1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 PVC 结皮发泡板成型装备的挤出机系统设计 一、概述 PVC 发泡板材是国外 70 年代开发的一种新型的仿木塑料建筑材料。由于其独特的生产工艺技术 ,制品不仅具有塑料制品的优异性能 ,而且还具有天然木材相近的性能。 PVC 低发泡板材具有传热系数低 ,吸声性能优良、易于用常规的机械和木材加工方法加工 ,优良的阻燃性能 ,耐化学品性能好 ,耐老化而可使用 20年以上 ,不需油漆保护等优点 ,是天然木材的优秀替代材料。 随着国内外对 PVC 发泡板材需求的日益增加，对各种挤出机的设计也在不断更新改 进。目前在塑料或橡胶加工中应用的挤出机有平行同向双螺杆挤
2、出机、平行异向双螺杆挤出机和锥形异向双螺杆挤出机。由于锥形双螺杆的结构特点特别适合于 PVC 粉料的加工，因此，锥形双螺杆得到了快速的发展，先后出现了普通型、双锥形 (超锥型 )和高效双锥型等结构形式，产量得到很大提高，超过了 200kg/ h。而事实上锥双和平双各有特点，一般在产量较小 (100kg/ h)时，锥双具有明显优势；而产量较大 (100kg/ h 300kg/ h)时，锥双和平双都适用；当产量超过 300kg/ h 时，常常采用平双而不采用锥双。因而对挤出 机的选择必须依据产量及其它因素的影响。 双螺杆挤出机在剪切敏感的物料和加工温度方面显示出了独特的优点，其广泛的用于塑料管材、
3、异型材、板材等制品的挤出成型，已经是干混粉料机挤出成型的主要机型了。在二十世纪三十年代商用双螺杆挤出机才出现。由于起步比较晚，刚开始人们对如何设计双螺杆挤出机的螺杆还有对其工作原理缺乏认识，而且双螺杆挤出机不论其理论和结构又相当的复杂，双螺杆挤出机的制造和设计出现的很多问题急待解决。早期的双螺杆挤出机功能不够完善，没有良好的机械可靠性，又由于推力轴承的使用寿命问题与传动系统设计 精确度的影响，使得生产成本太高，因此并没用普遍应用。在经过了半个多世纪的不断完善和改进，尤其在六十年代后期，双螺杆挤出机在结构性能上得到了很大的发展。由于应用于双螺杆挤出机的专用推力轴承得到了开发，使双螺杆挤出机在聚合
4、物加工领域真正的得到了快速发展。 1960年，奥地利 Anger 兄弟公司使用了 Kestemann 公司的异向双螺杆挤出机在硬聚氯乙烯挤出实验上获得了巨大的成功。 1967 年，世界上第一台锥形双螺杆挤出机问世。欧洲在硬质 PVC 微发泡板材成型的装备方面主要以锥形双螺杆和异向旋转平行挤出生产线为主，从此异向 旋转啮合型双螺杆挤出机凭借其在剪切敏感物料方面和加工温度的独特优势上，从而在硬聚氯乙烯加工领域中占据了重要的地位，并成为了挤出成型领域内的主要机型。在聚合物的加工领域中，它主要用来加工制备硬聚氯乙烯制品，如：板材、管材、异型材等，所以从某种意义上讲，双螺杆挤出机的发展是受着聚氯乙烯的成
5、型加工制约的。 1967年前后，为了解决平行双螺杆挤出机传动系统中止推轴承的布置和寿命问题以及分配齿轮轴，同时也满足用户对高挤出产量的要求，奥地利 ANGER兄弟公司制造出了世界第一台锥形双螺杆挤出机。 锥形双螺 杆挤出机是在完全啮合式平行异向旋转双螺杆挤出机的基础上发展起来的一种机型，继承了平行异向双螺杆挤出机共同的优点：自洁性好；封闭的螺槽腔，使物料强制输送；物料停留时间分布窄；适于加工粉料。由于螺杆特殊的锥形结构使它不但拥有平行双螺杆优点，还具有以下独特的优点：加料段直径大，螺槽的容积大；加料量大；螺杆上的螺槽容积逐渐减小，物料被压缩，使物料能够平缓地被塑化；加料段螺槽表面积大（平均直径
6、和平行双螺杆直径相同时，表面积大出一倍多），传热面积大，使热量向物料传送；螺杆的尾部直径大，螺杆强度相应较高；挤出段螺杆的直径 小，螺杆轴向力就小，只有同功率平行双螺杆的一半，这就提高了止推轴承的使用寿命；挤出段螺杆直径小，使塑料熔体承受的使用寿命高；分配齿轮中心距大，齿轮直径大（如锥形直径 45机的分配齿径于平行直径 110机的分配齿轮直径相同），承载能力强，使用寿命长；挤出段螺杆直径小，降低了塑料熔体承受的剪切速率，减小了热损伤的危险，用于加工热稳定性差的物料；在相同的挤出产量下，机器的总长比平行双螺杆挤出机要短很多；拆卸螺杆方便，不需要移动其他设备。因此，锥形双螺杆挤出机普遍用于 UPV
