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擠塑機(jī)的工作原理是：利用特定形狀的螺桿，在加熱的機(jī)筒中旋轉(zhuǎn)，將由料斗中送來(lái)的塑料向前擠壓，使塑料均勻地塑化（即熔融），通過(guò)機(jī)頭和不同形狀的模具，使塑料擠壓成連續(xù)性的所需要各種形狀的塑料層，擠包在線芯和電纜上。

一，塑料擠出過(guò)程

電線電纜的塑料絕緣和護(hù)套是采用連續(xù)擠壓方式進(jìn)行的，擠出設(shè)備一般是單螺桿擠塑機(jī)。塑料在擠出前，要事先檢查塑料是否潮濕或有無(wú)其它雜物，然后把塑料預(yù)熱后加入料斗內(nèi)。在擠出過(guò)程中，裝人料斗中的塑料借助重力或加料螺旋進(jìn)人機(jī)筒中，在旋轉(zhuǎn)螺桿的推力作用下不斷向前推進(jìn)，從預(yù)熱段開(kāi)始逐漸地向均化段運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，塑料受到螺桿的攪拌和擠壓作用，并且在機(jī)筒的外熱及塑料與設(shè)備之間的剪切摩擦熱的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，在螺槽中形成連續(xù)均勻的料流。在工藝規(guī)定的溫度作用下，塑料從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)的可塑物體，再經(jīng)由螺桿的推動(dòng)或攪拌，將完全塑化好的塑料推入機(jī)頭，到達(dá)機(jī)頭的料流，經(jīng)模芯和模套間的環(huán)形間隙，從模套口擠出，擠包干線芯或纜芯周?chē)�，形成連續(xù)密實(shí)的絕緣層或護(hù)套層，然后經(jīng)冷卻和固化，制成電線電纜產(chǎn)品。

二，擠出過(guò)程的三個(gè)階段

塑料擠出主要依據(jù)的是塑料所具有的可塑態(tài)。塑料在擠出機(jī)中完成可塑成型過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程：包括了混合、破碎、熔融、塑化、排氣、壓實(shí)并最后成型定型，這一過(guò)程是連續(xù)實(shí)現(xiàn)的。然而習(xí)慣上，人們往往按塑料的不同反應(yīng)將擠塑過(guò)程，人為的分成各個(gè)不同階段；①塑化階段（塑料的混合、熔融和均化）；②成型階段（塑料的擠壓成型）；③定型階段（塑料層的冷卻和固化）。

1，塑化階段。也稱(chēng)為壓縮階段。它是在擠塑機(jī)機(jī)筒內(nèi)完成的，經(jīng)過(guò)螺桿的旋轉(zhuǎn)作用，使塑料由顆粒狀固體變?yōu)榭伤苄缘恼沉黧w。塑料在塑化階段獲得熱量的來(lái)源有兩個(gè)方面：一是機(jī)筒外部的電加熱；二是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱。起初的熱量是由機(jī)筒外部的電加熱產(chǎn)生的；當(dāng)正常開(kāi)車(chē)后，熱量的取得則是由螺桿旋轉(zhuǎn)物料在壓縮，剪切、攪拌過(guò)程中與機(jī)筒內(nèi)壁的摩擦和物料分子問(wèn)的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的。

2，成型階段。它是在機(jī)頭內(nèi)進(jìn)行的，由于螺桿旋轉(zhuǎn)和壓力作用，把粘流體推向機(jī)頭，經(jīng)機(jī)頭內(nèi)的模具，使粘流體成型為所需要的各種尺寸形狀的擠包材料，并包覆在線芯或?qū)�體外。

3，定型階段。它是在冷卻水槽中進(jìn)行的，塑料擠包層經(jīng)過(guò)冷卻后，由無(wú)定型的塑性狀態(tài)變?yōu)槎ㄐ偷墓腆w狀態(tài)。

