《塑料挤出成型》

实验指导书

岑兰

广东工业大学                 材料与能源学院

二０一０年二月印刷

实验项目名称：塑料挤出成型

实验项目性质：综合性

所属课程名称：塑料成型工艺学

实验计划学时：4

一、实验目的

1、了解双螺杆挤出机的结构和工作原理，学会正确操作挤出机；

2、掌握塑料挤出成型原理，挤出过程中塑料的物理化学变化，正确选择挤出工艺参数；

3、了解填充剂对塑料流动性和物理机械性能的影响。

二、实验内容和要求

挤出成型是塑料主要成型工艺之一，在塑料工业中占主要地位，可应用于挤出造粒、成型板、管、丝、膜、中空制品、异型材等制品。其基本原理是使塑料熔体在挤出机螺杆的挤压作用下，通过一定形状的口模（机头），使之在熔融状态下成型，然后再用牵引装置将它们连续地从口模中拉出，并同时进行冷却定型处理，而得到具有一定断面形状的制品。

塑料在熔融状态下成型，熔融时的流动性是非常重要的性质，而熔体粘度是表示流动性的基本物性。大多数塑料熔体属于假塑性流体，粘性剪切流动中，粘度受多种因素的影响，如剪切速率、温度、相对分子质量、相对分子质量分布和添加剂等的影响。填料的加入，一般会使塑料的流动性降低，影响程度与填充剂类型、粒径大小、用量、表面性质及填充剂与塑料基体之间界面作用等有关。因此对材料流动和变形性质进行测定，分析有关流变参数，确定其与加工参量之间的关系，这对材料成型加工极其重要。

三、实验主要仪器设备和材料

1、原材料

聚丙烯、木粉、偶联剂等。

2、实验设备

双螺杆挤出机、高速混合机、熔体流动速率仪、拉伸试验机、天平、秒表。

四、实验方法、步骤及结构测试

1、设计配方和配料

配方设计是树脂成型过程的重要步骤，为了提高塑料的成型性能，材料的稳定性和获得良好的制品性能并降低成本，必须在树脂基体中配以各种助剂。按所设计的配方称量树脂及各种助剂。

2、混料

混合过程是使多相不均态的各组分转变为多相均态的混合料，常用混合设备有高速混合器。

（1）    加料及混合；将混合器清扫干净，将已称量好的树脂及助剂倒入混合器中，盖上釜盖，按启动按钮。

（2）    出料；到达所要求的混合时间，马达停止转动，打开出料阀，点动按钮出料。

3、挤出

（1）    开车前准备工作。

①  安装机头、口模、过滤网、多孔板、机头法兰；

②  按规定加注润滑油；

③  检查水、电、气，连接情况；

④  检查整个系统的中心线，间隙调整；

⑤  启动各运转设备，检查运转是否正常，有无异常声音；

⑥  开启各部分加热电源，恒温30-60分钟。

（2）    开车。

①  低速开车，空转，检查电动机、压力表等；

②  逐渐加料，待物料挤出口模后再大量投料；

③  开动辅助设备，将挤出物引上冷却、牵引设备，调整各参数到操作状态正常；

④  开动切粒装置，得到挤出粒料。

（3）    停车。

①  停止加料，将挤出机内的物料挤光，关闭料筒和机头口模的加热电源；

②  关闭主机和辅机电源；打开机头连接法兰，清理滤网、多孔板和机头口模，清理时用铜刷等；

③  螺杆和料筒的清洗；

④  最后加入软PVC或含较多填料的PS、PE挤出清理；

⑤  关闭总电源和水流阀门。

3、测定熔融流动指数。

（1）    用天平称取约4~5克上述挤出粒料；开启熔融指数仪电源，升温至设定的温度，向料腔插入压料杆，恒温15分钟。

（2）    取出压料杆，迅速用漏斗将备好的物料装入，随即再装上压料杆，轻轻将料压紧，预热5分钟后，在压料顶部加上砝码（本实验选用2.160千克），在压料杆两环形记号间取样，切去料头，每10秒切取一个料段，连续切割五段（含气泡者丢弃）。

