第四章螺桿擠出機4.1概述4.2單螺桿擠出機4.3雙螺桿擠出機4.4擠出聯動線03一月2023第四章螺桿擠出機4.1概述27十二月202214.1

概述

擠出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分熱塑性塑料和橡膠都能用此法進行加工。用擠出成型生產的產品廣泛地應用于人民生活以及農業、建筑業、石油化工、機械制造、國防等工業部門。擠出成型在擠出機上進行，擠出機是塑料成型加工機械的重要機臺之一。03一月20234.1概述擠出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一2擠出成型?——物料從擠出機中通過加熱、混合、加壓，以流動狀態連續通過口模成型。產品：管材、薄膜、板材、片材、棒材、異型材、電線電纜包覆物、單絲、撕裂膜、打包帶、網設備：擠出機單螺桿擠出機雙螺桿擠出機03一月2023擠出成型?——物料從擠出機中通過加熱、混合、加壓，以流動狀3單螺桿擠出機03一月2023單螺桿擠出機27十二月20224與其它成型方法相比，擠出成型有下述特點：1、生產過程是連續的，因而其產品都是連續的；——可連續化生產。2、生產效率高,一臺φ200擠出機700kg/小時，德國φ500擠出機20t/小時3、應用范圍廣，能生產管材、棒材、板材、薄膜、單絲、電線、電纜、異型材，以及中空制品等；4、投資少，收效快

5、結構簡單，易操作。

1擠出成型的特點03一月2023與其它成型方法相比，擠出成型有下述特點：1擠出成型的5

2擠出過程及工作原理擠出過程

塑料之所以能進行成型加工，是由其內在依據所決定的。由高分子物理學得知，高聚物一般存在著玻璃態、高彈態和粘流態三種物理狀態，在一定條件下，這三種物理狀態將發生相互轉化。塑料的成型加工（壓制、壓延、擠出、注射等）是在粘流態下進行的。

03一月20232擠出過程及工作原理擠出過程27十二月20226塑料由料斗進入料筒后，隨著螺桿的旋轉而被逐漸推向機頭方向。1、加料段——輸送并開始壓實物料

螺槽為松散的固體粒子（或粉末）所充滿，物料開始被壓實。2、壓縮段1)由于阻力,物料被壓實由于螺槽逐漸變淺，以及濾網、分流板和機頭的阻力，在塑料中形成了很高的壓力，把物料壓得很密實。03一月2023塑料由料斗進入料筒后，隨著螺桿的旋轉而被逐漸推向機頭方向。272)外熱、內熱的作用，物料熔融同時，在料筒外熱和螺桿、料筒對物料的混合、剪切作用所產生的內摩擦熱的作用下，塑料的溫度逐漸升高。對于常規三段全螺紋螺桿來說，大約在壓縮段的三分之一處，與料筒壁相接觸的某一點的塑料溫度達到粘流溫度，開始熔融。3）物料全部熔融，變為粘流態隨著物料的向前輸送，熔融的物料量逐漸增多。而未熔融的物料量逐漸減少，大約在壓縮段的結束處，全部物料熔融而轉變為粘流態，但這時各點的溫度尚不很均勻。03一月20232)外熱、內熱的作用，物料熔融27十二月202283、均化段---均化、擠出經過均化段的均化作用就比較均勻了，最后螺桿將熔融物料定量、定壓、定溫地擠入機頭。

4、機頭---成型、定型口模是個成型部件，物料通過它便獲得一定截面的幾何形狀和尺寸。再經過冷卻定型和其它工序，就得到成型好的制品。03一月20233、均化段---均化、擠出27十二月20229工作原理擠出過程是這樣進行的：將塑料加熱，使之呈粘流狀態，在加壓的情況下，使之通過具有一定形狀的口模而成為截面與口模形狀相仿的連續體，然后通過冷卻，使其具有一定幾何形狀和尺寸的塑料由粘流態變為高彈態，最后冷卻定型為玻璃態，得到所需要的制品。（玻璃態——粘流態——高彈態——玻璃態）03一月2023工作原理擠出過程是這樣進行的：將塑料加熱，使之呈粘流狀態，在101、主機（擠出機）擠壓系統：主要由料筒和螺桿組成。塑料通過擠壓系統而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立的壓力下，被螺桿連續地定壓定量定溫地擠出機頭。

3擠出機及其機組的組成03一月20231、主機（擠出機）3擠出機及其機組的組成27十二月21103一月2023傳動系統：它的作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉速。加熱冷卻系統：其功用是通過對料筒（或螺桿）進行加熱和冷卻，保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內完成。

控制系統：控制擠出機的拖動電機、按所需的功率、速度運行，檢測、控制溫度、壓力等參數，完成對制品的質量控制，使其滿足工藝要求。27十二月2022傳動系統：它的作用是給螺桿提供所需的扭122、輔機機頭（口模）：它是制品成型的主要部件，熔融塑料通過它獲得一定的幾何截面和尺寸。在擠出成型過程中起決定性的作用。

定型裝置：它的作用是將從機頭中擠出的塑料的既定形狀穩定下來．并對其進行精整，從而得到更為精確的截面形狀、尺寸和光亮的表面。通常采用冷卻和加壓的方法達到這一目的。03一月20232、輔機27十二月202213冷卻裝置：由定型裝置出來的塑料在此得到充分的冷卻，獲得最終的形狀和尺寸。牽引裝置：其作用為均勻地牽引制品。并對制品的截面尺寸進行控制，使擠出過程穩定地進行。切割裝置：將連續擠出的制品切割成所需要的規格（一定的長度和寬度）。堆放及卷取裝置：硬制品的碼放及軟制品的收卷。03一月2023冷卻裝置：由定型裝置出來的塑料在此得到充分的冷卻，獲得最終的143、控制系統（檢測和控制）擠出機組的控制系統：它由各種電器、儀表和執行機構組成?？刂茢D出機的主機、輔機的拖動電機、驅動油泵、油（汽）缸和其它各種執行機構按所需的功率、速度和運動軌跡，使其滿足工藝要求并保證其協調運行。檢測、控制主輔機的溫度、壓力、流量，完成對制品的質量控制，最終實現對整個擠出機組的自動控制和對產品質量的控制。我們一般稱由以上各部分組成的擠出裝置為擠出機組。

03一月20233、控制系統（檢測和控制）27十二月202215擠出機的分類：隨著擠出機用途的增加，出現了各種擠出機，分類方法很多。1、

按螺桿數目的多少，可以分為單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機和多螺桿擠出機。2、

根據功能，分為排氣擠出機、混煉式擠出機和超高分子量擠出機等4擠出機的分類03一月20234擠出機的分類27十二月2022163、

按螺桿的有無：可分為螺桿擠出機和無螺桿擠出機（柱塞式擠出機）；4、

按螺桿在空間的位置：可分為臥式擠出機和立式擠出機。5、

按螺桿轉速：可分為普通擠出機、高速擠出機和超高速擠出機。最常用的是臥式單螺桿非排氣擠出機和雙螺桿非排氣擠出機，本章將以此為重點進行介紹。03一月20233、按螺桿的有無：可分為螺桿擠出機和無螺桿擠出機（柱塞式擠174.2單螺桿擠出機4.2.1主要結構和參數4.2.2擠出過程參變量4.2.3物料在螺桿中的流動理論4.2.4螺桿及其參數4.2.5其它主要零部件4.2單螺桿擠出機4.2.1主要結構和參數18單螺桿擠出機03一月2023單螺桿擠出機27十二月2022194.2.1主要結構和參數1擠壓系統：主要由料筒和螺桿組成。塑料通過擠壓系統而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立的壓力下，被螺桿連續地定壓定量定溫地擠出機頭。2傳動系統：它的作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉速。3加熱冷卻系統：其功用是通過對料筒（或螺桿）進行加熱和冷卻，保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內完成。4控制系統：控制擠出機的拖動電機、按所需的功率、速度運行，檢測、控制溫度、壓力等參數，完成對制品的質量控制，使其滿足工藝要求。4.2.1主要結構和參數1擠壓系統：主要由料筒和螺桿組成20單螺桿擠出機傳動裝置加料裝置機筒螺桿☆機頭與口模單螺桿擠出機結構示意圖1-機座2-電動機3-傳動裝置4-料斗5-料斗冷卻區6-機筒7-料筒加熱器8-熱點偶控溫點9-螺桿10-過濾網及多孔板11-機頭加熱器12-機頭13-擠出物03一月2023單螺桿擠出機傳動裝置單螺桿擠出機結構示意圖27十二月2021單螺桿擠出機的性能特征通常用以下幾個主要技術參數表示：

