PP的共混改性挤出注塑,PE的吹塑薄膜成型

班级：12高分子材料与工程1班

学号:********** 姓名:矢名

实验一 PP/EPDM共混改性及挤出造粒、注塑；实验二 PE吹塑薄膜成型 实验三 EPDM橡胶的开炼及密炼 实验四 PP/EPDM性能测定 实验五 EPDM橡胶硫化曲线的测定

实验一：PP/EPDM共混改性及挤出造粒，注塑。

（壹）三元乙丙橡胶/聚丙烯共混改性及其挤出造粒

一、实验目的

1. 聚烯烃改性的基本原理和方法 2. 认识EPDM对聚丙烯的增韧改性。

3. 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。 4. 了解聚烯烃挤出的基本程序和参数设置原理。

二、实验原理

2-1． 聚丙烯及EPDM （一） 聚丙烯 （1）. 聚丙烯的品种

以丙烯聚合而得到的聚合物称为聚丙烯．聚丙烯颗粒外观为白色蜡状物透明性也较好。它易燃，燃烧时熔融滴落并发出石油气味。比聚乙烯更轻。大多数工业聚丙烯是仅由丙烯一种单体聚合而得到的、即为均聚聚丙烯。有时为了满足各种性能需要，在聚丙烯合成过程中，常引入少量乙烯单体(或丁烯－1、己烯—1等)进行共聚，得到共聚聚丙烯。共聚聚丙烯中最重要的是乙烯与丙烯的共聚物。 （2）. 聚丙烯的性能

工业聚丙烯结晶性好，其结晶度一般为50％一70％、有时可达80％。结晶性越好，密度越大。聚丙烯的密度一般为0．90—0．918 g／cm3。 工业聚丙烯的熔点为164一170℃，与聚乙烯相比，有较好的耐热性，其制品能耐100 ℃以上的温度，耐寒性较差，脆化温度高。低温使用温度极限一般为一20℃到一15℃。实际上在0℃附近，聚丙烯就显得有点发脆。 聚丙烯的拉伸强度、屈服强度、刚性、硬度都较聚乙烯高。聚丙烯的电气性能与聚乙烯相似。有优良的电绝缘性。

聚丙烯的基本化学性能与聚乙烯相似．对大多数介质稳定。无机酸、碱或盐的溶液，除具有强氧化性者外，在100℃以下对它几乎无破坏作用。室温下任何液体对聚丙烯不发生溶解作用。

聚丙烯对氧很敏感，易发生热氧老化和光氧老化，老化速度比聚乙烯快得多。铜离子对聚丙烯的老化有强烈的催化作用。聚丙烯的加工温度一般为210一250℃。过高的温度或过长的受热时间．会由于热降解而使分子量明显下降，而引起性能变劣。

聚丙烯急待克服的缺点为：成型收缩串较大，低温易脆裂，酌磨性不足，热变形温度不高，耐光性差，不易染色等。通过共混对聚丙烯改性获得显著成效，例如聚丙烯与乙—丙共聚物、聚异丁烯、聚丁二烯等共混均可改善其低温脆裂性，提高抗冲强度；与尼龙共混不仅增加韧性而且使耐磨性、耐热性、染色性获得改善，与乙烯—醋酸乙烯共聚物共混在提高抗冲强度的同时，改进了加工性、印刷性、耐应力开裂性。聚丙烯的共混改性普遍采用机械共混法，近年来，聚丙烯用嵌段共聚—共混法改性得到发展与重视，该法已用于聚丙烯／聚乙烯、聚丙烯／乙—丙共聚物等共混物的制品，并有取代机械共混法的趋势。 （二）EPDM

(1). EPDM的定义

乙烯(质量百分数45%~70%)、丙烯(质量百分数30%~40%)和双烯第三单体(质量百分数1%~3%)形成的无规共聚物。第三单体通常为双环戊二烯、1，4-己二烯或2-亚乙基降冰片烯。1963年开始商业化生产。每年全世界的消费量是80万吨。EPDM最主要的特性就是其优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力。由于三元乙丙橡胶属于聚烯烃家族，它具有极好的硫化特性。在所有橡胶当中，EPDM具有最低的比重。它能吸收大量的填料和油而影响特性不大。因此可以制作成本低廉的橡胶化合物。 (2). EPDM的特性 低密度高填充性：

乙丙橡胶的密度是较低的一种橡胶，其密度为0.87。加之可大量充油

和加入填充剂，因而可降低橡胶制品的成本，弥补了乙丙橡胶生胶价格高的缺点，并且对高门尼值的乙丙橡胶来说，高填充后物理机械能降低幅度不大。 耐老化性：

乙丙橡胶有优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、颜色稳

定性、电性能、充油性及常温流动性。乙丙橡胶制品在120℃下可长期使用，在150- 200℃下可短暂或间歇使用。加入适宜防老剂可提高其使用温度。以过氧化物交联的三元乙丙橡胶可在苛刻的条件下使用。三元乙丙橡胶在臭氧浓度 50pphm、拉伸30%的条件下，可达150h以上不龟裂。 耐腐蚀性：

由于乙丙橡胶缺乏极性，不饱和度低，因而对各种极性化学品如醇、酸、

碱、氧化剂、制冷剂、洗涤剂、动植物油、酮和脂等均有较好的抗耐性；但在脂属和芳属溶剂（如汽油、苯等）及矿物油中稳定性较差。在浓酸长期作用下性能也要下降。在ISO/TO 7620中汇集了近400种具有腐蚀性的气态和液态化学品对各种橡胶性能作用的资料，并规定了1-4级表示其作用程度,腐蚀性化学品对橡胶性能的影响:

等级 体积 溶胀率/% 硬度降低值 对性能影响 1 <10 <10 轻微或无 2 10-20 <20 较小 3 30-60 <30 中等77 4 >60 >30 严重 耐水蒸汽性能：

乙丙橡胶有优异的耐水蒸汽性能并估优于其耐热性。在230℃过热蒸汽

中，近100h后外观无变化。而氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶在同样条件下，经历较短时间外观发生明显劣化现象。 耐过热水性能：

乙丙橡胶耐过热水性能亦较好，但与所有硫化系统密切相关。以二硫化

二吗啡啉、TMTD为硫化系统的乙丙橡胶，在125℃过热水中浸泡15个月后，力学性能变化甚小，体积膨胀率仅0.3%。 电性能：

乙丙橡胶具有优异的电绝缘性能和耐电晕性，电性能优于或接近于丁苯橡胶、氯磺化聚乙烯、聚乙烯和交联聚乙烯。 弹性：

由于乙丙橡胶分子结构中无极性取代基，分子内聚能低，分子链可在较

宽范围内保持柔顺性，仅次于天然橡胶和顺丁橡胶，并在低温下仍能保持。 粘接性：

乙丙橡胶由于分子结构缺少活性基团，内聚能低，加上胶料易于喷霜，自粘性和互粘性很差。

(3). EPDM的改良品种

三元乙丙和三元乙丙橡胶从20世纪50年代末，60年代初开发成功以来，世界上又出现了多种改性乙丙橡胶和热塑性乙丙橡胶（如EPDM/PE），从而为乙丙橡胶的广泛应用提供了众多的品种和品级。改性乙丙橡胶主要是将乙丙橡胶进行溴化、氯化、磺化、顺酐化、马来酸酐化、有机硅改性、尼龙改性等。乙丙橡胶还有接枝丙烯腈、丙烯酸酯等。多年来，采用共混、共聚、填充、接枝、增强和分子复合等手段，获得了许多综合性能好的高分子材料。乙丙橡胶通过改性，也在性能方面获得很大的改善，从而扩大了乙丙橡胶应用范围。

溴化乙丙橡胶是在开炼机上以经溴化剂处理而成。溴化后乙丙橡胶可提

高其硫化速度和粘合性能，但机械强度下降，因而溴化乙丙橡胶仅适用于作乙丙橡胶与其他橡胶粘合的中介层。

氯化乙丙橡胶是将氯气通过三元乙丙橡胶溶液中而制成。乙丙橡胶氯化

后可提高硫化速度以及与不饱和商榷的相容性，耐燃性、耐油性，粘合性能也所改善。

磺化乙丙橡胶是将三元乙丙橡胶溶于溶剂中，经磺化剂胶中和剂处理而

成。磺化乙丙橡胶由于具有热塑性弹性体的体质和良好的粘着性能，在胶粘剂 、涂覆织物、建筑防水瘦肉、防腐衬里等方面将得到广泛的应用。 丙烯腈接枝的乙丙橡胶以甲苯为溶剂，过氯化苯甲醇为引发剂，在80℃

下使丙烯腈接枝于乙丙橡胶。丙烯腈改性乙丙橡胶不但保留了乙丙橡胶耐腐蚀性，而且获得了相当于丁腈-26的耐油性，具有较好的物理机械性能和加工性能。

热塑性乙丙橡胶（EPDM/PP）是以三元乙丙橡胶为主体与聚丙烯进行混炼。同时使乙丙橡胶达到预期交联程度的产物。化不但在性能上仍保留乙

丙橡胶所固有的特性，而且还具有显著的热塑性塑料的注射、挤出、吹塑及压延成型的工艺性能。

（三）聚丙烯与EPDM的共混增韧

聚丙烯作为世界上五大通用塑料之一，它的应用时非常广泛的，然而，纯的聚丙烯抗冲击能力是很差的，也就是说它是非韧性材料，而在不同的工程应用中韧性是影响聚合物工作情况的关键因素。因此，聚丙烯无法作为工程塑料来使用。但是，如果聚丙烯经过增韧改性以后，其增韧会得到显著的增加，完全可以作为适用于各行各业的工程塑料使用，针对聚丙烯冲击韧性差的缺点，主要是在聚丙烯中加入玻璃化温度低，分子链柔顺的弹性体。对于聚丙烯增韧，研究较多的是用橡胶增韧聚丙烯，尤其是用乙丙橡胶来改性聚丙烯，要控制的参数较多。有些产品的质量不能满足人们的需求，而采用共混的方法，其冲击韧性提高显著，制造工艺相对简单易行。 2-2． 聚合物共混物的界面层