三，塑化階段塑料流動(dòng)的變化

塑化階段，塑料沿螺桿軸向被螺桿推向機(jī)頭的移動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)歷著溫度、壓力、粘度、甚至化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，這些變化在螺桿的不同區(qū)段情況是不同的。塑化階段根據(jù)塑料流動(dòng)時(shí)的物態(tài)連續(xù)變化過(guò)程又可分成三個(gè)階段：①加料段（又稱(chēng)破碎段）；②熔融段（又稱(chēng)塑化段）；③均化段又稱(chēng)均壓段）。各段對(duì)塑料擠出產(chǎn)生不同的作用，塑料在各段呈現(xiàn)不同的形態(tài)，從而表現(xiàn)出塑料的擠出特性。

1，加料段，首先就是為顆粒狀的固體塑料提供軟化溫度，其次是以螺桿的旋轉(zhuǎn)與固定的機(jī)筒之間產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用在塑料顆粒上，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟化塑料的破碎。而最主要的則是以螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生足夠大的連續(xù)而穩(wěn)定的推力和反向摩擦力，以形成連續(xù)而穩(wěn)定的擠出壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎塑料的攪拌與均勻混合，并初步實(shí)行熱交換，從而為連續(xù)而穩(wěn)定的擠出提供基礎(chǔ)。在此階段產(chǎn)生的推力是否連續(xù)均勻穩(wěn)定、剪切應(yīng)變率的高低，破碎與攪拌是否均勻都直接影響著擠出的質(zhì)量和產(chǎn)量。

2，熔融段，經(jīng)破碎、軟化并初步攪拌混合的固態(tài)塑料，由于螺桿的推擠作用，沿螺槽向機(jī)頭移動(dòng)，自加料段進(jìn)人熔融段。在此段塑料遇到了較高溫度的熱作用，這時(shí)的熱源，除機(jī)筒外部的電加熱外，螺桿旋轉(zhuǎn)的摩擦熱也在起著作用。而來(lái)自加料段的推力和來(lái)自均化段的反作用力，使塑料在前進(jìn)中形成了回流，回流產(chǎn)生在螺槽內(nèi)以及螺桿與機(jī)筒的間隙中，回流的產(chǎn)生不但使物料進(jìn)一步均勻混合，而且使塑料熱交換作用加大，達(dá)到了表面的熱平衡。由于在此階段的作用溫度已超過(guò)了塑料的流變溫度，加之作用時(shí)間較長(zhǎng)，致使塑料發(fā)生了物態(tài)的轉(zhuǎn)變，與加熱機(jī)筒接觸的物料開(kāi)始熔化，在機(jī)筒內(nèi)表面形成一層聚合物熔膜，當(dāng)熔膜的厚度超過(guò)螺紋頂與機(jī)筒之間的間隙時(shí)，就會(huì)被旋轉(zhuǎn)的螺紋刮下來(lái)，聚集在推進(jìn)螺紋的前面，形成熔池。由于機(jī)筒和螺紋根部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使熔池產(chǎn)生了物料的循環(huán)流動(dòng)。螺棱后面是固體床（固體塑料），物料沿螺槽向前移動(dòng)的過(guò)程中，由于熔融段的螺槽深度向均化段逐漸變淺，固體床不斷被

擠向機(jī)簡(jiǎn)內(nèi)壁，加速了機(jī)筒向固體床的傳熱過(guò)程，同時(shí)螺桿的旋轉(zhuǎn)對(duì)機(jī)筒內(nèi)壁的熔膜產(chǎn)生剪切作用，從而使熔膜和固體床分界面的物料熔化，固體床的寬度逐漸減小，直到完全消失，即由固態(tài)轉(zhuǎn)為粘流態(tài)（可塑態(tài)）。此時(shí)塑料分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本的改變，分子間張力極度松弛，若為結(jié)晶性高聚物，則其晶區(qū)開(kāi)始減少，無(wú)定形增多，除其中的特大分子而外，主體完成了塑化，即所謂的“初步塑化”，并且在壓力的作用下，排除了固態(tài)物料中所含的氣體，實(shí)現(xiàn)初步壓實(shí)。