（3）    实验完毕，挤出余料，并趁热将料筒、压料杆、毛细管用软布擦拭清理干净。

（4）    清理后切断加热电源。

（5）    称重，计算。用天平分别称取冷却的料段，取算术平均值，然后按下式计算其熔融指数。

MI=600m / t  

式中：

MI——熔融指数，g/10min；

m——料段质量（算术平均值），g；

t——切割料段所需时间，秒。

4、测定物理机械性能。

用上述挤出粒料，通过注射成型制取标准试样，利用拉伸试验机和硬度计测量其拉伸强度、断裂伸长率和硬度

五、实验报告要求

实验报告应包括下列内容

1、            实验名称、目的和实验内容；简述实验操作步骤。

2、            原材料名称和牌号；实验设备型号、生产厂家。

3、            记录实验原始数据，塑料配方，挤出工艺条件；

4、            计算公式及其结果。

5、            根据实验结果进行讨论分析，图表说明。

6、            解答思考题。

六、思考题

1、简述挤出成型的原理和工艺流程。

2、挤出成型的工艺参数有哪些？如何选择及控制？

3、分析并讨论热塑性塑料挤出成型中影响流动性的因素。

七、实验记录参考格式

设备名称和型号：

试样名称：                   室温：         日期：         

配方：

料筒（或熔体温度）       ℃；        ℃；        ℃；       ℃。

口模温度               ℃。

挤出压力                MPa。

螺杆转速                  mm/s。

熔融指数                   g/10min

第二篇：热塑性塑料挤出造粒实验

热塑性塑料挤出造粒实验

1.实验目的

了解热塑性塑料的挤出工艺过程以及造粒加工过程；

掌握热塑性塑料挤出及造粒加工设备及操作规程；

掌握PVC挤出工艺条件及挤出过程中需注意的问题。

2.实验原理

2.1 挤出成型工艺原理

挤出成型是热塑性塑料成型加工的重要成型方法之一，热塑性塑料的挤出加工是在挤出机的作用下完成的重要加工过程。在挤出过程中，物料通过料斗进入挤出机的料筒内，挤出机螺杆以固定的转速拖曳料筒内物料向前输送。通常，根据物料在料筒内的变化情况，将整个挤出过程分成三个阶段。

在料筒加料段，在旋转着的螺杆作用下，物料通过料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实。物料在加料段内呈固态向前输送。

物料进入压缩段后由于螺杆螺槽逐渐变浅，以及靠近机头端滤网、分流板和机头的阻力而使所受的压力逐渐升高，进一步被压实；同时，在料筒外加热和螺杆、料筒对物料的混合、剪切作用所产生的内摩擦热的作用下，塑料逐渐升温至粘流温度，开始熔融，大约在压缩段处全部物料熔融为粘流态并形成很高的压力。

物料进入均化段后将进一步塑化和均化，最后螺杆将物料定量、定压地挤入机关。机头中口模是成型部件，物料通过它便获得一定截面的几何形状和尺寸，再通过冷却定型、切断等工序就得到成型制品。

2.2 热塑性高分子材料造粒概述

合成树脂一般为粉末状，粒径较小，松散、易飞扬。为便于成型加工，需将树脂与各种助剂混合塑炼制成颗粒状，这个工序称为造粒。造粒的目的在于进一步使配方均匀，排除树脂颗粒间及颗粒内的空气，使物料被压实到接近制成品的密度，以减少成型过程中的塑化要求，并使成型操作容易完成。

一般造粒后的颗粒料较整齐，且具有固定的形状。颗粒料是塑料成型加工的原料，用颗粒料成型有如下优点：加料方便，不需强制加料器；颗粒料密度比粉末料大，制品质量较好；空气及挥发物含量较少，制品不易产生气泡。造粒工序对于大多数单螺杆挤出机生产塑料挤出制品一般是必须的，而双螺杆挤出机可直接使用捏合好的粉料生产。

热塑性物料的造粒可分冷切法和热切法两大类。冷切法又可分拉片冷切、挤片冷切、挤条冷切等几种；热切法则可分干热切、水下热切、空中热切等几种。造粒的主要设备是混炼式挤出机或塑炼机（开炼机或密炼机）和切粒机。除拉片冷切法用平板切粒机造粒外，其余都是用挤出机造粒。挤出造粒有操作连续，密闭，机械杂质混入少，产量高，劳动强度小，噪音小等优点。

常见树脂适用的造粒方法见表1。无论何方法，均要求粒料颗粒大小均匀，色泽一致，外形尺才不大于3～4mm，因为如果颗粒尺才过大，成型时加料困难，熔融也慢。造粒后物料形状以球形或药片形较好。