螺桿直徑D：指螺桿外徑，單位mm。

螺桿長徑比L／D

：L為螺桿的有效長度，即有螺紋部分的長度（工藝上將L定義為由加料口中心線到螺紋末端的長度），D為螺桿直徑。單螺桿擠出機的主要參數03一月2023單螺桿擠出機的性能特征通常用以下幾個主要技術參數表示：單螺22螺桿的轉數n：單位r/min。

驅動電機功率N

：用表示，單位kw。料筒加熱段數B

：3~4段料筒加熱功率E

：單位kw。擠出機生產率Q

：用表示，單位kg/h。機器的中心高H

：用表示，指螺桿中心線到地面的高度。單位mm。機器的外形尺寸：長、寬、高。單位mm。03一月2023螺桿的轉數n：單位r/min。27十二月202223

描寫這一過程的參量有溫度、壓力、流率（或擠出量、產量）和能量（或功率）。4.2.2擠出過程參變量

描寫這一過程的參量有溫度、壓力、流率（或擠出量、產量24

溫度是擠出過程得以進行的重要條件之一。如前所述，物料從加入料斗到最后成型為制品是經歷了一個復雜的溫度過程的。

1、溫度

如果我們以物料沿料筒方向的位移為橫坐標。而以溫度為縱坐標，將沿料筒方向測得的各點的物料溫度值連成曲線，就會得到所謂溫度輪廓曲線。該曲線有一定的變化規律。實驗告訴我們，加工不同物料和不同制品，這條輪廓曲線是不相同的。溫度是擠出過程得以進行的重要條件之一。如前所述，物料從加251）熱量來源

根據擠出理論和實踐，物料在擠出過程中熱量的來源主要有兩個：a.物料與物料之間；物料與螺桿、料筒之間的剪切、摩擦產生的熱量，b.料筒外部加熱器提供的熱量。

1）熱量來源262）溫度的調節

溫度的調節是靠擠出機的加熱冷卻系統和控制系統進行的。a.加料段--低溫輸送。

為加大輸送能力，不希望加料段溫度升得過高，相反有時要冷卻；b.壓縮段和計量段—高溫熔融。

為了促使物料熔融，均化，物料要升到較高的溫度。

為了便于物料的容易加入、輸送、熔融、均化以及在低溫下擠出，獲得高質量、高產量的制品，每一種物料的擠出過程應有一條合適的溫度輪廓曲線。2）溫度的調節272、壓力1）壓力的建立

擠出成型時，沿料筒軸線方向，在物料內部就要建立起不同的壓力a.壓縮比的存在（螺槽深度的改變、料筒上的溝槽深度變化、螺距的改變）b.分流板、濾網和口模產生的阻力，c.壓力的建立是擠出成型制品的重要條件壓力的建立也是物料得以經歷物理狀態變化、得到均勻密實的熔體、并最后得到成型制品的重要條件之一。2、壓力1）壓力的建立282）影響壓力的因素如果將沿料筒軸線方向（包括口模）測得的各點的物料壓力值作為縱座標，以料筒軸線為橫座標做一曲線，即可得到所謂壓力輪廓線。a.機頭、分流板、濾網的阻力，b.加熱冷卻系統，c.螺桿轉數，d.螺桿和料筒的結構。2）影響壓力的因素a.機頭、分流板、293、流率（擠出量）

流率是描寫擠出過程的一個重要參量。它的大小表征著機器生產率的高低。1）絕對流率（流量，產量）

用Q表示，為每小時公斤。2）比流率

用每轉的流率Q/n表示。后者更能反映擠壓系統性能，應當作為比較擠壓系統性能的標準。3、流率（擠出量）流率是描寫擠出過程的一個303）影響流率的因素

a.機頭的阻力b.螺桿、料筒的設計c.螺桿轉數d.加熱冷卻系統e.物料的性質等。3）影響流率的因素314、能量（功率）1）能量平衡

若從能量的觀點來觀察擠出過程，就有一個能量平衡問題。為了使加入的物料熔融呈粘流態，必須供給熱能；為使物料壓實并得以成型，物料必須具有一定的壓力，即必須供給壓力能。

熱能和壓力能是由加熱器的電能和驅動螺桿的機械能轉化而來。這些能量的一部分為熔融物料、成型制品所利用。其余部分作為熱損失而損失掉。4、能量（功率）1）能量平衡32其能量平衡方程式如下:機械能+熱能=熔融熱能+壓力能+熱量損失

式中Z——單位時間內由螺桿輸入的機械能，HJ——由外部加熱器輸入的熱能。右端第一項——物料由固態變為熔融狀態所需之能量，右端第二項——物料在擠出過程中所獲得的壓力能。H’——熱量損失Z+HJ=Qv(T2-T0)ρCvJ+Qv?P+H’其能量平衡方程式如下:機械能+熱能=熔融熱能+壓力能+332）比功率消耗現在經常用比功率消耗這一指標作為評價擠出機性能的標準之一，它的含義是每擠出一公斤物料（制品）所消耗的功率。它也是擠出過程的重要度量之一。在保證塑化質量和混煉質量的前提下，希望該值越小越好。2）比功率消耗在保證塑化質量和混煉質量的前提下，344.2.3物料在螺桿中的流動理論

根據實驗研究，物料自料斗加入到由機頭中擠出，要通過幾個職能區：固體輸送區、熔融區和熔體輸送區。固體輸送區，物料向前輸送并被壓實，但仍以固體狀存在——固體輸送理論。

熔融區，物料開始熔融，已熔的物料和未熔的物料以兩相的形式共存，未熔物料最終全部轉變為熔體——熔融理論。熔體輸送區，螺槽全部為熔體充滿——熔體輸送理論。4.2.3物料在螺桿中的流動理論根據實驗研究，物料自料斗加35

一固體輸送理論1、基本假設：1）、螺槽中被壓實的物料象具有彈性的固體塞于一樣移動：2）、塞子與所有面（料筒表面、螺紋槽底面、螺紋兩個側面）相接觸；3）、塞子與各表面的摩擦系數是一個常數，但在螺桿和料筒表面可以取不同值；4）、忽略料筒和螺紋棱之間的間隙；5）、螺槽是矩形的，并且其深度不變：6）、固體塞子的密度不變。

一固體輸送理論1、基本假設：362基本方程

在固體塞子上取一個微單元。假定螺桿不動，料筒以Vb=πdn的速度移動。固體塞子沿螺槽移動的速度用Vp表示，固體塞子沿螺桿軸線方向的移動速度用Vpl表示。則固體的流率Qs可以用速度Vpl和固體塞子通過垂直于螺桿軸線的平面上的螺槽橫截面積的乘積來表示：

2基本方程在固體塞子上取一個微單元。假定螺桿不動，料37

以上公式就是體積流率Qs的計算公式影響固體輸送率的因素很多且很復雜Qs=VA以上公式就是體積流率Qs的計算公式Qs=VA38二．熔融理論熔融理論又稱為融化理論，相遷移理論，它是研究塑料從固態轉變為熔融狀態的過程，是建立在熱力學第一流變學等基礎上的一種理論。熔融理論主要用于指導螺桿熔融段的設計。有關熔融區的研究是近幾十年的事，到目前為止，仍處于發展階段。二．熔融理論熔融理論又稱為融化理論，相遷移理論，它是391.熔融理論的物理模型該熔融理論是在擠出機上進行的大量冷卻實驗的基礎上提出來的。冷卻實驗：將著色物料（或炭黑）和本色物料加入擠出機中，待擠出過程穩定后，快速停車并驟冷料筒（如果可能，也冷卻螺桿），1.熔融理論的物理模型40（1）固態塑料（固態床）

