1. 1. 1 擠出機

（1） 擠出機概述  擠出機是塑料擠出成型生產線的主要設備 。擠出機的主要功能是為 塑料樹脂擠出成型塑料制品時提供塑化均勻的熔融料 ，保證生產原料在工藝要求的溫度范圍 內混合均勻 、塑化充分 ，為成型機頭提供流量均勻 、壓力穩(wěn)定的熔融料 ，使擠出料坯出模平 穩(wěn) 、形狀準確 、符合尺寸要求 ，并能順利連續(xù)生產 。單螺桿擠出機結構如圖 1-1 所示。

圖 1-1 單螺桿擠出機結構

1—機頭法蘭 2—過濾板    3—鑄鋁加熱器 4—鼓風機 5—螺桿    6—機筒 7—液壓泵

8—測速電動機 9—料斗    10—推力軸承    11—減速箱體 12—螺桿冷卻管

擠出機主要由螺桿 、機筒 、上料系統(tǒng) 、加熱冷卻系統(tǒng) 、傳動系統(tǒng) 、溫度控制和電氣控制系統(tǒng)等組成 。而螺桿又是擠出機最關鍵的部件 ，它承擔了對物料的輸送 、壓實 、塑化 、均 化 、加壓和推擠出的全過程 。通過螺桿的轉動 ，機筒內的塑料才能移動 ，得到增壓和產生摩 擦熱 。與螺桿接觸的塑料被螺桿咬住 ，隨螺桿的旋轉被螺紋強制地向機頭方向推進 。在塑料 往前推進前移的過程中 ，經歷了溫度 、壓力 、黏度甚至化學結構的變化 。為了適應不同的塑 料特性 ，要設計各種不同結構的螺桿以生產成型各種塑料制品 。單螺桿擠出機普通螺桿分為 三段 ，分別是加料段 、壓縮段（ 塑化段）、擠出段（ 均化段）。擠出機螺桿的參數有螺桿直徑 D 、螺桿長徑比 L/D 、壓縮比 ε 等 。其他參數有螺紋升角 、螺槽深度 、螺棱寬度 、螺桿與 機筒的間隙 、螺紋線數 、螺桿頭部形狀 。螺桿的作用是輸送固體 、熔融塑料 、輸送熔體 。熔 體沿螺槽流動時分解成四種流態(tài)。

1） 正流（ 又稱拖曳流動） 是指塑料沿螺槽向機頭方向流動 ， 塑料從機頭擠出是靠 正流。

2） 橫流（ 又稱環(huán)流） 是塑料在螺槽內不斷地改變方向 ，作環(huán)形流動 。橫流對塑料混 合 、熱交換和塑化起積極作用 ，對擠出量不產生影響。

3） 逆流（ 又稱倒流或壓力流動） 是由機頭 、 口模 、過濾網等對塑料反壓引起的反向流 動 ，逆流的結果減少了擠出量。

4） 漏流也是由機頭 、 口模 、過濾網等對塑料反壓引起的反向流動 ， 區(qū)別在于它是在螺 桿和機筒的間隙縫中 ，漏流的結果使擠出量減少。

（2） 擠出成型制品的用途    擠出成型制品主要有薄膜 ，管材 ，板材 ， 片材 ，異型材， 棒材 ，絲 、繩 、網 、帶 、條 、電線 、電纜及管線包覆 ， 中空容器 ，泡沫塑料 ，復合材料等。

其中 ，薄膜 、復合材料 、中空容器 、編織袋 、包裝網 、打包帶 、捆扎繩等廣泛用于食  品 、藥品 、化工產品 、精密儀器 、 日用品等的包裝 。工程塑料棒材可用于加工軸承 、齒輪、 管件 ；塑料管 、板 、（ 異） 型材等可用于制造各種儀表盤 、車門內壁 、擋泥板內襯 、水管、 油管 、氣管 、裝飾件 、門 、窗 、頂板 、扶手 、地板等。

