实验二 pp/pe双螺杆挤出
实验目的
1. 理解双螺杆挤出机的基本工作原理，学习挤出机的操作方法。
2. 了解聚烯烃挤出的基本程序和参数设置原理。
实验原理
在塑料制品的生产过程中，自聚合反应至成行加工前，一般都要经过一个配料混炼环节，以达到改善其使用性能或降低成本等目的。传统方法是用开炼机和密炼机，但是效率低下，不能满足生产提高的需要，随后便产生了单螺杆挤出机，继而发展了双螺杆挤出机。双螺杆挤出机具有塑化能力强，挤出效率高，耗能低，混炼效果好，自清洁能力等吸引了塑料行业的注意并取得了迅速发展。另外挤出机也是塑料生产应用最广泛的机器，使用不同的机头可以挤出不同的产品，如型材、片材、管材和挤出吹膜等。因而挤出机在塑料加工行业有其它机器无法替代的重要性。
本实验使用双螺杆挤出机挤出物料切粒，是生产色母料的工艺过程，如果在侧喂料口或者将物料与颜料在捏合机中混合加料，挤出的产品则为色母料，另外如果换为其它机头即可用于生产各种相应产品。
同向旋转双螺杆挤出机组的结构与其它挤出设备一样，包括传动部分、挤压部分、加热冷却系统、电气与控制系统及机架等。由于双螺杆挤出机物料输送原理和单螺杆挤出机不同，通常还有定量加料装置。鉴于同向双螺杆挤出机在塑料的填充、增强和共混改性方面的应用，为适应所加物料的特点及操作的需要，通常在料筒上都设有排气口及一个以上的侧加料口，同时把螺杆上承担输送、塑化、混合和混炼功能的螺纹制成可根据需要任意组合的块状元件，像糖葫芦一样套装在芯轴上，称为积木组合式螺杆，其整机也称为同向旋转积木组合式双螺杆挤出机。
挤出机的结构包括以下几个部分：
(1)传动部分
传动部分就是带动螺杆转动的部分，它通常由电动机、减速箱和轴承等组成，在挤出过程中，要求螺杆在一定的转速范围内运转，转速稳定，不随螺秆负荷的变化而变化，以保证制品的质量均匀一致。为此。传动部分一般采用交流整流电动机、直流电动机等装置。
(2)加料部分
加料部分一般由传动部分、料斗、料筒、螺杆等组成。料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流，电机的转速由专门的仪表来控制，可通过控制电机的转速来实现定量供料。
(3)机筒
由于塑料在机筒内经受高温高压，因此机筒的功用为一承压加热室，机筒外部附有加热设备和温度自控装置及冷却系统（如风冷）。
(4)螺杆
螺杆是挤出机的核心部件，通过螺杆的转动产生对塑料的挤压作用，塑料在机筒内能产生移动、增压和从摩擦中取得部分热量、塑料在移动中得到混合和塑化，粘流态的塑料熔体在被压实而流经模口时，取得所需的形状而定型。
(5)机头和模口
通常机头和模口是一整体设备，机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体变为向模口方向的平行直线运动，并将熔体均匀平稳地导向模口。模口为具有—定截面形状的通道，塑料熔体在模口中流动时取得所需形状并被模口外的定型装置和冷却系统冷却固化而成型。
(6)排气装置及其机理
排气部分由排料口和抽真空系统组成。
原料及主要设备
低密度聚乙烯颗粒料
聚丙烯粒料
南京杰恩特双螺杆挤出机
实验步骤
（一）实验前准备工作
依照相关资料了解所使用材料（pp）的熔点和流动特性设定挤出温度。
检查料斗确认无异物。
检查冷凝水连接是否正常。
检查润滑油是否足量。
（二）开机
1.开电源，设定各区温度，开外接水管阀门（在喂料口窗户下）；
2.温度达到设定值后，开水泵，并恒温30 min，开水槽冷却水；
3.启动油泵，检查系统有无漏油；
4.启动主机电源、喂料电源、强制喂料电源（用侧喂料时开启）；
5.调节主机调速旋钮（先调至5 hz），再调喂料速度旋钮至1-2hz；协同调至所有参数，保持主机转速大于等于喂料转速及侧喂料转速之和的2倍；在低速启动主机喂料电机过程中开始加料；（主机电流不要过大，在25a以下，若过高就上调温度）
6、启动鼓风机、切粒机，物料挤出后经过冷却水槽和鼓风机，调切粒机转速进行切粒。
（三）关机
1.停止喂料机，多路进料时同时停止辅助喂料机；
2.关闭真空管路阀门，打开真空室上盖；
3.逐渐降低螺杆转速，尽量排净筒体残存物料；
4.依次停止主电机冷却风机、油泵、真空泵、水泵；
5.停切粒机等辅助设备；
6.关闭外接水管阀门；
7.关电源总阀
注意事项：
开启主电机前要保证润滑电机启动。
停机时要将主电机和喂料电机调速环降低到零位。
如有异常可紧急停机，然后查明故障原因。