3，均化段，具有這樣幾個(gè)突出的工藝特性：這一段螺桿螺紋深度最淺，即螺槽容積最小，所以這里是螺桿與機(jī)筒間產(chǎn)生壓力最大的工作段；另外來(lái)自螺桿的推力和篩板等處的反作用力，是塑料“短兵相接”的直接地帶；這一段又是擠出工藝溫度最高的一段，所以塑料在此階段所受到的徑向壓力和軸向壓力最大，這種高壓作用，足以使合于塑料內(nèi)的全部氣體排除，并使熔體壓實(shí)、致密。該段所具有的“均壓段”之稱(chēng)即由此而得。由于高溫的作用，使得經(jīng)過(guò)融熔段未能塑化的高分子在此段完成塑化，從而最后消除“顆�！�，使塑料塑化充分均勻，然后將完全塑化熔融的塑料定量、定壓地由機(jī)頭均勻地?cái)D出。

四．?dāng)D出過(guò)程中塑料的流動(dòng)狀態(tài)

擠出過(guò)程中，由于螺桿的旋轉(zhuǎn)使塑料推移，而機(jī)筒是不動(dòng)的，這就在機(jī)筒和螺桿之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)塑料產(chǎn)生摩擦作用，使塑料被拖著前進(jìn)。另外，由于機(jī)頭中的模具、多孔篩板和濾網(wǎng)的阻力，又使塑料在前進(jìn)中產(chǎn)生反作用力，這就使塑料在螺桿和機(jī)筒中的流動(dòng)復(fù)雜化。通常將塑料的流動(dòng)狀態(tài)看成是由以下四種流動(dòng)形式組成的：

1，正流——是指塑料沿著螺桿螺槽向機(jī)頭方向的流動(dòng)。它是由螺桿旋轉(zhuǎn)的推擠力產(chǎn)生的，是四種流動(dòng)形式中最主要的一種。正流量的大小直接決定著擠出量。

2，倒流——又稱(chēng)逆流，它的方向與正流的流動(dòng)方向正好相反。它是由于機(jī)頭中的模具、篩板和濾網(wǎng)等阻礙塑料的正向運(yùn)動(dòng)，在機(jī)頭區(qū)域里產(chǎn)生的壓力（塑料前進(jìn)的反作用力）造成的。由機(jī)頭至加料口形成了“壓力下的回流”也稱(chēng)為“反壓流動(dòng)”。它能引起生產(chǎn)能力的損失。

3，橫流——它是沿著軸的方向，即與螺紋槽相垂直方向的塑料流動(dòng)。也是由螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)的推擠所形成的。它的流動(dòng)受到螺紋槽側(cè)壁的阻力，由于兩側(cè)螺紋的相互阻力，而螺桿是在旋轉(zhuǎn)中，使塑料在螺槽內(nèi)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成環(huán)狀流動(dòng)，所以橫流實(shí)質(zhì)是環(huán)流。環(huán)流對(duì)塑料在機(jī)筒中的混合、塑化及熱交換影響很大，塑料所以能在螺桿中混合、塑化成熔融狀態(tài)，是和環(huán)流的作用分不開(kāi)的。環(huán)流使物料在機(jī)筒中產(chǎn)生攪拌和混合，并且利于機(jī)筒和物料的熱交換，它對(duì)提高擠出質(zhì)量有重要的意義，但對(duì)擠出流率的影響很小。

4，漏流——它也是由機(jī)頭中模具、篩板和濾網(wǎng)的阻力產(chǎn)生的。不過(guò)它不是螺槽中的流動(dòng)，而是在螺桿與機(jī)筒的間隙中形成的倒流。它也能引起生產(chǎn)能力的損失。由于螺桿與機(jī)筒的間隙通常很小，故在正常情況下，漏流流量要比正流和倒流小得多。在擠出過(guò)程中，漏流將影響擠出量，漏流量增大，擠出量將減小。

塑料的四種流動(dòng)狀態(tài)都不能以單獨(dú)形式出現(xiàn)，就某一塑料質(zhì)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，既不會(huì)有真正的倒流，也不會(huì)有封閉的環(huán)流。熔體塑料在螺紋槽中的實(shí)際流動(dòng)是上述四種流動(dòng)狀態(tài)的綜合，以螺旋形軌跡向前的一種流動(dòng)。

