達到整個螺桿消耗功率的消耗功率的60左右。因此，對它研究也是固體輸送理論的一個重左右。因此，對它研究也是固體輸送理論的一個重要內(nèi)容。要內(nèi)容。 為推導能量消耗的關(guān)系式，假定螺桿靜止而機筒旋轉(zhuǎn)，這時為推導能量消耗的關(guān)系式，假定螺桿靜止而機筒旋轉(zhuǎn)，

42、這時只有一個外力只有一個外力(即固體塞作用在機筒上的摩擦力即固體塞作用在機筒上的摩擦力)作用在機筒上，這作用在機筒上，這個力與個力與圖圖6-17中的中的F1大小相等而方向相反。大小相等而方向相反。 F1=pfbWbdzb 由此，機筒旋轉(zhuǎn)所消耗的能量便是該力乘以機筒運動速度在由此，機筒旋轉(zhuǎn)所消耗的能量便是該力乘以機筒運動速度在該力方向的速度分量。該力方向的速度分量。 固體輸送段的功率消耗固體輸送段的功率消耗pdzWfnDdebbbbWcos對上式從對上式從0到到Zb范圍進行積分得在長度為范圍進行積分得在長度為Zb上的總能量消耗。上的總能量消耗。cosbmbbbWZpWfnDe00lnpppppm

43、式中的式中的pm為為:對數(shù)平均壓力對數(shù)平均壓力 由此可見，固體輸送段能量的消耗正比于壓力由此可見，固體輸送段能量的消耗正比于壓力pm、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n和摩和摩擦因數(shù)擦因數(shù)fb?？偰芰肯陌ㄋ捻棧骸？偰芰肯陌ㄋ捻棧?A 物料與機筒表面因摩擦作用而消耗的能量物料與機筒表面因摩擦作用而消耗的能量ewb B 物料與螺桿根徑表面因的摩擦作用而消耗的能量物料與螺桿根徑表面因的摩擦作用而消耗的能量ews C 兩螺棱側(cè)面上所消耗的能量兩螺棱側(cè)面上所消耗的能量ewf D 由于壓力上高而消耗的能量由于壓力上高而消耗的能量ewp.cosbmbbbWpWfWsWbWZpWfnDeeeee 試根據(jù)下述條件和螺桿的幾何

44、參數(shù)，試根據(jù)下述條件和螺桿的幾何參數(shù)，求擠出機擠尼龍時螺桿求擠出機擠尼龍時螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的固體輸送量每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的固體輸送量Q/n。 該固體輸送段在下列各種情況下的壓力都不升高，同時設(shè)：該固體輸送段在下列各種情況下的壓力都不升高，同時設(shè)： 忽略螺桿和固體塞間的摩擦作用；忽略螺桿和固體塞間的摩擦作用； 螺桿和機筒的摩擦因數(shù)相等，但螺紋側(cè)壁與固體塞的摩擦可螺桿和機筒的摩擦因數(shù)相等，但螺紋側(cè)壁與固體塞的摩擦可以忽略；以忽略；fs=fb=0.25 螺桿和機筒的摩擦因數(shù)相等，但螺紋后緣與固體塞的摩擦可螺桿和機筒的摩擦因數(shù)相等，但螺紋后緣與固體塞的摩擦可忽略；忽略；fs=fb=0.25 螺桿和機筒的摩擦因數(shù)相等

45、。螺桿和機筒的摩擦因數(shù)相等。fs=fb=0.25 螺桿的幾何參數(shù)為：螺桿的幾何參數(shù)為： 機筒內(nèi)徑機筒內(nèi)徑Db=4.5cm 螺桿根部直徑螺桿根部直徑Ds=3.2cm 螺紋導程螺紋導程t=4.5cm 螺紋寬度螺紋寬度e =0.45cm 螺槽深度螺槽深度H1 =(Db-Ds)/2=0.65cm 平均直徑平均直徑D=Db-H1=3.85cm 螺桿的螺紋頭數(shù)螺桿的螺紋頭數(shù)i=1 該條件下尼龍的密度該條件下尼龍的密度0.475g/cm3 計算舉例計算舉例解：解：Dttg根據(jù)公式：根據(jù)公式：有：有：Dtarctan根據(jù)題的條件：根據(jù)題的條件：422085. 314. 35 . 4arctanarctanDt