两种聚合物的共混物中存在三种区域结构，聚合物各自独立的相和这两相之间的界面层。界面层亦称为过渡区，在此区域发生两相的粘合和两种聚合物链段之间的相互扩做。界面层的结构，特别是两种聚合物之间的粘合强度常对共混物的性质，特别是力学性能有决定性的影响。 （一）. 界面层的形成

聚合物共混物界面层的形成可分为两个步骤。第一步是分别由两种聚合物组分所构成的两个相之间的接触；第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散。增加两相之间的接触面积无疑有利于两种大分子链段之间的相互扩散、增加两相之间的粘合力。因此，在共混过程中，保证两相之间的高度分散、适当地减小相畴的尺寸是十分重要的。两种大分子链段之间的相互扩散的程度主要决定于两种聚合物之间的混溶性。正是这种相互扩散的程度决定了共混物两相之间的粘合强度。

当两种聚合物相互接触时，在相界面处两种聚合物大分子链段之间有明显的相互扩散。若两相中聚合物大分于有相近的活动性，则两种大分于的链段就以相近的速度相互扩散；当两相中聚合物大分子链段的活动性差别很大，则发生单向的扩散。这种扩散作用的推动力是混合熵，换言之，是链段的热运动。若混合热为正值，则熵的增加最终为混合热所抵消。

扩散的结果，使得两种聚合物在相界面两边产生了明显的浓度梯度，如图所示。

相界面以及相界面两边具有明显的浓度梯度的区域构成了两相之间的界面层，或称为过渡区。两种聚合物相互扩散的深度，即界面层的厚度主要决定于两种聚合物的混溶性。完全不混溶的聚合物，链段之间只有轻微程度的相互扩散，因而两相之间有非常明显和确定的相界面。随着两种聚合物混溶性的增加，扩散程度提高，相界面越来越模糊，界面层厚度越来越大，两相之间的粘合也越来越强。完全混溶的两种聚合物则最终形成均相，相界面

完全消失。

在一般情况下，界面层的厚度约为数百Å，当相畴很小时，界面层的体积可占相当大的比例。例如，当分散相为1μm左右时，界面层可达总体积的20％。在界面层，聚合物的形态结构不同于在本体相的形态结构。不同的聚合物共混物其界面层的厚度和界面层的结构也不同。 （二） 界面层的结构和性质

所谓界面层的结构，主要指的是在界面层两种聚合物之间粘合力的性质、界面层的组成、界面层的厚度。所谓界面层的性质，主要是指界面层的稳定性。就两相之间粘合力的性质而言，界面层有两种基本类型。第一类是两相之间存在化学键，例如接枝共聚物、嵌段共聚物等。第二类是两相之间无化学键，例如一般的机械共混物、互贯聚合物网络(1PN)等。对于两相之间无化学键的共混体系，例如机械共混物，同样适用上述原则。两组分之间的混溶性越大，则界面层厚度越大，界面越弥散。此外尚需考虑两相之间的粘合强度。要使两相之间有足够大的粘合作用，首先必须两相之间有良好的接触和相互之间的润湿作用，其次两种聚合物之间还必须有一定的混溶性以实现两种聚合物链段间的相互扩散。常常用两种聚合物之间的界面张力来衡量上述两种情况。界面张力越小，两相之间的润湿和接触越好，两种链段之间越容易相互扩散，两相之间的粘合强度也越大。

一般而言，两种聚合物之间大那是不混溶的。这本来并不成问题，因为我们所需要的多半正是两相结构的共混物。问题是，这往往导致界面张力过大和两相之间的粘合强度过低。由于界面张力大，加之聚合物熔体的高粘度，这就往往难于实现所要求的分散程度，并且会在加工和使用过程中出现分层现象。粘合强度不足，会使共混物的性能特别是力学性能大幅度下降，因为两相之间结合力小时就不能有效地在两相之间传递和分配负荷。为此，可在共混体系中加入相容剂来降低两相之间的界面张力，提高两相的粘合力，所谓相容剂（增容剂、增混剂、共混剂）就是与两种聚合物组分都有较好相容性，可增加两相之间粘合力的物质，其作用与胶体化学中的乳化剂相当。就增加两相之间的粘合强度和提高产品而言，增混剂很类似于复合聚合物材科中的偶联剂。

最有效的增混剂是与两种聚合物组分都有较大混溶性的嵌段或接枝共聚物， 例如AB型嵌段共聚物就是聚合物A与聚合物B共混的有效增混剂。

增混剂可在共混过程中就地生成，例如按枝共聚—共混过程的情况；也可单独加入到共混体系中，例如在聚乙烯和聚氯乙烯共混时加入氯化聚乙烯。

界面层的组成与两种聚合物组分所构成的两个相都不相同。在界面层，两种聚合物组分存在浓度梯度。此外，在共混体系中若有其它添加剂，那么这些添加剂在两种聚合物组分中和在界面层中的分布一般也不相同。具有表面活性的添加剂和表面活性杂质会向界面层集中，这会增加界面层的稳定性。当高聚物分子量分布较宽时，由于低分子量组分的表面张力较小，因而它会向界面层迁移。这虽然有利于界面层的热力学稳定性，但往往会使界面层的力学强度下降。在界面层，聚合物大分子的形态和聚合物的超分子结构都有不同程度的改变。 2-3. 挤出机结构

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。比如色母料的生产、填料的加入和增强、增韧、阻燃性能的改性塑料生产。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。

图1-1 同向双螺杆挤出机组的结构示意图

1. 机座；2.动力部分；3.加料装置；4.机筒；5.排气口；6.机头；7.冷却装置；8.切粒装置

同向旋转双螺杆挤出机组的结构如图所示，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他围内运转，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。双螺杆挤出机的种类很多，从不同角度可分为同向旋转和异向旋转双螺杆挤出机；啮合型与非啮合型双螺杆挤出机等。挤出机的规格通常用螺杆直径表示，螺杆的直径D通常为30－200 mm，螺杆直径增大，加工性提高，

所以挤出机的生产率与螺杆直径的平方成正比。长径比L／D大能改善物料的温度分配，有利于塑料的混合和塑化。 (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。

三、实验步骤：

（一）实验前准备工作

a) 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。 b) 将所加工材料用电热干燥，按照比例预混合EPDM,PP粒料：按比例称量两种物料，装入袋中，振荡。（如图1-1）

c) 检查料斗确认无异物。 d) 检查冷凝水连接是否正常。 e) 检查润滑油是否足量。 （二）实验过程

1. 开启总电源（图1-2中右上角红色按钮，顺时针旋转），按照工艺要

求设定各加热段温度，启动水泵。开启油泵开关，润滑电机启动。（主屏幕上水泵、油泵对应的圆圈由黑色变为红色），调节各截止阀开度。

2. 通电后，各区进入加热、升温过程，待各区温度达到设定値后，（控制偏差正常应≤2℃）后，保温20~30 min，往料斗中加入PP、EPDM共混物。

3. 用手旋转连轴器看螺杆是否转动灵活。 4. 往冷却水槽通水。 5. 开启切粒装置及及风干机。

6. 启动主电机，在电脑主屏上设定主机调速器运行频率值或转速值。 7. 开启喂料电机，根据调速器的转速或频率设定喂料量。

8. 按工艺要求，调节切粒装置转速，等物料从机头挤出长条后，牵引使之通过冷却水槽，然后引至风干系统风干后切粒。

（三）停机

1. 将加料电机转速降为0，然后关闭加料电机。

2. 主机空转1-2min，待熔体压力降至1.0Mpa以下，停主电机。 3. 停油泵。 4. 停真空泵。

5. 停切粒装置及风干机。

6. 停水泵（等主机料筒温度降下来后再停止冷却）。 7. 断开总电源开关。

四、实验讨论

1. 实验前，检查料斗中是否有异物，检查设备是否正常，清理干净设备现场，严格防止金属杂质、小工具等落入进料料斗中。在操作或者维修工程中切记工具不能随便乱放。

2. 被加工的原料必须干净，严禁金属、砂子等杂质进入料斗，以防损伤机筒和螺杆；另外，未达到规定的工艺温度及预热时间绝对禁止开机！

3. 塑料熔体在挤出前，机头前方不要站人，防止熔体溅出伤到人； 4. 在运转时发现不正常的现象，应立即停机，进行分析、检查和检修，在故障未能有效排除的前提下，不得再次强行开机工作。 5. 部分挤出线条中存在小气泡，由于加料空隙中存在空气，在螺杆挤出过程中空气未从排气孔中全部排出而包裹在空气中，产生气体被包裹在挤出物料中。

6. 刚开始时挤出机机头出料颜色偏黄，在出料期间颜色逐渐变淡至透明状，由于上组实验后在料筒中残留有少量PP，再次实验时这些PP长期处于高温，部分分解，使得刚开始出料偏黄，随着残留物逐渐减少，颜色也逐渐变为正常。

五、思考题

1、聚合物在螺杆中具体的熔融机理是什么？

答：根据物料的变化特征可将螺杆分为加料阶段、压缩段和均化段。

加料段的作用是将料斗供给的料送到压缩段，塑料在移动过程中一般保持固体状态，由于受热而部分熔化，加料段的长度随塑料种类不同，可从料斗不远处起至螺杯总长75%止。

压缩段的作用是压实物料，使物料由固体转化为熔融体，并排除物料中的空气：为适应将物料中的气体推回至加料段、压实物料和物料熔化时体积减少的特点，本段螺杆应对塑料产生较大的剪切力作用和压缩。为此，通常是使螺槽容积逐渐缩减，缩减的程度由塑料的压缩率决定。压缩比除与塑料压缩率有关还与塑料形态有关，粉料比重小，夹带的空气多，需较大的压缩比;

均化段的作用是将熔融物料，定容定压地送入机头使其在口模中成型。均化段的螺槽容积与加料段一样恒定不变。为避免物料因滞留在螺杆头端而死角处引起分解，螺杆头部常设计成半圆形或锥形，有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体称为鱼雷头鱼雷头具有搅拌和节制物料、消除流动时脉动现象产生，并随增大物料的压力，降低层料厚度，改善加热状况，且能进一步提高螺杆塑化效率。本

段可为螺杆长度20~25%。

与料筒表面接触的固体粒子，由于料筒的传导热和摩擦热的作用，首先熔化，并形成一层薄膜，称为熔膜，这些不断熔融的物料，在螺杆杆与料筒的相对运动的作用下，不断向螺纹推进而汇集，从而形成旋涡状的流动区，称为熔池，而在熔池的前面充满受热软化和半熔融后黏在一起的固体粒子，和尚未完全熔结和温度较低的固体粒子，和统称为固体床。熔融区内固体相与液相的界面称为迁移面，大多数熔化均发生在此界面上，它实际上是由固体相转变为液相的过度区域。随随塑料往机头方向的输送，熔融过程逐渐进行。

2、在造粒过程中，为什么要过水浴，优点和缺点各有哪些?