（2）熔池（3）接近料筒表面的熔膜

通過切取不同的截面，我們看到“隨著物料向前輸送，熔池逐漸加寬，固體床相應變窄，直到最后，熔體充滿整個螺槽，固體床消失。

抽出螺桿，將螺旋狀的已冷卻的物料帶從螺桿上剝下，這時可以發現，已熔融的和局部混合的物料呈現流線，而未熔的物料將保持初始的固態。然后垂直于螺紋方向切取截面，可以看到一個截面內有三個區域：（1）固態塑料（固態床）通過切取不同的截面，我們看到41三、熔體輸送理論

常規的全螺紋單螺桿均化段的熔體輸送理論已得到很好的發展，與其他兩個理論相比，它建立的最早。1953年它首先在兩個無限大的平板之間，假定熔體為等溫牛頓流體的條件下建立起來，后來又進行了修正。三、熔體輸送理論常規的全螺紋單螺桿均化段的熔體421、熔體輸送的機理1）無限平行板模型。

為了方便研究問題，假定：a、將計量段螺槽展開并認為螺槽為淺螺槽，H3/D<0.09b、螺槽靜止不動

c、將機筒展開為一無限大平板，且該平板運動速度為Vb。Vb=πDbnd、Vb的方向與展開的螺槽方向成θ角，則有Vbx=πDbnsinθVbZ=πDbncosθ

a.螺槽的幾何尺寸圖1、熔體輸送的機理1）無限平行板模型。a.螺槽的幾何尺寸圖432)熔體在螺槽內的運動分析

熔料在螺槽中的流動實際上有以下幾種運動合成：a.正流（曳流）：

是由物料受機筒的摩擦拖曳引起的，最大處速度為Vbz.方向與Vbz相同，流量用Qd表示。2)熔體在螺槽內的運動分析44b．逆流（壓力流）：由機頭，口模等阻力元件產生的壓力引起的逆向流動。方向與正流方向相反，流量為QP.b．逆流（壓力流）：由機頭，口模等阻力元件產生的壓力引起的45☆由垂直于螺棱方向的分速度Vbx引起（如圖)

使物料在螺槽內產生翻轉運動。方向與Vbx

方向相同。☆橫流對物料的混合、熱交換和塑化起著重要作用，但對流體總的流動量基本無影響。作用：攪拌和熱交換，流量：Qc=0（相對于物料輸送方向）c.橫流（環流）：☆由垂直于螺棱方向的分速度Vbx引起（如圖)使物料在螺槽46d．漏流：是產生在機筒與螺桿突棱間隙δ處形成的一種壓力逆流。方向沿螺桿軸線方向，并由機頭向后。流量用QL表示。和逆流一樣，也是由壓力梯度引起的。漏流的流速比正流和逆流小得多。d．漏流：是產生在機筒與螺桿突棱間隙δ處形成的一種壓力47

Q=Qd-Qp-Ql

實際上螺槽中熔體的總的流動是這幾種流動的總和，擠出機的生產能力即等于正流、壓力流、漏流的總和總流塑料熔體在螺槽中混合流動示意圖熔體在螺槽內的流速分布圖Q=Qd-Qp-Ql實際上螺槽中熔體的總的流動是482．基本假設

a.

牛頓型流體，并已全部熔融且等溫b.

流動是穩定的c.

壓力只在X，Z方向上變化d.

流體不可壓縮；內部無流動e.

重力忽略f.機筒運動，螺桿相對靜止。2．基本假設a.

牛頓型流體，并已全部熔融且等溫49

3．生產率的基本方程

根據前面的假設，分析和建立的物理模型，用流體力學的分析方法，就可以導出目前應用于單螺桿擠出機均化段的流率計算公式：α——正流流率常數β——倒流流率常數γ——漏流流率常數η——螺槽中物料黏度ηf——螺棱與機筒間隙中物料的平均黏度p1——計量段起始端壓力p2——計量段末端壓力3．生產率的基本方程根據前面的假設，分析和建立的物理模型504.2.4螺桿及其參數螺桿和料筒組成了擠出機的擠壓系統。為說明擠壓系統的重要性，人們通常稱之為擠出機的心臟。物料正是在這一部分由玻璃態轉變為粘流態，然后通過口模、輔機而被做成各種制品的。如果就螺桿和料筒相比，螺桿更顯得居于關鍵地位。

一臺擠出機的生產率、塑化質量、填加物的分散性（分散混合效果）、熔體溫度、動力消耗等，主要決定于螺桿的性能。4.2.4螺桿及其參數螺桿和料筒組成了擠出機的擠壓系統。為51一、評價螺桿的標準

1塑化質量

一根螺桿首先必須能生產出合乎質量要求的制品。2產量

在保證塑化質量的前提下，通過給定機頭的產量或擠出量。3單耗

所謂單耗，是指每擠出一公斤塑料（橡膠）所消耗的能量。4適應性

對加工不同塑料、匹配不同機頭和不同制品的適應能力。5制造的難易

一根好的螺桿還必須易于加工制造，成本低。

一、評價螺桿的標準1塑化質量52二、螺桿的結構分類普通型螺桿：工作長度上為全螺紋，通常稱為常規全螺紋三段螺桿，是指出現最早、應用最廣、整根螺桿由三段組成，其擠出過程完全依靠全螺紋的形式完成的螺桿。二、螺桿的結構分類普通型螺桿：工作長度上為全螺紋，通常稱為常53常規全螺紋三段螺桿按螺紋升程和螺槽深度的變化分為等距變深型螺桿等距漸變型螺桿：加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過渡是在一個較長的螺桿軸向距離內完成的。等距突變型螺桿：加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過渡是在較短的螺桿軸向距離內完成的。等深變距型螺桿變深變距型螺桿三常規全螺紋三段螺桿的型式常規全螺紋三段螺桿按螺紋升程和螺槽深度的變化分為三常規全螺紋54四螺桿的結構形式及參數?

加料段：起預熱、壓實、輸送物料的作用，螺槽深度不變II

壓縮段：螺槽深度逐漸變小；起熔融物料、去階氣體等III均化段（計量段）：螺槽深度通常為常數；起進一步塑化均勻物料、并將其定量定壓的送入機頭口模的作用。常規全螺紋三段螺桿一般分為加料段、壓縮段、均化段（計量段）。四螺桿的結構形式及參數?加料段：起預熱、壓實、輸送物料的551加料段：加料段的作用是輸送物料給壓縮段和均化段。加料段螺槽體積最大且維持不變，由加料斗加入的物料靠此段向前輸送，并開始被壓實，溫度從常溫逐漸升高到熔點，此段物料處于固態。加料段螺桿長度L1，一般取(3—10）D。螺槽深度h1，加大h1可提高輸送量Qs1加料段：加料段的作用是輸送物料給壓縮段和均化段。562壓縮段：壓實物料，熔融物料。螺槽體積在此段逐漸減小，螺槽是壓縮型的，物料在此段繼續被壓實，并向熔融態轉化，至末端物料全部或大部熔融而轉變為粘流態。此段物料以固態和粘流態共存。壓縮段螺桿長度L2。壓縮比：它的作用是將物料壓縮，排除氣體，建立必要的壓力，保證物料到達螺桿末端時有足夠的致密度。

幾何壓縮比：加料段第一個螺槽容積與均化段最后一個螺槽容積之比。

物理壓縮比：物料加工之前的松密度與均化段熔體密度之比。2壓縮段：壓實物料，熔融物料。573均化段：該段的作用是將來自壓縮段的已熔物料定壓定量定溫地擠到機頭中去。均化段的螺槽體積最小且維持不變，已完全熔融的物料在此段進一步被塑化和均化。物料在此段呈粘流態。螺槽深度h3

