2.10　擠出成型工藝

在擠出機(jī)中通過加熱、加壓而使物料以流動狀態(tài)連續(xù)通過口模成型的方法稱為擠出成型或擠出模塑。

擠出過程可分為兩個階段：第一階段是塑料塑化（即變成黏流性流體）并在加壓情況下使其通過特殊形狀的口模而成為截面與口模形狀相仿的連續(xù)體；第二階段則是用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ㄊ箶D出的連續(xù)體失去塑性狀態(tài)而變?yōu)楣腆w，即得所需制品。

擠出成型是塑料成型的重要方法之一。大部分熱塑性塑料都可用此方法成型，也可成型某些熱固性塑料。與其它成型方法比較，擠出成型有下述特點(diǎn)：生產(chǎn)過程是連續(xù)的，因而其產(chǎn)品也是連續(xù)的；生產(chǎn)效率高；應(yīng)用范圍廣，廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、建筑、石油化工、輕工、機(jī)械制造、國防等行業(yè)部門；產(chǎn)品范圍廣，能生產(chǎn)管材、薄膜、板材、片材、單絲、撕裂膜、打包帶、棒材、異型材、網(wǎng)、電線電纜包覆物以及塑料與其它材料的復(fù)合制品等；投資少，見效快。

目前，我國用于擠出成型的主要設(shè)備是螺桿式擠出機(jī)。用于異型材擠出的主要是雙螺桿擠出機(jī)。

2.10.1　擠出工藝的理論基礎(chǔ)

（1）熱塑性塑料的三態(tài)變化　塑料是高分子聚合物，由一個個分子量極大的大分子組成，分子之間的相互作用力和分子量是決定其綜合物理機(jī)械性能的主要因素。

從結(jié)構(gòu)上，聚合物可以分為線型、支鏈型和體型聚合物，熱塑性塑料的分子結(jié)構(gòu)為線型。線型聚合物具有長鏈分子結(jié)構(gòu)，這些長鏈分子在其聚集體內(nèi)點(diǎn)相互貫穿纏繞在一起，形成無規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)，由于長鏈分子內(nèi)和分子間存在強(qiáng)大的相互作用力，使聚合物表現(xiàn)出各種力學(xué)性能。塑料成型過程中的流體性質(zhì)和行為也與聚合物的分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

熱塑性塑料在恒定壓力下受熱時存在三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)，如圖2-20所示。由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度稱為玻璃化溫度Tg，高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)的溫度稱為黏流溫度Tf，而當(dāng)溫度高于Td時，聚合物便開始降解或分解，這個溫度稱為分解溫度Td，聚合物可從一種聚集態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N聚集態(tài)，其分子結(jié)構(gòu)、體系組成、應(yīng)力及環(huán)境溫度等是影響聚合物聚集態(tài)轉(zhuǎn)變的主要因素，在聚合物及其組成一定時，聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)變主要與溫度有關(guān)。塑料的成型與聚合物聚集狀態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度有直接關(guān)系。圖2-21是線型聚合物模量-溫度曲線，說明聚合物聚集態(tài)與加工方法的關(guān)系，同時可以看出，塑料成型幾乎都在黏流態(tài)或黏流溫度Tf附近進(jìn)行。

塑料在成型加工過程中都要經(jīng)歷上述狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，了解這些轉(zhuǎn)變的本質(zhì)和規(guī)律，就能選擇適當(dāng)?shù)某尚头椒ǎ_定合理的工藝路線，最經(jīng)濟(jì)地制得性能良好的產(chǎn)品。

處于玻璃化溫度Tg以下的聚合物為堅硬固體。此時聚合物的主價鍵和次價鍵所形成的內(nèi)聚力使材料具有相當(dāng)大的機(jī)械強(qiáng)度，強(qiáng)性模量高，變形值小，不宜進(jìn)行較大變形的成型加工，但可進(jìn)行車、銑、削、刨等機(jī)械加工。在Tg以下的某一溫度，塑料受外力作用容易發(fā)生斷裂破壞，這一溫度稱為脆化溫度，它是塑料使用的下限溫度。

溫度高于Tg時，聚合物的分子鏈段開始運(yùn)動，呈現(xiàn)柔軟而富有彈性的高彈態(tài)，產(chǎn)生高彈變形。彈性模量降低，變形能力顯著增加，但形變?nèi)允强赡娴摹τ诜墙Y(jié)晶聚合物，高彈態(tài)靠近黏流量度Ti一側(cè)。由于黏性很大，可對某些塑料進(jìn)行真空成型、壓力成型、壓延和彎曲成型等。對結(jié)晶或部分結(jié)晶聚合物，在外力大于材料的屈服強(qiáng)度時，可在玻璃化溫度至熔點(diǎn)（即Tg～Tm）區(qū)間進(jìn)行薄膜或纖維的拉伸。由于Tg對材料的力學(xué)性能有很大影響，因此，Tg是選擇和合理使用塑料的重要參數(shù)，同時也是大多數(shù)塑料成型的最低溫度。

高彈態(tài)的上限溫度是Tf，由Tf（結(jié)晶聚合物是熔點(diǎn)Tm）開始聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)，即液狀熔體。從Tf開始，塑料在Tf以上不高溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)流動行為，這一轉(zhuǎn)變區(qū)域常用來進(jìn)行壓延成型、某些擠出和吹塑成型等。比Tf更高的溫度使聚合物分子熱運(yùn)動大大激化，塑料的彈性模量降低到最低值，熔體黏性較小，在不大的外力作用下就能引起熔體流動變形，此時的形變主要是不可逆的黏性形變，熔體冷卻后就能將形變永久保持下來，因此在這一溫度范圍內(nèi)常進(jìn)行擠出、注射、吹塑、熔融仿絲和貼合等加工成型。過高的溫度將使聚合物黏度大大降低，難以制得性能良好的制品。溫度高到分解溫度Td附近時，還會引起聚合物分解，以致降低制品的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量。因此Tt與Tg一樣都是塑料進(jìn)行成型加工的重要溫度參數(shù)。常用熱塑性塑料的轉(zhuǎn)變溫度見表2-7。

熱塑性塑料隨溫度變化而發(fā)生的上述三態(tài)變化是可逆的：當(dāng)溫度降低至Tf時，塑料將從黏流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)；當(dāng)溫度降低到常溫時，塑料將轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)。在塑料成型加工中能獲得所要求的制品幾何形狀和尺寸精度，正是利用了熱塑性塑料在不同溫度下的三態(tài)變化的特點(diǎn)。

熱塑性塑料的成型加工方法就是根據(jù)上述三種狀態(tài)下的性質(zhì)來確定和選用的。

①玻璃態(tài)塑料　可用車、銑、鉆、鋸、刨、削等機(jī)械加工方法。

②高彈態(tài)塑料　可用熱沖壓、彎曲、鍛造、真空成型等加工方法。

③黏流態(tài)塑料　可用擠出成型、注射成型、吹塑成型等加工方法。

擠出成型加工溫度范圍是在Tf～Td之間進(jìn)行的。范圍越寬，塑料越不易分解，越易擠出加工，如聚乙烯；Fs～Td的范圍越窄，擠出成型就越困難，如硬質(zhì)聚氯乙烯。

非結(jié)晶型塑料（如氯乙烯，ABS等）和結(jié)晶型塑料（聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等）的三態(tài)變化有明顯的不同。非結(jié)晶型聚合物有明顯的三態(tài)變化，如圖2-20中曲線1。完全結(jié)晶的聚合物高彈態(tài)卻不明顯，當(dāng)溫度高于熔化溫度時便很快熔化而處于黏流態(tài)，如圖2-20中曲線2。結(jié)晶型聚合物的分子量較大時，在黏流態(tài)時會出現(xiàn)假高彈形變，如圖2-20中曲線3所示，這不利于成型，還會使制品存在內(nèi)應(yīng)力，因而在使用過程中易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。所以，在滿足強(qiáng)度要求的情況下，擠出成型應(yīng)選用分子量較小的結(jié)晶聚合物，或提高成型溫度到比Tf高30℃以上，以使熔融物完全產(chǎn)生塑性形變。