答：本实验所要的是造粒成型，由于熔体在刚挤出时呈现粘流态，若不用冷水冷却，在牵引的时候就较难且容易使两条物料黏在一起，这对造粒来说会产生麻烦，避免物料之间缠绕黏联，故要用冷水冷却。缺点：由于没有足够的时间进行链的解取向和链缠绕，出的产品可能会有较大的内应力。

3、利用螺杆挤出机进行混合，最大的优点是什么？

答：单螺杆挤出机主要优点:结构简单、加工制造及维护成本低，操作方便、生产效率高、挤出过程连续、见效快、具有很高的性能价格比。

双螺杆挤出机有平行双螺杆和锥型双螺杆之分，从转向上又分为同向和反向两种，具有挤出产量高、混合效果好等优点，在橡胶、塑料和食品加工方面得到迅速推广，发展较快。与双螺杆挤出机相比，单螺杆挤出机的主要缺陷之一就是混合效果差。但双螺杆挤出机的传动以及控制系统较单螺杆挤出机结构复杂，成本也较高，其发展速度又受到经济条件制约。

4、单螺杆和双螺杆挤出机的最大区别是什么？

答：最大区别在于双螺杆比单螺杆多了一根杆，使得双螺杆挤出机可以产生更多剪切力。

5、为什么双螺杆挤出机的混合效果要远远优于单螺杆挤出机？

答：对双螺杆挤出机中流体的数学分析发现，在捏合区发生了明显的拉伸流动。拉伸流动能显著达到比剪切流动更充分的分散效果，所以双螺杆挤出机的混合效果要远远优于单螺杆挤出机。

6、为什么要对PP进行造粒?

答:装置的挤压造粒机，作用是将混合好的聚丙烯粉料与加入的添加剂一起进一步均匀的混合，通过螺旋杆对树脂的剪切作用，使机械能转化为热能将树脂充分挤压熔融，最后切粒，成为最终的聚丙烯颗粒产品。

7、为什么挤出机挤出物料时，刚从模口挤出为无色透明状。当物料经冷却水冷却后却变为白色不透明状产品？

答：物料刚从挤出机挤出时，仍处于熔融状态，物料处于无定形状态，因此呈无色透明状。当物料经过冷却水冷却后，发生结晶，又由于冷却速度慢而导致晶粒较大，光纤无法透过产品，因而产品失去透明性。

8、简述挤出机机头对挤出过程的影响。

答：机头对物料流动的阻力与口模和机头截面积尺寸和长度有关，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和长度成反比。口模截面尺寸愈大或口模平直部分愈短阻力愈小，这时机头内压力的微小波动都会引起挤出量很大的变化，并影响产品质量。

（贰） PP/EPDM共混改性及其注塑成型

一、 实验目的

1． 了解柱塞式和移动螺杆式注射机的结构特点及操作程序；掌握热塑性塑料注射成型

的实验技能。 2． 了解注射成型工艺条件与注射制品质量的关系。

二、 实验原理

在聚丙烯、乙丙橡胶混合造粒过程中，主要采用螺杆挤出机作为主要的混炼设备，以螺杆注塑机作为加工成型的主要设备。单螺杆挤出机的作用及其原理，在前一实验中已经详细讨论，以下主要讨论螺杆注塑机的基本工作原理和影响因素。

1．注射过程原理

注射模塑(又称注射成型或注塑)是高分子材料成型加工中一种重要的方法，应用分广泛，几乎所有的热塑性塑料及多种热固件塑料都可用此法成型。热塑性塑料的注射成型又称注塑，是将粒状或粉状塑料加入到注射机的料筒。经加热熔化后呈流动状态，然后在注射机的柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力下。从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具内。充满模腔的熔体在受压的情况下，经冷却固化后，开模得到与模具

型腔相应的制品。用注射模塑可成型各种形状、精度、尺寸，满足各种要求的模制品。注射模塑己成功地用来成型某些热固性塑料。

注射模塑制品约占塑料制品总量的20％一30％，随着工程塑料的发展，工程塑料的80％是经注射模塑成制品。尤其是塑料作为工程结构材料的出现，注射模塑制品的用途已从民用扩大到国民经济各个领域中，并将逐步代替传统的金属相非金屑材料制品，这些制品主要是各种工业配件，仪器仪表的零件、结构件和壳体等。在发展尖端科学技术中，也是不可缺少的。在我国实现四个现代化建设中将起着重要的作用。由于注射模塑具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料控制品；对成型各种塑料的适应性强；生产效率高，易于实现全自动化生产等一系列优点。因此，注射模塑是一种比较经济而先进的成型技术，发展迅速。并将继续朝着高速化和自动化的方向发展。

注射模塑是通过注射机来实现的。注射机的类型很多，分类方法又不同，按机器的外形特征分为：立式注射机、卧式注射机、角式注射机和多模注射机，按机器的传动方式分为；液压式和机械式注射机；而注塑和注射方式分为：柱塞式注射机、螺杆定位预塑注射机、移动螺秆式注射机等。无论那种注射机，其基本作用均为两个：①加热塑料，使其达到熔化状态；②对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。为了更好地满足上述两个基本作用，注射机的结构已经历了不断改进和发展的过程。最早出现的柱塞式注射机(见图)结构简单，是通过一料简和活塞来达到塑化与注射两个基本作用的，但控制温度和压力比较困难。

后来出现的单螺杆定位预塑注塑机(如图)，系由预塑料筒和注塑料筒相衔接而组成。塑料首先在预塑料筒内加热塑化并挤入注射料简，然后通过柱

塞高压注射入模具型腔。这种注塑机的加料量大，塑化效果显著改善，注射压力和速度较稳定，但是出于操作困难且结构比较复杂，应用不广。

至50年代末期，移动螺杆式注射机问世，它标志着注射模塑工艺上的一大突破。它是由一根螺杆和一个料筒组成的(见图)。加入的塑料依靠螺杆在料筒内的转动而加热塑化，并不断的被推向料筒前端靠近喷嘴处，螺杆在转动的同时缓使地向后退移．达到顶定位置和限位开关相接触时．螺杆即停止转动。此时，螺杆接受液压油缸柱塞传递的高压而进行轴向位移，将积存在料筒端部的熔化塑料推过喷嘴而以高速注射人模具。移动螺杆式注射机的效果几乎与预塑注射机相当，但结构简化，制造方便。它与柱塞式注射机相比，可使塑料在料筒内得到良好的混合和塑化，不仅提高了模塑质量，还扩大了注射成型塑料的范围和注射量。因此，移动螺杆式注射机得到很大的发展。当前广泛使用的多是移动螺杆式注射机，但在生产60g以下的小型制件时多用柱塞式注射机。而对模塑热敏性塑料，流动性差的各种塑料，中型及大型注射机则多用移动螺扦式。

各种注射机完成注射模塑的动作程序不完全相同，但其模塑的基本过程还是相同的。现以螺杆式注射机为例子以说明。将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒，在料筒外加热和螺杆剪切作用下，物料实现其物理状态的变化，最后呈粘流态，并建立起一定的压力。合模油缸中的压力油推动合模机构动作，移动模板使模具闭合。注射座前移，注射油缸充入压力油，使油缸活塞带动螺杆按要求的压力和速度将熔料注入到模腔内。保压后，螺杆克服注射油缸活塞退回时的阻力(背压)进行预塑，为整循环做好准备。同时，模腔内的熔料冷却定型，然后打开模具，在顶出机构的作用下将制品脱出．从而完整个模塑周期。注射模塑流程图表示如下：

注射模塑的一个模塑周期从几秒钟至几分钟不等，时间的长短取决于制件的大小、形状和厚度，注射机的类型以及所采用塑料的品种和工艺条件等因素：以下将对注射模塑设备及注射模塑工艺加以介绍。

自从热固性塑料成功地采用注射模塑后，不仅使其制品质量稳定、性能提高、尺寸准确、成型周期缩短，而且劳动条件也得到适当的改善，近年来发展很快。由注射原理演变而用于热固性塑料成型的传递模塑法等。

反应注射模塑是一种较新的模塑工艺，因其具有能量损耗低、制件尺寸大、可模制复杂制件的特性，得到迅速发展。

移动螺杆式和柱塞式注射机主要由注射系统、锁模系统和塑模三大部分组成，现分述如下。

（一） 注射系统

注射系统是注射机的主要部分，其作用是使塑料塑化和均化，并在很高

的压力和较快的速度下，通过螺杆和柱塞的推挤将熔料注射人模具。注射系统包括：加料计量装置、料筒、柱塞和分流棱、螺杆、喷嘴及加压和驱动装置等部件。

1．料筒

为塑料加热和加压的容器．因此要求料筒能耐压、耐热、耐疲劳、抗腐蚀、传热性好，柱塞式注射机的料筒容积约为最大注射量的4—8倍。容积过大时，塑料在高温料筒内受热时间较长，可能引起塑料的分解和变色，从而影响产品质量，甚至中断生产；容积过小时，塑料在料筒内受热时间太短，塑化不均匀。螺杆式注射机因为有螺杆在料简内对塑料进行搅拌，料层比较薄，传热效率高，塑化均匀，一般料筒容积只需要最大注射量的2—3倍。

料筒外部配有加热装置，一般格料简分为2—6个加热区，使其能进行分段加热和控制。近料斗一端温度较低，靠喷嘴端温度较高。料筒各段温度是通过热电偶和恒温控制仪来精确控制的。根据注射螺杆塑化物料时产生的剪切热比挤出机少的特点，一般对料筒和螺杆无需加冷却装置，而是靠自然冷却，但是为了能顺利进料，在料斗座加料口处设置冷却水套进行冷却。料筒内壁转角处均应作成流线型，以防存料而影响制品质量。料筒各部分的机械配合要精密。