实验分析及讨论
1 简述螺杆的具体结构参数，及其对生产率的影响？
表征螺杆结构特征的最基本的参数如下：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆和料筒的间隙等。
最常见的螺杆外径d为45—150毫米。螺杆直径增大、加工能力提高，挤出机的生产率与螺杆直径d的平方成正比。
①长径比
长径比（螺杆工作部分有效长度与直径之比，表示为l／d）通常为18－25。
l／d大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流。提高挤出机的生产能力，l／d大的螺杆适应性较强，能用于多种塑料的挤出。但l／d过大时，会使塑科受热时间增长而降解，同时因螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，容易引起料简与螺杆间擦伤，并使制造加工困难；增大了挤出机的功率消耗。过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。
②压缩比
压缩比是螺杆加料段最初一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比，表示塑料通过螺杆全长范围时被压缩的倍数。压缩比愈大塑料受到的挤压作用愈大。
③螺槽深度
螺槽浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有利于料筒壁和物料间的传热，物料混合和俗话的效率提高，但生产率则降低；反之，螺槽深时，则情况刚好相反。
④螺旋角
螺旋角是螺纹与螺杆横断面的夹角，随螺旋角增大，挤出机的生产能力提高，但对塑料产生的剪切作用和挤压力减小，通常螺旋角介于10°—30°
⑤间隙
料筒内径与螺杆直径差的一半称间隙δ，它能影响挤出机的生产能力，随δ的增大，生产率降低。δ小，物料受到的剪切作用较大，有利于塑化。但δ过小，强烈的剪切作用容易引起物料出现热机械降解，同时易使螺杆被抱住或与料筒壁摩擦，而且，δ太小时，物料的漏琉和逆流几乎没有，在一定程度上影响熔体的混合。
2 转速对挤出产品性能的影响？
转速大有利于物料的混合，但转速不宜过大，因为转速过大时，对塑料产生的剪切作用和挤压力较大，容易导致物料在螺杆中大量降解。本实验使用纯料聚丙烯和低密度聚乙烯，而纯料流动性非常好，因此转速不用太大也能达到物料充分混合的目的。
4 不同区段料筒温度应该如何控制？为什么机头的温度要稍低于料筒的温度？
聚丙烯是结晶高聚物，熔点在170℃左右，但因熔化潜热大，故熔融温度比熔点高，大致在200一210℃。生产聚丙烯管材必须注意使挤出机温度达到足够高，而且控制挤出机温度在一个较窄的范围内，才能保证均匀挤出。此外加料段温度不宜过高，否则物料熔融包住螺杆，出现滑杆现象。
机头的温度要稍低于料筒的温度，其目的有两个。第一，机头温度低有利于定型，可提高生产效率；第二，可节约能源，减少浪费。
5 简述挤出机机头对挤出过程的影响？
机头对物料流动的阻力与口模和机头的截面尺寸和长度有关，因而也影响挤出量。物料流动时受到的阻力，大体上与口模的截面积或长度成反比。口模截面尺寸愈大或口模平直部分愈短的机头阻力愈小，这时机头内压力的微小波动都会引起挤出量很大的变化，并影响产品的质量。
6 螺杆式挤出机有几种？分别讨论？与其他螺杆式挤出机相比，同向双螺杆挤出机有什么优缺点？
双螺杆挤出机主要有两种：一种为同向双螺杆挤出机，另一种为双向双螺杆挤出机。此外还有三螺杆挤出机等。
与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机的混合能力较强，但剪切力较大，容易导致稳定性较差的物料发生降解。而双向双螺杆挤出机的剪切力更强，只使用与稳定性高的物料混合与挤出。
7 牵引过程中应注意哪些问题？
适当的牵引，保证一定的取向，同时消除部分离模膨胀效应。牵引速度直接影响生产的产量，同时影响管材壁厚，牵引速度不稳定会使产品尺寸出现忽大忽小的现象。牵引速度应与产品的挤出速度密切配合。牵引速度愈慢，尺寸愈大，牵引速度愈快，尺寸愈小．还会使产品纵向收缩率增加，内应力增大，从而影响管材尺寸合格率及使用效果。
8 为什么挤出机挤出物料时，物料刚从模口被挤出时，为无色透明的，而经过冷却水冷却后变为白色不透明的产品？
物料刚从挤出机被挤出时，仍处于熔融状态，物料处于无定形状态，因此呈无色透明状。
