材料成型过程传热原理与设备

挤出成型可加工的聚合物种类很多，制品更是多种多样，成型过程也有许多差异，但基本过程大致相同，比较常见的是以固体状态加料挤出制品的过程。这一挤出成形过程是:将颗粒状或粉状的固体物料加入到挤出机的料斗中，挤出机的料筒外面有加热器，通过热传导将加热器产生的热量传给料简内的物料，温度上升，达到熔融温度。机器运转，料筒内的螺杆转动，将物料向前输送，物料在运动过程中与料简、螺杆以及物料与物料之间相互摩擦、剪切，产生大量的热，与热传导共同作用使加入的物料不断熔融，熔融的物料被连续、稳定地输送到具有一定形状的机头(或称口模)中。通过口模后，处于流动状态的物料取近似口型的形状，再进入冷却定型装置，使物料一面固化，一面保持既定的形状，在牵引装置的作用下，使制品连续地前进，并获得最终的制品尺寸。最后用切割的方法截断制品，以便储存和运输。

比较有代表性的挤出成型的工艺过程为:聚合物熔融、成型、定型、冷却、牵引、切割、堆放。

其他的挤出成型产品，随物料特性，制品大小和产量要求，挤出机的结构、类型和规格可以是不同的;机头结构、形状、尺寸按具体制品而设计制造;冷却定型方式依制品品种和材料性能而定;其余的辅机也会有很多不同点。然而，以上的各工艺环节是基本相同的。

完成一种挤出产品的生产线通常由主机、辅机组成，这些组成部分统称为挤出机组。

1、主机:一台主机有以下三部分组成。

①挤压系统。它是挤出机的关键部分，主要由螺杆和机筒组成。对于一般热塑性塑料，通过挤压系统，物料被塑化成均匀的熔体:对于熔体喂料和带有化学反应的挤出成型，则主要是使物料均匀混合成流体。在螺杆推力作用下，这些均质流体从挤出机前端的口模被连续地挤出。

②传动系统。其作用是驱动螺杆，保证螺杆在工作过程中所需要的扭矩和转速。

③加热冷却系统。它保证物料和挤压系统在成型加工中的温度控制要求。

2.辅机

挤出机组辅机的组成根据制品的种类而定，下列几部分组成。

①机头(口模)。它是制品成型的主要部件，当机头口模的出料截面形状不同时，便可得到不同的制品。

②定型装置。它的作用是将从口模挤出的物料的形状和尺寸进行精整，并将它们固定下来，从而得到具有更为精确的截而形状、表面光亮的制品。

③冷却装置。从定型装置出来的制品，在冷却装置中充分地冷却固化，从而得到最后的形状。

④牵引装置。它用来均匀地引出制品，使挤出过程稳定地进行。牵引速度的快慢，在一定程度上，能调节制品的截面尺寸，对挤出机生产率也有一定的影响。

⑤切割装置。它的作用是将连续挤出的制品按照要求截成一定的长度。

⑥堆放或卷取装置。用来将切成放一定长度的硬制品整齐地堆放，或将软制品卷绕成卷。

3.控制系统

挤出机的控制系统主要由电器仪表和执行机构组成，其主要作用是:控制主、辅机的驱动电机，使其按操作要求的转速和功率运转，并保证主、辅机协调运行;控制主、辅机的湿度、压力、流量和制品的质量;实现全机组的自动控制。

挤出操作中，主要的工艺控制因素如下

1.螺杆转速

螺杆的转速在挤出生产线主机控制装置中调节。螺杆转速的大小直接影响挤出机输出的物料量，也决定由摩擦产生的热量，影响熔体物料的流动件。螺杆转速的调节随螺杆结构和所加工的材料而异，视制品形状、产量和辅机中的冷却速度而不同。

2.螺杆背压

挤出机前的多孔板、滤网和机头上的可调节阻力元件对熔体流动的节制作用可产生不同的螺杆背压。背压的调节使物料得到不同的混合程度和剪切，改变塑化质量和供料的平稳性。

3.机筒、螺杆和机头温度

热塑性聚合物固体在一定的温度条件下发生熔融，转化为熔体。熔体粘度与温度有反比关系.因此，挤出机的挤出量会因物料温度的变化而受到影响。当物料被加入到挤出机料简内时，受到由外部加热装置提供的热量以及由于做功所产生的摩擦热的综合作用。物料在机头中时，机头外部的加热装置提供热量。

假如操作中挤出物料的温度不足以把固体物料熔融线流动性很差，产品的质量不会达到要求;假如温度过高，会使聚合物过热或发生分解。温度的控制是挤出操作中非常重要的控制因素。

螺杆的温度控制涉及物料的输送率，物料的塑化、熔融质量，许多挤出机将螺杆制造成可控制温度的结构。料筒各段的温度根据物料状态变化的需要设定。比较大的机头也将加热装置分成各个部位。挤出机的温度是螺杆，料筒各段，机头各段分别设定并控制的。

4.定型装置、冷却装置的温度。

挤出不同的产品，采用的定型方式和冷却方式是不同的，相关的设备各种各样.但共同的都需要控制温度.冷却介质可以是空气、水或其他液体，温度关系冷却适度、生产效率、制品内应力，若为结晶型聚合物，还关系到与制品的结晶度、晶粒尺寸相关的一些物理性能。冷却介质的温度和流量是操作中可调节的。

5.牵引速度

挤出机连续挤出物料，进入机头，从机头流出的物料被牵出，进入定型装置、冷却装置，牵出速度应与挤出速度相匹配。牵引速度还决定制品截面尺寸，冷却效果。牵引作用产生对制品纵向的拉伸，影响制品的力学性能和纵向尺寸的稳定性等，有时一些工艺中靠牵引速度的调节获得所需性能。牵引速度在挤出操作中的调节很重要。