46、41175 . 414. 35 . 4arctanarctanbbDt41242 . 314. 35 . 4arctanarctanssDt根據(jù)公式：根據(jù)公式：eitWcos有：有：cmeitWbb84. 345. 04117cos15 . 4coscmeitWss63. 345. 04124cos15 . 4coscmeitW77. 345. 04220cos15 . 4cos因此有：因此有：A 根據(jù)根據(jù)條件求條件求Q/nQ/n可知：可知：p=p0及及fs=0根據(jù)根據(jù)公式公式得：得：從上述公式可以看出：從上述公式可以看出：要獲得最大輸送率要獲得最大輸送率Qmax，最佳螺旋升角應為：，最佳螺旋

47、升角應為：根據(jù)該條件下尼龍的密度根據(jù)該條件下尼龍的密度0.475g/cm3ctgK tgDDKbbbtgtgDDctg即有：即有：b90根據(jù)根據(jù)公式公式得：得：eWWHDHDnQbbbbcossin1121132min8 .2845. 077. 377. 34117cos4117sin3034. 065. 05 . 465. 05 . 4rcmnQ11min7 .13475. 08 .28rgnQ因此：因此：45bB 根據(jù)根據(jù) 條件求條件求Q/nQ/n可知：可知：p=p0及及fs=fb=0.25，并略去螺紋兩側(cè)摩擦的影響，并略去螺紋兩側(cè)摩擦的影響根據(jù)根據(jù)公式公式得：得： 得：得：根據(jù)根據(jù)公式公

48、式，略去螺紋兩側(cè)摩擦的影響，可得：，略去螺紋兩側(cè)摩擦的影響，可得：5866. 04220sin25. 04220cos4220cos25. 04220sin5 . 485. 3sincoscossinssbffDDK6273. 041245 . 42 . 35866. 04117sin84. 356. 3sinctgctgDDKWWMsbsbbs4516. 05688. 016273. 05688. 06273. 05688. 011K1sin222222KMKM1526根據(jù)公式有：根據(jù)公式有：根據(jù)公式得：根據(jù)公式得：eWWtgtgtgtgHDHDnQbbbb112132min43. 945.

49、 077. 377. 3411715264117152665. 05 . 465. 05 . 4cmtgtgtgtg11min229. 9475. 043. 9rgnQ因此有：因此有：C 根據(jù)根據(jù)條件條件求求Q/n同理求得：同理求得：可知：可知：p=p0及及fs=fb=0.25，并略去螺紋一側(cè)摩擦的影響，并略去螺紋一側(cè)摩擦的影響根據(jù)根據(jù)公式公式得：得：sbsbbsbbbctgDDKWWctgDDKWHMsinsin17762. 06273. 041175 . 485. 35866. 04117sin84. 365. 0ctgM302. 05688. 017762. 05688. 07762.

50、05688. 011K1sin222222KMKM0418eWWtgtgtgtgHDHDnQbbbb112132min29.1645. 077. 377. 3411704184117041865. 05 . 465. 05 . 4cmtgtgtgtg11min74. 7475. 029.16rgnQ因此有：因此有：D 根據(jù)根據(jù)條件條件求求Q/n同理求得：同理求得：eWWtgtgtgtgHDHDnQbbbb112可知：可知：p=p0及及fs=fb=0.25，考慮全部摩擦的影響，考慮全部摩擦的影響根據(jù)根據(jù)公式公式得：得：0247. 0sinsin21sbsbbsbbbctgDDKWWctgDDKW

51、HM011675688. 019247. 05688. 09247. 05688. 011K1sin222222KMKM246132min518. 845. 077. 377. 34117246411724665. 05 . 465. 05 . 4cmtgtgtgtg11min046. 4475. 0518. 8rgnQ 從該題的解析可以看出，摩擦因數(shù)對擠出機的生產(chǎn)效率影響很大，在其它從該題的解析可以看出，摩擦因數(shù)對擠出機的生產(chǎn)效率影響很大，在其它條件不變時，隨螺桿摩擦因數(shù)的減小，則條件不變時，隨螺桿摩擦因數(shù)的減小，則M減小，減小，增大，則增大，則Q/n增大。增大。 5.3.1.3 壓縮段的熔

