挤出工艺是一种广泛应用于塑料、橡胶及化学纤维等材料加工的成型方法,通过挤出机将物料加热塑化并连续推送,使其通过特定形状的机头(口模)来制造具有恒定截面形状的制品或半成品。
一、挤出工艺定义与基本原理
在塑料加工中,该工艺又称挤出成型或挤塑;在橡胶加工中则常称为压出。其核心原理是物料在挤出机的料筒与螺杆之间,边受热塑化,边被螺杆旋转产生的压力向前推送,最终连续通过机头成型。2 该工艺生产效率高,可实现连续化生产。
二、主要设备构成
挤出工艺的核心设备是挤出机与机头(口模),并辅以供料、定型、冷却、牵引、切割和卷取等装置协同工作。
00001.挤出机:根据螺杆数量主要分为单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。
·单螺杆挤出机:结构相对简单,关键参数包括螺杆直径、长径比(螺杆长度与直径之比)、转速范围等。螺杆的设计(如几何形状、长径比)对物料的塑化效果、生产能力及产品质量至关重要。
·双螺杆挤出机:两根螺杆在∞字形料筒中转动,可分为啮合型与非啮合型等。同向啮合型常用于塑料的共混、填充与增强改性;异向啮合型则多用于加工如硬聚氯乙烯等制品。
00002.机头与口模:位于挤出机前端,是熔融物料的导流与造型部分。
·机头:使物料从螺杆的旋转运动转变为直线运动,并形成必要的挤出压力。
·口模:决定最终制品的截面形状与尺寸规格,通过更换口模,同一台挤出机可生产不同形状的产品。口模设计需确保物料平稳层流,压力降最小。
三、典型工艺流程与制品类型
挤出工艺的具体流程需根据加工聚合物类型及目标制品形状,选定相应的设备与辅助装置,并确定螺杆转速、机头压力、物料温度、定型条件、牵引速度等关键工艺参数。2 挤出制品通常需经过塑炼,但定型方式各异,例如塑料制品常需冷却固化,而橡胶半成品则需进一步硫化。2 通过调整设备与工艺,可生产多种制品:
00001.粒料:混合后的物料经挤出机熔融混合,通过多孔口模形成条料,再经热切或冷切制成粒料。
00002.管材:物料通过由口模和芯模构成的环形间隙形成管状物,再经定型和冷却得到精确尺寸的管材。常用外径定型法,利用压差使管坯紧贴定型套内壁。例如,高性能聚甲基戊烯(PMP)管材的挤出需精确控制温度、螺杆转速、口模设计及冷却定型工艺,以确保壁厚均匀和性能稳定。
00003.片材与薄膜:厚度大于0.25mm的扁平制品为片材,小于0.25mm则为薄膜。可通过挤出流延法(经冷却转鼓定型)制得平膜,或经纵向、横向拉伸制成高强度双轴定向薄膜。添加发泡剂并采用特殊螺杆口模可制得低发泡板材。
00004.吹塑薄膜:将挤出的管状物用压缩空气吹胀成膜泡,经空气冷却后卷绕,大量用于制造包装袋、农用薄膜等。
00005.包覆线:通过T形口模使熔融塑料包覆金属裸线,冷却后制成电线电缆。
00006.复合制品:采用多台挤出机供应不同塑料,通过共用机头挤出,形成整体的复合薄膜、片材、板材、型材或管材。
00007.橡胶制品加工:在橡胶工业中,挤出工艺可用于胶料过滤(去除杂质)、轮胎胎面(整体挤出或分层挤出)以及内胎胎筒的制造。
00008.熔体纺丝:在化学纤维工业中,挤出机可用于熔融高粘度树脂,为熔体纺丝供料。
四、关键工艺参数控制(以高性能管材为例)
以TPX DX810这类高性能管材材料的挤出为例,关键工艺参数的控制直接影响最终产品的质量:
·温度控制:需分段精确设置挤出机机筒温度(如喂料段、压缩段、均化段),防止温度过高导致材料降解。
·螺杆转速与口模设计:需控制螺杆转速在一定范围(如20-40rpm),避免过高转速产生过量剪切热影响均匀性;口模采用渐变型流道设计有助于熔体平稳流动,控制壁厚偏差。
·冷却定型:采用定型水箱冷却,控制水温与冷却长度(如管径的5-8倍),以确保材料快速结晶定型,减少内应力。
·后处理:挤出后常需进行退火等后处理以消除内应力,并注意储存条件。
综上所述,挤出工艺是一种高效、灵活的连续成型技术,通过精确控制设备选型与工艺参数,能够生产从简单粒料到复杂复合制品在内的多种产品,在塑料、橡胶及化纤等工业领域具有广泛应用。