應當設計得使該段的計量能力與壓縮段的熔融能力相匹配，以適當地控制每一轉的擠出量。h3=（0.02—0.06）D。均化段的長度L3長一些，可以使物料得到相對長一些的均化時間，也可以減少壓力、產量、溫度的波動。3均化段：該段的作用是將來自壓縮段的已熔物料定壓定量定溫地581螺桿直徑D螺桿直徑是指螺桿的外徑，是螺桿的重要參量，它在一定意義上表征擠出機擠出量的大小。螺桿直徑已經標準化五螺桿的基本參數1螺桿直徑D五螺桿的基本參數592螺桿長徑比L/D螺桿的長徑比是螺桿的重要參數之一。若將它與螺桿轉數聯系起來考慮，在一定意義上也表示螺桿的塑化能力和塑化質量。單螺桿的長徑比有一個由小到大的發展趨勢，50年代一般為18—20，60年代為25—28，目前為30左右。2螺桿長徑比L/D60大長徑比的優點1）長徑比加大后，螺桿的長度增加，塑料在料筒中停留的時間長，塑化得更充分更均勻，故可以保證產品質量。2）在此前提下，可以提高螺桿的轉數。從而提高擠出量。大長徑比的缺點1）長徑比加大后，螺桿、料筒的加工和裝配都比較困難和復雜，成本也相應提高。2）L/D增大后,因螺桿的下垂度與其長度的四次方成正比，故會增加螺桿的彎曲度而造成螺桿與料筒的間隙不均勻，有時會使螺桿刮磨料筒而影響擠出機的壽命。3）當長徑比加大后，若提高螺桿轉數，其扭矩必然加大，這對小直徑的螺桿來說，因其加料段的螺紋根徑較小，就要考慮其強度是否滿足要求的問題。大長徑比的優點613壓縮比ε是指螺桿的幾何壓縮比，它是螺桿加料段第一個螺槽的容積與計量段最后一個螺槽容積之比。對于等距漸變型螺桿

S1=S3壓縮比的選擇：根據物料和工藝條件。3壓縮比ε對于等距漸變型螺桿S1=S3壓縮比的選擇：624導程、螺距與升角導程t：螺紋回轉一周時，螺紋上某點沿螺桿軸向前進的距離。螺距s：螺桿上相鄰螺紋之間的軸向距離。螺紋升角θ：螺紋展開線與垂直于螺桿軸線的平面間的夾角。

θ=30°左右適于粉料，θ=l7°左右適于圓柱料，θ=15°左右適于方塊料。

出于機械加工的方便，一般取D=t，θ=17°40’。

4導程、螺距與升角63

螺紋的頭數n

螺桿螺紋可以是單頭的，也可以是雙頭的。多頭螺紋用得較少，這是因為物料在多頭螺紋中不易均勻充滿，易造成波動。螺紋棱部寬度e1）e太小會使漏流增加，而導致產量降低，特別是對低粘度的熔體來說更是如此。2）e太大會增加螺棱上的動力消耗，有局部過熱的危險。3）一般取e=(0.08-0.12)D。

螺紋的頭數n64常見螺桿螺紋的斷面形狀有三種1矩形：在螺槽根部有一個很小的圓角半徑，它有最大的裝填體積，而且機械加工比較容易，適用于加料段2鋸齒形：改善了塑料的流動情況，有利于攪拌塑化，也避免了物料的滯留。適用于壓縮段和均化段。3雙楔形：輸送物料穩定，提高塑化效果，提高產量30—50%。六螺紋斷面形狀常見螺桿螺紋的斷面形狀有三種六螺紋斷面形狀65七螺桿頭部結構當塑料熔體從螺旋槽進入機頭流道時，其料流形式急劇改變，由螺旋帶狀的流動變成直線流動。為得到較好的擠出質量。要求物料盡可能平穩地從螺桿進入機頭，盡可能避免局部受熱時間過長而產生熱分解現象。這與螺桿頭部形狀、螺桿末端螺紋的形狀以及

機頭體中流道的設計和分流板的設計等有密切關系。

七螺桿頭部結構當塑料熔體從螺旋槽進入機頭流道時，其料流形式66根據常用的螺桿頭的形狀，分成以下幾類：1、鈍的螺桿頭

總有因物料在螺桿頭前面停滯而分解的危險，即使稍有曲面和錐面的螺桿頭通常也不足以防止這一點，對以上形式的螺桿頭一般要求裝分流板。2、帶有較長錐面的螺桿頭

也難免在螺桿的端點因停滯物料被燒焦的現象。根據常用的螺桿頭的形狀，分成以下幾類：673、斜切截錐體的螺桿頭

其端部有一個橢圓平面，當螺桿轉動時，它能使料流攪動，物料不易因滯流而分解。4、錐部帶螺紋的螺桿頭

能使物料借助螺紋的作用而運動，主要用于電纜行業。5、魚雷頭螺桿頭

與料筒之間的間隙通常小于它前面的螺槽深度。有的魚雷頭表面上開有溝槽或加工出特殊花紋?！八辛己玫幕旌霞羟凶饔?，能增大流體的壓力和消除波動現象”，常用來擠出粘度較大、導熱性不良或有較為明顯熔點的塑料。3、斜切截錐體的螺桿頭684.2.5其它主要零部件1料筒2分流板3傳動裝置4.2.5其它主要零部件1料筒69

就料筒的整體結構來分，有整體料筒和組合料筒。

整體料筒

是在整體坯料上加工出來的。這種結構容易保證較高的制造精度和裝配精度，也可以簡化裝配工作，便于加熱冷卻系統的設置和裝拆，而且熱量沿軸向分布比較均勻，自然這種料筒要求較高的加工制造條件。1料筒結構

就料筒的整體結構來分，有整體料筒和組合料筒。1料筒70組合料筒

是指一根料筒是由幾個料筒段組合起來的。實驗性擠出機和排氣式擠出機多用組合料筒。前者是為了便于改變料筒長度來適應不向長徑比的螺桿，后者是為了設置排氣段。在一定意義上說，采用組合料筒有利于就地取材和加工，對中小型廠是有利的。但實際上組合料筒對加工精度要求很高。組合料筒各料筒段多用法蘭螺栓聯接在一起。這樣就破壞了料筒加熱的均勻性，增加了熱損失。也不便于加熱冷卻系統的設置和維修。組合料筒71雙金屬料筒為了既能滿足料筒對材質的要求，又能節省貴重材料，不少料筒在一般碳素鋼或鑄鋼的基體內部鑲一合金鋼襯套。襯套磨損后可以拆出加以更換、襯套和料筒要配合好，要保證整個料筒壁上熱傳導不受影響；料筒和襯套間既不能有相對運動，又要能方便地拆出，這就要選擇合適的配合精度。雙金屬料筒72IKV料筒料筒加料段內壁開設縱向溝槽

為了提高固體輸送率，由固體輸送理論知，一種方法就是增加料筒表面的摩擦系數，還有一種方法就是增加加料口處的物料通過垂直于螺桿軸線的橫截面的面積。在料筒加料段內壁開設縱向溝槽和將加料段靠近加料口處的一段料筒內壁做成錐形就是這兩種方法的具體化。

IKV料筒73強制冷卻加料段料筒為了提高固體輸送量，還有一種方法。就是冷卻加料段料筒，目的是使被輸送的物料的溫度保持在軟化點或熔點以下，避免熔膜出現，以保持物料的固體摩擦性質。采用上述方法后，輸送效率由0.3提高到0.6。而且擠出量對機頭壓力變化的敏感性較小。強制冷卻加料段料筒742分流板在螺桿頭部和口模之間有一個過渡區，物料流過這一區域時，其流動形式要發生變化。為適應這一變化，該過渡區應當有一個決定于螺桿頭形狀和尺寸、口模形狀和尺寸以及物料粘度的形狀，該形狀應當使熔體易于向口模流動。ab2分流板在螺桿頭部和口模之間有一個過渡區，物料流過這一75

