挤出成型原理3.

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1、7第七章挤出成型原理Chapter7ExtrusionTheory2．单螺杆挤出机基本结构及作用；3．挤出成型原理。本章教学内容1．绪论；7.3挤出成型原理固体输送区，物料变形小熔融区，压缩变形大，熔融流动次要熔体输送区，熔融流动主要(一)固体输送理论目前关于固体输送区的理论有几种，下面将重点介绍较有代表性的达涅耳(Darnel）和莫耳（Mol）1956年提出的根据固体对固体摩擦的静力平衡为基础建立起来的固体输送理论。1.基本假设1、料筒与螺杆间的固体离子连续整齐地排列着，并塞满了螺槽，形成“弹性固体”。塞子在与所有面（料筒表面、螺纹槽底面、螺纹两个侧面）相接触，并以恒速移动；2、忽略螺棱与

2、机筒的间隙、物料重力、密度变化的影响；3、磨擦系数恒定，，服从F=f×P，fs、fb可不同；压力是螺槽长度的函数；4、螺槽为等距等深的矩形螺槽.2固体流量方程的推导VX-螺杆斜棱对固体塞产生推力P，使之产生垂直于斜率方向的推力；此推力轴向的分力产生固体塞轴向的运动Va；Vb-料筒相对于螺杆产生的切向运动速度；Vb-VX产生沿螺槽Z方向的运动VZ.受力情况：Fs—螺杆对固体塞的摩擦力，推力；Fb—料筒对固体塞的摩擦力，阻力。Fbz—Fb在Z轴方向上的分力。当Fbz=Fs=0时，物料不发生任何移动；FbzFsQ=V·vaQ—单位时间内固体

3、物料的流动体积；va—物料前进速度；V—单位螺槽容积。N—螺杆转数，Φ—展开后的螺线角（移动角），θ—螺杆外径处的旋转角，Φ+θ=90o，l—螺杆转动一周物料移动距离的轴向投影。3提高固体输送量的方法从螺杆的结构出发1、通过加大加料段的螺槽深度来实现提高输送量Qs。2、Qs与成正比。Φ（移动角），与螺杆、料筒的几何参数、摩擦系数和压力降均有关系.如螺杆与料筒间的摩擦系数大，物料包住螺杆，在轴向的流量为0，Φ=0°；反之，Φ=90°，流量达到理论上限；正常情况下，0°＜Φ＜90°.θ—螺杆旋转角，（1）随着摩擦系数降低而增加，对于大多数聚合物：fs在0.25—0.5，螺杆旋转角在17º～20º

4、之间，一般取17º41’（2）略去压力影响，并fs=fb，—θ作图3、螺杆表面摩擦系数越小（料筒的摩擦系数越大），QS越大。a、增加螺杆表面光洁度；b、通过在料筒加料段处，开纵向沟槽和加工出锥度来实现提高输送量Qs。但料筒内壁仍应光滑.4、增加加料段的长度会使产量的提高。从挤出工艺出发控制螺杆与机筒的温度金属与聚合物的摩檫系数是温度的函数,而且有一个极大值问题1、什么叫固体床?简述提高固体输送效率的方法。2、PP和PE与金属的摩擦系数f—温度T的图如下，粘附范围指摩擦系数f大于一定值，塑料才能与金属产生有效的粘附。请回答以下问题：(8分)在正常的工艺条件下，用相同螺深和螺矩的螺杆挤出机挤出时

5、，哪种塑料产量高？为什么？针对这种摩擦系数对产量的影响，工业上常采取什么措施？？(二)熔化理论熔融理论又称为融化理论，相迁移理论，它是研究塑料从固态转变为熔融状态的过程，是建立在热力学第一流变学等基础上的一种理论。熔融理论主要用于指导螺杆熔融段的设计，作为改进设备和工艺的重要依据。物料在熔融区存在固体和熔融料两相结构，在流动和输送过程中存在相转变，过程十分复杂，到目前为止，仍处于发展阶段。这里重点介绍Tadmor所建立的熔融理论。1.熔融理论的物理模型该熔融理论是在挤出机上进行的大量冷却实验的基础上提出来的。（1）冷却实验是这样的：将着色物料（或炭黑）和本色物料加入挤出机中，待挤出过程稳定后

6、，快速停车并骤冷料筒（如果可能，也冷却螺杆），（2）抽出螺杆（如果是部分料筒可将料筒打开），将螺旋状的已冷却的物料（塑料）带从螺杆上剥下，这时可以发现，已熔融的和局部混合的物料呈现流线，而未熔的物料将保持初始的固态。（3）然后垂直于螺纹方向切取截面，可以看到一个截面内有三个区域：固态床、熔池和接近料筒表面的熔膜。熔融过程熔融起点熔融终点随着物料向前输送，熔池逐渐加宽，固体床相应变窄，直到最后，熔体充满整个螺槽，固体床消失。熔融模型：塑料在挤出过程中，在接近加料段的末端，与机筒相接触的塑料已开始熔融而形成了一层熔膜。当熔膜厚度超过螺杆与机筒的间隙时，螺杆顶面把熔膜从机筒内壁径向的刮向螺杆底部，

7、强制积存于螺纹推力面的前方，而形成了熔池。在螺槽的前移过程中，固体床宽度会逐渐减少，直至全部消失，即完全熔化。XWVbx熔膜熔池推力面熔膜形成后的固体熔融是在熔膜和固体床的界面处发生的塑料熔融的热源主要有两个：一是从外加热器得到的外热（传导热）二是熔融流动过程中，由于速度差异产生的粘性耗散热（剪切热）以及挤压和压缩作用，其能量来源是电动机的机械能。从熔化开始到固体床宽度下降为0的螺杆长度即为熔化区长度。2、熔