擠出過程原理

一．工作原理

擠出成型是在一定條件下將具有一定塑性的膠料通過一個口型連續壓送出來，使它成為具有一定斷面形狀的產品的工藝過程。

膠料沿螺桿前移過程中，由于機械作用及熱作用的結果，膠料的粘度和塑性等均發生了一定的變化，成為一種粘性流體。根據膠料在擠出過程中的變化，一般將螺桿工作部分按其作用不同大體上分為喂料段、壓縮段和擠出段三部分。

各段工作特點如下：

1．喂料段：  又稱為固體輸送段，此段從喂料口起至膠料熔融開始。膠料進入加料口后，在旋轉螺桿的推擠作用下，在螺紋槽和機筒內壁之間作相對運動，并形成一定大小的膠團。

2．壓縮段： 又稱為塑化段，此段從膠料開始熔融起至全部膠料產生流動止。壓縮段接受由喂料段送來的膠團，將其壓實、進一步軟化，并將膠料中夾帶的空氣向喂料段排出。

3．壓出段：  又稱為計量段，把壓縮段輸送來的膠料進一步加壓攪拌，此時螺紋槽中已形成完全流動狀態的膠料。由于螺桿的轉動促使膠料流動，并以一定的容量和壓力從機頭流道均勻擠出。

二．膠料在擠出段中的流動狀態

一般把膠料在擠出段中的流動看成是順流、倒流、漏流和環流的綜合流動。

順流：由于螺桿轉動促使膠料沿著螺紋槽向機頭方向的流動，它促使膠料擠出，又稱為擠流。它的速度分布近似直線，在螺桿表面速度最大，在機筒內壁速度近似為零。順流對擠出產量有利。

倒流：由于機頭對膠料的阻力引起的，也稱壓力倒流或逆流。膠料順著壓力梯度沿螺桿通道而產生倒流。倒流引起擠出產量減少。

漏流：在螺桿螺峰與機筒內壁間縫隙，由于機頭阻力而引起的，它與順流方向相反，它引起擠出產量減少，見圖3-1。

環流：又稱為橫流，由于螺桿旋轉時產生的推擠作用引起的流動，它與順流成垂直方向，促使膠料混合，對產量無影響，見圖3-2。環流對膠料起著攪拌混煉、熱交換和塑化的作用。

三．膠料在機頭內的流動狀態

膠料在機頭內的流動，是指膠料在離開螺紋槽后，到達口型板之前的流動。

膠料在螺桿螺紋槽中的流動是呈螺旋狀前進的，但從螺桿頭端出來進入機頭流道時，料流形狀發生了急驟的變化，即由旋轉運動變為直線運動，而且由于膠料具有一定的粘性，其流動速度在流道中心要比靠近機頭內壁處快得多，其速度分布呈拋物線狀。

機頭壓力：在機頭流道所形成的對物料的壓力，該壓力在通過機頭時，逐漸下降。當物料擠出口模時，下降為零。

機頭壓力的成因：（1）由過濾網和過濾板的阻力形成；（2）由機頭口模流道內壁摩擦及流道收縮而形成。

機頭的結構要使膠料在由螺桿到口型的整個流動方向上受到的推力和流動速度盡可能保持一致。為此，機頭內的餓流道應呈流線型，無死角或停滯區，不存在任何湍流。

四．膠料在口型中的流動和壓出膨脹

1．膠料在口型中的流動

膠料經機頭流道進入口型后，通過口型時受到更強烈的剪切塑化后擠出口型外。因此，口型內的流動狀態及口型結構尺寸決定了制品的最終形狀和質量。

膠料是在機頭所形成的流體靜壓力作用下流過口型的，因此，膠料在口型中的流動只表現為軸向運動。由于口型厚度一般很薄，膠料在口型中形成的壓力梯度很大。

2．壓出膨脹

膠料是粘彈性體，當它流過口型時，同時經歷粘性流動和彈性變形。膠料由機頭進入口型時，一般是流道變窄，流速增大，在流動方向上形成速度梯度。這種速度使膠料產生拉伸彈性變形。當口型流道較短時膠料拉伸變形來不及恢復，壓出后產生膨脹現象。（即壓出物的直徑大于口型直徑，而軸向出現回縮）。

壓出膨脹量主要取決于膠料流動時可恢復變形量和松弛時間的長短。

影響壓出膨脹的因素：

（1）工藝因素

口型形狀、口型（板厚度）壁長度、機頭口型溫度、壓出速度等。

（2）配方因素

生膠和配合劑的種類、用量、膠料可塑性等。

一般來說，膠料可塑性小、含膠率高、壓出速度快，膠料、機頭和口型溫度低時，壓出物的膨脹率（或收縮率）就大。

五．擠出機的生產能力

根據流動分析，影響擠出機生產能力的是順流Qd、逆流Qp和漏流Ql。橫流對擠出量沒有影響，但對擠出過程中物料的混合和熱交換的作用卻很大。故擠出機的生產能力Q可表示為：

1．螺桿特性曲線

如果把膠料看成為牛頓型流體（即粘度不隨剪切應力和剪切速率變化），在等溫和層流條件下，不考慮螺紋側壁的影響，可得出：式中  N—螺桿轉速，r/s；P—螺桿末端膠料的壓力（機頭壓力），Pa；η—膠料粘度，Pa.s；

α、β、γ—隨螺桿規格尺寸而變的系數，cm3；

因此，擠出機的壓出量為：當膠料得粘度η一定，擠出機規格一定（即α、β、γ為常數）時，由式（3-7）可知，壓出量Q與螺桿的轉速成正比，與機頭壓力成反比。將Q~P作圖，得到一直線，該直線表達了螺桿的幾何特性，稱為螺桿特性曲線。

2．機頭特性曲線

從螺桿輸送來的膠料總要機頭口型才能壓出。當膠料流過機頭口型時，可按流體力學在層流時的流量公式計算出壓出量：式中  Q—通過機頭口型的流量，cm3/min；P—機頭壓力，Pa；η—膠料粘度，Pa.s；

k—機頭口型系數，cm3，與機頭，口型大小和形狀有關。k值越大，機頭口型阻力越小。

若膠料粘度一定，口型尺寸一定，則機頭的流量與機頭壓力成正比。式（3-8）是一個直線方程，它表達了機頭口型的特性，稱為機頭特性曲線。

采用式（3-7）和（3-8）作圖，見圖3-4，當轉速一定，k一定時，兩直線的交點即為壓出機的生產能力。

塑料片材生產線有限公司 http://ting2215.qqzyw.com/

雙螺桿片材生產線有限公司 http://ztt2215.diqiuw.com/

單螺桿造粒機有限公司 http://ztt150.diqiuw.com/

玖德隆機械昆山有限公司http://zhutingting1.jdzj.com/

聚烯烴無鹵造粒機 http://www.zhutingting123.cn.wsmaoyi.com/

低煙無鹵電纜料造粒機 http://zhutingting12.sbzj.com/

充電樁線低煙無鹵料造粒機 http://www.zhutingting123.cp6616.com/