綜上所述，非結(jié)晶型和結(jié)晶型塑料的形變-溫度線不完全相同，因此，加工非結(jié)晶和結(jié)晶型塑料的螺桿設(shè)計和成型工藝也有所不同。

（2）單螺桿擠出機(jī)擠出成型原理　單螺桿擠出機(jī)為使擠出機(jī)達(dá)到穩(wěn)定的產(chǎn)量和質(zhì)量，一方面，沿螺槽方向任一截面上的質(zhì)量流率必須保持恒定且等于產(chǎn)量；另一方面熔體的輸送速率應(yīng)等于物料的熔化速率。如果不能實(shí)現(xiàn)這些條件，就會引起產(chǎn)量波動和溫度波動。因此，從理論上闡述擠出機(jī)中固體輸送、熔化和熔體輸送與操作條件，塑化性能和螺桿幾何結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，具有重要意義。

目前關(guān)于單螺桿擠出過程的理論，是在常規(guī)全螺紋螺桿中建立起來的。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，物料自料斗加入到由機(jī)頭中擠出，要通過幾個職能區(qū)：固體輸送區(qū)、熔融區(qū)和熔體輸送區(qū)。固體輸送區(qū)通常限定在自加料斗開始算起的幾個螺距中，在該區(qū)，物料向前輸送并被壓實(shí)，但仍以固體狀存在；在熔融區(qū)，物料開始熔融，已熔的物料和未熔的物料以兩相的形式共存，未熔物料最終全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w；在熔體輸送區(qū)，螺槽全部被熔體充滿，它一般限定在螺桿的最后幾圈螺紋中，見圖2-22，這幾個區(qū)不一定完全和螺桿的加料段、壓縮段、均化段一致。目前應(yīng)用最廣泛的擠出理論，就是分別在以上三個職能區(qū)中建立起來的，它們分別是固體輸送理論、熔融理論、熔體輸送理論（也叫計量段輸送理論）。下面分別介紹這幾種理論。

①固體輸送理論　目前關(guān)于固體輸送區(qū)的理論有幾種，這里重點(diǎn)介紹應(yīng)用較廣泛的、以固體對固體的摩擦靜力平衡為基礎(chǔ)建立起來的固體輸送理論。

擠出過程中，塑料靠本身的自重從料斗進(jìn)入螺槽，當(dāng)粒料與螺紋斜棱接觸后，斜棱面對塑料產(chǎn)生一與斜棱面相垂直的推力，將塑料向前推移。在推移過程中，由于塑料與螺桿、塑料與機(jī)筒之間的摩擦以及料粒相互之間碰撞和摩擦，同時還由于擠出機(jī)的背壓等影響，塑料不可能呈現(xiàn)像自由質(zhì)點(diǎn)在螺旋上的兩種運(yùn)動狀態(tài)。在機(jī)筒與螺桿之間像自由質(zhì)點(diǎn)在螺旋上的兩種運(yùn)動狀態(tài)。在機(jī)筒與螺桿之間這些由于受熱而粘連在一起的固體粒子和未塑化的、冷的固體粒子，一個個連續(xù)地、整齊排列著的，并塞滿了螺槽，形成所謂“彈性固體”（固體塞），圖2-23為固體塞的摩擦模型。圖2-23中，Fb和Fs，Ab和As以及fb和fs分別為固體塞與機(jī)筒與螺桿間的摩擦力、接觸面積和摩擦系數(shù)，P為螺槽中體系的壓力。

可以把固體塞在螺槽中的移動看成在矩形通道中的運(yùn)動，圖2-24（a）所示。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，螺桿斜棱對固體塞間產(chǎn)生推力P，使固體塞沿垂直于斜棱的方向運(yùn)動，其速度為vx，推力在軸向的分力使固體塞沿軸向以速度va移動。螺桿旋轉(zhuǎn)時表面速度為vs，如果將螺桿看成是靜止不動的，而將機(jī)筒看成是以速度vb對螺桿作相對的切向運(yùn)動，其結(jié)果也是一樣的。vz是（vb-vx）的速度差，它使固體塞沿螺槽z軸方向移動，見圖2-24（b）。由圖2-24可以看出，螺桿對固體塞的摩擦力為Fb，Fb在螺槽z方向的分力為Fbx，而Fbx-AsfsPcosф，在穩(wěn)定流動情況下，推力Fs與阻力Fbz相等，即Fs=Fb2所以AsFs=Abfbcosф。

顯然當(dāng)Fs=Fbx=0時，即物料與機(jī)筒或螺桿之間摩擦力為零時，物料在機(jī)筒中不能發(fā)生任何移動；當(dāng)Fs>Fbz時，料夾帶于螺桿中隨螺桿轉(zhuǎn)動也不能產(chǎn)生移動；只有當(dāng)Fs<Fbx時，物料才能在機(jī)筒與螺桿間產(chǎn)生相對運(yùn)動，并被迫沿螺槽移向前方。可見固體塞運(yùn)動受它與螺桿及機(jī)筒表面之間摩擦力的控制，只要能正確地控制塑料與螺桿及塑料與機(jī)筒之間的摩擦力系數(shù)，即可提高固體輸送段的送料能力。

為了獲得更大的固體輸送率，可從擠出機(jī)結(jié)構(gòu)和擠出工藝兩個方面采取措施。從擠出機(jī)結(jié)構(gòu)角度來考慮，增加螺槽深度是有利的，但會受到螺桿扭矩的限制。其次，降低塑料與螺桿的摩擦系數(shù)fs也是有利的，這就需要降低螺桿的表面粗糙度。再者，增大塑料與機(jī)筒的摩擦系數(shù)，也可以提高固體輸送率。提高機(jī)筒摩擦系數(shù)的有效辦法是在機(jī)筒內(nèi)開縱向溝槽。此外，螺桿螺旋角應(yīng)采取最佳值，但必須注意螺桿制造上的方便，通常螺旋角為17°41'。

從擠出工藝分析，關(guān)鍵是控制加料段外機(jī)筒和螺桿的溫度，因?yàn)槟Σ料禂?shù)是隨溫度而變化的，一些塑料對鋼的摩擦系數(shù)與溫度的關(guān)系見圖2-25，絕大部分塑料對鋼的摩擦系數(shù)，隨溫度的下降而減小，為此，螺桿通水冷卻可降低fs，對物料的輸送是有利的。

迄今關(guān)于擠出機(jī)固體輸送的理論尚未完全成熟，近年來又有人提出了一些新的理論解釋螺桿中的固體物料輸送，但也不能完全符合實(shí)際，還需要進(jìn)一步研究。

②熔融理論　有關(guān)熔融區(qū)的理論是由Z.Fadmor和I.Klein在進(jìn)行大量冷卻試驗(yàn)的基礎(chǔ)上于1970年提出的。

當(dāng)固體物料由加料段進(jìn)入壓縮段時，逐漸受到越來越大的擠壓，在機(jī)筒溫度和摩擦熱的作用下，固體物料于塑料中逐漸開始熔化，最后在進(jìn)入均化段時，基本上完成熔化過程，即由固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵霈F(xiàn)黏度的變化。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察，塑料在螺桿上由固體轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)的過程可用圖2-26表示。圖2-26（a）中展示出固體床展開的螺槽內(nèi)的分布和變化情況。圖2-26（b）則表示了固體在壓縮段隨熔融過程的進(jìn)行而逐漸消失的情況。

