热塑性塑料挤出工艺中的定型与冷却优化方法

适用于挤出成型的塑料种类很多，制品的形状和尺寸也有很大差别，但挤出成型工艺过程大体相同，包括原料的干燥、挤出成型、制品的定型与冷却、制品的牵引也卷取（或切割）等。

图10-15　螺槽内熔体几种流动

1-机筒　2-螺杆

（一）原料的干燥

原料干燥的目的是除去水分，原料中的水分或从外界吸收的水分会影响挤出过程的正常进行和制品的质量，严重时会使挤出无法进行。因此使用前应对原料进行干燥，通常控制含水率（30.4%）。此外，原料也不应含有其他杂质。

（二）挤出成型

首先将挤出机加热到预定的温度，然后开动螺杆，同时加料。初期挤出物的质量和外观都较差，应根据塑料的挤出工艺性能和挤出机机头及口模的结构特点等，调整挤出机料筒各加热段和机头及口模的温度及螺杆的转速等工艺参数，以控制料筒内物料的温度和压力分布。根据制品的形状和尺寸的要求，调整口模尺寸和同心度及牵引设备等装置，以控制挤出物离模膨胀和形状的稳定性，从而达到最终控制挤出物产量和质量的目的，直到挤出达到正常状态即进行正常生产。

不同的塑料品种要求螺杆特性和工艺条件不同。挤出过程的工艺条件对制品质量影响很大，特别是塑化情况直接影响制品的外观和物理力学性能，而影响塑化效果的主要因素是温度和剪切作用。

物料的温度主要来自料筒的外加热，其次是螺杆对物料的剪切作用和物料之间的摩擦，当进入正常操作后，剪切和摩擦产生的热量甚至变得更为重要。

温度升高，物料黏度降低，有利于塑化，同时能降低熔体的压力，使挤出成型出料快。但如果机头和口模温度过高，挤出物形状的稳定性较差，制品收缩性增大，甚至引起制品发黄，出现气泡，使成型不能顺利进行。

温度降低，物料黏度增大，机头和口模压力增加，制品密度大，形状稳定性好，但挤出膨胀较严重，可以适当增大牵引速度以减少因膨胀而引起的制品壁厚增加。但是，温度不能太低，否则塑化效果差，且熔体黏度太大则会增加功率消耗。(www.xing528.com)

口模和型芯的温度应该一致，若相差较大，则制品会出现向内或向外翻甚至扭曲等现象。

增大螺杆的转速能强化对物料的剪切作用，有利于物料的混合和塑化，且大多数物料的熔融黏度随螺杆转速的增加而降低。

（三）定型与冷却

热塑性塑料挤出物离开机头和口模后仍处在高温熔融状态，具有很大的塑性变形能力，应立即进行定型和冷却。如果定型和冷却不及时，制品在自身的重力作用下就会变形，出现凹陷或扭曲的现象。不同的制品有不同的定型方法，大多数情况下，冷却和定型是同时进行的，只有在挤出管材和各种异型材时才有一个独立的定型装置。挤出板材和片材时，往往使挤出物通过一对压辊，以起到定型和冷却的作用；而挤出薄膜、单丝等不必定型，仅通过冷却就可以了。

（四）制品的牵引，卷取和切断

在挤出热塑性塑料型材时，牵引的目的有两个：一是帮助挤出物及时离开模孔，避免在模孔外造成堵塞与停滞，而不致破坏挤出过程的连续性；二是为了调整型材截面尺寸和性能。这是因为挤出物离开模孔后，由于有热收缩和离模膨胀的双重效应，使其截面与模孔的断面并不一致。有些挤出物虽经定型处理，其截面的形状和尺寸一般也未达到制品的最终要求，可通过牵引使制品的截面尺寸得到修正。由于牵引的拉伸作用可使型材适度进行聚合物大分子取向，从而使牵引方向上型材的强度性能得到改善，故挤出型材时牵引速度总是稍大于挤出速度。

挤出型材时，卷取和切断操作的作用在于使型材的长度或重量满足供货要求。硬质型材从牵引装置送出，达到一定长度后切断并堆放；软质型材在卷取到给定长度或重量后切断。

（五）后处理

有些制品挤出成型后还需进行后处理，以提高制品的性能。后处理主要包括热处理和调温处理。在挤出较大截面尺寸的制品时，常因挤出物内外冷却速率相差较大而使制品内有较大的内应力，这种挤出制品成型后应在高于制品的使用温度10～20℃或低于塑料的热变形温度的条件下保持一定时间，以消除内应力。有些吸湿性较强的挤出制品，如聚酰胺，在空气中使用或贮存过程中会吸湿而膨胀，而且这种吸湿膨胀过程需要很长时间才能达到平衡，为了加速这类塑料挤出的吸湿平衡，常需要在成型后浸入含水介质中进行调湿处理。在此处理过程中还可使制品受到消除内应力的热处理，对改善这类制品的性能十分有利。