表1  常用树脂适用的造粒方法

注：○—最适宜；△—尚可；╳—不适宜

2.3 本实验主要开展的工作

挤条冷切是热塑性塑料最普遍采用的造粒方法，设备和工艺都较简单，即混合料经挤出机塑化后成圆条状挤出，圆条经风冷或水冷后，通过切粒机切成圆柱形颗粒。本实验采用硬质PVC制品配方料，利用双螺杆挤出机，采用挤出成型工艺挤出圆条状制品，再利用切粒机冷切成圆柱形颗粒。

Brabender转矩流变仪配合测量挤出机及各种机头，可模拟挤出成型加工过程。本实验采用Brabender双螺杆挤出机，配置挤圆条机头进行硬质PVC挤条。该机带有熔体压力传感器，可同时测定机头熔体压力；通过改变工艺条件，在得到挤出圆条的同时，也可得到加工的有关参数。利用圆条切粒机对挤出冷却的圆条进行切粒。通过此过程对挤出设备、挤出工艺以及切粒设备和切粒工艺等有所认识和掌握。

3.实验仪器及药品

3.1 实验仪器

双螺杆挤出机，Brabender，德国Brabender；切粒机；高速混合器；冷却水槽；烘箱等。其中挤出机的组成与结构如简图1所示。

3.2 实验药品

本实验试样采用硬质PVC配方，其参考配方如下：

挤出造粒前需先对原材料进行混合和干燥。

4.实验步骤

4.1 实验前准备

（1）按参考配方设计配方称取物料，利用高速混合器对物料进行混合，将混合好的物料利用烘箱进行烘干处理。

（2）将挤出机、机头、料斗以及切粒机等等清理干净，并安装完毕。将冷却水槽和挤出机冷却水连接好，先通冷却水冷却挤出机进料口。

4.2 挤出工艺参数的确定

（1）挤出机加热温度。挤出机操作温度按五段控制，机身部分三段，机头部分两端。机身：加料段160℃～170℃，压缩段170℃～180℃，计量段180℃～190℃；机头：机颈：190℃～200℃，口模：190℃～200℃。

（2）螺杆转速。0～40rpm，一般先在较低的转速下运行至稳定，待有熔融的物料从机头挤出后，在继续提高转速。

（3）切粒机转速。0～20rpm，视挤出圆条的速度，逐渐调节。

4.3 测试操作

（1）启动挤出机控制系统的计算机及动力系统，按照输入程序把标题、加热温度、螺杆转速等实验条件输入计算机控制程序。

（2）开始各段预热，待各段加热达到规定温度时、应对机头部分的衔接锁环再次检查，并将其拧紧、准备向挤出机中加入物料。

（3）开动主机，在慢速（10rpm）运转下先少量加PVC清洗料，并随时注意转矩、压力显示仪表，待清洗料熔料挤出后，观察其颜色变化，待挤出物无杂质及其他颜色变化时，可加入实验料。

（4）加入实验料后，逐渐提高螺杆转速，同时注意转矩、压力显示仪表。待熔料挤出平稳后，开启切粒机，将挤出圆条通过冷却水槽后慢慢引入切粒机进料口，慢慢调节切粒机转速以与挤出速度匹配。待挤出及切粒过程正常后，正式开启记录对应的转矩值、压力值等工艺参数。

（5）依次改变螺杆转数：10、15、20、25、30rpm。在每个转速下，在稳定挤出情况下，截取3min之挤出物造粒颗粒，分别称量，同时记录其对应的转矩值、压力值。

（6）实验完毕，关闭各测量记录系统及切粒机。逐渐减速停车，趁热立即清理机头、挤出料筒内残留的硬质PVC料，降低挤出机加热温度，用LDPE树脂清理料筒。

5 实验记录

5.1 实验药品及配方

5.2 实验条件

仪器设备型号、生产厂家

螺杆长径比：

挤出机加热温度：

螺杆转速：

平稳挤出时的转矩和压力

平稳挤出时的切粒机转速：

5.3 测试结果

（1）根据测量数值，分别绘制螺杆转速——挤出量，机头压力——挤出量对应曲线。

（2）对挤出造粒的颗粒进行性能和外观分析。

6.思考题

1. 挤出机的主要结构由哪几部分组成？

2. 分析工艺条件对制品质量及生产效率的影响。