在擠出過程中，螺桿加料段附近一段內(nèi)充滿著固體粒子；接近均化段的一段內(nèi)則充滿著已熔化的塑料；而在螺桿中間大部分區(qū)段內(nèi)固體粒子和熔融物共存，塑料的熔化過程就是在此區(qū)段內(nèi)進(jìn)行的，故這一區(qū)段又稱為熔融段。在一個螺槽中固體物料的熔化過程可用圖2-27表示。從圖中可看出與機(jī)筒表面接觸的固體粒子由于機(jī)筒的熱傳導(dǎo)和摩擦熱的作用，首先熔化，并形成一層熔膜1，這些不斷熔融的物料，在螺桿與機(jī)筒的相對運(yùn)動作用下，不斷向螺紋推進(jìn)面匯集，從而形成旋渦狀的流動區(qū)，稱為熔池2（簡稱液相），而在熔池的前邊充滿著受熱軟化和半熔融后粘連在一起的固體粒子4，以及尚未完全熔化和溫度較低的固體粒子5。4和5部分的物料統(tǒng)稱為固體床（簡稱固相）。熔融區(qū)內(nèi)固相與液相的界面稱為遷移面3，大多數(shù)熔化均發(fā)生在此面上，它實(shí)際是由固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟倪^渡區(qū)域。隨著塑料往機(jī)頭方向的輸送，熔融過程逐漸進(jìn)行，如圖2-26（b）所示。自熔融區(qū)始點(diǎn)（相變點(diǎn)）A開始，固相的寬度將逐漸減小，液相寬度則逐漸增加，直到熔化區(qū)終點(diǎn)（相變點(diǎn)）B，固相寬度就減小為零。螺槽在整個寬度內(nèi)均將被熔融物充滿。從熔化開始到固體床的寬度降為零為止的總長，稱為熔化長度。一般來說粉化速率越高則熔化長度越短；反之就越長。固體床在螺槽中的厚度（即為螺槽深）沿擠出方向逐漸減小。

從上述的熔化實(shí)驗(yàn)研究可知：塑料的整個熔化過程是在螺桿熔融段進(jìn)行的；塑料的整個熔化過程直接反映了固相寬沿螺槽方向變化的規(guī)律，這種變化規(guī)律，決定于螺桿的參數(shù)、操作條件和塑料的特性等。

③熔體輸送（計量）理論　計量段中熔體輸送的理論是單螺桿擠出理論中研究的最早而又最充分的。最初它是在兩塊無限大的平行板之間，假定熔體為等溫牛頓流體的條件下建立起來的。后來又考慮到螺紋和螺槽曲率以及流體性質(zhì)的影響，進(jìn)行了修正。

現(xiàn)以Q1代表加料段的輸送率，Q2代表壓縮段的熔化速率，Q3代表均化段的擠出速率。如果Q1<Q2<Q3，這時擠出機(jī)處于供料不足的狀態(tài)，以致生產(chǎn)不正常，產(chǎn)品質(zhì)量不符合要求；如果Q1≥Q2≥Q3，這時均化段成為決定擠出機(jī)產(chǎn)量的控制區(qū)域，操作平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量也能得到保證。但三者相差不能太大，否則均化段壓力太大，超過負(fù)荷能力，甚至造成設(shè)備破壞等不正常現(xiàn)象。因此在正常狀態(tài)下，均化段的擠出速率就代表擠出機(jī)的生產(chǎn)率。

a.熔體在螺桿中的流動形式　熔體在螺桿均化段的流動有正流、逆流、漏流、橫流四種形式。

a）正流　即沿著螺槽向機(jī)頭方向的流動，它是螺桿旋轉(zhuǎn)時螺紋斜棱的推力在螺槽Z方向作用的結(jié)果，其流動也稱拖曳流動。塑料的擠出就是這種流動產(chǎn)生的。如圖2-28表示，展開的機(jī)筒與螺桿中，物料的四種流動方向，機(jī)筒內(nèi)表面和螺桿表面的相對速度vb可分解為螺紋平行的分速度vb和螺紋垂直的分速度vbz。依靠螺桿旋轉(zhuǎn)向前推動物料，流動速度為vbx，其流量用QD表示。正流在螺槽深度方向的速度分布是直線變化的，機(jī)筒壁流速最大，螺槽根部為零，見圖2-29（a）。

b）逆流　由機(jī)頭、過濾板及過濾網(wǎng)等阻力部件引起的，流動方向與正流方向相反的流動，其流量以Qp表示。其速度分布是按拋物線形狀變化，見圖2-29（b）。將正流和逆流合成就得凈流動，其合成見圖2-29（c）。

c）漏流　也是由機(jī)頭、過濾板及過濾網(wǎng)等產(chǎn)生的反壓力，不過它是由反壓力的壓力梯度引起的，流動方向沿螺棱頂部與機(jī)筒間隙向加料口方向流回的料流，其流量以Q2表示。由于機(jī)筒間隙通常很小，漏流比正流和逆流小得多，流速分布是接近機(jī)筒壁很小，螺棱頂部較大，如圖2-29（d）。

d）橫流　分速度vbx引起的螺槽內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流，流動情況見圖2-29（e），它與擠出量無關(guān)，但對塑料的混合、塑化和熱交換起促進(jìn)作用，對螺桿動力消耗有很大影響，其流量用QT表示。

物料在均化段的流動是四種流動的組合，它既不會有真正的倒退，也不會有封閉型的環(huán)流，而是在螺槽中以螺旋形的軌跡向前移動。其總流量為：

Q=QD-QP-QL

由于這些運(yùn)動的組合起到攪動、剪切和壓緊物料的作用，使物料得以混合、塑化、壓縮，并在一定壓力下，連續(xù)通過口模擠出。

b.單螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)能力計算　由于塑料在螺桿中的運(yùn)動情況相當(dāng)復(fù)雜而影響擠出機(jī)生產(chǎn)能力的因素又很多，所以要精確計算出擠出機(jī)生產(chǎn)能力很困難，目前計算生產(chǎn)能力主要有以下幾種方法。

a）按經(jīng)驗(yàn)公式計算　該法是經(jīng)過擠出機(jī)生產(chǎn)能力的多次實(shí)例測試，并分析總結(jié)而得出的，我國目前常用的計算擠出機(jī)擠出量的經(jīng)驗(yàn)公式有以下幾種。

Q=nD2β　　（2-1）

式中，Q為擠出量，cm2/s；D為螺桿直徑，cm；n為螺桿轉(zhuǎn)速，r/s；β為系數(shù)，隨物料、螺桿線速度的不同而異，一般β=0.003～0.007。

Q=0.66D25　　（2-2）

式中，D為螺桿直徑，cm。

b）按理論公式計算　擠出機(jī)生產(chǎn)率理論計算公式的推導(dǎo)，是假定塑料在螺槽中呈等溫狀態(tài)下均勻的牛頓流體而列出的流動方程式。

擠出機(jī)生產(chǎn)率　　Q=QD-QP-QL　　（2-3）

式中，D為螺桿直徑，cm；n為螺桿轉(zhuǎn)速，r/s；h為均化段螺槽深度，cm；ф為螺旋角，（°）；e為螺棱寬，cm；L為螺桿的均化段長度，cm；δ為螺桿與機(jī)筒間隙，cm；E為螺桿偏心距校正因數(shù)，通常取1.2；P為螺桿均勻段末端壓力，MPa；η1為螺槽中熔融物料黏度，Pa·s；η2為間隙中熔融物料黏度，Pa·s。

公式中右邊第一項為正流量QD，第二項是逆流流量QP，第三項是漏流流量QL。

④影響擠出機(jī)生產(chǎn)率的因素

a.物料壓力　正流流量與壓力P無關(guān)，而逆流和漏流流量與壓力P成正比，見圖2-30所示。機(jī)頭壓力增加，使擠出量降低，但有利于物料的塑化，故在實(shí)際生產(chǎn)中都必須在機(jī)頭處設(shè)置多孔板、過濾網(wǎng)，使物料有一定壓力，以提高制品質(zhì)量。