分流板的作用

使料流由螺旋運動變為直線運動。此外。分流板還可以提高熔體壓力，使制品比較密實，當物料通過孔眼時，得以進一步均勻塑化，以控制塑化質量。分流板的作用76

分流板的形式

分流板有各種形式，目前使用較多的是結構簡單、制造方便的平板式分流板。分流板的形式77分流板上孔眼的分布原則：是使流過它的物料流速均勻?？籽鄱喟赐膱A周排列，也可按同心六角形排列。孔眼的直徑一般為3—7毫米，孔眼的總面積約為分流板總面積的30—50%。分流板的厚度：由擠出機的尺寸及分流板承受的壓力而定，根據經驗取為料筒內徑的20%左右。孔道應光滑無死角，為便于清洗物料，孔道進料端要倒出斜角。分流板的位置：分流板至螺桿頭的距離不宜過大，否則易造成物料積存，使熱敏性塑料分解；距離太小，則料流不穩定，對制品質量不利，一般為0.1D（D為螺桿直徑）。分流板上孔眼的分布原則：是使流過它的物料流速均勻。783傳動系統

傳動系統是擠出機的重要組成部分，它的作用是驅動螺桿，給螺桿需要的轉速和扭矩，完成擠出過程。3傳動系統傳動系統是擠出機的重要組成部分，它的作用79（1）

交流整流子電機無級調速整流子電機工作特性與擠出機工作特性比較接近，調速范圍，起動性等運轉性能比較合適，價格也相對較低，因此我國原先的塑料擠出機等多采用此方式。（2）直流電機無級調速這種方式目前在擠出機中已普遍采用，并已取代整流子電機，各項性能優異，但成本相對高一些。（3）變頻調速電機使用普通交流電機或使用變頻電機加變頻器調速，這是最近幾年才發展的一種新的調速技術，發展較快。調速方式（1）

交流整流子電機無級調速調速方式80安全保護裝置設置必要的、合理的安全保護裝置，在發生堵轉時可以有效防止設備事故的發生，比如：損壞機身、螺桿、機頭、電機等其形式有電器保護和機械保護兩種。電器保護——過載保護器（快速熔斷器、過流繼電器）機械保護——安全銷或安全鍵，在過載時，首先剪斷銷或鍵，起到保護作用。

安全保護裝置814加熱冷卻系統

由擠出過程知，溫度是擠出過程得以進行的必要條件之一，擠出機的加熱冷卻系統就是為保證這一必要條件而設置的。4加熱冷卻系統由擠出過程知，溫度是擠出過程得以82塑料在擠出過程中得到的熱量來源:料筒外部供熱——依靠安裝在料筒外部的加熱器供給熱量。內部供熱——是由物料與料筒內壁、物料與螺桿以及物料之間相對運動所產生的摩擦剪切熱供給。由電動機傳輸給螺桿的機械能轉化而來。這兩部分熱量所占比例與螺桿、料筒的結構形式、工藝條件、物料的性質等有關，也與擠出過程的階段（如啟動階段，穩定運轉階段）有關。塑料在擠出過程中得到的熱量來源:83這兩部分熱量所占的比例在擠出過程的不同區段也是不同的：在加料段——由于螺槽較深，物料尚未壓實，摩擦熱是很少的，熱量主要自加熱器；均化段——物料已熔融，溫度較高，螺槽較淺，摩擦剪切產生的熱量較多，在正常工作時往往需冷卻器進行冷卻。壓縮段——物料受熱是上述兩種情況的過渡狀態，也就是由摩擦剪切產生的熱量比加料段多，而比均化段少。這兩部分熱量所占的比例在擠出過程的不同區段也是不同的84擠出機的加熱方法擠出機的加熱方法通常有二種：載體加熱和電加熱。其中以電加熱用得最多。載體加熱的原理是先將液體（水、油、聯苯等）加熱，再由它們加熱料筒。目前擠出機上應用得最多的是電加熱，它又分為電阻加熱和電感加熱．擠出機的加熱方法85擠出機的冷卻擠出機設置冷卻系統（和加熱系統一起）是為了保證塑料在工藝要求的溫度條件下完成擠出成型過程。擠出過程中經常會產生螺桿回轉生成的摩擦剪切熱比物料所需要的熱量多的現象，這會導致料筒內物料溫度過高，如不及時排出過多的熱量，會引起物料（特別是熱敏性塑料）分解，有時也會使成型難以進行。為此。必須對料筒和螺桿進行冷卻。擠出機的冷卻86料筒的冷卻現代擠出機的料筒都設有冷卻系統。料筒的冷卻方法有風冷和水冷。風冷風冷比較柔和、均勻、干凈，在國內外生產的擠出機上應用較多。但風機占的空間體積大，如果風機質量不好易有聲響。一般認為用于中小型擠出機較為合適。料筒的冷卻87水冷與風冷相比，水冷的冷卻速度快，體積小，成本低，但易造成急冷，從而擾亂塑料的穩定流動。如果密封不好，會有跑、冒、滴、漏現象。用水管繞在料筒上的冷卻系統，容易生成水垢面堵塞管道，也易腐蝕。故完善的水冷系統所用的水不是自來水，而是經過化學處理的水。軟化水并經過除氧處理。一般認為水冷用于大型擠出機為好。水冷88螺桿冷卻冷卻螺桿目的：第一，獲得最大的固體輸送率第二，冷卻螺桿以控制制品質量。冷卻介質

也有用油和空氣作為冷卻介質的。油和空氣的優點是不具有腐蝕作用，溫控比較精確，也不易堵塞管道。但大型擠出機用水冷卻效果較好。螺桿冷卻89料斗座冷卻

加料段的塑料溫度不能太高，否則會在加料口形成“拱門”，使料不易加入。為此。必須冷卻加料斗座。此外，冷卻加料斗座還能阻止擠壓部分的熱量傳往止推軸承和減速箱，從而保證了它們的正常工作條件。加料斗座的冷卻介質多用水。料斗座冷卻90第四章螺桿擠出機4.1概述4.2單螺桿擠出機4.3雙螺桿擠出機4.4擠出聯動線03一月2023第四章螺桿擠出機4.1概述27十二月2022914.1

概述

擠出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分熱塑性塑料和橡膠都能用此法進行加工。用擠出成型生產的產品廣泛地應用于人民生活以及農業、建筑業、石油化工、機械制造、國防等工業部門。擠出成型在擠出機上進行，擠出機是塑料成型加工機械的重要機臺之一。03一月20234.1概述擠出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一92擠出成型?——物料從擠出機中通過加熱、混合、加壓，以流動狀態連續通過口模成型。產品：管材、薄膜、板材、片材、棒材、異型材、電線電纜包覆物、單絲、撕裂膜、打包帶、網設備：擠出機單螺桿擠出機雙螺桿擠出機03一月2023擠出成型?——物料從擠出機中通過加熱、混合、加壓，以流動狀93單螺桿擠出機03一月2023單螺桿擠出機27十二月202294與其它成型方法相比，擠出成型有下述特點：1、生產過程是連續的，因而其產品都是連續的；——可連續化生產。2、生產效率高,一臺φ200擠出機700kg/小時，德國φ500擠出機20t/小時3、應用范圍廣，能生產管材、棒材、板材、薄膜、單絲、電線、電纜、異型材，以及中空制品等；4、投資少，收效快

5、結構簡單，易操作。

1擠出成型的特點03一月2023與其它成型方法相比，擠出成型有下述特點：1擠出成型的95

2擠出過程及工作原理擠出過程

塑料之所以能進行成型加工，是由其內在依據所決定的。由高分子物理學得知，高聚物一般存在著玻璃態、高彈態和粘流態三種物理狀態，在一定條件下，這三種物理狀態將發生相互轉化。塑料的成型加工（壓制、壓延、擠出、注射等）是在粘流態下進行的。