五，擠出量

擠出量是擠塑機(jī)的重要特性參數(shù)，是擠出理論的重要研究?jī)?nèi)容之一。如上所述擠出過(guò)程中塑料流動(dòng)是人為的將螺桿按某工作特性分為三個(gè)部分，事實(shí)上，螺桿本身是一個(gè)整體；塑料沿螺桿全長(zhǎng)上的物態(tài)變化，是逐漸連續(xù)發(fā)生、發(fā)展并完成的，并不存在一個(gè)兩相界面。為此，對(duì)擠出量就有了兩個(gè)假設(shè)，把塑料由固態(tài)轉(zhuǎn)為粘流態(tài)的全過(guò)程假定發(fā)生并完成在變化區(qū)段的所謂“粘結(jié)點(diǎn)”，而塑料被壓實(shí)則假定發(fā)生并完成在變化區(qū)段的所謂“填實(shí)點(diǎn)”，由此人為的將全部物料分為兩部分，即“粘結(jié)點(diǎn)”前的固體部分和“粘結(jié)點(diǎn)”后的流體部分。對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的擠出機(jī)構(gòu)，由于擠出具有連續(xù)性的特點(diǎn)，其固態(tài)下的擠出量與粘流態(tài)下的擠出量應(yīng)絕對(duì)相等（逸出的氣體忽略不計(jì)），因此擠出量即可由兩部分之一求得，一般都以后段的流體力學(xué)方法計(jì)算，對(duì)等距不等深螺桿的擠出量計(jì)算公式是：

V*b*h1-h2       b*g*p*h1²*h2²

Q ＝

h1+h2        6η*L*（h1+h2）

式中：

Q——擠出量（cm3／分）；

V——螺桿在推進(jìn)方向的速度（cm/分）；

b——螺槽寬度（cm）

h1——填實(shí)點(diǎn)螺紋深度（cm）；

h2——端部螺紋深度（cm）；

g——重力加速度（cm/分²）；

p——擠出壓力（kg/cm2）；

η——塑料粘度（kg／cm·分）

L——填實(shí)點(diǎn)到端部螺紋展開(kāi)長(zhǎng)度（cm）。

擠出量計(jì)算公式來(lái)看，影響擠出量的因素主要是：

l）擠出壓力越大，擠出量就越小。擠出壓力是推力與其反作用力形成的，擠出壓力大則反作用力大，而反作用力是回流（倒流和漏流）產(chǎn)生的根源，故擠出壓力越大，對(duì)正流的抵消作用也就越大，從而使擠出量減少。

2）螺槽越淺，擠出量越穩(wěn)定。在擠出過(guò)程中，因溫度、螺桿速度的微小變化，將導(dǎo)致擠出壓力的變化。從擠出量計(jì)算公式第二項(xiàng)可以知道，當(dāng)螺槽深度較大時(shí)，（h1²*h2²）之值將很大，即使擠出壓力發(fā)生微小變化，也將引起第二項(xiàng)式的大量波動(dòng)，影響擠出量的大幅度波動(dòng)。

3）螺槽寬度越大，螺槽容積越大，則擠出量越大。但不能一味地加大螺槽寬度來(lái)提高擠出量，因加寬螺槽寬度，將使螺紋厚度減小或塑化路徑縮短，前者使螺紋耐磨強(qiáng)度降低，后者使塑化能力降低。