當(dāng)機(jī)頭完全敞開（即不裝機(jī)頭）時，機(jī)頭壓力近似于零，這時可得到最大的物料輸送能力；若機(jī)頭完全封閉，出料停止，這時機(jī)筒內(nèi)壓力達(dá)最大值，這兩種情況在實(shí)際生產(chǎn)中都是不允許存在的。

b.螺桿轉(zhuǎn)速　生產(chǎn)能力與螺桿轉(zhuǎn)速成正比，即螺桿轉(zhuǎn)速增加，生產(chǎn)能力提高，它們的關(guān)系見圖2-31。

c.螺桿幾何尺寸

a）螺桿直徑　螺桿直徑對生產(chǎn)能力影響很大，見圖2-32，生產(chǎn)能力與螺桿直徑的平方成正比。

b）螺槽深度　對生產(chǎn)能力也有很大影響，見圖2-33，當(dāng)壓力較低時，深槽螺桿具有較大的生產(chǎn)能力，而壓力較高時，則淺槽螺桿的生產(chǎn)能力較高。同時，螺槽很淺，剪切作用增加，物料塑化較好。在選擇螺桿時應(yīng)注意，使用低阻力機(jī)頭時，可選用深槽螺桿；而機(jī)頭阻力較高時，則選擇淺螺槽螺桿。從圖中可以看出，淺螺槽螺桿的關(guān)系曲線比較平坦，這對不同機(jī)頭有較好的適應(yīng)性。

c）螺桿均化段長度　對生產(chǎn)能力的影響見圖2-34，當(dāng)均化段長度增加，生產(chǎn)能力提高。螺棱寬度增加時，生產(chǎn)能力也提高。

d.螺桿與機(jī)筒間隙　（δ）因?yàn)槁┝髁颗c間隙δ的三次方成正比，也就是說，δ增加，生產(chǎn)能力降低。間隙越大，當(dāng)擠出壓力增加時，生產(chǎn)能力下降越明顯。

e.物料溫度　當(dāng)物料溫度升高時，生產(chǎn)能力下降，這是因?yàn)闇囟壬撸锪橡ざ茸冃。鹉媪髁俊⒙┝髁吭黾樱蚨a(chǎn)能力下降，其影響見圖2-34和圖2-35。

（3）雙螺桿擠出機(jī)擠出成型原理

①雙螺桿擠出機(jī)的工作原理　雙螺桿擠出機(jī)的工作原理與單螺桿擠出機(jī)完全不同。物料在雙螺桿擠出機(jī)中是依靠正向位移輸送的，螺桿起到將物料強(qiáng)制推向前進(jìn)的作用。不同類型的雙螺桿擠出機(jī)其工作原理不完全相同，在這里主要介紹嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的擠出成型原理。

a.特點(diǎn)　嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)一般采用兩根尺寸完全相同，但螺桿方向相反的螺桿。根據(jù)螺桿直徑尺寸有無變化分為兩種機(jī)型：螺桿直徑無變化的稱為平行雙螺桿；螺桿直徑尺寸由大變小的稱為錐形雙螺桿。為了強(qiáng)化混煉操作，在螺桿上采用不同螺紋頭數(shù)、變螺距和混合室等結(jié)構(gòu)。螺紋局部斷開形成的混合室，使前進(jìn)的物料在輸送過程中匯集，出現(xiàn)復(fù)雜的混合流動，更有效地增強(qiáng)物料混合。

異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿按照推送物料的方向，可分為內(nèi)推式（異向向內(nèi)）和外推式（異向向外）兩類。兩種型式的主要區(qū)別是壓力區(qū)位置不同，內(nèi)推式雙螺桿在上部進(jìn)嚙合，建立高壓區(qū)，在下部雙螺桿脫離嚙合，產(chǎn)生低壓區(qū)。物料在通過螺桿時，受到類似雙輥式混合機(jī)產(chǎn)生的擠壓作用和捏合作用。但由于兩根螺桿嚙合緊密，勢必形成極高的入口壓力，造成進(jìn)料困難。因此，目前這種內(nèi)推式雙螺桿很少采用，僅見于非嚙合雙螺桿擠出機(jī)上。外推式雙螺桿在下部進(jìn)入嚙合，建立的高壓區(qū)在下部，在上部雙螺桿脫離嚙合，低壓區(qū)在上部，有利于喂入物料，物料通過雙螺桿時受到類似于壓延輥筒產(chǎn)生的擠壓捏合作用。因此，特別適合于直接擠出成型。

異向向外旋轉(zhuǎn)雙螺桿上下部產(chǎn)生壓力差，造成螺桿向兩側(cè)偏移的分離力F，螺桿在F作用下產(chǎn)生變形，壓向機(jī)筒，變形處將會增加螺桿與機(jī)筒的磨損，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，壓延效應(yīng)也增加，分離力F也增大，磨損也加速。因此，異向向外旋轉(zhuǎn)雙螺桿的轉(zhuǎn)速受到限制，一般轉(zhuǎn)速范圍在8～45r/min，控制在較低轉(zhuǎn)速范圍工作。

異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)比同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的物料輸送能力和擠出能力強(qiáng)。

b.工作原理　嚙合異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿的擠出建立在類似于齒輪泵的原理上。物料在雙螺桿內(nèi)的流動不是由于摩擦牽引作用，而是靠機(jī)械的強(qiáng)制輸送。如圖2-36所示為嚙合異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿中物料運(yùn)動情況。兩根螺桿是對稱的，一根螺桿的螺棱頂部和另一根螺桿根徑有一定間隙。由于兩根螺桿旋轉(zhuǎn)方向不同，一根螺桿上物料螺旋前進(jìn)的流道被另一根螺桿異向旋轉(zhuǎn)的螺紋阻斷，故不能形成∞運(yùn)動，在螺桿內(nèi)形成封閉C字形腔室，如圖2-36（c）。由于兩根螺桿異向旋轉(zhuǎn)，物料不可能從一根螺桿移向另一根螺桿，C字形腔室中的物料只能在一根螺桿內(nèi)在螺紋推動下通過各部分的間隙而做圓周運(yùn)動，如圖2-36（b），同時也向著口模方向運(yùn)動，直到從口模擠出。物料輸送過程中不會產(chǎn)生逆流和滯流，因此具有最大的強(qiáng)制輸送性。物料通過兩根螺桿之間的徑向間隙時猶如物料通過兩輥的輥隙，所受到的剪切攪拌作用最強(qiáng)烈，被阻擋在嚙合區(qū)的物料還經(jīng)受一根螺桿螺紋頂部，另一根螺桿螺紋根部及嚙合螺紋側(cè)面的輥壓和捏合。因此，異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)由于強(qiáng)制等量送料，減少了逆流，物料在機(jī)筒內(nèi)停留時間短，溫度波動小，因其剪切強(qiáng)烈，輥壓和捏合都起促進(jìn)物料混合作用。物料混合均勻、塑化均勻，故這種型式的雙螺桿擠出機(jī)特別適用于硬質(zhì)聚氯乙烯干混料直接擠出成型。

c.錐形異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的特點(diǎn)　錐形異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的螺桿如圖2-37所示，錐形雙螺桿擠出機(jī)具有下列特點(diǎn)。

