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挤出机挤出成型原理

挤出成型又称基础模型成型。是指把粉末状或粒状物料由料斗加入到挤出机的机筒内,物料在螺杆旋转的挤压推动作用下,通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实,通过机筒外部的加热装置和摩擦预热,在高温、高压条件下熔融塑化。然后,连续转动的螺杆再把熔融物料推入机头模具,从机头模具挤出的熔融物料经冷却定型成为所需的塑料制品。

可将挤出过程分为两个阶段:

(1)是使固态塑料塑化,既使其变成黏流态并在加压的情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相同的连续体。

(2)是采用适当的冷却方法使挤出的连续体失去塑性而变成固态,即所需制品。

2-3 挤出成型的生产工艺过程

挤出成型的工艺过程包括:塑料原料熔融塑化→挤出成型→冷却定型→冷却→牵引→切割→检验→包装→入库。

挤出成型的工艺过程图示:

挤出机成型生产线的组成:完成一种挤出产品的生产线通常由主机、辅机组成,这些部分称为挤出机组。

主机 一台挤出机由以下三部分组成:挤压系统、转动系统、加热冷却系统。

辅机 挤出机的组成是根据制品的种类而定的,一般辅机由下列几部分组成:机头、定型装置、冷却系统、牵引装置、切割装置、堆放卷取装置。

控制系统 挤出机的控制系统主要电器仪表和执行机构组成,其主要作用是控制主机、辅机的驱动电机,使其操作的转速和功率正常,并保证主机和辅机的温度、压力、流量和制品的质量,实现全机组的自动控制。

成型过程主要分为三个阶段:

一:塑化

通过机筒温度与螺杆的作用,物料转变为具有一定流动性的均匀连续熔体的过程。

二:成型

具有流动性的均匀熔体,由于螺杆的旋转挤压通过多孔板进入机头,并按口模芯棒成型为具有一定形状的型胚。

三:冷却定型

即型胚在挤出压力和牵引作用下,经过真空冷却定型后,形成具有一定强度、刚度和尺寸精度的制品。

2-4造粒工艺流程

造粒工艺是将树脂及各种助剂经计算、混合和塑炼制成便于成型的密实的球体、圆柱体形、立方体型颗粒的操作过程。造粒的方法有很多种,如:

树脂+助剂→称量→混合→挤出→圆条→冷却→线条切粒机切粒

挤出造粒操作连续、密闭、杂质滤出容易、产量高、劳动强度小、环境洁净、噪音小,但塑炼质量不如炼片方式那样易控制。

2-5挤出工艺的控制

挤出工艺控制包括成型温度、挤出转速、真空排湿、真空转速、真空冷却定型等方面的控制。

1. 温度的控制

挤出成型温度是促进成型物料塑化和塑料熔体的流动的必要条件,它直接影响着物料在整个加工过程的流变状态,对塑料的塑化和异型材的产量、质量均具有十分重要的意义。

在整个加工过程中,物料要实现由玻璃态到高弹态再到粘流态的转变,各段温度控制也不尽相同。

下面就筒区、螺杆、连接体、模头温度一一介绍。

(1)筒区温度装置

如何设置好筒温的温度,必须对我们的螺杆在挤出成型过程中的功能有一个了解。筒区可分为四个区:喂料区、压缩区、通风区、计量区。

挤出机中机筒的加热是为了使机筒受热达到一定的温度,机筒的冷却是为了使有一定温度的高温机筒把温度降下来。在挤出机挤塑塑料生产过程中,机筒上有加热和冷却装置的交替工作,则使机筒工作时温度恒定在一个挤出塑料塑化需要的工艺温度范围内,这样就保证了挤出机正常挤塑制品成型生产的顺利进行。

(2)连接体温度

它是挤出机筒与模具的过度段,该区温度的控制很重要,该区温度直接影响物料进入模具分流时的流变状态,对于型材各部分出料的均匀程度影响很大。温度很低,有可能会造成物料均化不充分,物料流动性不好,熔压上升或扭转增加,主机电流增大,背压高,设备负荷大,能耗上升,型材表面光泽不好,型材发脆,而且有可能引起型材壁厚不均匀,表面有收痕,对主机电机损害大。温度过高,会使型材后收缩率高,物料部分分解使型材发黄,且筋处有气孔,内壁粗糙,强度下降。

(3)螺杆温度

由于螺杆之间间隙很小,而使得在螺杆之间产生的摩擦热较大,为了保证物料不发生分解,故温度设置较低,一般在120——140℃。

(4)模头温度

模具温度是保持稳定成型的重要条件之一,为了防止由于模温与熔差的温差而造成型翘曲的现象,所以模温设置应与熔体温度一致,一般在190——210℃。另外。模具温度受到型材的几何形状的影响,复杂的形状,由于型腔的表面积较大,会阻碍物料的流动,故有时需要较高的模温来提高熔体的流动性能。

2.转速控制

转速控制包括进料螺杆、挤出螺杆转速牵引速度的控制。

工艺要求:

n 使物料挤出成型使具有必要的成型压力;

n 达到预期的生产能力。

螺杆转速设置:

n 根据挤出机模具的实际生产能力来设置挤出螺杆的转速,在额定产能下,一般挤出机螺杆的设定在最大转速的80%较适合。

n 在设置好螺杆转速的前提下,根据所需的熔融压力、电机负荷设置进料螺杆转速。

n 牵引机速度根据挤出机与模具的产能及型材比重来确定。

3.真空压力的控制

单螺杆挤出机温度设定_螺杆挤出捏合机_注射螺杆与挤出螺杆

工艺参数:

真空压力、冷却水水温、水压、冷却水供给量

工艺要求:

n 适宜的真空度应能保证型胚吸附在定型器的表面上,而又不影响型胚的前进。

n 通过对型胚直接或间接的冷却,得到尺寸精确且稳定的型材。

压力设置:

n 干定型真空压力不超过-0.8bar

n 真空排湿压力不超过-0.8bar

n 冷却水温应控制在12——18摄氏度,水压应不低于2.5bar

2.6物料衡算

1.物料衡算

指的是利用质量守恒定律对物料进行操作前后物料的总量恒等于产物及物料的损失状况计算方法,即进入设备用语生产的物料的总量恒等于产物和物料损失的量。物料衡算直接与生产经济效益挂钩。

2.物料衡算的前提及应用

前提 应在已知产品规格和产量的前提下进行许多原辅材料量、废品量及消耗量的计算

应用 物料衡算意义有以下几点:实际动力消耗量、生产过程所需热量或冷量、可以进一步计算日消耗量、时消耗量及所需设备提供必要的基础数据。

3.由已知数据单螺杆挤出机温度设定,由公式计算

G1=G2+G3

G1——进入设备的物料量的总和

G2——离开设备的正品和次品量的总和

G3——加工过程中物料损失量总和

4.物料衡算

例一:已知年产量为2000吨,确定产品合格率为98%,自然消耗率为0.1%,年生产时间300天,求年消耗原料量。

有关计算:

年需要物料计算M1=合格产品料量/合格率=2000/98%=2040.816吨

年进车间料量M2=M1/(1-0.1%)=2042.86吨

自然损耗量M3=M1×自然损耗率=2040.816×0.1%=0.204吨

废品量M4=M1-合格产品料量=2040.816-2000=40.816吨

每小时车间处理物料料量=年进车间料量/年生产时间=2042.86/(8×300)=0.8512吨

回收料量M5=废品量×回收率=40.816×(1-0.1%)=40.78吨

列表反应

合格率

98%

合格产品

2000

废品率

2%

废品

40.816

自然损耗率

0.1%

自然损耗量

0.204

进车间料量

2042.86

小时车间处理量

0.8512

回收率

螺杆挤出捏合机_单螺杆挤出机温度设定_注射螺杆与挤出螺杆

1-0.1%

回收量

40.78

5.热量衡算

主要针对成型加工过程中加热和冷却传热问题,在工艺设计中至关重要。

(1)热量衡算的意义

确定成型加工必须的加热机电加热和冷却功率,计算电功耗依据,设备选型依据。

(2)热量衡算的类型

a.单元设备:当各个单元设备之间没有热量交换时,只对个别设备计算。

b.整个过程:各个工序或单元操作均有热量交换单螺杆挤出机温度设定,则做全过程衡算。

(3)热量衡算的基本原则

遵循能量守恒定律,即热力学第一定律是热量衡算理论依据。当不考虑机器散热,摩擦剪切生热问题时,加热器放出热量应该等于物料所吸收的热量。即满足热平衡方程式:Q0=Q1。

(4)计算方法

PP的比热容为1.9kj/kg·℃。

物料所需热量Qn=Qm,h·Cn(T1-T2)。其中:Qn为单机的实际功率,单位kw。Qm,h为热流体质量流,单位kg/s。T1,T2为热流体的最初和最终的温度,单位为℃。Cn为热流体的比热容,单位j/kg·℃。

由此计算可得:Qn的值为17.6kw

物料所需热量即为挤出机应提供的热量,所选挤出机功率必须大于该值。

2.7定型设备的选择及计算

定型设备指的是具有同系列标准,专业厂家能够提供进入市场的商品。怎样合适选择定型设备是工程技术人员应该具备的基本功能,也是工艺流程的关键。

1.设备选择原则

1) 技术先进,经济合理(总原则)

2) 设备的可靠性,特别需要确保主要设备,应坚持生产实践考验原则

3) 设备应选用立足国内,理由是国内设备配套已经成规模,配件易与选配,经济实惠

2.设备的选择

1) 按照产品规格完成生产任务,确保生产质量;

2) 依照工艺流程购置

3) 成本核算

3.设备计算

设备计算的主要认为是:选择设备规格型号,确定实际生产台数,并为购置设备及车间生产布置提供依据。

1) 计算时应该考虑的问题:年产时间、开机率、设备最佳生产能力

2) 计算步骤:收集基础数据、根据单机计算理论生产能力、根据开机率计算实际的生产能力

4.计算

设计一个单螺杆挤出机聚氯乙烯为原料的生产车间。设计任务是:年产2000吨,年生产时间300天,拟定产品合格率为98%,试选定设备的型号和台数。计算年处理总量及每小时车间处理物料量。

1) 年处理物料总量:2000/98%=2040.816吨

2) 每小时车间处理物料量:2042816÷(300×8)=851.2kg/h

3) 根据生产规模查阅选定设备:初选sj-90E型单螺杆挤出机

4) 确定最佳生产能力 根据选定设备可知,其生产能力为160kg/h,

5) 初定台数

计算公式为:机台数=车间每小时处理物料量÷单机最佳挤出量=851.2kg/h÷160 kg/h=5.32台

6)实际所需台数

确定是应该考虑的因素有:车间开机率(内含设备维修情况、开停车及临时性停车),一般选择范围在80%~90%,然后计算实际台数。其计算公式如下: 实际机台数=初定台数/开机率=5.32/90%=5.911台

7)择优分析(依据台时产量)

选择6台方案:台时产量=每小时车间处理物料量/(台数×开机率)=851.2/(6×0.9)=158 kg/h

所以选择6台方案接近每小时机器产量,设备利用率高,故选用6台方案

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