52、融理論壓縮段的熔融理論 在壓縮段物料被逐漸軟化熔融，變成連續(xù)的粘性流體，并將物在壓縮段物料被逐漸軟化熔融，變成連續(xù)的粘性流體，并將物料壓實、排除物料中的氣體。料壓實、排除物料中的氣體。 在螺桿的擠出理論中，壓縮段的機理最難確定，因為在這一段在螺桿的擠出理論中，壓縮段的機理最難確定，因為在這一段中既存在固體物料，又存在熔融物料。中既存在固體物料，又存在熔融物料。 從從1959年開始，在豐富的生產(chǎn)實踐和科學實驗基礎(chǔ)上，由馬多年開始，在豐富的生產(chǎn)實踐和科學實驗基礎(chǔ)上，由馬多克克(B-H.Maddock)和斯特里和斯特里(L.F. Street)提出了單螺桿擠出機的熔融提出了單螺桿擠出機的熔融理論理論

53、-又稱為相遷移理論；又稱為相遷移理論； 1966年，塔莫爾在前人定性分析的基礎(chǔ)上用數(shù)學分析方法建立年，塔莫爾在前人定性分析的基礎(chǔ)上用數(shù)學分析方法建立了數(shù)學模型；了數(shù)學模型； 1971年年1974年，年，C.I.Chung、R.C.Donovan對數(shù)學模型中若對數(shù)學模型中若干問題提出修正；干問題提出修正； 1976年，年，J.T.Lindt按動力學觀點提出了新的熔融理論模型等。按動力學觀點提出了新的熔融理論模型等。 這里僅介紹熔融過程中的牛頓模型。這里僅介紹熔融過程中的牛頓模型。 根據(jù)壓縮段的熔融理論，可以預測熔融區(qū)的熔融狀態(tài)，預測固根據(jù)壓縮段的熔融理論，可以預測熔融區(qū)的熔融狀態(tài)，預測固體物料完

54、全熔化所需要的螺桿長度，并分析螺桿性能、進行螺桿設(shè)體物料完全熔化所需要的螺桿長度，并分析螺桿性能、進行螺桿設(shè)計、確定最佳工藝條件等提供科學的依據(jù)。計、確定最佳工藝條件等提供科學的依據(jù)。 A 實驗觀察實驗觀察 為了了解高聚物材料在擠出機螺桿中變化的復雜行為，為了了解高聚物材料在擠出機螺桿中變化的復雜行為，Tadmor和和Klein等人作過精密的實驗觀察。他們進行擠出過程的各種觀察實驗。等人作過精密的實驗觀察。他們進行擠出過程的各種觀察實驗。歸納起來可有如下三種方法：歸納起來可有如下三種方法： 圖圖6-19 螺槽中物料的熔融過程螺槽中物料的熔融過程1-液相液相(熔體熔體) ；2-固相固相(未熔物料

55、未熔物料)；3-加料口；加料口；4-螺棱推進面；螺棱推進面；5-熔池；熔池；6-熔膜；熔膜；7-已加熱的固體；已加熱的固體；8-溫度較低的固體溫度較低的固體頂出螺桿法頂出螺桿法 剖分機筒法剖分機筒法 透明機筒法透明機筒法 根據(jù)實驗觀察，螺槽中物料由固態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)的物理過程見下圖：根據(jù)實驗觀察，螺槽中物料由固態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)的物理過程見下圖： 為表征高聚物熔融過程中固相寬度沿螺槽方向變化的規(guī)律，根據(jù)上為表征高聚物熔融過程中固相寬度沿螺槽方向變化的規(guī)律，根據(jù)上述實驗結(jié)果的觀察和分析，作如下假設(shè)：述實驗結(jié)果的觀察和分析，作如下假設(shè)： 擠出過程是穩(wěn)定的擠出過程是穩(wěn)定的(螺槽內(nèi)的固相和液相分界面位置固定

56、不變螺槽內(nèi)的固相和液相分界面位置固定不變)； 整個固相為均質(zhì)連續(xù)體；整個固相為均質(zhì)連續(xù)體； 高聚物的熔融溫度范圍較窄，因而固液相之間的分界面明顯；高聚物的熔融溫度范圍較窄，因而固液相之間的分界面明顯； 螺槽橫截面為矩形，固相物料的橫截面也為矩形；螺槽橫截面為矩形，固相物料的橫截面也為矩形； 外部加熱的熱量由機筒表面?zhèn)魅?，并按熱傳導方式通過熔膜和固、外部加熱的熱量由機筒表面?zhèn)魅?，并按熱傳導方式通過熔膜和固、液相的界面；液相的界面； 剪切熱僅在熔膜內(nèi)產(chǎn)生；剪切熱僅在熔膜內(nèi)產(chǎn)生； 熔池對固體床的傳熱忽略不計；熔池對固體床的傳熱忽略不計； 固體粒子的熔化僅在固、液相界面進行；固體粒子的熔化僅在固、液相