（a）由于喂料區(qū)的螺桿和機(jī)筒表面積增大，因此，傳熱好，物料受熱快，容易壓縮，輸送效率高，可以提高擠出機(jī)產(chǎn)量。

（b）從力學(xué)觀點(diǎn)分析，錐形雙螺桿的機(jī)械強(qiáng)度比單螺桿和平行雙螺桿高，同時傳動齒輪尺寸可增大，因而傳遞扭矩可以加大。

（c）錐形雙螺桿在承受相同機(jī)頭工作壓力的條件下，軸向力明顯減少（只有平行雙螺桿的一半），因而止推軸承所受的軸向力減少，軸承的規(guī)格可以選用大的，軸承壽命也可以大大延長。

（d）錐形雙螺桿的分配傳動齒輪由于位置充裕，可以加大直徑。齒輪的使用壽命是與齒輪直徑的三次方成正比的，因此，錐形雙螺桿分配傳動齒輪的使用壽命是平行雙螺桿的4倍。

（e）錐形雙螺桿擠出段的直徑比相應(yīng)的平行雙螺桿擠出段的直徑小，因而大大減少了摩擦熱，可以避免物料的過熱分解現(xiàn)象，對于加工非結(jié)晶型熱敏性塑料，如硬質(zhì)聚氯乙烯是很重要的。

（f）錐形雙螺桿在喂料區(qū)螺桿直徑加大了，因此可以先縮短其長度，同時螺槽容積隨著螺桿直徑變小逐漸縮小，有利于物料在熔融過程中逐漸壓縮和壓實(shí)，從而能提高產(chǎn)品質(zhì)量。

（g）錐形雙螺擠出機(jī)傳動機(jī)構(gòu)緊湊，易于維護(hù)修理，且對螺桿拆缷方便。

綜合上述，錐形雙螺桿擠出機(jī)在機(jī)器結(jié)構(gòu)、螺桿結(jié)構(gòu)、加工工藝等方面都具有許多特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，因而在采用粉料直接擠出成型硬質(zhì)聚氯乙烯塑料異材、管材以及板材等制品中得到廣泛應(yīng)用。

②雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)能力計算　雙螺桿擠出機(jī)因?yàn)榇嬖趪Ш蠀^(qū)，因此，生產(chǎn)能力的計算與具有連續(xù)螺槽的單螺桿不完全相同。

嚙合型雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)能力與單位時間內(nèi)由機(jī)頭擠出的C形熔體段數(shù)成正比，由于嚙合，C形腔室不連續(xù)，反壓力起增大腔室內(nèi)物料的混合及產(chǎn)生漏流的作用，因此，雙螺桿擠出機(jī)在輸送物料時，存在正流和漏流，其生產(chǎn)能力Q可用下式表示：

Q=QF-QL　　（2-5）

式中，QF為正流；QL為漏流。

QF=2nV（cm2/min）　　（2-6）

式中，n為螺桿轉(zhuǎn)速，r/min；V為C形腔室的容積，cm3。

C形小室的容積可近似為：

式中，H為螺槽深度，cm；S為螺距，cm；D為螺桿外徑，cm；q為系數(shù)。

當(dāng)以L表示未嚙合節(jié)圓弧長時，如圖2-38，q可用下式表示：

未嚙合節(jié)圓弧長可通過嚙合角αE進(jìn)行計算：

式中，αE為弧度。

在螺桿完全嚙合時，嚙合角αE可用下式求出：

式中，R為螺桿外圓半徑，即R=D/2。

將式（2-7）代入式（2-6）得到QF的表達(dá)式：

QF=πqnHS（D-H）　　（2-11）

漏流QL與機(jī)頭壓力及物料黏度有關(guān)，與嚙合螺紋的徑向間隙δ和側(cè)面間隙Zg也有關(guān)，所以漏流的計算相當(dāng)復(fù)雜。故簡化為只考慮螺紋頂間隙漏流。

假設(shè)螺紋頂間隙的漏流為寬而薄的狹縫的壓力流，其動方程可表示為：

式中，wf為夾縫寬度，cm；δf為狹縫高度，即螺紋頂與機(jī)筒的間隙，cm；為沿狹縫的壓力梯度。

狹縫寬度可近似為雙螺桿未嚙合節(jié)圓弧長度：

wf=2πqD　　（2-13）

考慮到螺桿偏心量E，將式（2-13）代入式（2-12）后，可寫出漏流量：

將式（2-11）和式（2-14）代入式（2-5）中，即可寫出雙螺桿擠出機(jī)的擠出速率方程：

實(shí)際上，壓力梯度dP/dz是難以度量的，式（2-15）定性說明雙螺桿擠出機(jī)擠出量受機(jī)頭壓力影響，漏流量比其體積流量（正流）要小得多。當(dāng)螺紋間的徑向間隙和側(cè)向間隙值δ較小時，由于強(qiáng)制輸送物料的特性，QL=f（p）的特性曲線斜率很小，如圖2-39所示。由圖中曲線可看出，螺桿特性線有一定傾斜，說明壓力對擠出量的影響，由于壓力僅通過漏流起作用，對擠出量影響較小，所以雙螺桿擠出機(jī)對配用低阻力模具和高阻力模具不像單螺桿擠出機(jī)那樣敏感，選用模具的壓力范圍較寬。

由于機(jī)頭壓力波動對擠出量波動的影響減小，有利于穩(wěn)定擠出和提高出物質(zhì)量。

雙螺桿擠出機(jī)在實(shí)際計算生產(chǎn)率時，常采用經(jīng)驗(yàn)公式：

Q=KπqnHS（D-H）　　（2-16）

式中，K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（0<K<1）。

綜上所述，雙螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)率，在確定的螺桿結(jié)構(gòu)下，擠出量（Q）與螺桿轉(zhuǎn)速（n）成比例。

2.10.2　擠出成型的各種工藝參數(shù)

目前國內(nèi)UPVC異型材的擠出成型主要采取嚙合型雙螺桿擠出機(jī)。因此在這里以此為例介紹UPVC異型材成型的各種工藝參數(shù)。

若要獲得外觀和內(nèi)在質(zhì)量均合格的異型材制品，同原材料配方、擠出成型設(shè)備、模具設(shè)計水平與加工精度、型材斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計及擠出成型工藝條件是分不開的。擠出成型工藝參數(shù)包括溫度、擠出壓力、熔體溫度、真空排氣、加料速度、牽引速度、冷卻定型等。擠出工藝條件又隨擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)（包括螺桿結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)）、塑料品種、制品的類型、產(chǎn)品的質(zhì)量要求不同而改變。所以擠出成型工藝參數(shù)的確定是以實(shí)踐為基礎(chǔ)的，要求我們從自己的實(shí)踐中不斷摸索和總結(jié)來確定。

（1）溫度　擠出成型溫度是促使成型物料塑化和塑料熔體流動的必要條件，它對擠出成型過程中物料塑化和異型材制品的質(zhì)量和產(chǎn)量均有十分重要的影響。在擠出成型過程中，物料從粉狀或粒狀固態(tài)進(jìn)入擠出機(jī)后，要完成輸送、熔融、均化及通過口模成型，其溫度變化非常復(fù)雜，而且也不容易測定。因此能否控制好擠出成型溫度，將直接影響擠出成型過程的順利進(jìn)行和異型材制品的質(zhì)量。