料筒常采用铬、钼、铝的特殊合金钢制造，经氮化处理，表面硬度较高。 2. 柱塞与分流梭

柱塞与分流梭都是柱塞式注射机料简内的重要部件。柱塞的作用是将注射油缸的压力传递给塑料并使熔料注射入模具。柱塞是一个表面光洁、硬度较高的圆柱体，其头部做成内圆弧或大锥度的凹面。柱塞与料筒的配合要求既不漏料，又能自由地往复运动。

分流梭是装在料筒前端内腔中而形状颇似鱼雷体的一种金属部件。它的作用是使料简内的塑料分散为薄层并均匀地处于或流过料筒和分流梭组成的通道，从而缩短传热导程，加快热传递和提高塑化质量。塑料在柱塞式注射机内升温所需的热量，主要是靠料筒外部加热器所供给。但塑料在料筒内的流动，通常都是层流流动，所受剪切速率不高，而且粘度偏大，再加上塑料的导热系数很低，这样，如果想通过提高料筒温度梯度来增加传热量，以达到塑化均匀，不仅会延长塑化时间，而且使靠近料筒部分的塑料容易发生热分解。装上分流梭后，可使料层变薄，这特有利于加热。再者，分流梭上

还附合紧贴料筒壁起定位作用的凸出筋条，于是热量就可从料筒通过筋条传到分流梭而对塑料起加热作用，使分衡在通道内的薄层塑料受到内外两面加热，致使塑料能较快和均匀的升高温度。此外，在通道内，由于料层的截面积减小，熔料所受的剪切速率和摩擦热都会增加，致使它的粘度得到双重下降，这对注射和传热都有利。

3. 螺杆

螺杆是移动螺杆式注射机内的重要部件。它的作用是对塑料进行输送、压实、塑化和施压。螺杆在料筒内旋转时，首先将料斗来的塑料卷入料筒，并逐步将其向前推迭、压实、排气和塑化，随后熔融的塑料就不断地被推到螺杆顶部与喷嘴之间．而螺杆本身则因受熔料的压力而缓慢后移。当积存的熔料达到一次注射量时，螺杆停止转动。注射时，螺杆将液压或机械力传给熔料使它注入模具。注射螺杆的形式和挤出机螺杆相似，有渐变螺杆；突变螺杆两大类。

注射螺杆特点介绍如下：①注射螺杆在旋转时有轴向位移，因此螺杆的有效长度是变化的；②注射螺杆的长径比和压缩比较小。一般L／D＝16—20，压缩比为2—2．5。注射螺杆在转动时只需要它能对塑料进行塑化，不需要它提供稳定的压力，可以通过调节背压来调节注射螺杆的塑化情况，但螺杆压缩比不同，其调整背压的效果是不一样的，即小压缩比的螺杆，调整背压物料塑化温度的变化明显，故小的压缩比可以提高适应性。注射螺杆的压缩比，对结晶性塑料如PP、PE、PA，一般取3．o一3．5；对粘度高的塑料，如PVC、聚甲醛等，可取1．4—2，通用型螺杆可取2—2．8。③注射螺杆的螺槽深度—般偏大．借以提高生产率；④注射螺杆有轴向位移，因此加料段应较长，约为螺杆长度的一半，而压缩段和计量段则备为螺杆长度的l／4。⑤为使螺杆对物料施压进行注射时不致出现熔料积存或沿螺槽回流

的现象，对螺杆头部结构应进行考虑。就熔融粘度大的塑料来说，通常都采用锥形尖头的注射螺杆，采用这种螺杆是为了减少注射时物料流动的阻力。 4. 喷嘴

喷嘴是连接料筒和模具的过渡部分。注射时，料筒内的熔料在螺杆或柱塞的推挤作用下，以高压和快速流经喷嘴而注入模具，因此，注射喷嘴的结构形式、喷孔大小以及制造精度均将直接影响熔料的压力和温度的损失，射程的远近、补缩作用的优劣以及是否产生“流涎”现象等 目前使用的喷嘴种类繁多，且都有其特定使用范围。 5. 加压和驱动装置

供给柱塞或螺杆对塑料施加的压力，也就是使柱塞或螺杆在注射周期中发生必要的往复运动进行注射的设施，即加压装置，它的动力源有液压力和机械力两种，但大多数采用液压力，而且多采用自给式的油压系统供压。

驱使螺杆式注射机螺杆转功而使其完成对塑料预塑化的装置，是驱动装置。若按实现螺杆变速的力式分类，可分为无级调速和有级调速两大类。无级调速，主要有液压马达和调速电机(或经齿轮箱)传动；有级调速，主要有定速电动机经变速齿轮箱传动。实际应用最普遍的是液压马达和电动机—变速齿轮箱两种传动形式。

（二） 锁模系统

在注射机上实现锁合模具、启闭模具(又称合模装置)和顶出制件的机构总称为锁模系统。锁模装置是保证成型模具可靠的闭锁、开启并取出制品的部件。一个完善的合模装置，应该具备下列三个基本条件：

第一．足够的锁模力，使模具在熔料压力(即模腔压力)的作用下，不发生开缝现象。

第二．有足够的模板面积、模板行程和模板间的开距，以适应不同外形尺寸制品的成型要求。

第三、模板的运动速度，应满足闭模时先快后慢，开模时慢、快、慢，以防止发生模具的碰撞，实现制品的平稳顶出并提高生产能力。

锁模系统主要由固定模扳、活动模板、拉杆、油缸、连杆以及模具调整机构、制品顶出机构等组成。

锁模系统的结构、种类较多，若按实现锁模力的方式分，则有机械式、液压式和液压—机械组合式三大类。

（三） 模塑

塑模亦称模具，是在成型中赋予塑料制件以形状和尺寸的部件组合体。塑模的作用是：完成塑料制品所需的外形尺寸、强度及性能要求。随塑料的品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同具有千姿百态，但是基本结构是一致的。塑模主要由浇注系统、成型零件和结构零件三大部分所组成。其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分，并随塑料和制品而变化，是塑模中变化最大，加工光洁度和精度要求最高的部分。浇注系统是指塑料从喷嘴进入型腔前的流道部分、包括主流道、冷料穴、分流道和挠口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、成型秆以从排气口等。

1. 液压控制系统

为了保证注射机按预定的工艺条件(压力、速度、温度和时间)及动作程序(合模、注射、保压、须塑、冷却、开模、顶出制品)准确有效地工作，现代塑料注射机多由机械、液压和电器组成的机械化、自动化程度较高的综合控制系统。 注射机的液压控制系统是注塑机的重要组成部分，它的工作质量，如系统工作的稳定性、可靠性、重复精度、灵敏性、节能性以及低噪音性能等都将直接影响注塑制品质量、尺寸稿度、注塑成型周期、生产成本和维护检修工作等。

注射机液压控制系统的特点：

①注射机液压控制系统严格地按液压程序进行工作。注射机的液压控制系统与其他的液压机械比较有较严格的液压控制程序，注射机液压系统、电器系统与自动化仪表系统按着注塑工艺要求组成较完善的工作程序和循环周期。液压控制系统通过各液压元件按规定程序操纵各执行元件(工作油缸)完成动作。

②注塑机液压控制系统，在每一个注塑周期中，系统的压力和流量是技工艺要求进行变化的。

③注射机的注射功率可以在超载下使用，而螺杆的塑化功率、启闭模功率都应在接近或等于额定功率条件下使用。注射机的液压控制系统在注射时所需的功率最大，其次是保压、塑化、启闭模。虽然注射功率最大并超过平均功率，但是注射程序持续的时间很短，考虑到电机所允许的瞬时超载特性，为了节能，可以在超负荷条件下使用电机，使电机的额定功率小于泵的最大

输出功率而大于平均功率。

（四） 注射机的主要技术参数

注射机的主要技术参数有公称注射量、注射压力、注射速率、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等。

（五） 注射过程

整个注射模塑过程包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模等几个步骤。

1. 加料

由于注射模塑是一个间歇过程，在每一个生产周期中，加入到料筒中的料量应保持稳定，当操作稳定时，物料塑化均匀，最终制品性能优良。加料过多时，受热时间长，容易引起物料热降解，同时使注射机的功率损耗增加；加料过少时，料筒内缺少传压介质，模腔中塑料熔体压力降低，补缩不能正常进行，制品易出现收缩、凹陷、空洞等缺陷。因此．注射机一般都采用容积计量加料。对柱塞式注射机，可通过调节料斗下面定量装置的调节螺帽来控制加料量。移动螺杆式注射机的加料量，可通过调节行程开关与加料计量柱的距离而得到控制e 2. 塑化与流动

这是指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。因此可以说塑化是注射成型的准备过程。就生产的工艺而论，对这一过程的总要求是：塑料在进入模腔之前应达到规定的成型温度并能在规定时间内提供足够数量的熔融塑料，熔料各点温度应均匀一致，极少发生热分解以保证生产的连续进行。上述要求与塑料的特性、工艺条件的控制以及注射机的塑化结构均密切相关，而且直接决定着制件的质量。 3．注射与冷却

这一过程是指用柱塞或螺杆的推动将具有流动性和温度均匀的塑料熔体注入模具开始，而后充满型腔，熔体在控制条件下凝固冷却定型，直到制品从模腔中脱出时为止的过程。这一过程所经历的时间虽短，但是熔体在其间所发生的变化却不少，而且这种变化对制品的质量有着重要的影响。

塑料在柱塞式注射机中受压和受热时，首先由压力将粒状物料压成柱状固体，而后在受热中逐渐变成半固体以至熔融体。所以料筒内的塑料自前至后存有三种状态，而且三种状态的压力损失都是随料筒直径加大而减小的。

增大直径，对塑化是不利的，所以柱塞式注射机中塑料的流动和加热过程之间存在着矛盾。而且注射压力损失大，注射速率较低。

物料在螺杆式注射机中，所遇的阻力共有两种：一是螺杆顶部与喷嘴之间的液体流动阻力，二是螺杆区塑料与料筒内壁之间的阻力。由分析可知，螺杆式注射机注射时的阻力要比校塞式注射机小得多。

不管是何种形式的注射机，塑料熔体进入模腔内的流动情况均可分为充模、压实、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。在连续的四个阶段中，塑料熔体的温度将不断下降，而压力的变化则如图

