挤出成型的特点和理论分析

挤出成型主要是对物料的输送和塑化，并且在压力下迫使物料通过机头口模从而得到所要求的制品。它具有以下特点：挤出法几乎能成型所有的热塑性塑料，适应性强；生产的制品可以是管材、板材、薄膜、线缆包覆物；单丝、棒材等，应用范围广；生产过程连续，生产效率高；投资少，见效快。

在挤出过程中物料的温度、压力及其状态都是变化的，图10-13是挤出过程温度和压力沿螺杆的变化。温度是物料产生状态变化，即从固相转变为液相，实现挤出成型的必要条件。螺杆螺槽容积的变化及其他阻力致使压力升高，使固相物料压实，有利于排气，同时也能改善热传导，有利于熔融，并能使制品形状及尺寸精确。

图10-13　挤出过程温度和压力沿螺杆的变化

实际挤出过程中，物料在螺杆各段所经历的状态变化和流动行为都是十分复杂的，可归结为固体输送、熔融和熔体输送三个过程。固体输送一般在加料段和压缩段完成，物料靠自身的重量从料斗进入螺槽，螺杆的转动将物料往前推移，但物料不是直线前进的，而是沿螺槽移向前方。物料的运动受它与螺杆及与机筒内表面之间摩擦力的控制。因此只要能正确地控制物料与螺杆及与机筒之间的摩擦系数，就可提高固体输送段的送料能力。可从挤出机结构和挤出工艺两个方面采取措施。从挤出机结构角度来考虑，增加螺槽深度、降低物料与螺杆的摩擦系数、增大物料与机筒的摩擦系数均可以提高固体输送率。从挤出工艺分析，关键是控制加料段外机筒和螺杆的温度，因为摩擦系数是随温度而变化的，一般塑料对钢的摩擦系数随温度的下降而减小，为此，螺杆通水冷却可降低摩擦系数，对物料的输送是有利的。熔融过程是在压缩段完成的。当固体物料由加料段进入压缩段时，逐渐受到越来越大的挤压，可认为固体粒子被挤压成紧密堆砌的固体床。固体床在前进过程中受到料筒外加热和内摩擦热的同时作用而逐渐熔化，如图10-14所示。首先在靠近料筒表面处留下熔膜层，当熔膜层厚度超过料筒与螺棱的间隙时，就会被旋转的螺棱刮下并汇集于螺纹推力面的前方，形成熔池，而在螺棱的后侧则为固体床，随着螺杆的传动，来自料筒的外加热和熔膜的剪切热不断传至未熔融的固体床，使与熔膜接触的固体粒子熔融。这样，在沿螺槽向前移动的过程中，固体床的宽度逐渐减小，直至全部消失，即完成熔化过程，物料熔体随即进入均化段。均化段完成熔体输送，即将熔融物料定容（定量）、定压地送入机头使其在口模中成型。均化段的螺槽容积与加料段一样恒定不变。值得注意的是，物料在均化段的流动并不是单一向着机头方向，物料实际流动情况很复杂，包括下面四种类型的流动。

图10-14　固体床熔化过程

1-熔体池　2-料筒　3-固体床　4-螺杆(www.xing528.com)

1.正流正流是物料沿螺槽方向（z方向）向机头的流动，这是均化段熔体的主流，如图10-15（a）所示。它是由物料在螺杆中受机筒摩擦拖拽作用而产生的，它在螺槽深度方向的速度分布是线性变化的。

2.倒流（逆流，反流）倒流是沿螺槽与正流方向相反（z方向）的流动，它是由机头、口模、过滤网等对料流的阻碍所引起的反压流动。它将引起挤出生产能力的损失。倒流的速度分布是按抛物线关系变化[图10-15（b）]。正流和倒流的综合称为净流[图10-15（c）]。

3.横流横流是指物流沿x轴和y轴两方向在螺槽内的往复流动，也是螺杆旋转时螺棱的推挤作用和阻挡作用所造成的，仅限于在每个螺槽内的环流，对总的挤出生产率影响不大，但对于物料的热交换、混合和进一步均匀塑化影响很大[图10-15（d）]。

4.漏流漏流是指物流在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动，它也是由于机头和口模等对物料的阻力所产生的反压流动[图10-15（e）]。由于螺杆和料筒的间隙很小，故在一般情况下漏流流率要比正流和倒流小得多。

物料在螺杆均化段的实际流动是上述四种流动的组合，其输出流率是挤出机的生产能力：即为正流、倒流和漏流的代数和。