擠出成型是塑膠材料加工領域中變化眾多、生產(chǎn)率高、適應性強、用途廣泛、所占比重較大的成型加工方法。
擠出成型是使高聚物的熔體或粘性流體在擠出機的螺桿或柱塞的擠壓作用下通過一定形狀的口模而連續(xù)成型,所得的零件為具有恒定斷面形狀的連續(xù)型材。
橡膠的擠出成型通常叫壓出。橡膠壓出成型應用較早,設備和技術也比較成熟,壓出是使膠料通過壓出機連續(xù)地制成各種不同形狀半成品的工藝過程,廣泛用于制造輪胎胎面、內(nèi)胎、膠管及各種斷面形狀復雜或空心、實心的半成品,也可用于包膠操作,是橡膠工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要工藝過程。
擠出成型適用于塑料薄膜、網(wǎng)材、帶包覆層的產(chǎn)品、截面一定、長度連續(xù)的管材、板材、捧材、片材、薄膜、單絲、線纜包裹層、各種異型材等,還可用于粉末造粒、染色、樹脂摻和等;也廣泛用于生產(chǎn)各種增強塑料管、棒材、異形斷面型材等。
擠出成型工藝參數(shù)包括溫度、壓力、擠出速率和牽引速度等。
1. 溫度
溫度是擠出成型得以順利進行的重要條件之一。大連擠出成型從粉狀或粒狀的固態(tài)物料開始,高溫制品從機頭中擠出,經(jīng)歷了一個復雜的溫度變化過程。嚴格來講,擠出成型溫度應指塑料熔體的溫度,但該溫度卻在很大程度上取決于料筒和螺桿的溫度,一小部分來自在料筒中混合時產(chǎn)生的摩擦熱,所以經(jīng)常用料筒溫度近似表示成型溫度。
由于料筒和塑料溫度在螺桿各段是有差異的,為了使塑料在料筒中輸送、熔融、均化和擠出的過程順利進行,以便高效率地生產(chǎn)高質(zhì)量制件,關鍵問題是控制好料筒各段溫度,料筒溫度的調(diào)節(jié)是靠擠出機的加熱冷卻系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。
機頭溫度必須控制在塑料熱分解溫度以下,而口模處的溫度可比機頭溫度稍低一些,但應保證塑料熔體具有良好的流動性。
此外,成型過程中溫度的波動和溫差,將使塑件產(chǎn)生殘余應力、各點強度不均勻和表面灰暗無光澤等缺陷。產(chǎn)生這種波動和溫差的因素很多,如加熱、冷卻系統(tǒng)不穩(wěn)定,螺桿轉(zhuǎn)速變化等,但以螺桿設計和選用的好壞影響較大。
幾種熱塑性塑料擠出成型管材、片材和板材及薄膜等的溫度參數(shù)
2. 壓力
在擠出過程中,由于料流的阻力,螺桿槽深度的變化,以及過濾網(wǎng)、過濾板和口模等產(chǎn)生阻礙,因而沿料筒軸線方向,在塑料內(nèi)部產(chǎn)生一定的壓力。這種壓力是塑料變?yōu)榫鶆蛉垠w并得到致密塑件的重要條件之一。
增加機頭壓力可以提高擠出熔體的混合均勻性和穩(wěn)定性,提高產(chǎn)品致密度,但機頭壓力過大將影響產(chǎn)量。
和溫度一樣,壓力隨時間的變化也會產(chǎn)生周期性波動,這種波動對塑件質(zhì)量同樣有不利影響,螺桿轉(zhuǎn)速的變化,加熱、冷卻系統(tǒng)的不穩(wěn)定都是產(chǎn)生壓力波動的原因。為了減少壓力波動,應合理控制螺桿轉(zhuǎn)速,保證加熱和冷卻裝置的溫度控制精度。
3. 擠出速率
擠出速率(亦稱擠出速度)是單位時間內(nèi)擠出機口模擠出的塑料質(zhì)量(單位為kg/h)或長度(單位為m/min)。擠出速度的大小表征著擠出生產(chǎn)能力的高低。
影響擠出速度的因素很多,如機頭、螺桿和料筒的結構、螺桿轉(zhuǎn)速、加熱冷卻系統(tǒng)結構和塑料的特性等。理論和實踐都證明,擠出速率隨螺桿直徑、螺旋槽深度、均化段長度和螺桿轉(zhuǎn)速的增大而增大,隨螺桿末端熔體壓力和螺桿與料筒間隙增大而增大。在擠出機的結構和塑料品種及塑件類型已確定的情況下,擠出速率僅與螺桿轉(zhuǎn)速有關,因此,調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速是控制擠出速率的主要措施。
擠出速率在生產(chǎn)過程中也存在波動現(xiàn)象,這將影響塑件的幾何形狀和尺寸精度。因此,除了正確確定螺桿結構和尺寸參數(shù)之外,還應嚴格控制螺桿轉(zhuǎn)速,嚴格控制擠出溫度,防止因溫度改變而引起擠出壓力和熔體粘度變化,從而導致擠出速度的波動。
4. 牽引速度
擠出成型主要生產(chǎn)連續(xù)的塑件,因此必須設置牽引裝置。從機頭和口模中擠出的塑件,在牽引力作用下將會發(fā)生拉伸取向。拉伸取向程度越高,塑件沿取向方向的拉伸強度也越大,但冷卻后長度收縮也大。通常,牽引速度可與擠出速度相當。牽引速度與擠出速度的比值稱牽引比,其值必須大于1。