（1）．充模阶段

这一阶段从柱塞或螺杆开始向前移动起，直至模腔被塑料熔体充满(时间从零处止t1时)为止。充模开始—段时间内模腔中没有压力，待模腔充满时，料流压力迅速提升而达到最大值P0。充模的时间与注射压力有关。充模时间长，先进入模内的塑料，受到较多的冷却，粘度增高，后面的塑料就需要在较高的压力下才能进入塑模。这样，由于塑料受到较高的剪切应力，分子定向程度比较大。这种现象如果被保留到料温降低至软化点以后，则制品中就有冻结的定向分子，使制品的性能具有各向异性。这种制品在温度变化较大的使用过程中会出现裂纹，裂纹的方向与分子定向方向是一致的。而且，制品的热稳定性也较差，这因为塑料的软化点随着分子定向程度增高而降低。高速充模时，塑料熔体通过喷嘴、主流道、分流道和挠口时将产生较多的摩擦热而使料温升高，这样当压力达到最大值的时间内时，塑料熔体的温度就能保持较高的值．分子定向程度可减少，制品熔接强度也可提高。充模过快时，则在嵌件后部的熔接往往不好致使制品强度变劣。

（2）．压实阶段

这是指自熔体充满模腔时起至柱塞或螺杆撤回时(时间从t1到t2)为止的一段时间，这段时间内，塑料熔体会因受到冷却而发生收缩，但因塑料仍然处于柱塞或螺杆的稳压下，料筒内的熔料必然会向塑模内继续流入以补足因收缩而留出的空隙。如果柱塞或炽杆停在原位不动，压力曲线略有衰减；如果柱塞或螺杆保待压力不变，也就是随着熔料入模的同时向前作少许移动，则在此段中模内压力维持不变，此时压力曲线即与时间轴平行。压实阶段对于提高制品的密度、降低收缩率和克服制品表面缺陷都有影响。此外，由于塑料还在流动，而且温度又在不断下降，定向分子容易被冻结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段拖延愈长时，分子定向程度也将愈大。

（3）．倒流阶段

这个阶段是从柱塞或螺杆后退时开始至浇口处熔料冻结时为止(时间从t2到t3)，这时模腔内的压力比流道内高．因此就会发生塑料熔体的倒流，从而使模腔内压力迅速下降。倒流将一直进行到浇口处镕料冻结为止。如果柱塞或螺杆后撤时浇口处的熔料已冻结，或者在喷嘴中装有止逆阀，则倒流阶段就不存在，也就不会出现t2—t3段压力下降的曲线。因此倒流的多少与有无是由压实阶段的时间所决定的。但是不管浇口处熔料的冻结是在柱塞或螺杆后辙以前或以后，冻结时的压力和温度总是决定制品平均收缩率的重要因素，而影响这些因素的则是压实阶段的时间。倒流阶段既有塑料的流动，因此就会有大分子的定向，但是．所波及的区域也不大。相反地，由于这—阶段内塑料温度还较高，可能因布朗运动而解除定向。 （4）．冻结后的冷却阶段

这一阶段是指浇口的塑料完全冻结时起到制品从模腔中顶出时(时间从t3-t4)为止。模内塑料在这一阶段内主要是继续进行冷却，以便制品在脱模时具有足够的刚度而不致发生扭曲变形。在这一阶段内，虽无塑料从浇口流出或流进，但模内还可能有少量的流动，因此，依然能产生少量的分子定向。由于模内塑料的温度、压力和体积在这一阶段中均有变化，到制品脱模时，模内压力不一定等于外界压力，模内压力与外界压力的差值称为残余压力。残余压力的大小与压实阶段的时间长短有密切关系。残余压力为正值时，脱模比较困难，制品容易被刮伤或破裂；残余压力为负值时，制品表面容易有

陷痕或内部有真空池。所以只有在残余压力接近零时，脱模方较顺利，并能得满意的制品。

应该指出，塑料自进入塑模后即被冷却，直至脱模时为止。如果冷却过急或塑模与塑料接触的各部分温度不同，则由于冷却不均导致收缩不均匀，所得制品将会产生内应力。即使冷却均匀，塑料在冷却过程中通过玻璃化温度的速率还可能快于分子构象转变的速率，这样，制品中也可能出现分子构象不均衡所引起的内应力。

（六） 注射模塑工艺条件的分析讨论

生产优质注射制品所涉及的因素很多。一般说来，当提出一件新制品的使用性能和其他有关要求后，首先就应在经济合理和技术可行的原则下，选择最适合的原材料、生产方式、生产设备及模具结构。在这些条件确定之后，工艺条件的选择和控制就是主要考虑的因素。

注射模塑最重要的工艺条件是影响塑化流动和注射冷却的温度、压力和相应的各个作用时间。

1. 温 度

注射模塑过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主

料筒温度

料筒温度的选择应保证塑料塑化良好度的选择应考虑以下几个方面。 （1）．塑料的特性

能顺利实现注射又不引起塑料分解。料筒温度的选择与各种塑料的特性有关。每种塑料都具有不向的流动温度tf，因此，对无定型塑料，料筒末端最高温度应高于流动温度tf，对结晶型塑料应高于熔点tm但必须低于塑料的分解温度td，故料筒最合适的温度范围应在tf或tm-td之间。

对于tf一td区间狭窄的塑料，控制料筒温度应偏低(比tf稍高)；而对tf一td区间较宽的塑料可适当高一些。

塑料的热氧化降解机理十分复杂，而巳随着外界条件的变化可以出现不同的形式；大抵温度愈高，时间愈长(即使是温度不十分高的情况下)时，降解的量就愈大，因此对热敏性塑料，如聚甲醛、聚三氟氯乙烯、聚氯乙烯等，除需严格控制料筒最高温度外，还应控制塑料在加热料筒中停留的时间。

玻璃纤维增强的热塑性塑料，随着玻璃纤维含量的增加，熔料流动性降低，因此要相应地提高科筒温度。 （2）．塑料的来源和牌号

同一种塑料，由于来源和牌号不同，其流动温度及分解温度是有差别的，这是由于平均相对分子质量和相对分子质量的分布(分散度)不同所致。凡是平均相对分子质量高．分布较窄的塑料熔融粘度都偏高；而平均相对分子质量低，分布较宽的塑料熔融粘度则较低。为了获得适宜的流动性，前者较后者应适当提高料筒温度。 （3）．注射机的类型

塑料在不同类型的注射机(柱塞式或螺杆式)内的塑化过程是不同的，因而选择料筒温度也不相同。柱塞式注射机中的塑料仅靠料筒壁及分流梭表面往里传热，传热速率小，因此需要较高的料筒温度。在螺杆式注射机中，由于螺杆的剪切与混合作用使传热加快，同时还能获得较多的摩擦热，因此选则的料简温度可低一些(一般约比柱寒式的低10—20℃)。 （4）．制品壁厚及形状

选择料简温度还应结合制品及模具的结构特点。由于薄壁制件的模腔比较狭窄，熔体注入时阻力大，冷却快，因此，为了顺利充模，料筒温度应选择高一些。相反．注射厚壁制件时，科筒温度却可选择低一些。对于形状复杂或带有嵌件的制件，或者熔体充模流程曲折较多或较长的，料筒温度也应选择高一些。 2. 喷嘴温度

喷嘴温度通常是赂低于料筒最高温度的．这是为了防止熔料在直通式喷嘴可能发生的“流涎现象”。由喷嘴低温产生的影响是可以从塑料注射时所发生的摩擦热得到一定的补偿。当然，喷嘴温度也不能过低，否则将会造成熔料的早凝而将喷嘴堵死，或者由于早凝料注入模腔而影响制品的性能。

料筒和喷嘴温度的选择不是孤立的，与其他工艺条件存有一定关系。例如选用较低的注射压力时，为保证塑料的流动，应适当提高科筒温度。反之，料简温度较低就需要较高的注射压力。由于影响因素很多，一般都在成型前通过“对空注射法”或“制品的直观分析法”来进行调整，以便从中确定最佳的料筒和喷嘴温度。 3. 模县温度

模具温度对制品的内在性能和表观质量影响很大。模具温度的高低决定于塑料有太结晶性、制品的尺寸与结构，性能要求，以及其他工艺条件(熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等)。模具温度通常是凭通入定温的冷却介质米控制的，也合靠熔料注入模具自然升温和自然散热达到平衡而保持一定的模温的。在某些情况下，有采用电阻加热圈或加热棒对模具加热而保持定温的。不管采用什么方法使模具保持定温．对塑料熔体来说都是冷却，因为保持的定温都低于塑料的玻璃化温度或工业上常用的热变形温度，从而使塑料成型和脱模。

无定型塑料熔体注入模腔后，随着温度的不断降低而固化，不发生相的转变。模温主要影响熔料的粘度，即影响充模速率。如果充模顺利，采用低模温是可取的．可以缩短冷却时间，提高生产效率。对于溶体粘度较低或中等的太定型塑料(如聚苯乙烯，醋酸纤维素等)，模具的温度常偏低，而对于熔融粘度高的(如聚碳酸酪、聚苯醚、聚矾等)．则必须采取较高的模温(聚碳酸酯90一120℃，聚苯醚110－130℃．聚砜130－150℃)。这些塑料的软化点都较高，提高模温可以调整制品的冷却速率使之均匀一致，以防制品因温差过大而产生生凹痕、内应力和裂纹等缺陷。结晶性塑料注入模腔内，当温度降低到熔点以下时即开始结晶。结晶的速率受冷却速率的控制，而冷却速率是由模具温度控制的，因此模具温度直接影响制品的结晶度和结晶构型。模具温度高时．冷却速率小．但结晶速率可能大，因为一般塑料最大结晶速率的温度都在熔点以下的高温一边。其次，模具温度高时还有利于分子的松弛过程，分子取向效应小。这种条件仪适于结晶速率很小的塑料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯等，在实际注塑中很少采用。因为模温高会延长成型周期和使制品发脆；模具温度中等时，冷却速率适宜，塑料分子的结晶和定向也都是适中的，这是通常用得最多的条件。不过所谓模具温度中等，是指一个区域，具体的温度仍然需由实验决定；模具温度低时，冷却速率大，熔体的流动与结晶同时进行，但熔体在结晶温度区间停留的时间缩短，不利于晶体或球晶的生长，致使制品中分子结晶程度较低。如果所用塑料的玻璃化温度又低，如聚烯烃等，就会出现后期结晶过程，从而引起制品的后收缩和性能的变化。此外，模具的结构和注射条件也合影响冷却速率。例如提高料筒温度和增加制品厚度都会使冷却速率发生变化。由于冷却速率不同引起结晶程度的变化，对高压聚乙烯可达2％一3％，低压聚乙烯可达10％，聚酰胺可达