要正確控制擠出成型溫度，首先必須了解被加工物料的承溫范圍與其物理性能的相互關(guān)系，從而找出其特點(diǎn)和規(guī)律，即了解高分子的運(yùn)動規(guī)律，才能選擇一個較佳的溫度范圍進(jìn)行擠出成型。通常擠出機(jī)的溫度控制由機(jī)身的加料段到擠出段逐漸升高，物料從固態(tài)逐漸熔融，由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)為黏流態(tài)。物料到機(jī)頭的溫度一般都控制在流動溫度和分解溫度之間，口模溫度比機(jī)頭溫度略高。各段溫度，要根據(jù)擠出機(jī)的特點(diǎn)、塑料配方的加工特性以及制品的質(zhì)量要求來確定。硬度PVC塑料流動性和熱穩(wěn)定性較差，加工溫度過高時會分解，溫度過低則物料塑化不良。盡管在配方中加入相應(yīng)的熱穩(wěn)定劑和加工助劑，但其作用有限。硬度PVC塑料的形變-溫度曲線如圖2-40所示。由圖可知硬質(zhì)PVC塑料的三種物理狀態(tài)轉(zhuǎn)變溫度分別為：Tg=87℃，Tf=160℃，Td=220℃（根據(jù)配方中穩(wěn)定體系及穩(wěn)定劑用量與搭配，其分解溫度Td有提高或降低），所以從理論上講擠出成型硬質(zhì)PVC異型材時機(jī)筒各段溫度的控制應(yīng)有所不同，為獲得高質(zhì)量、高產(chǎn)量型材，各段溫度需反復(fù)調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確控制。

①預(yù)熱（升溫）　擠出機(jī)開機(jī)前必須加熱到一定溫度，并在此溫度下保持一段時間，這叫保溫。擠出機(jī)開機(jī)前的這個加熱過程叫預(yù)熱。

雙螺桿擠出機(jī)的預(yù)熱應(yīng)分兩個階段進(jìn)行：先將各段溫度調(diào)至130℃，待溫度升至130℃后，視設(shè)備大小，保溫30min至1h，然后升到生產(chǎn)所需溫度，待實(shí)際溫度達(dá)到生產(chǎn)所需溫度后，再視設(shè)備情況保溫10～30min，方可加料開機(jī)生產(chǎn)。原因是剛升溫時，整個機(jī)器處于室溫下，當(dāng)溫度升至130℃時，只說明加熱區(qū)的某些部位已達(dá)到130℃，然后再由130℃升至生產(chǎn)所需工藝溫度。當(dāng)溫度升至生產(chǎn)所需工藝溫度后，需要保溫，達(dá)到保溫時間后，就可以開機(jī)生產(chǎn)了。雙螺桿擠出機(jī)在開車前或停車后大多都要用清洗料清理機(jī)筒與螺桿，并在停車時將清洗料留在擠出機(jī)內(nèi)，待下次開車時再用生產(chǎn)料將其擠出。清洗料內(nèi)熱穩(wěn)定劑和潤滑劑含量較多，即使在180～200℃下，1h也不會分解，所以預(yù)熱過程中的保溫不僅有利于生產(chǎn)，還有利于保護(hù)設(shè)備，延長設(shè)備的使用壽命。

②機(jī)筒溫度和螺桿溫度　塑料熔體溫度在很大程度上取決于機(jī)筒和螺桿溫度。因?yàn)樗芑尚臀锪系臒崃恐饕獊碜杂跈C(jī)筒上的加熱器，其次來源于物料在機(jī)筒中強(qiáng)烈剪切作用下的摩擦熱。螺桿溫度的作用主要是調(diào)節(jié)熔體溫度，使塑料熔體保持適當(dāng)?shù)酿ざ龋鶆虻赝ㄟ^口模。

雙螺桿擠出機(jī)幾乎都是排氣式的，即在機(jī)身中段（一般為加熱二區(qū)與三區(qū)之間）設(shè)有排氣孔，并配備真空排氣裝置，用于吸出PVC混合物料中的氯乙烯單體及水分等揮發(fā)物。這就要求物料在機(jī)筒內(nèi)被送至排氣時，必須已經(jīng)凝膠化并包覆于螺槽表面，以防止粉料被真空系統(tǒng)吸出，所以雙螺桿擠出機(jī)排氣孔前機(jī)筒一區(qū)、二區(qū)溫度不宜設(shè)得太低。其檢驗(yàn)方法為：關(guān)閉主機(jī)真空泵，打開排氣閥，打開排氣孔上方的視鏡，肉眼觀察機(jī)筒內(nèi)物料塑化情況，如果物料均勻地包覆于螺槽表面，但又不很光滑，這表明溫度控制正確。若物料還呈粉狀或小塊狀，則說明機(jī)筒一區(qū)、二區(qū)溫度過低，若物料已非常光滑，則表明已過度塑化、機(jī)筒一、二區(qū)溫度過高。

③機(jī)頭（口模）溫度　機(jī)頭（口模）是成型異型材橫截面最關(guān)鍵的部件，其溫度控制得是否合理，直接影響制品質(zhì)量和產(chǎn)量。機(jī)頭溫度必須控制在塑料的黏流溫度以上，熱分解溫度以下。為使型材獲得較好的外觀和力學(xué)性能，以及減少熔體出模膨脹，一般控制機(jī)身溫度較低、機(jī)頭溫度較高。機(jī)頭溫度偏高，可使物料順利地進(jìn)入定型套，但擠出物的形狀穩(wěn)定性差，制品收縮率增加，致使產(chǎn)品無法保證外形尺寸；機(jī)頭溫度過高，還會引起跑料（溢料），甚至出現(xiàn)氣泡、產(chǎn)品發(fā)黃、物料分解，導(dǎo)致擠出生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。溫度偏低，則物料塑化不良，熔體黏度增大，機(jī)頭壓力上升，雖然這樣會使制品壓得較密實(shí)，收縮率小，產(chǎn)品形狀穩(wěn)定性好，但是加工較困難，離膜膨脹較嚴(yán)重，產(chǎn)品表面較粗糙，還會導(dǎo)致擠出機(jī)背壓增加，設(shè)備負(fù)荷大，功率消耗也隨之增加；如果溫度過低，則物料不能塑化，產(chǎn)品無法成型，設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致機(jī)頭壓力劇增而拉斷連接法蘭螺絲（設(shè)備事故）。

異型材模具機(jī)頭加熱板有多種多樣的形式，成型斷面尺寸較大的主型材的機(jī)頭一般采用四板式（即前、后、左、右各一塊加熱板單獨(dú)控溫），這樣可以通過調(diào)節(jié)各板之間的溫差來調(diào)節(jié)各向壁厚及出料速度。

④物料塑化情況的檢驗(yàn)　PVC物料塑化的好、壞與上面介紹的各種加工工藝溫度密切相關(guān)，鑒別物料塑化的好與壞，即檢驗(yàn)工藝溫度設(shè)置得合理與否，可用下述方法：用一個燒杯或搪瓷杯，加入二氯乙烷至高度為5cm，取15cm左右一段異型材浸入杯中，10min后取出型材，觀察型材浸入溶劑部分的表面變化，如切口表面無明顯膨脹、塌落、凹陷等變形，而型材切口表面膨脹后的疏松深度小于2cm，則表明塑化良好。反之則表面溫度設(shè)定不當(dāng)，需要調(diào)整以達(dá)到合理工藝溫度。

（2）擠出壓力　物料在擠出過程中需要適當(dāng)?shù)臄D出壓力，以保證塑化質(zhì)量，得到均勻密實(shí)的熔體，最后成型質(zhì)量合格的型材。

假定物料為牛頓流體，則物料的體積流率與機(jī)頭壓力降的關(guān)系為：

Q=KΔp/n

式中，Q為流經(jīng)機(jī)頭的物料體積流率，m3/s；Δp為機(jī)頭壓力降，Pa；n為物料熔體黏度，Pa·s；K為口模特性系數(shù)。

對于特定的機(jī)頭，K值是固定的。一般情況下可以調(diào)節(jié)擠出量以及熔體溫度來獲得所需要的擠出壓力。

在雙螺桿擠出機(jī)操作的過程中，擠出壓力必須控制在一個合理的范圍內(nèi)。特別是剛開機(jī)時，設(shè)備內(nèi)部溫度比較低，螺桿轉(zhuǎn)速慢，產(chǎn)生的剪切熱也比較少，因此，此時物料溫度低，熔體黏度高，極易造成擠出壓力過大而發(fā)生事故，如將連接法蘭的螺絲拉斷或?qū)㈩^內(nèi)的芯模頂出以及由于背壓過大而造成螺桿后部止推軸承損壞。擠出過程中擠出壓力過高同樣對設(shè)備不利。但是擠出壓力也不能太低，太低則會使制品疏松而影響其力學(xué)性能。一般雙螺桿擠出機(jī)擠出壓力控制在15～40MPa。