由于塑料具有優(yōu)異的耐化學腐蝕性 ， 因而還被廣泛應用于槽 、罐 、管道 、泵 、風機 、塔 等內襯 、填料 ，可節(jié)約大量金屬材料。

在電子 、電信工業(yè)上 ，利用塑料的電絕緣性能好的優(yōu)點 ，大量用于制作絕緣材料生產包 覆電線 、電纜 、各種電器件 、絕緣板等。

1. 1. 2    擠出機結構

（1） 螺桿

1） 螺桿的結構形式。

① 漸變型螺桿 。漸變型螺桿的結構特點是螺桿的螺紋部分螺距相等 ，螺紋槽的深度從 加料段向均化段逐漸變淺 。還有一種漸變型螺桿 ，是加料段和均化段的螺紋槽深度不變 ，而 塑化段的螺紋槽深度由深逐漸變淺 。這種螺桿結構適宜聚氯乙烯和聚乙烯等塑料的塑化 。如 圖 1-2a 所示。

② 突變型螺桿 。突變型螺桿的加料段和均化段螺紋槽深度不變 ，而螺桿的塑化段（ 也 叫壓縮段） 長度很短 ，這段的螺紋槽深是突然由深變淺 。這種結構螺桿適合于聚烯烴等結 晶型塑料的擠出成型 。如圖 1-2b 所示。

圖 1-2    常用螺桿結構

a） 漸變型螺桿 b） 突變型螺桿

③ 分離型螺桿 。近幾年分離型  螺桿在擠出成型 PP- R 、HDPE 管材  中得到普遍應用 ，其結構型式如圖  1-3 所示 。它與上述兩螺桿不同之  處是在螺紋部分又增加一條輔助螺  紋 ，從而改進了原料的塑化速度， 提高了擠出機產量。

圖 1-3 分離型螺桿結構

2） 螺桿的技術參數。

① 螺桿直徑（ D）。螺桿直徑從 φ20mm 開始 ， 每加 5mm 為一擋 ， 目前世界最大已有 φ500 ~ φ600mm 的特大螺桿 ，我國生產的螺桿最小只有 φ12mm ，大的螺桿達 φ400mm 以上。

螺桿直徑是指螺桿的外徑 。選擇螺桿直徑的大小 ，要根據產品規(guī)格的大小所需的熔體供 膠量和產量要求決定 ，見表 1-1。

表 1-1 擠出機螺桿直徑和擠出制品尺寸關系推薦表        （ 單位 ：mm）

② 螺桿長徑比（ L/D）。螺桿長徑比是指螺桿的有效工作長度和螺桿直徑的比值 ，用 L/ D 表示 。L/D 值越大 ，螺桿的有效工作長度越長 ，物料在機筒內停留的時間越長 ，塑化條件 越好 。高黏度 、難塑化的塑料（ 比如 PET） 需要長徑比較大的螺桿 ，而低黏度 、容易塑化 的塑料（ 比如 LDPE） 可以使用長徑比較小的螺桿 。螺桿長徑比大有利于提高產量和塑化程 度 ， 比如目前發(fā)展很快的 PP- R 管材 ， 由于是無規(guī)共聚聚丙烯比較難塑化 ，所以 PP- R 管材 需配套專用擠出機的螺桿長徑比都在 28 ～34 ，φ65mm 的螺桿轉速可達 100r/min 以上 ，產量 可達到 100kg/h 以上 。 目前用于 HDPE 的螺桿 ，為了追求高轉速 、高產量 ，螺桿長徑比也多

在 30 ～34 。而對于交聯(lián) 、發(fā)泡擠出工藝要求長徑比更大 ，可達 40 ，甚至更高（ 可達 50

60）。螺桿長徑比越高 ，其塑化程度就越好 。但是聚氯乙烯（ PVC） 制品螺桿不能太長 ，否 則會發(fā)生物料分解 ，一般 20 ～25 就可以了 。所以要根據不同的塑料和性能要求 ，選擇合適 的長徑比。

③ 螺桿壓縮比 。螺桿壓縮比是螺桿加料段第一個螺槽的容積和均化段最后一個螺槽的 容積比值 ，而不是螺槽的深度比值 。螺桿壓縮比是幾何壓縮比 ，螺桿常用塑料壓縮比見表 1-2 。螺槽容積的變化可以通過改變螺槽深度來實現(xiàn) ，這種螺桿叫變深螺桿 ；也可以通過改 變螺紋的螺距來實現(xiàn) ，這種螺桿叫變距螺桿 ，但大多采用變深螺桿來實現(xiàn)壓縮比變換。