40％。即使是同一制件，其中各部分的密度也可能是不相同的。这说明各部分的结晶度不一样。造成这种现象的原因很多，但是主要是熔料各部分在模内的冷却速率差别太大。 4. 压力控制

注射模越过程中的压力包括塑化压力、注射压力和保压压力，并直接影响塑料的塑化和制品的质量。

塑化压力(背压)

采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力，亦称背压，这种压力的大小是可以通过液压系统中的溢流阀来调整的。注射中，塑化压力的大小是随螺杆的设计、制品质量的要求以及塑料的种类等的不同而异的。如果这些情况和螺杆的转速都不变，则增加塑化压力时即会提高熔体的温度，但会减小塑化的速率。此外，增加塑化压力常能使熔体的温度均匀、色料的混合均匀相排出溶体中的气体。

除非可以用较高的螺杆转速以补偿所减少的塑化速率外，增加塑化压力，就会延长模塑周期，因此有导致塑料降解的可能性．尤其是选用浅槽型的螺杆。

—般操作中，在保证制品质量优良的前提下塑化压力越低越好，其具体值随所用塑料品种而异。但通常很少超过2MPa。

注射聚甲醛时．较高的塑化压力(也就是较高的熔体温度)可提高制品的表面质量，仰有可能使制品变色、降低塑化速率和流动性。对聚酰胺塑料，塑化压力较低。否则塑化速率将很快降低，因为螺杆中逆流和漏流增加的缘故，如需增加料温，则应采用提高料筒温度的办法。聚乙烯的热稳定性高，提高塑化压力不会有降解危险，用于混料和混色时尤为有利，不过塑化速率仍然要下降。

注射压力

所有注射机的注射压力都是以柱塞或螺杆顶部对塑料所施的压力(由油路压力换算来的)为准的。注射压力在注射成型中所起的作用是，克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力、给予熔料充模的速率以及对熔料进行压实。随着注射机的类型、被加工物料的种类及温度、制品结构的复杂程度、壁厚、挠道设计等情况的不同，所需的注射压力也不相同c通常注射压力在40—128MPa范围内。

保压压力

保压压力的作用是：①压紧塑料，使塑料紧贴模壁，以获得精确的形状，同时使先后进入模腔中的朗料熔成一个整体。②对模内塑料冷却收缩时进行补料。 保压压力在生产中有等于注射时所用注射压力的，也有适当降低的。如果注射和压实时的压力相等，则往往可以使制品的收缩率减少，并使批量制品之间的尺寸波动较小，缺点是造成脱模时的残余压力较大和成型周期较长。但对结晶性塑料来说，成型周期也不一定增长，因为压实压力大时可以提高塑料的熔点(例如聚甲醛，如果压力加大49MPa，则其熔点可提高9℃，脱模可以提前。 5. 时间(成型周期)

完成一次注射模塑过程所需的时间称为成型周期，也称模塑周期。它实际包括以下

在整个成型周期中，以注射时间和冷却时间最重要，它们对制品的质量起决定性的影响。注射时间中的充模时间直接反比于允模速率，后者已在前面讨论过，此处不冉赘述。生产中，充模时间一般约为3—5s：

注射时间中的保压时间就是对型腔内塑料的压实时间，在整个注射时间内所占的比例较大，一般约为20一120s(特厚制件，高达5一l0min)。在浇口处熔料封冻之前，保压时间的长短，对制品尺寸准确性有影响，若在以后则无影响。这在前而已有说明。保压时间也有最佳值，它依赖于料温、模温以及主流道和挠口的大小。如果主流道和浇口的尺寸以及工艺条件都是正常的．通常是以得到制品收缩率波动范围最小的为准。

冷却时间主要决定于制品的厚度、塑料的热性能和结晶性能以及模具温度等。冷却时间的终点，应以保证制品脱模时不引起变形为原则。冷却时间一般约在30一120s之间。冷却时间过长没有必耍，不仅降低生产效率，对复杂制件还将造成脱模困难，强行脱模时甚至会产生脱模应力。成型周期中的其他时间则与生产，过程的连续化和自动化程度有关。

总之，要获得一个满意的注射制品，必须综合运用以下四个方面的有利

因素：

①制品形状的合理设计和塑料品种的恰当选择； ②合理的模具结构； ②注射机的种类和结构； ④成型工艺条件的选择和控制。

三、实验步骤

1. 准备工作： （1） 详细观察、了解注射机的结构，工作原理，安全操作等。 （2） 灰尘、油污和塑料等杂物不能累积于射咀电热片上，以免造成电热片内部

短路。因此，实验前先清理干净。

（3） 了解聚丙烯的规格及成型工艺特点，拟定各项成型工艺条件，并对原料进

行预热干燥备用。

一般干燥条件是：烘箱温度为80℃、时间3—4h，若温度为90℃，则仅需2—3h。实际上，干燥处理的温度越低越好，但时间却需更久。干燥的原则是控制塑料的含水率低于0.1％。

在螺杆注塑机中注塑成型。注塑机中各段温度如下： 螺杆 温度（℃）

（4）

一区 150-210 二区 170-230 三区 190-250 喷嘴 240-250 安装模具并进行试模。

实验步骤

2. 打开总开关（图中红色开关顺时针旋转），开启水冷循环系统。（图2-2）

图2-2

3. 设定各项成型工艺条件，（图2-3）

”按钮，

对料筒进行加热，（图2-4）达到预定温度后，稳定30min,使注塑机各段达到设定温度。（图2-5）

按

下

“

加

热

图2-3设定成型工艺条件

图2-4 电热开关开启

图2-5 加热升温过程

4. 按下“马达启动”（图2-6）

图2-6

5. 合模及低压闭模。持续按下“锁模”键实现慢速－快速－低压慢速－充压的闭模过

程。（如图2-7）

图2-7（a）面板“锁模”按键

图2-7（b） 锁模过程

6. 注射机机座前进，(图2-8)并在控制屏上设定注射压力、锁模压力、保压压力，时间

等参数。(图2-9)

图2-8a按下面板“座进”按键

注射机机座前进

图2-8b

2-9a 显示屏幕各个页面转换按钮

2-9b 设定注射压力、锁模压力、保压压力，时间等参数

7. 加料预塑。(如图2-10)

8. 按下“熔胶” 9. “射胶”

10. 保压，控制屏显示保压进程，依次出现保压一段→保压二段→保压三段等。 11. 开模。由行程开关实现慢速－快速－慢速－停止的启模过程。

图2-11（a）按下面板“开模”按键

图2-11（b） 开模过程

12. 按下“顶针”，顶出样条。

图2-12 顶针

13. 上述操作程序重复几次，观察注射取得样品的情况，调整参数使注塑机工作正常。 14. 测定制品的成型收缩串，测试注射样品的力学性能。

四、注意事项：

根据实验的要求可选用手动、半自动、全自动三种操作方式，进行实验演示。

（1） 手动：选择开关在“手动”位置，调整注射和保压时间，关上安全门。每揿一个

钮，就相当完成一个动作，必须顺序一个动作做完才按另一个动作按钮。一般是在试车、试制、校模时选用手动操作。

（2） 半自动：将选择开关转至“半自动”位置，关好安全门，则各种动作会按工艺程

序自动进行。即依次完成闭模、稳压、注座前进、注射、保压、预塑（螺杆转

（3）

（4） （5）

（6） （7） （8）

动并后退）、注座后退、冷却、启模和顶出。开安全门，取出制品。

全自动：将选择开关至“全自动”位置，关上安全门，则机器会自行按照工艺程序工作，最后由顶出杆顶出制品。由于光电管的作用，各个动作周而复始，无须打开安全门，要求模具由完全可靠的自动脱模装置。

不论采用哪一种操作方式，主电动机的启动、停止及电子温度控制通电的按钮指令开关均须手动操作才能进行。

除点动操作外，不论何种操作方式，均设有冷螺杆保护作用。在加热温度没有达到工艺要求的温度之前，即电子温度控制仪所调正的温度，螺杆不能转动，防止机筒内冷料起动，造成机筒或螺杆的损坏。 操作中切记不要触摸射咀或熔胶筒保护罩。

仅可在模具已完全打开和停止时，才可取出制品。

由于塑胶原料没有充分地预干燥处理或某种热分解现象，可能会从射咀孔端处发生塑料喷出，因此适当的个人保护装备（如安全眼睛）应该穿戴。

五、思考题

1、部分注塑成型制品颜色偏黄，由何种原因导致？ 答：（1）注射成型时温度较高，导致部分物料分解；

（2）注塑机中残留有上次实验的遗留物料，长时间放置导致物料分解； （3）注塑机中螺杆的剪切力较大，导致物料的分解。

2、注塑成型过程中转速和压力该如何控制，若出现飞边或流延现象该如何处理？

答：PP熔体黏度较大，所以螺杆转速一般不要太快，否则会有空气混入物料中。 注射压力推动塑料熔体向料筒前端运动，并迫使塑料充满模腔而成型。所以他是塑料充满和成型的重要因素。在注射过程中压力的作用主要有三个方面：

（1）推动料筒中塑料向前端移动，同时使塑料混合和塑化，柱塞必须提供克服固体塑料粒子和熔体在料筒和喷嘴中流动所引起的阻力。由于PP熔体黏度较大，注射成型压力比较大。

（2）冲模阶段注射压力应克服浇注系统和型腔对塑料的流动阻力，并使塑料获得足够的冲模速度及流动长度。使塑料在冷却前能充满型腔。本阶段的射胶压力比最初高60~70%，属中高压。

（3）保压阶段，注射压力应能压实模具中的塑料，并对塑料因冷却而产生的收缩进行补料，使从不同方向先后进行模腔中的塑料熔成一体，从而使制品保持精确的形状，获得所需的性能。

若出现飞边现象，可能是压力过大，应把射胶压力和保压压力适当下调；若出现流延现象，应把背压适当下调。

3、注射成型在实际生产过程中的应用及特点。

答：注射成型也称为注射模塑或注塑。是热塑性塑料的一种重要成型方法。迄今为止。除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都采用此成型法：特点是生产周期快，适应性强，生产率高和易于自动化等，因此广泛应用于塑料制品的生产中。从塑料产品的形状看，除了很长的管，棒，板材不能采用此法生产外，其他各种形状、尺寸的塑料产品基本都可用此法进行生产且占目前塑料制品生产的20~30%。近年来，注射成型也用于某些热固性塑料的成型。

4、本实验所采用的注射剂与螺杆挤出机相比主要有什么区别？

答：在注塑机中由液压，为螺杆、动模底板提供压力。而挤出机是通过螺杆的转动产生的压力来推动物料前进的；

注塑机的料筒加热温度比挤出机的料筒温度高10~20摄氏度以上；注射螺杆的长径比L/D较小，约在10—15之间，压缩比较小约为2—2.5.与挤出机螺杆比较，注射螺杆的均化段长度较短，螺槽较深；但螺杆加料段长度则较长，同时螺杆头部是尖头形，与挤出机螺杆相比，注射螺杆只起预塑化和注射两个作用，对塑化能力，压力稳定以及操作连续性和稳定性等要求没挤出机那么严格。同时注射螺杆即可旋转又能前后移动，从而完成对塑料的塑化，混合和注射作用。

5、注射成型过程中温度该如何控制?