（3）熔體溫度　熔體溫度主要是由機(jī)筒溫度、螺桿溫度以及螺桿轉(zhuǎn)速決定的。

在擠出過程中，雙螺桿擠出一般首先通過調(diào)節(jié)螺桿溫度來調(diào)節(jié)熔體溫度，然后才調(diào)節(jié)其它操作條件來調(diào)節(jié)熔體溫度。每一個不同配方、模具都有一個穩(wěn)定生產(chǎn)的熔體溫度范圍。判斷擠出機(jī)工藝條件設(shè)定正確與否的一個重要依據(jù)是看其熔體溫度。國產(chǎn)雙螺桿擠出機(jī)大部分沒有熔體溫度顯示，操作時主要憑經(jīng)驗(yàn)觀察口模出料的塑化程度來判斷熔體溫度合理與否。進(jìn)口的雙螺桿擠出機(jī)大部分有熔體溫度顯示，其熔體溫度傳感器一般安裝在過渡段平直部分，觸頭直接接觸到熔體。

（4）真空排氣　原料中存在水分以及其它揮發(fā)物，在加工過程中必須將其除去，雙螺桿擠出機(jī)是依靠“正向位移”輸送物料的，因此容易實(shí)現(xiàn)真空排氣。

雙螺桿擠出機(jī)要達(dá)到良好的排氣效果，機(jī)筒溫度要設(shè)置正確；使物料通過排氣孔時，達(dá)到凝膠化，并包覆于螺筒表面，若機(jī)筒一區(qū)、二區(qū)溫度設(shè)置過低，在排氣孔時物料呈粉末狀或小塊狀，加料口與排氣孔之間不能形成密封，則物料會被真空吸出，造成真空堵塞并且容易損壞真空裝置；若機(jī)筒一區(qū)、二區(qū)溫度設(shè)置過高，物料到達(dá)排氣孔時已完全塑化，水分以及其它低分子揮發(fā)物被包裹在物料里，不能被真空系統(tǒng)吸出，達(dá)不到排氣效果，致使制品產(chǎn)生氣泡及其它缺陷。

雙螺桿擠出機(jī)在加料量較大或熔體壓力較高時，常出現(xiàn)排氣孔冒料的問題。出現(xiàn)上述問題常與操作條件有關(guān)，普通排氣螺桿由一階螺桿和二階螺桿兩部分結(jié)構(gòu)組成。冒料原因有兩個：其一為當(dāng)一階螺桿輸送能力大于二階螺桿輸送能力同時加料量較大時出現(xiàn)冒料；其二為機(jī)頭壓力較高或Φ值（物料體積與一對C形小室容積比）較大時，二階螺桿計量段物料充滿長度過長，達(dá)到或超過排氣段位置，造成排氣段螺槽內(nèi)物料充滿，壓力升高，使物料從排氣口溢出。為了達(dá)到理想的排氣效果，在操作上應(yīng)調(diào)節(jié)加料量和Φ值以控制機(jī)頭壓力和充滿長度。由此可以通過調(diào)節(jié)工藝條件得到一個正常排氣的工作點(diǎn)。例如在加料量較高時，可提高螺桿轉(zhuǎn)速以避免冒料，還可保持較高的機(jī)頭壓力；在加料量較小時，可降低螺桿轉(zhuǎn)速以減少波動，實(shí)現(xiàn)正常擠出排氣。

（5）計量加料　雙螺桿擠出機(jī)在工作時，螺槽并不充滿料。通過控制物料在螺槽內(nèi)的充滿程度來確定剪切速率、成型溫度和壓力分布。擠出量的大小是用加料量大小來控制的。嚙合雙螺桿有極好的送料能力，若依靠重力加料，則會造成加料過量而使螺桿轉(zhuǎn)矩過高、排氣口冒料、熔體壓力過高，甚至對設(shè)備造成破壞性損壞。

雙螺桿擠出機(jī)的計量加料裝置是靠控制加料器中加料螺桿的轉(zhuǎn)速來控制加料量的。計量加料器加料控制與主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速、螺桿扭矩、熔體壓力和牽引速度相匹配，并以真空排氣口處不冒料為宜。調(diào)節(jié)加料螺桿加料量，可保證適當(dāng)?shù)娜垠w壓力。圖2-41是加料機(jī)加料螺桿轉(zhuǎn)速與加料量關(guān)系曲線，通常在知道擠出量要求的情況下，可通過關(guān)系圖得到對應(yīng)的加料螺桿轉(zhuǎn)速，反之，在一定加料轉(zhuǎn)速下，可以計算出加料量。此加料曲線斜率與不同配方干混料體積密度有關(guān)。

（6）牽引速度　擠出成型主要是生產(chǎn)長度連續(xù)的塑料制品，因此必須附設(shè)牽引裝置牽伸，才能保證正常擠出，硬質(zhì)聚氯乙烯異型材擠出過程中，從口模擠出的型坯經(jīng)定型模至冷卻水槽，溫度從180℃左右的黏流態(tài)冷卻為50～60℃的玻璃態(tài)，中間經(jīng)過高彈態(tài)，在牽引力的作用下將會發(fā)生拉伸取向。一般來講，拉伸取向程度越高，制品沿取向方向的拉伸強(qiáng)度也就越大，但冷卻后長度方向收縮率也大。

牽引速度直接影響產(chǎn)品壁厚，尺寸公差、性能及外觀。牽引速度必須穩(wěn)定，且牽引速度與型材擠出速度相匹配。正常生產(chǎn)時，牽引速度應(yīng)比型材擠出速度快1％～10％，以克服型材的離模膨脹。牽引速度與擠出速度的比值反映制品可能發(fā)生的取向程度，該比值稱為牽引比（或稱拉伸比），其數(shù)值必須等于或大于1。牽引速度增加、冷卻定型的溫度條件不變時，牽引速度快，則制品在定型模、冷卻水槽中停留的時間也就比較短，經(jīng)過冷卻定型的制品內(nèi)部還會殘余較多熱量，這些熱量會使制品在牽引過程中已經(jīng)形成的取向結(jié)構(gòu)發(fā)生解取向，從而引起制品取向程度降低。牽引速度越快，型材壁厚越薄，冷卻后的制品其長度方向的收縮率也越大，因此在異型材生產(chǎn)中應(yīng)控制其加熱收縮率。牽引速度越慢，型材壁越厚，容易導(dǎo)致口模與定型模之間積料，破壞正常擠出生產(chǎn)。所以在異型材擠出成型中擠出速度與牽引速度必須很好地控制，一般是牽引速度略大于擠出速度，如果這兩種速度控制不當(dāng)，不僅無法正常生產(chǎn)，也不能保證制品尺寸公差，還會影響制品的物理機(jī)械性能。

實(shí)踐表明，用雙螺桿擠出機(jī)擠出硬質(zhì)聚氯乙烯型材，螺桿轉(zhuǎn)速以15～25r/min為宜。其中型異材制品壁厚<2mm時，可選螺桿轉(zhuǎn)速為15～20r/min，牽引速率為4～6m/min，壁厚>2～5mm時，可選轉(zhuǎn)速為15～25r/min，牽引速率為2～4m/min。