03一月20232擠出過程及工作原理擠出過程27十二月202296塑料由料斗進入料筒后，隨著螺桿的旋轉而被逐漸推向機頭方向。1、加料段——輸送并開始壓實物料

螺槽為松散的固體粒子（或粉末）所充滿，物料開始被壓實。2、壓縮段1)由于阻力,物料被壓實由于螺槽逐漸變淺，以及濾網、分流板和機頭的阻力，在塑料中形成了很高的壓力，把物料壓得很密實。03一月2023塑料由料斗進入料筒后，隨著螺桿的旋轉而被逐漸推向機頭方向。2972)外熱、內熱的作用，物料熔融同時，在料筒外熱和螺桿、料筒對物料的混合、剪切作用所產生的內摩擦熱的作用下，塑料的溫度逐漸升高。對于常規三段全螺紋螺桿來說，大約在壓縮段的三分之一處，與料筒壁相接觸的某一點的塑料溫度達到粘流溫度，開始熔融。3）物料全部熔融，變為粘流態隨著物料的向前輸送，熔融的物料量逐漸增多。而未熔融的物料量逐漸減少，大約在壓縮段的結束處，全部物料熔融而轉變為粘流態，但這時各點的溫度尚不很均勻。03一月20232)外熱、內熱的作用，物料熔融27十二月2022983、均化段---均化、擠出經過均化段的均化作用就比較均勻了，最后螺桿將熔融物料定量、定壓、定溫地擠入機頭。

4、機頭---成型、定型口模是個成型部件，物料通過它便獲得一定截面的幾何形狀和尺寸。再經過冷卻定型和其它工序，就得到成型好的制品。03一月20233、均化段---均化、擠出27十二月202299工作原理擠出過程是這樣進行的：將塑料加熱，使之呈粘流狀態，在加壓的情況下，使之通過具有一定形狀的口模而成為截面與口模形狀相仿的連續體，然后通過冷卻，使其具有一定幾何形狀和尺寸的塑料由粘流態變為高彈態，最后冷卻定型為玻璃態，得到所需要的制品。（玻璃態——粘流態——高彈態——玻璃態）03一月2023工作原理擠出過程是這樣進行的：將塑料加熱，使之呈粘流狀態，在1001、主機（擠出機）擠壓系統：主要由料筒和螺桿組成。塑料通過擠壓系統而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立的壓力下，被螺桿連續地定壓定量定溫地擠出機頭。

3擠出機及其機組的組成03一月20231、主機（擠出機）3擠出機及其機組的組成27十二月210103一月2023傳動系統：它的作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉速。加熱冷卻系統：其功用是通過對料筒（或螺桿）進行加熱和冷卻，保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內完成。

控制系統：控制擠出機的拖動電機、按所需的功率、速度運行，檢測、控制溫度、壓力等參數，完成對制品的質量控制，使其滿足工藝要求。27十二月2022傳動系統：它的作用是給螺桿提供所需的扭1022、輔機機頭（口模）：它是制品成型的主要部件，熔融塑料通過它獲得一定的幾何截面和尺寸。在擠出成型過程中起決定性的作用。

定型裝置：它的作用是將從機頭中擠出的塑料的既定形狀穩定下來．并對其進行精整，從而得到更為精確的截面形狀、尺寸和光亮的表面。通常采用冷卻和加壓的方法達到這一目的。03一月20232、輔機27十二月2022103冷卻裝置：由定型裝置出來的塑料在此得到充分的冷卻，獲得最終的形狀和尺寸。牽引裝置：其作用為均勻地牽引制品。并對制品的截面尺寸進行控制，使擠出過程穩定地進行。切割裝置：將連續擠出的制品切割成所需要的規格（一定的長度和寬度）。堆放及卷取裝置：硬制品的碼放及軟制品的收卷。03一月2023冷卻裝置：由定型裝置出來的塑料在此得到充分的冷卻，獲得最終的1043、控制系統（檢測和控制）擠出機組的控制系統：它由各種電器、儀表和執行機構組成?？刂茢D出機的主機、輔機的拖動電機、驅動油泵、油（汽）缸和其它各種執行機構按所需的功率、速度和運動軌跡，使其滿足工藝要求并保證其協調運行。檢測、控制主輔機的溫度、壓力、流量，完成對制品的質量控制，最終實現對整個擠出機組的自動控制和對產品質量的控制。我們一般稱由以上各部分組成的擠出裝置為擠出機組。

03一月20233、控制系統（檢測和控制）27十二月2022105擠出機的分類：隨著擠出機用途的增加，出現了各種擠出機，分類方法很多。1、

按螺桿數目的多少，可以分為單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機和多螺桿擠出機。2、

根據功能，分為排氣擠出機、混煉式擠出機和超高分子量擠出機等4擠出機的分類03一月20234擠出機的分類27十二月20221063、

按螺桿的有無：可分為螺桿擠出機和無螺桿擠出機（柱塞式擠出機）；4、

按螺桿在空間的位置：可分為臥式擠出機和立式擠出機。5、

按螺桿轉速：可分為普通擠出機、高速擠出機和超高速擠出機。最常用的是臥式單螺桿非排氣擠出機和雙螺桿非排氣擠出機，本章將以此為重點進行介紹。03一月20233、按螺桿的有無：可分為螺桿擠出機和無螺桿擠出機（柱塞式擠1074.2單螺桿擠出機4.2.1主要結構和參數4.2.2擠出過程參變量4.2.3物料在螺桿中的流動理論4.2.4螺桿及其參數4.2.5其它主要零部件4.2單螺桿擠出機4.2.1主要結構和參數108單螺桿擠出機03一月2023單螺桿擠出機27十二月20221094.2.1主要結構和參數1擠壓系統：主要由料筒和螺桿組成。塑料通過擠壓系統而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立的壓力下，被螺桿連續地定壓定量定溫地擠出機頭。2傳動系統：它的作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉速。3加熱冷卻系統：其功用是通過對料筒（或螺桿）進行加熱和冷卻，保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內完成。4控制系統：控制擠出機的拖動電機、按所需的功率、速度運行，檢測、控制溫度、壓力等參數，完成對制品的質量控制，使其滿足工藝要求。4.2.1主要結構和參數1擠壓系統：主要由料筒和螺桿組成110單螺桿擠出機傳動裝置加料裝置機筒螺桿☆機頭與口模單螺桿擠出機結構示意圖1-機座2-電動機3-傳動裝置4-料斗5-料斗冷卻區6-機筒7-料筒加熱器8-熱點偶控溫點9-螺桿10-過濾網及多孔板11-機頭加熱器12-機頭13-擠出物03一月2023單螺桿擠出機傳動裝置單螺桿擠出機結構示意圖27十二月20111單螺桿擠出機的性能特征通常用以下幾個主要技術參數表示：

螺桿直徑D：指螺桿外徑，單位mm。

螺桿長徑比L／D

：L為螺桿的有效長度，即有螺紋部分的長度（工藝上將L定義為由加料口中心線到螺紋末端的長度），D為螺桿直徑。單螺桿擠出機的主要參數03一月2023單螺桿擠出機的性能特征通常用以下幾個主要技術參數表示：單螺112螺桿的轉數n：單位r/min。

驅動電機功率N

：用表示，單位kw。料筒加熱段數B

：3~4段料筒加熱功率E

：單位kw。擠出機生產率Q

：用表示，單位kg/h。機器的中心高H

：用表示，指螺桿中心線到地面的高度。單位mm。機器的外形尺寸：長、寬、高。單位mm。03一月2023螺桿的轉數n：單位r/min。27十二月2022113

描寫這一過程的參量有溫度、壓力、流率（或擠出量、產量）和能量（或功率）。4.2.2擠出過程參變量

描寫這一過程的參量有溫度、壓力、流率（或擠出量、產量114

溫度是擠出過程得以進行的重要條件之一。如前所述，物料從加入料斗到最后成型為制品是經歷了一個復雜的溫度過程的。

1、溫度

如果我們以物料沿料筒方向的位移為橫坐標。而以溫度為縱坐標，將沿料筒方向測得的各點的物料溫度值連成曲線，就會得到所謂溫度輪廓曲線。該曲線有一定的變化規律。實驗告訴我們，加工不同物料和不同制品，這條輪廓曲線是不相同的。溫度是擠出過程得以進行的重要條件之一。如前所述，物料從加1151）熱量來源