答：料筒温度

塑料的温度是由料桶控制的，所以料筒的温度关系到塑料的塑化质量。选定料筒温度时，主要保证塑料塑化良好，能顺利实现注射而又不引起塑料局部降解，料筒的温度首先与塑料的性质有关通常必须把塑料加热到Tr以上，才能使其流动注射，因此，料筒末端的最高温度应高于Tr,低于塑料的分解温度Td，控制料筒温度在Tr和Td之间；

喷嘴温度

喷嘴温度通常是略低于料筒的最高温度，这是为防止熔料在直通式喷嘴可能发生的流延现象，喷嘴温度也不能过低，否则会造成熔料的早凝而将喷嘴堵住，或者因早凝料注入模腔而影响产品的性能；

模具温度

塑料充模后在模具中冷却硬化而获得所需的形状。模具的温度影响塑料熔体充满时的流动行为，并影响塑料制品的性能，模具温度实际上决定了塑料熔体的冷却速度，模具温度是由冷却介质控制的。显然，冷却速度过快，塑料熔体温度降低愈迅速，熔体黏度增大则流动困难，造成注射压力损失增大，有效充模压力增大，有效充模压力降低，情况严重会引起充模不足。

随模具温度增加，塑料熔体流动性增加，所需充模压力减小，制品表面光洁度提高，制品的模塑收缩率增大，对结晶聚合物，由于较高温度有利于结晶，所以升高模温能提高制品密度或结晶度。

实验二 PE吹塑薄膜成型

实验二 PE塑料薄膜吹塑实验

一．实验目的

（1） （2） （3）

了解塑料挤出吹胀成型原理；

了解单螺杆挤出机、吹膜机头及辅机的结构和工作原理； 掌握聚乙烯吹膜工艺操作过程、各工艺参数的调节及分析薄膜成

型的影响因素。

二．实验原理

塑料薄膜是应用广泛的高分子材料制品。塑料薄膜可以用挤挤出吹塑、压延、流延、挤出拉幅以及使用狭缝机头直接挤出等方法制造。各种方法的特点不同，适应件也不一样。其中吹塑法成型塑料薄膜比较经济和简便，结晶型和非晶型塑料都适用，吹塑成型不但能成型薄至全几丝的包装薄膜，也能成型厚达0．3mm的重包装薄膜，既能生产窄幅，也能得到宽度达近20mm的薄膜。这是其他成型方法无法比拟的。吹塑过程塑料受到纵横方向的拉伸取向作用。制品质员较高，因此，吹组成型在薄膜生产上应用十分广泛。

用于薄膜吹塑成型的塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙以及聚乙烯醋等。目前国内外以前两种居多，但后几种塑料薄膜的强度或透明度较好．已有很大发展。

吹塑是在挤出工艺的基础上发展起来的一种热塑性塑料的成型方法。吹塑的实质就是在挤出的型坯内通过压缩空气吹胀后成型的。它包括吹塑薄膜和中空吹塑成型。在吹塑薄膜成型时，根据牵引的方向不同，通常分为平挤上吹、平挤下吹和平挤平吹三种工艺方法，其根本原理都是相同的，其中以平挤上吹法应用最广。本实验是以平挤上吹工艺成型低密度聚乙烯(LDPE)薄膜。如图1。 塑料薄膜的吹塑成功是在挤出机的前端安装吹塑口模。将干燥的聚乙烯粒子加入下料斗中，靠粒子本身的重量从料斗进入螺杆，当粒料与螺纹斜棱接触后、旋转的斜棱面对塑料产生一与斜棱面相垂直的推力，将塑料粒子向前推移，推移过程中，由于塑料与螺杆、塑料与机筒之间的摩擦以及粒子间的碰撞摩擦，同时还由于料筒外部加热而逐步融化，粘流态的塑料经机头过滤去杂志从挤出机口模挤出成管坯后用机头底部通入的压缩空气使之均与而自由地吹胀成直径样较大的管膜、膨胀的管膜在向上牵引的过程中，被纵向拉伸并逐步冷却，并由人字板夹平和牵引辊牵引，最后经卷绕辊卷绕成双折膜卷。

在吹塑过程中，各段物料的温度、螺杆的转速，机头的风力和口模的结构、风环冷却、室内空气冷却以及吹入空气压力，膜管拉伸作用等都直接影响薄膜性能的优劣和生产效率的高低。 1. 管坯挤出

挤出机各段温度的控制是管坯挤出最重要的因素。通常沿机筒到机头口模方向，塑料的温度是逐步升高的，且要达到稳定的控制。本实验对LDPE吹塑,原则上机筒温度依次是140℃、160℃、180℃递增，机头口模处稍低些。熔体温度升

高，粘度降低，机头压力减少，挤出流量增大，有利于促高产量。但若温度过高和螺杆转速过快，剪切作用过大，局使塑料分解，且出现膜管冷却不良，所得泡(膜)管直径和壁厚不均，影响操作的顺利进行。

图1 吹塑薄膜工艺示意图

1 挤出料筒 2 过滤网 3 多孔板 4风环 5 芯模 6 冷凝线 7 导辊 8 橡胶夹辊 9夹送辊 10 不锈钢夹辊（被动） 11 处理棒 12导辊 13 均衡张紧辊 14 收卷辊 15 模环 16 模头 17空气入口 18 加热器 19 树脂 20 模管 2. 机头和口模

吹塑粹膜的主要设备为单螺杆挤出机。由于是平挤上吹，其机头口模是转向式的直角型，作用是向上挤出管状坯料。口模缝隙的宽度和平值部分的长度与薄膜的厚度有一定的关系，如吹塑0.03-0.05mm厚的薄膜所用的模隙宽度为0.4-0.8mm。平直部分长度为7—14mm。 3. 吹胀与牵引

在机头处通人压缩空气使管坯吹胀戊膜管，调节压缩空气的通入量员可以控制膜管的膨胀程度。衡量管坯被吹胀的程度通常以收胀比α来表示，吹胀比是管坯吹胀后的膜管的直径D2与挤出机环形口模直径D1的比值。即：

D2D1 (30-1)

吹胀比的大小表示挤出管坯直径的变化，也大明了粘流态下大分子受到横向拉伸作用力的大小。常用吹胀比在2—6之间。

吹塑是一个连续成型过程，吹胀并冷却过程的模管在上升卷绕途中，受到拘伸作用的程度通常以牵伸比β来表示，牵伸比是膜管通过夹辊时的速度V2与口模挤出管坏的速度V1之比，即：

21 （30-2）

这样由于吹塑和牵伸的同时作用，使挤出的管坯在纵横两个方向都发生取向，使吹塑薄膜具有—定的机械强度。因此，为了得到纵横向强度均等的薄膜，其吹胀比和牵伸比最好是相等的。不过在实际生产中往往都是用同一环形间隙口模，靠调节不同的牵引速度来控制薄膜的厚度，故吹塑两膜纵横向机械强度并不相同，一般都是纵向强度大于横向强度。

吹塑薄膜的厚度与吹胀比和牵伸比的关系可用下式表示：

b·式中 δ—薄膜厚度，mm

β—机头口模环形缝隙宽度，mm 4. 风环冷却

（30-3）

风环是对挤出膜管的冷却装置，位于离开模具膜管的四周，操作时可调节风量的大小控制膜管的冷却速度。在吹塑聚乙烯薄膜时，接近机头处的膜管是透明的，但在约高于机头20cm处的膜管就显得较浑浊。膜管在机头上方开始变得浑浊的距离称为冷凝线距离(或称冷却线距离)。膜管浑浊的原因是大分子的结晶和取向。从口模间隙巾挤出的熔体在塑化状态被吹胀并被拉伸到最终的尺寸，薄膜到达冷凝线时停止变形过程，熔体从塑化态转变为固态。在相同的条件下，冷却线的距离也随挤出速度的加快而加长，冷却线距离的高低影响薄膜的质量和产量。实际生产中，可用冷却线距离的高低来判断冷却条件是否适当。用一个风环冷却达不到要求时，可用两个或两个以上的风环冷却。对于结晶型塑料，降低冷却线距离可获得透明度高和横向撕裂强度较高的薄膜。 5. 薄膜的卷绕

管坯经吹胀成管膜后被空气冷却。先经人字导向板夹平，再通过牵引夹辊，而后由卷绕辊卷绕成薄膜制品。人字板的作用是稳定已冷却的膜管，不让它晃动，并将它压平。牵引夹辊是由一个橡胶辊和一个金属辊组成，其作用是牵引和拉伸薄膜。牵引辊到口模的距离对成型过程和管膜性能有—定影响，且决定了膜管在压叠成双折前的冷却时间，这一时间与塑料的热性能有关。