過大的壓縮比會造成等距螺桿加料段螺槽過深 ，影響螺桿強度 。 比如回收廢塑料的擠出 造粒機的螺桿壓縮比高達 8 ～10 ，甚至更大 。為了保證螺桿能夠具有足夠的壓縮比又具有足 夠的強度 ，選用變距螺桿或者錐形螺桿。

表 1-2 螺桿常用塑料（ 幾何） 壓縮比推薦值

④ 螺桿分段及槽深 。根據物料在螺槽中的運轉情況 ，螺桿通常分為加料段 、壓縮段、 計量段 。普通單螺桿的基本結構如圖 1-4 所示。

a.  加料段是從加料口向前延伸的一段距離 ，其長度為（4 ～8）D 。這一段的功能是從料 斗攫取固態(tài)料輸送給壓縮段 ， 同時使物料受熱 。為便于物料輸送 ，應盡量減少物料與螺桿的 摩擦 ，這段螺槽較深 ，其深度 h1  為（0. 10 ～0. 15）D。

b.  壓縮段（ 塑化段） 是螺桿中部的一段 ，其長度 L2  視需要而定 ，物料在該段受熱向前  運動 ，且由松散狀態(tài)逐漸壓實并轉化為連續(xù)的熔體 。為適應這一變化 ，螺槽深度逐漸變小， 直至減小到計量段的螺槽深度 h3 ，如圖 1-4 所示。

c. 計量段（ 均化段） 是螺桿的最后一段 ，其長度 L3  為（6 ～10）D 。這一段的功能是使 熔體進一步塑化均勻 ，并使熔體定量 、定壓地從機頭口模擠出 ，所以稱為計量段 。該段的槽 深較淺 ，其深度 h3  為（0. 02 ～0. 06）D。

圖 1-4 普通單螺桿基本結構

L—螺桿全長 D—螺桿外徑    L1 —加料段長度 L2 —壓縮段長度  L3 —計量段長度

h1 —加料段螺槽深 h2 —計量段螺槽深    s—螺紋螺距 ?—螺紋升角    θ—螺棱寬

⑤ 螺紋升角和螺棱寬度 。螺紋升角對物料的輸送效率有影響 。螺紋升角從制造方便的 角度 ，通常是螺距等于直徑的螺桿易加工 ，其螺紋升角為 17. 6 ° ,  螺旋方向為右旋 ，螺棱寬 度為（0. 08 ～0. 12）D 。但螺槽底部較寬 ，其根部有圓弧過渡。

3） 螺桿的冷卻 。在熱敏性塑料或高速擠出機的場合下 ，為保證下料輸送順暢 ，螺桿要 接水冷卻 ，如圖 1-5 所示。

圖 1-5 螺桿冷卻裝置結構示意圖

4） 螺桿頭部形狀 。螺桿頭部形  狀是指螺桿的螺紋前端形狀 ，它對熔  料的停留時間有影響 ，對不同原料的  擠出應注意選擇不同的結構型式 。圖  1-6a 、1-6b 中螺桿頭部呈圓弧形狀， 用于流動較好的聚烯烴類和尼龍類塑  料的擠出 ，應用廣泛 ，一般前端要加  過濾網和多孔板 。 圖 1-6c 、1-6d 所  示螺桿頭部錐角較小 ，適合于聚氯乙  烯原料的擠出 ，此種形狀可減少熔料  在機筒的停滯時間 ，從而避免原料分  解 。在生產中可參照圖 1-6 中所示的  螺桿頭部結構選取。

圖 1-6 螺桿的頭部形狀

a）、b） 應用廣泛 c）、d） 用于聚氯乙烯 e） 用于聚苯乙烯 f）、g） 用于熔融料流動性較好的原料 h） 用于擠出電纜料

5） 螺桿擠出成型的優(yōu)點。

① 設備成本低 ，制造容易 ，投資 少 ，投產快。

② 生產效率高 。如一臺 φ65mm的擠出機 ，生產聚乙烯薄膜 ，年產量可達 300t 以上。

        ③ 可連續(xù)化生產 ，能制造較長的管材 、板材 、異型材 、薄膜等 ，產品質量均勻 、密實。

④ 生產操作簡單 ，工藝控制容易 ，易于實現(xiàn)自動化 。 占地面積小 ，生產環(huán)境清潔 ，污 染小。

（2） 機筒  機筒加料段的冷卻結構如圖 1-7 所示 。機筒承受的壓力較大 ，最大可達 50MPa ，工作溫度最高可達 300℃ 。為工作需要可開一個或多個小孔作排氣孔 ，構成排氣擠 出機 。為了保證塑料在加料段的輸送效率 ，在加料段設置冷卻裝置 ，這主要是滿足熱敏性塑料和高速擠出的需要。