根據擠出理論和實踐，物料在擠出過程中熱量的來源主要有兩個：a.物料與物料之間；物料與螺桿、料筒之間的剪切、摩擦產生的熱量，b.料筒外部加熱器提供的熱量。

1）熱量來源1162）溫度的調節

溫度的調節是靠擠出機的加熱冷卻系統和控制系統進行的。a.加料段--低溫輸送。

為加大輸送能力，不希望加料段溫度升得過高，相反有時要冷卻；b.壓縮段和計量段—高溫熔融。

為了促使物料熔融，均化，物料要升到較高的溫度。

為了便于物料的容易加入、輸送、熔融、均化以及在低溫下擠出，獲得高質量、高產量的制品，每一種物料的擠出過程應有一條合適的溫度輪廓曲線。2）溫度的調節1172、壓力1）壓力的建立

擠出成型時，沿料筒軸線方向，在物料內部就要建立起不同的壓力a.壓縮比的存在（螺槽深度的改變、料筒上的溝槽深度變化、螺距的改變）b.分流板、濾網和口模產生的阻力，c.壓力的建立是擠出成型制品的重要條件壓力的建立也是物料得以經歷物理狀態變化、得到均勻密實的熔體、并最后得到成型制品的重要條件之一。2、壓力1）壓力的建立1182）影響壓力的因素如果將沿料筒軸線方向（包括口模）測得的各點的物料壓力值作為縱座標，以料筒軸線為橫座標做一曲線，即可得到所謂壓力輪廓線。a.機頭、分流板、濾網的阻力，b.加熱冷卻系統，c.螺桿轉數，d.螺桿和料筒的結構。2）影響壓力的因素a.機頭、分流板、1193、流率（擠出量）

流率是描寫擠出過程的一個重要參量。它的大小表征著機器生產率的高低。1）絕對流率（流量，產量）

用Q表示，為每小時公斤。2）比流率

用每轉的流率Q/n表示。后者更能反映擠壓系統性能，應當作為比較擠壓系統性能的標準。3、流率（擠出量）流率是描寫擠出過程的一個1203）影響流率的因素

a.機頭的阻力b.螺桿、料筒的設計c.螺桿轉數d.加熱冷卻系統e.物料的性質等。3）影響流率的因素1214、能量（功率）1）能量平衡

若從能量的觀點來觀察擠出過程，就有一個能量平衡問題。為了使加入的物料熔融呈粘流態，必須供給熱能；為使物料壓實并得以成型，物料必須具有一定的壓力，即必須供給壓力能。

熱能和壓力能是由加熱器的電能和驅動螺桿的機械能轉化而來。這些能量的一部分為熔融物料、成型制品所利用。其余部分作為熱損失而損失掉。4、能量（功率）1）能量平衡122其能量平衡方程式如下:機械能+熱能=熔融熱能+壓力能+熱量損失

式中Z——單位時間內由螺桿輸入的機械能，HJ——由外部加熱器輸入的熱能。右端第一項——物料由固態變為熔融狀態所需之能量，右端第二項——物料在擠出過程中所獲得的壓力能。H’——熱量損失Z+HJ=Qv(T2-T0)ρCvJ+Qv?P+H’其能量平衡方程式如下:機械能+熱能=熔融熱能+壓力能+1232）比功率消耗現在經常用比功率消耗這一指標作為評價擠出機性能的標準之一，它的含義是每擠出一公斤物料（制品）所消耗的功率。它也是擠出過程的重要度量之一。在保證塑化質量和混煉質量的前提下，希望該值越小越好。2）比功率消耗在保證塑化質量和混煉質量的前提下，1244.2.3物料在螺桿中的流動理論

根據實驗研究，物料自料斗加入到由機頭中擠出，要通過幾個職能區：固體輸送區、熔融區和熔體輸送區。固體輸送區，物料向前輸送并被壓實，但仍以固體狀存在——固體輸送理論。

熔融區，物料開始熔融，已熔的物料和未熔的物料以兩相的形式共存，未熔物料最終全部轉變為熔體——熔融理論。熔體輸送區，螺槽全部為熔體充滿——熔體輸送理論。4.2.3物料在螺桿中的流動理論根據實驗研究，物料自料斗加125

一固體輸送理論1、基本假設：1）、螺槽中被壓實的物料象具有彈性的固體塞于一樣移動：2）、塞子與所有面（料筒表面、螺紋槽底面、螺紋兩個側面）相接觸；3）、塞子與各表面的摩擦系數是一個常數，但在螺桿和料筒表面可以取不同值；4）、忽略料筒和螺紋棱之間的間隙；5）、螺槽是矩形的，并且其深度不變：6）、固體塞子的密度不變。

一固體輸送理論1、基本假設：1262基本方程

在固體塞子上取一個微單元。假定螺桿不動，料筒以Vb=πdn的速度移動。固體塞子沿螺槽移動的速度用Vp表示，固體塞子沿螺桿軸線方向的移動速度用Vpl表示。則固體的流率Qs可以用速度Vpl和固體塞子通過垂直于螺桿軸線的平面上的螺槽橫截面積的乘積來表示：

2基本方程在固體塞子上取一個微單元。假定螺桿不動，料127

以上公式就是體積流率Qs的計算公式影響固體輸送率的因素很多且很復雜Qs=VA以上公式就是體積流率Qs的計算公式Qs=VA128二．熔融理論熔融理論又稱為融化理論，相遷移理論，它是研究塑料從固態轉變為熔融狀態的過程，是建立在熱力學第一流變學等基礎上的一種理論。熔融理論主要用于指導螺桿熔融段的設計。有關熔融區的研究是近幾十年的事，到目前為止，仍處于發展階段。二．熔融理論熔融理論又稱為融化理論，相遷移理論，它是1291.熔融理論的物理模型該熔融理論是在擠出機上進行的大量冷卻實驗的基礎上提出來的。冷卻實驗：將著色物料（或炭黑）和本色物料加入擠出機中，待擠出過程穩定后，快速停車并驟冷料筒（如果可能，也冷卻螺桿），1.熔融理論的物理模型130（1）固態塑料（固態床）

（2）熔池（3）接近料筒表面的熔膜

通過切取不同的截面，我們看到“隨著物料向前輸送，熔池逐漸加寬，固體床相應變窄，直到最后，熔體充滿整個螺槽，固體床消失。

抽出螺桿，將螺旋狀的已冷卻的物料帶從螺桿上剝下，這時可以發現，已熔融的和局部混合的物料呈現流線，而未熔的物料將保持初始的固態。然后垂直于螺紋方向切取截面，可以看到一個截面內有三個區域：（1）固態塑料（固態床）通過切取不同的截面，我們看到131三、熔體輸送理論

常規的全螺紋單螺桿均化段的熔體輸送理論已得到很好的發展，與其他兩個理論相比，它建立的最早。1953年它首先在兩個無限大的平板之間，假定熔體為等溫牛頓流體的條件下建立起來，后來又進行了修正。三、熔體輸送理論常規的全螺紋單螺桿均化段的熔體1321、熔體輸送的機理1）無限平行板模型。

為了方便研究問題，假定：a、將計量段螺槽展開并認為螺槽為淺螺槽，H3/D<0.09b、螺槽靜止不動

c、將機筒展開為一無限大平板，且該平板運動速度為Vb。Vb=πDbnd、Vb的方向與展開的螺槽方向成θ角，則有Vbx=πDbnsinθVbZ=πDbncosθ

a.螺槽的幾何尺寸圖1、熔體輸送的機理1）無限平行板模型。a.螺槽的幾何尺寸圖1332)熔體在螺槽內的運動分析

熔料在螺槽中的流動實際上有以下幾種運動合成：a.正流（曳流）：

是由物料受機筒的摩擦拖曳引起的，最大處速度為Vbz.方向與Vbz相同，流量用Qd表示。2)熔體在螺槽內的運動分析134b．逆流（壓力流）：由機頭，口模等阻力元件產生的壓力引起的逆向流動。方向與正流方向相反，流量為QP.b．逆流（壓力流）：由機頭，口模等阻力元件產生的壓力引起的135☆由垂直于螺棱方向的分速度Vbx引起（如圖)

使物料在螺槽內產生翻轉運動。方向與Vbx

方向相同?！顧M流對物料的混合、熱交換和塑化起著重要作用，但對流體總的流動量基本無影響。作用：攪拌和熱交換，流量：Qc=0（相對于物料輸送方向）c.橫流（環流）：☆由垂直于螺棱方向的分速度Vbx引起（如圖)使物料在螺槽136d．漏流：是產生在機筒與螺桿突棱間隙δ處形成的一種壓力逆流。方向沿螺桿軸線方向，并由機頭向后。流量用QL表示。和逆流一樣，也是由壓力梯度引起的。漏流的流速比正流和逆流小得多。d．漏流：是產生在機筒與螺桿突棱間隙δ處形成的一種壓力137

Q=Qd-Qp-Ql

實際上螺槽中熔體的總的流動是這幾種流動的總和，擠出機的生產能力即等于正流、壓力流、漏流的總和總流塑料熔體在螺槽中混合流動示意圖熔體在螺槽內的流速分布圖Q=Qd-Qp-Ql實際上螺槽中熔體的總的流動是1382．基本假設

a.