三．仪器原料与设备

（一）仪器设备

（1） YS-500高低压塑料薄膜吹塑机 （2） 卡尺、测厚仪、台秤、秒表等。 YS-500高低压塑料薄膜吹塑机主要结构：

薄膜吹塑机主要由挤出机、机头、模头、冷却装置、稳泡架、人字板、牵引辊、卷取装置等组成。

图2 吹膜薄膜用直通式机头

1 芯棒轴 2 口模 3 调节螺钉 4 压缩空气入口 5 机颈

牵引辊 人字板 模头 挤出机

机头 图3 YS-500高低压塑料薄膜吹塑 1. 挤出机

主要由螺杆、机筒加料斗，减速箱及驱动电机组成，驱动电机采用电磁滑差式调速（也可用变频电机）其调速范围在120-1200转/分，通过皮带传动带动减速器使螺杆在机筒中作旋转运动，螺杆采用特殊结构，即在螺杆某一段落配备以特殊的混炼装置，工作时依靠塑料托起定心，螺杆轴向力由装在减速器与螺杆间的8316或7215轴承受，减速器输出轴内有Ф25通孔作为拆卸螺杆之用，机筒的加料口根据再生料的性能设计，以利于再生料顺利地进入螺杆槽间而被送走，加料段有六条凹槽以增强物料的输送能力和尽快建立高压区以保证输送能力和稳定挤出质量。 2. 机头

机头由过滤网、过滤板、机头压盖三部分组成，为了适应含有较多杂质的再生料的生产，本机组采用具有较大过滤面积的直角式机头结构，同时考虑HDPE、LLDPE熔料具有较大粘度，对物料的流道设计做了合理的选择，并利用挤出机的

驱动电机挤出滤板，可适应单人单独进行换网操作。 3. 模头

选用螺杆芯棒模头结构，根据LDPE、HDPE、LLDPE三种聚乙烯的特性，综合考虑设计了螺旋角，退坡角、定型长度、模口开度等主要技术参数，经多次对比试验进行选优定型，具有内压大、挤出稳定均匀、薄膜力度性能好，无拼接缝与本机组挤出机匹配好等优点。同时，变换三种聚乙烯及混合料、再生料比例进行吹膜生产，可不用更换模头。 4. 冷却装置

由冷却风环、鼓风机等组成，冷却风环系统为外冷式可调风环，不但可调入口风口的开启度，同时还可调节各处不同的开启度，操作方便，有利于膜厚度及均匀度的控制，鼓风机采用14立方米/分的风量。 5. 稳泡架

采用光圈式可调结构稳泡架，调节范围大，适应吹制折幅150-600mm范围内任何折幅尺寸的薄膜，操作调节方便，泡管稳定，为卷取管平整创造条件。 6. 牵引辅机

由牵引架、人字板、牵引辊、卷取机构及牵引电机等主要部件组成，本机组牵引电机采用0.75千瓦电磁滑差式电机，通过减速部分带动两对牵引辊筒，同时带动卷取机构，人字板固定在牵引辊下面的固定架上，夹角大小的调节根据吹制薄膜规格可自由调节，两对牵引辊由橡胶辊与钢辊组成，可成功地防止气体外逸和保证卷取顺利进行，牵引架采用拼装式结构，其张力恒定装置由链轮带动摩擦片，由摩擦片带动大齿轮，再传动卷轴，从而保证了卷取直径由小变大，其摩擦力的大小可通过调节弹簧力大小来控制。 7. 空气压缩机

空气压缩机输出的压缩空气、关贮槽，经贮槽出口阀门进入模头螺旋芯棒中心孔，模头前装有压力调节阀，按制品大小要求进行调节气量、气压、气体经芯棒中心孔进入挤出物管状中心，吹胀挤出塑料成泡管形状的薄膜。 （二）原料

LDPE（吹膜级），颗粒状塑料。

四．准备工作

(1)原材料准备；LDPE干燥预热,在70℃作用烘箱预热1-2h。

(2)详细观察、了解挤出机和吹塑辅机的结构，工作原理，操作规程等。 (3)检查料筒内没有充满塑料，充满塑料而温度未达到要求的，禁止启动。 (4) 根据实验原料LDPF的特性。初步拟定挤出机各段加热温度及螺杆转速。同时拟定其他操作工艺条件。

(5)测量口模内径和管芯外径。

五．实验步骤

（1） 按照挤出机的操作规程，接通电源。开机运转和加热，检查机器运转、加热和冷却是否正常。加热挤出机机身、机头、模头、控制各点温度在指标以内。机头口模环形间隙中心要求严格调正。对机头部分的衔接、螺栓等检查并趁热拧紧。

（2） 当各点加热温度达到指标范围后还需稳定10-30min。 （3） 启动空压机，贮气缸压力6-8kg/cm时停下备用。

（4） 各点温度达到指定标准后，穿戴好劳保用品，按顺序启动牵引机、鼓风机、挤出机。（图4）

温度控制面板 牵引开关、风机开关 牵引速度 螺杆调速

图4 控制箱

（5） 开机在慢速下投入少量的LDPE粒子，同时注意电流表、压力表、温度计和扭矩值是否稳定。待熔体挤出成管坯后、观察壁厚是否均匀，调节口模间隙，使沿管坯圆周上的挤出速度相同，尽显使管坯厚度均匀。（图5）

图5

（6） 模口出料均匀一致时，即可戴好手套以手缓慢提拉管胚，向上引入稳泡架，人字板，并穿过牵引辊，使之沿导辊和收卷辊前进。此时管胚端口封闭，微开进气调节阀，使之从芯棒中心孔通入压缩空气并观察泡管的外观质量。根据实际情况调整挤出流量（螺杆转速）、风环位置和风量、牵引速度、膜管内的压缩空气量等各种影响因素。

（7） 观察泡管形状变化，冷凝线传量变化及膜管尺寸的变化等，待膜管的形状稳定膜折径已达实验要求时。不再通人压缩空气，薄膜的卷绕正常进行。

（8） 实验完毕．逐步降低螺杆转速。挤出机内存料，趁热清理机头和衬套内的残留塑料。

（9） 停止电热器加热 （10） 停止空压机运转

（11） 待口模处薄膜离开，停止鼓风机转动。 （12） 等薄膜卷取得差不多时，停止牵引部分运转。

六、注意事项

(1)熔体挤出时操作者不得位于口模的前方。以防物料局部过热冲出灼伤，防止皮带和辊筒轧伤，防止头发、衣物被卷取进去。 (2) 操作时严防金属杂质和小工具落入挤出机筒内。

（3）操作时要带手套清理挤出机和口模时．只能用铜刀、棒或压缩空气，切

忌损伤螺杆和口模光洁表面。

（4）吹胀管坯的压缩空气压力适当，既不能使管坯破裂．又能保证膜管的对称稳定。

(5)吹塑过程中要密切注意各项的工艺条件的稳定。不应该有所波动。

七、思考题

1、实验过程中需控制哪些参数？这些参数条件又是如何影响制品的质量？ 答：影响成型工艺和制品质量的因素主要有温度、转速、气泵压力、牵引速度、吹胀比等等。 温度

聚合物分子的取向为松弛现象，在同样的取向条件下，聚合物分子中松弛时间短的那部分较早的取向，而松弛较晚的部分取向较晚。

松弛时间随温度的升高而减少，所以升高温度有利于分子取向，并能降低达到一定取向度所需要的拉应力。

温度过高时，解取向也加快，因此，不适当的升高温度，甚至会使薄膜强度降低过甚，而在拉伸中断裂，故取向温度应适当，一般控制在Tg-Tm之间根据这一原因，薄膜取向后必须快速冷却，否则长时间的高温作用会使薄膜中取向结构消失或减少。 气泵压力

中空吹塑成纸主要是利用压缩空气的压力使半熔融状管坯施加压力，使其紧贴模腔，形成所需形状，压缩空气还起冷却成型作用，由于材料的种类和型坯温度不同，加工温度下型坯的模量值有差别，所以用来使材料形变的空气压力也不一样，一般在2-7kg/cm2范围。

粘度低和易变形的塑料（如聚酰胺，纤维素塑料）取较低值，粘度大和模量较高的塑料（如聚碳酸，聚乙烯等）取较高值。充气压力大小还与制品的大小、型坯壁厚有关。一般薄壁和大容积制品易用较高压力，厚壁和小容积制品则用较小压力，合适的压力应使制品成型后外观、花纹、文字等表露清晰。 螺杆转速

螺杆转速，即挤出速率，应与吹气压力和充气速度相配合

牵引速率

牵引，可以使吹出薄膜在纵向上发生取向。适当的牵引，可以减少离模膨胀效应，提高制品的强度，节约材料等。但过度的牵引，将导致制品壁厚变薄，成型困难，制品强度和厚度降低。 吹胀比

制品的尺寸和型坯的尺寸之比，亦即型坯吹胀的倍数称吹胀比。型坯尺寸和重量一定时，制品尺寸愈大，型坯的吹胀比愈大，虽然增大吹胀比可以节约材料，但制品壁厚变薄，成型困难，制品的强度和刚度降低，吹胀比过小，塑料消耗增加，制品有效容积减少，壁厚，冷却时间延长，成本增高，一般吹胀比在2-4倍，吹胀比的大小应根据材料的种类和性质，制品的形状和尺寸，以及型坯的尺寸来决定。

2、一般为什么PE薄膜采用上吹法，而PP薄膜采用下吹法？

答：由于二次成型加工的物料温度需控制在Tg以上Tm以下，而物料在挤出熔融塑化过程中的温度在Tm 以上，这就要求材料一被挤出时温度迅速降到Tm以下，才能进行二次加工成型。

PE的结晶速率快，在离开挤出机热源后，能够迅速结晶，迅速降温，而不需要其他冷却系统的帮助，因此可以直接进行上吹法制成薄膜。

PP的结晶速率较慢，离开挤出机后，物料温度无法迅速降到Tm以下，此时，若立即上吹则将引起制品变形强度降低等结果。因此在PP被挤出后，必须借助冷却系统进行冷却后才能进行吹膜过程。 3、为何吹出的薄膜宽度不均，薄厚不均？

答：由于机器的气泵压力不是恒定不变，处于稳定状态，使得制品各个部分的吹胀比不一致，而导致制品薄膜的宽窄不均；

吹胀比大时，物料横向铺开的多，所以制品较薄，反之，吹胀比较小时，制品厚。因此，由于制品的宽窄不均也间接导致制品厚薄不均。