圖 1-7 機筒加料段的冷卻結構 1—進水 2—出水 3—隔熱墊

機筒的作用是將熱量傳給塑料 ， 又 可將熱 量 從 塑 料 中 帶 走（ 機 筒 吹 風 冷 卻）。它是在高溫 、高壓 、嚴重磨損和有 腐蝕條件下工作的。

小型機筒一般做成整體式結構 ， 而 大型的擠出機為了便于加工制造和方便 改變長徑比做成分段式結構 ，但分段式 難于保證對中性要求 。法蘭連接機筒加 熱穩(wěn)定性差 ，所以盡量少用 。機筒的設 計要注意如下三點：

1） 加料段的縱向溝槽 。有些塑料在擠出成型時呈現(xiàn)供料不足的現(xiàn)象 ，這是機筒壁與塑  料間的摩擦引起的 ，如 PP 料尤為突出 ，所以在擠出機進料口這一段設置溝槽是最佳選擇。 這些溝槽與螺桿軸線平行 ，并通常是直的 。對溝槽的深度 、寬度 、形狀 、數量要根據不同塑  料性能設計 ，其原則是溝槽深度大約為 1 ～4mm 或塑料粒料尺寸的一半 。溝槽長度大約為螺桿直徑的 2 ～4 倍 。有了溝槽后大大提高了螺桿對塑料材料的推力 ，增大了進料速率 ，提高 了擠出產量 ，擠出熔料更為穩(wěn)定 ，還擴展了單螺桿機的應用范圍。

2） 加料口 。加料口的結構必須與塑料粒的形狀相適應 ，使加入的塑料能從料斗中自由 流入螺桿而不中斷 。加料口的形狀多為矩形 ，其長邊平行于軸線 ，長度約為 1. 3 ～ 1. 8 倍的 螺桿直徑 。加料口與排氣口相結合的加料口 ，要設計抽真空孔。

3） 機筒的壁厚 。機筒壁厚主要涉及溫度和時間的滯后性 。筒壁的厚度大 ，則滯后性就 會大些 ，所以厚度要適度為好。

（3） 擠出機的其他系統(tǒng)

1） 傳動系統(tǒng) 。一般由電動機和減速箱等組成 ，要求無級變速。

2） 加料系統(tǒng) 。主要是料斗 ，料斗內有切斷料流的插板 、料量觀察標志 ，較好的料斗還  有定時定量供料系統(tǒng) 、干燥和失重加料器 ，大的擠出機有鼓風上料 、彈簧上料 、真空上料， 以減輕勞動強度 。如果使用粉料 ，料斗會出現(xiàn)物料搭接 、架空 ，引起下料不暢 、架橋 、堵塞  現(xiàn)象 ，造成擠出斷料 ，所以粉料要設置攪拌器或螺旋輸送強制加料器 。為防止加料口熔融造  成粉料或粒料不能推動前移 ，在加料口設置冷卻夾套 ，如圖 1-7 所示 ，可控制機筒對料斗的  傳熱 ，避免料斗斗座升溫 、物料發(fā)黏引起下料不暢。

3） 加熱系統(tǒng) 。一般用電加熱 ，它由加熱與冷卻風機兩部分構成 ， 電加熱升溫 ，風機用 于降溫 ，其用途都是為了控制溫度在要求范圍內運行。

4） 控制系統(tǒng) 。控制主機 、輔機電動機 、液壓泵 、汽缸和各種執(zhí)行機構 ，使其按所需的 速度和軌跡運行 ， 同時檢測主輔機的溫度 、壓力 、流量 ，發(fā)現(xiàn)問題及時調整。

參考文獻: 《塑料擠出機頭典型結構設計及試模調機經驗匯編》 陳澤成 、陳斌 編著