牛頓型流體，并已全部熔融且等溫b.

流動是穩定的c.

壓力只在X，Z方向上變化d.

流體不可壓縮；內部無流動e.

重力忽略f.機筒運動，螺桿相對靜止。2．基本假設a.

牛頓型流體，并已全部熔融且等溫139

3．生產率的基本方程

根據前面的假設，分析和建立的物理模型，用流體力學的分析方法，就可以導出目前應用于單螺桿擠出機均化段的流率計算公式：α——正流流率常數β——倒流流率常數γ——漏流流率常數η——螺槽中物料黏度ηf——螺棱與機筒間隙中物料的平均黏度p1——計量段起始端壓力p2——計量段末端壓力3．生產率的基本方程根據前面的假設，分析和建立的物理模型1404.2.4螺桿及其參數螺桿和料筒組成了擠出機的擠壓系統。為說明擠壓系統的重要性，人們通常稱之為擠出機的心臟。物料正是在這一部分由玻璃態轉變為粘流態，然后通過口模、輔機而被做成各種制品的。如果就螺桿和料筒相比，螺桿更顯得居于關鍵地位。

一臺擠出機的生產率、塑化質量、填加物的分散性（分散混合效果）、熔體溫度、動力消耗等，主要決定于螺桿的性能。4.2.4螺桿及其參數螺桿和料筒組成了擠出機的擠壓系統。為141一、評價螺桿的標準

1塑化質量

一根螺桿首先必須能生產出合乎質量要求的制品。2產量

在保證塑化質量的前提下，通過給定機頭的產量或擠出量。3單耗

所謂單耗，是指每擠出一公斤塑料（橡膠）所消耗的能量。4適應性

對加工不同塑料、匹配不同機頭和不同制品的適應能力。5制造的難易

一根好的螺桿還必須易于加工制造，成本低。

一、評價螺桿的標準1塑化質量142二、螺桿的結構分類普通型螺桿：工作長度上為全螺紋，通常稱為常規全螺紋三段螺桿，是指出現最早、應用最廣、整根螺桿由三段組成，其擠出過程完全依靠全螺紋的形式完成的螺桿。二、螺桿的結構分類普通型螺桿：工作長度上為全螺紋，通常稱為常143常規全螺紋三段螺桿按螺紋升程和螺槽深度的變化分為等距變深型螺桿等距漸變型螺桿：加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過渡是在一個較長的螺桿軸向距離內完成的。等距突變型螺桿：加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過渡是在較短的螺桿軸向距離內完成的。等深變距型螺桿變深變距型螺桿三常規全螺紋三段螺桿的型式常規全螺紋三段螺桿按螺紋升程和螺槽深度的變化分為三常規全螺紋144四螺桿的結構形式及參數?

加料段：起預熱、壓實、輸送物料的作用，螺槽深度不變II

壓縮段：螺槽深度逐漸變??；起熔融物料、去階氣體等III均化段（計量段）：螺槽深度通常為常數；起進一步塑化均勻物料、并將其定量定壓的送入機頭口模的作用。常規全螺紋三段螺桿一般分為加料段、壓縮段、均化段（計量段）。四螺桿的結構形式及參數?加料段：起預熱、壓實、輸送物料的1451加料段：加料段的作用是輸送物料給壓縮段和均化段。加料段螺槽體積最大且維持不變，由加料斗加入的物料靠此段向前輸送，并開始被壓實，溫度從常溫逐漸升高到熔點，此段物料處于固態。加料段螺桿長度L1，一般取(3—10）D。螺槽深度h1，加大h1可提高輸送量Qs1加料段：加料段的作用是輸送物料給壓縮段和均化段。1462壓縮段：壓實物料，熔融物料。螺槽體積在此段逐漸減小，螺槽是壓縮型的，物料在此段繼續被壓實，并向熔融態轉化，至末端物料全部或大部熔融而轉變為粘流態。此段物料以固態和粘流態共存。壓縮段螺桿長度L2。壓縮比：它的作用是將物料壓縮，排除氣體，建立必要的壓力，保證物料到達螺桿末端時有足夠的致密度。

幾何壓縮比：加料段第一個螺槽容積與均化段最后一個螺槽容積之比。

物理壓縮比：物料加工之前的松密度與均化段熔體密度之比。2壓縮段：壓實物料，熔融物料。1473均化段：該段的作用是將來自壓縮段的已熔物料定壓定量定溫地擠到機頭中去。均化段的螺槽體積最小且維持不變，已完全熔融的物料在此段進一步被塑化和均化。物料在此段呈粘流態。螺槽深度h3

應當設計得使該段的計量能力與壓縮段的熔融能力相匹配，以適當地控制每一轉的擠出量。h3=（0.02—0.06）D。均化段的長度L3長一些，可以使物料得到相對長一些的均化時間，也可以減少壓力、產量、溫度的波動。3均化段：該段的作用是將來自壓縮段的已熔物料定壓定量定溫地1481螺桿直徑D螺桿直徑是指螺桿的外徑，是螺桿的重要參量，它在一定意義上表征擠出機擠出量的大小。螺桿直徑已經標準化五螺桿的基本參數1螺桿直徑D五螺桿的基本參數1492螺桿長徑比L/D螺桿的長徑比是螺桿的重要參數之一。若將它與螺桿轉數聯系起來考慮，在一定意義上也表示螺桿的塑化能力和塑化質量。單螺桿的長徑比有一個由小到大的發展趨勢，50年代一般為18—20，60年代為25—28，目前為30左右。2螺桿長徑比L/D150大長徑比的優點1）長徑比加大后，螺桿的長度增加，塑料在料筒中停留的時間長，塑化得更充分更均勻，故可以保證產品質量。2）在此前提下，可以提高螺桿的轉數。從而提高擠出量。大長徑比的缺點1）長徑比加大后，螺桿、料筒的加工和裝配都比較困難和復雜，成本也相應提高。2）L/D增大后,因螺桿的下垂度與其長度的四次方成正比，故會增加螺桿的彎曲度而造成螺桿與料筒的間隙不均勻，有時會使螺桿刮磨料筒而影響擠出機的壽命。3）當長徑比加大后，若提高螺桿轉數，其扭矩必然加大，這對小直徑的螺桿來說，因其加料段的螺紋根徑較小，就要考慮其強度是否滿足要求的問題。大長徑比的優點1513壓縮比ε是指螺桿的幾何壓縮比，它是螺桿加料段第一個螺槽的容積與計量段最后一個螺槽容積之比。對于等距漸變型螺桿

S1=S3壓縮比的選擇：根據物料和工藝條件。3壓縮比ε對于等距漸變型螺桿S1=S3壓縮比的選擇：1524導程、螺距與升角導程t：螺紋回轉一周時，螺紋上某點沿螺桿軸向前進的距離。螺距s：螺桿上相鄰螺紋之間的軸向距離。螺紋升角θ：螺紋展開線與垂直于螺桿軸線的平面間的夾角。

θ=30°左右適于粉料，θ=l7°左右適于圓柱料，θ=15