57、界面進行； 沿螺槽沿螺槽x和和z兩個方向的傳熱不予考慮，而且在熱傳導計算中，認兩個方向的傳熱不予考慮，而且在熱傳導計算中，認為固體床的厚度無限大；為固體床的厚度無限大； 熔融體為牛頓流體，所有物理性質(zhì)都是常數(shù)；熔融體為牛頓流體，所有物理性質(zhì)都是常數(shù)；從上述熔融過程的實驗研究可知：從上述熔融過程的實驗研究可知： 塑料的全部熔融過程是在螺桿熔化段內(nèi)進行的；塑料的全部熔融過程是在螺桿熔化段內(nèi)進行的； 整個熔化過程直接反映為固相寬度沿螺槽方向距離變化的規(guī)律；整個熔化過程直接反映為固相寬度沿螺槽方向距離變化的規(guī)律； 固相寬度沿螺槽方向距離的變化規(guī)律，決定于螺桿參數(shù)、操作工固相寬度沿螺槽方向距離的變化規(guī)律

58、，決定于螺桿參數(shù)、操作工藝條件和塑料的物理性質(zhì)。藝條件和塑料的物理性質(zhì)。B 數(shù)學分析數(shù)學分析 螺桿靜止，機筒表面以速度螺桿靜止，機筒表面以速度vb運動，熔化的物料由于機筒表運動，熔化的物料由于機筒表面的拖曳作用匯集于熔池內(nèi)，而固相物料則以一定速度面的拖曳作用匯集于熔池內(nèi)，而固相物料則以一定速度vsy沿沿y方向方向進入分界面轉(zhuǎn)化為液相，以補充熔膜中進入熔池的液相物料，因進入分界面轉(zhuǎn)化為液相，以補充熔膜中進入熔池的液相物料，因而熔膜厚度而熔膜厚度在固體床寬度方向為定值；在固體床寬度方向為定值； 螺槽內(nèi)的固相物料以一定速度螺槽內(nèi)的固相物料以一定速度vsz沿沿z向前移。向前移。根據(jù)上述假設(shè)，可獲得下面

59、的熔融理論的物理模型：根據(jù)上述假設(shè)，可獲得下面的熔融理論的物理模型： 圖圖620 熔融理論的物理模型熔融理論的物理模型 1-分界面；分界面；2-熔膜；熔膜；3-固相；固相；4熔池；熔池；5-螺紋推進面螺紋推進面 a. dz距離上固相物料的質(zhì)量平衡距離上固相物料的質(zhì)量平衡 分析見圖分析見圖6-21所示，單位時間內(nèi)流人所示，單位時間內(nèi)流人dz段的固相物料量為：段的固相物料量為：式中：式中：s固相物料密度固相物料密度 H1、H2分別為分別為dz段開始和終止處段開始和終止處的螺槽深度。若螺槽等深，則的螺槽深度。若螺槽等深，則H1=H2=H；若螺槽深度漸變，則若螺槽深度漸變，則H2=H1-Adz，A為漸

60、為漸變度。變度。圖圖6-21 dz6-21 dz距離上固相距離上固相物料的質(zhì)量平衡物料的質(zhì)量平衡固固液液單位時間內(nèi)流出單位時間內(nèi)流出dz的固相物料量為：的固相物料量為：dz段上分界面處，在單位時間段上分界面處，在單位時間內(nèi)固相物料熔化量為：內(nèi)固相物料熔化量為：11XHvszs22XHvszsdzX1、X2分別為分別為dz開始和終止處固相物料的寬度開始和終止處固相物料的寬度 。單位螺槽長度上的固體熔化速率單位螺槽長度上的固體熔化速率Vsz已在假設(shè)已在假設(shè)中有所說明，此值可以根據(jù)穩(wěn)定擠出條件用下式計算：中有所說明，此值可以根據(jù)穩(wěn)定擠出條件用下式計算：式中式中 G擠出機穩(wěn)定擠出時的質(zhì)量生產(chǎn)率擠出機穩(wěn)