4）螺紋深度要適當(dāng)，太淺則擠出量��；太深則形成擠出量不穩(wěn)，并影響塑化均勻性。

六，擠出質(zhì)量

擠出質(zhì)量主要指塑料的塑化情況是否良好，幾何尺寸是否均一。即徑向厚度是否一致，軸向外徑是否均勻。決定塑化狀況除塑料本身之外，主要是溫度和剪切應(yīng)變率及作用時(shí)間等因素。擠出溫度過(guò)高不但造成擠出壓力的波動(dòng)，而且導(dǎo)致塑料的分解，甚至可能釀成設(shè)備事故，因此擠出溫度應(yīng)按工藝溫度控制。而減小螺槽深度，增大螺桿長(zhǎng)徑比，雖然有利于塑料的熱交換和延長(zhǎng)受熱時(shí)間，滿足塑化均勻，但將影響擠出量，又為螺桿制造和裝配造成困難。所以確保塑化的重要考慮應(yīng)是提高螺桿旋轉(zhuǎn)對(duì)塑料所產(chǎn)生的剪切應(yīng)變率，以達(dá)到機(jī)械混合均勻，擠出熱交換均衡，并由此為塑化均勻提供保障。這個(gè)應(yīng)變率的大小由螺桿與機(jī)筒間的剪切應(yīng)變力所決定，其剪切的應(yīng)變率數(shù)值的為：

Πd*N

Δ=

h

其中：Δ——為剪切應(yīng)變率（l/min）；

D——為螺桿直徑（cm）；

N——為螺桿轉(zhuǎn)速（r／min）；

H——為螺槽深度（cm）；

由此可見(jiàn)，在保證擠出量的要求下，可以在提高轉(zhuǎn)速的情況下加大螺槽深度。此外，螺桿與機(jī)筒的間隙也對(duì)擠出質(zhì)量有影響，間隙過(guò)大時(shí)則塑料的倒流、漏流增加，不但引起擠出壓力波動(dòng)，影響擠出量；而且由于這些回流的增加，使塑料過(guò)熱而導(dǎo)致塑料焦燒或成型困難。

七，擠出理論的研究

塑料擠出理論的研究就是根據(jù)塑料在擠出機(jī)中的三個(gè)歷程——即從加料區(qū)的固態(tài)到過(guò)渡區(qū)（熔融區(qū)）的固態(tài)——粘流態(tài)、直到均化區(qū)的粘流態(tài)這三種物理過(guò)程進(jìn)行研究。擠出機(jī)的擠出理論主要分成三個(gè)職能區(qū)進(jìn)行研究，即一般所謂加料區(qū)的固體輸送理論、熔融區(qū)的熔融理論和粘流體輸送理論。

理論不同程度上揭示了物質(zhì)性質(zhì)、機(jī)器結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝條件對(duì)熔融過(guò)程、輸送流率的影響，為改進(jìn)擠出機(jī)結(jié)構(gòu)、制定合理的工藝條件、選擇材料等提供了依據(jù)。

1，固體輸送理論

在擠出過(guò)程中，加入螺桿中的固體塑料，由旋轉(zhuǎn)螺桿的推力作用，向前推進(jìn)，在機(jī)頭阻力作用下，物料不斷被壓實(shí)。開(kāi)始塑化和尚未塑化物料連續(xù)整齊排列，形成充塞于整個(gè)送料段螺槽有彈性的“固體塞”。根據(jù)這一現(xiàn)象，利用固體對(duì)固體摩擦的靜力平衡方程為基礎(chǔ)，建立了固體輸送理論。

2，熔融理論

熔融理論是建立在熱力學(xué)、流變學(xué)基礎(chǔ)上的一種理論。在加料段末段與加熱機(jī)筒接觸的物料開(kāi)始熔化，在筒內(nèi)表面形成一層聚合物熔膜，當(dāng)熔膜的厚度超過(guò)螺紋頂與機(jī)筒之間的間隙時(shí)，就會(huì)被旋轉(zhuǎn)的螺紋刮下，聚集在螺紋的前面，形成熔池。由于隨著溫度的不斷提高及螺桿的剪切作用，熔池不斷擴(kuò)大。影響熔融段長(zhǎng)度的因素主要是物料特性、流率、螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度和物料初溫。

3，熔體輸送理論

熔體輸送理論又稱(chēng)為流體動(dòng)力學(xué)理論，它是研究螺桿均化段如何保證塑料徹底塑化，并使之定壓、定量、定溫?cái)D出，以獲得穩(wěn)定的質(zhì)量和產(chǎn)量。

［limingxing 在 2008-11-26 17:49:04 編輯過(guò)］