當(dāng)然還應(yīng)具體考慮異型材截面大小、冷卻定型效果等因素。

異型材單位長度質(zhì)量（g/m）、牽引速率（m/h）和擠出量（kg/h）三者之間的關(guān)系見圖2-42。若確定了異型材單位長度質(zhì)量及擠出機(jī)的擠出量，則從圖2-42就可以求得所需的牽引速率。例如，異型材的長度質(zhì)量為85g/m，牽引速率為250m/h，則連接兩者的刻線點(diǎn)并延長至擠出量的軸標(biāo)線，即得出所需要的擠出量為20kg/h。此外，生產(chǎn)壁厚<1mm的硬度PVC異型材，牽引機(jī)夾緊壓力不能過大，否則產(chǎn)品表面就會呈波浪形凹凸不平。鋸切時，鋸刀進(jìn)刀速度應(yīng)緩慢，否則會使異型材鋸口爆裂、破碎。

（7）冷卻定型　PVC塑料異型材在擠出過程中，在高溫下被擠出機(jī)頭口模的型坯，需要得到及時、合適的冷卻方式和恰當(dāng)?shù)睦鋮s水溫進(jìn)行冷卻定型，方能得到理想的產(chǎn)品。冷卻不及時，制品就會在自身重力的作用下或牽引機(jī)夾緊壓力作用下發(fā)生變形。通常定型和冷卻往往是同時進(jìn)行的。冷卻時，冷卻速率對制品的性能有一定影響，對于硬度PVC塑料，冷卻過快時容易在型材內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，并降低外觀質(zhì)量；由于PVC熱導(dǎo)率低，熔體在快速冷卻時，表層首先冷卻變硬，內(nèi)層后冷卻，這時會因收縮使其處于拉伸狀態(tài)，這將造成型材物理機(jī)械性能下降。硬質(zhì)PVC異型材擠出成型時冷卻水溫要求在15℃以下。

在選擇冷卻形式和調(diào)節(jié)冷卻水流量時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①硬質(zhì)PVC異型材往往是不對稱的，故不能用水浴式不加區(qū)別地進(jìn)行冷卻，因?yàn)檫@樣會使不對稱截面冷卻速率不一，而使型材產(chǎn)生無規(guī)則的彎曲變形，最好采用幾個真空定型模冷卻定型。冷卻水應(yīng)由定型套后部流入，前部流出，使水流方向與型材前進(jìn)方向逆行，這可使型材冷卻較緩慢，內(nèi)應(yīng)力較小。同時定型套前端溫度較高，型材易于吸附。

②型材冷卻采用緩冷方式，從而大大地抑制了在制品中易發(fā)生的內(nèi)應(yīng)力和變形，可防止成型后的制品發(fā)生翹曲彎曲和收縮等現(xiàn)象，并可防止由于內(nèi)應(yīng)力作用而使制品沖擊強(qiáng)度降低。

③在生產(chǎn)過程中，如發(fā)現(xiàn)異型材從真空定型模出來后仍有彎曲現(xiàn)象，可適當(dāng)調(diào)節(jié)各部位的冷卻水流量和口模電加熱板溫度來糾正之。

④如由于冷卻水的水溫較高，使制品在定型模內(nèi)得不到足夠的冷卻而彎曲，此時可在定型模之間再均勻地噴淋水冷卻，如仍不能解決，則必須降低擠出速率，以延長冷卻時間來加以校正。

⑤在剛開車將異型材型坯引入定型模和牽引機(jī)的過程中，為防止型材被拉長或拉斷，應(yīng)及時在異型材表面噴淋冷卻水，使其表面得到冷卻并具有硬度和剛度而不被拉斷。

但此時應(yīng)注意，要嚴(yán)禁冷卻水在噴淋過程中倒流至口模，導(dǎo)致口模處高溫型坯驟冷而斷裂，同時口模也因驟冷可能不同程度地發(fā)生變形或生銹。

（8）真空定型　PVC是熱塑性塑料，它在一定的溫度下會軟化熔融，冷卻后又會變硬，并固化定型，異型材擠出過程中真空定型就是利用熱塑性塑料冷卻后會變硬并完全定型這種特性。

PVC塑料異型材在擠出過程中，在高溫下被擠出口模的型坯完全處于熔融的塑性狀態(tài)，并直接受牽引進(jìn)入真空定型模，借助真空負(fù)壓的作用，處于軟化態(tài)，但有一定形狀的型坯被緊緊吸附在真空定型模型腔上，并經(jīng)真空定型模內(nèi)循環(huán)冷卻水冷卻為固體。當(dāng)異型材被牽引出真空定型模后，就成型為理想的異型材形狀及尺寸，并且也具有一定的硬度。冷卻定型操作主要是控制真空度和冷卻速率兩個參數(shù)。

真空控制的恰當(dāng)與否，將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，通常真空度應(yīng)控制在大于0.06MPa，它與定型器密封程度和真空泵的性能有關(guān)。

真空度太高，阻力加大會增加牽引機(jī)負(fù)荷，甚至阻礙型坯順利進(jìn)入真空定型模，導(dǎo)致口模與真空定型模入口間積料堵塞。此外還會降低產(chǎn)量，縮短真空使用壽命。

真空底太低，對型坯的吸附力不足，導(dǎo)致嚴(yán)重變形或不成型，無法保證產(chǎn)品的外觀質(zhì)量及尺寸精度，造成極大的浪費(fèi)。

為防止機(jī)頭與定型模之間積料堵塞，開車時應(yīng)等異型材進(jìn)入牽引機(jī)夾緊后，方能打開真空泵，并緩慢蓋上真空定型模上壓蓋，插上固定鎖，最后擰緊定型模上、下模板連接螺絲。

在擠出異型材生產(chǎn)控制過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①根據(jù)不同異型材的截面、壁厚來確定真空度的大小。一般而言，如異型材截面復(fù)雜，壁較厚或不對稱，應(yīng)選用較高真空度，反之則異。

②在擠出壁厚<1.5mm的異型制品時，當(dāng)真空度太高時，會將中空室內(nèi)螺絲孔拉長；導(dǎo)致二次組裝加工時無法擰螺絲，見圖2-43。

因?yàn)檎婵瘴娇p處是有間距的，真空度太高，勢必將使真空吸附縫處的制品表面凸起，引起產(chǎn)品表面凹凸不平。

③如果發(fā)現(xiàn)異型材中空室內(nèi)加強(qiáng)筋或螺絲孔變形，有塌落或凹陷時，說明真空度太小，若真空度已調(diào)到最大時仍有這種現(xiàn)象，欲糾正這種現(xiàn)象，又不允許切斷異型材重新引入定型模時，可采用下列方法：當(dāng)異型材剛擠出口模，尚未進(jìn)入定型模時，用尖頭工具，在有加強(qiáng)筋或螺絲孔部位戳數(shù)個小洞，使異型材進(jìn)入真空定型模時呈開放型中空室，則較容易被真空吸足并緊貼附于真空定型模的模腔表面，從而可獲得理想的異型材。

④如果通過真空度的反復(fù)調(diào)節(jié)或其它措施，都無法將產(chǎn)品吸足，則可適當(dāng)降低牽引速度，待產(chǎn)品被吸足后再逐漸將牽引速度調(diào)至生產(chǎn)正常速度。

⑤為保證型材幾何形狀、尺寸精度和表面光潔度，異型材擠出成型的真空度一般控制在-0.08～-0.06MPa。

（9）水冷卻的冷卻水壓力、流量　型材要得到良好的冷卻定型，定型套必須保持在一個較低溫度，這就需要冷卻水的壓力不能太低，流量不能太小，另外真空水箱內(nèi)的水流速度也不能太低以增加換熱效率，一般冷卻水流量Q要大于2m2/h，水壓大于0.1MPa。

（10）真空水箱的真空度　真空水箱內(nèi)置有真空定型支撐板，并在水箱內(nèi)保持一定的真空度，這樣可以減少型材在冷卻過程中的收縮變形。一般水箱真空度控制在0.002～0.01MPa。