7、C干混粉料直接挤出成型制品和制粒机。 二、 已有文献综述及评价 PVC 发泡板的发展趋势 3（王献新， 1996）里提到 PVC 发泡板材作为一种新型材料，市场及应用领域正在不断扩大，随着生产技术的进一步更，势必成为替代木制品的一种最佳材料。目前，国内产品质量较高的低发泡 PVC 板材供不应求，许多领域还使用部分进口产品，但由于该产品面世时间较短，目前还远未被各界用户所认识，需要进一步开拓市场 。该文强调 PVC 发泡板在国民经济中的重要地位和将来的发展方向，还提出目前急需解决的各种问题并说明 PSH 板可以解决当前的价格问题，总之国内外市场仍需大力扩展。 PVC 发泡 板材市场需求分析 4（
8、罗红梅，张慧琳， 1998）中提到我国于 90 年代引进 PVC发泡板材的生产技术和设备，使我国该板材有了长足进展。近几年，我国陆续建成了一批具有一定规模的 PVC 发泡板材工厂，绝大部分是引进 90 年代最新生产技术。文中就 PVC 发泡板在各个领域的需求做了着重介绍，说明 PVC 发泡板在我国市场的巨大潜能，发展前景看好。最后提出 PCV发泡板材是很好的以塑代林材料 ,是一种新型的化学建村 ,国外发展很快 。 PVC发泡板材生产技术含量高，我国应在引进技术的基础上，供应高质量 PVC 树脂，创新 PVC 发泡板材的 生产技术，制订产品标准和施工标准，研究加工方法，开发新产品和应用领域，加速
9、我国 PVC 发泡板材的发展。 挤出工艺与锥形双螺杆挤出机性能对应性研究 7（杨忠久，王 耀， 2005）本文通过对PVC 物料特性与挤出机的对应性、挤出工艺与锥形双螺杆挤出机性能对应性的研究 ,论述了不同剪切性能挤出机工艺温度与挤出速度的控制要点与方法。研究表明物料特性决定了挤出机的选择，而选用锥形双螺杆挤出机最能符合他们的对应关系。文中论述低剪切挤出机和高剪切挤出机都要解决加热区物料由剪切产生内热与外加热偏低，高剪切挤出机还要解决温度偏高 ，防止物料在排气段粘壁；不但要解决恒温区物料剪切热偏高，还要解决恒温区温度偏低，防止物料未均衡熔融，熔体塑化不良。最后总结挤出机的剪切性能是由螺杆锥度、
10、螺纹头数、螺趾、螺棱宽度、螺槽深度、螺旋角等因素所决定的，而挤出机剪切性能强弱应依据型材规格大小进行配置，以充分发挥挤出机挤出效率。 平行双螺杆挤出机用于 PVC 型材挤出 8（吴冰，陈勇， 1999）介绍了我国首次引进并成功地使用了德国 Battenfeld 公司的平行双螺杆挤出机。该机与国内模具配套更无先例，外国专家无法提供合适的工艺参数，文献中也无详细报道。 文中提出了材料选择、配方设计、工艺参数调整、模具配套这几个问题并提出了解决方案。 国内外双螺杆挤出机发展动态与分析 5（鲍祖韬 .1997）中介绍了国外锥形双螺杆挤出机的发展与特点，第一台锥形双螺杆挤出机由 1967 年奥地利公司制
11、造。螺杆结构先后有普通型、双锥型、高效双锥型三种结构形式。目前国外锥形双螺杆挤出机螺杆直径（小端）为 25一 92,长径比（螺杆长度与平均直径之比）一般在 12 一 15 之间。锥型和平行异向双螺杆挤出机在产量上，加工上，生产材料上有不同的选择。文中还介绍了国内发展动态，国内锥形双螺杆挤出机起步 于八十年代，主要是在引进、消化基础上发展起来的。上海申威达集团年制造出国内第一台 SJZ 一 45 型锥形双螺杆挤出机。 90 年以后， UPVC 塑料异型材及塑料门窗市场首先在山东沿海地区崛起，之后各地纷纷建异型材厂和扩大生产规模。文中提到我国技术水平相对欧洲比较落后，这也是因为我国挤出机起步晚，所
12、以挤出机制造业必须抓紧技术改造，提高技术水平和产品质量。 双螺杆挤出机的进展及其应用 9（张平亮， 2005）介绍了日本新型双螺杆挤出机的最新研制和开发的机型，评述新型双螺杆挤出机的特点，特别是新近开发的 SCR 双螺杆挤出机、BI VOLAV 双螺杆挤出机、 HTM 双螺杆挤出机、 TEX 双螺杆挤出机、高剪切型双螺杆挤出机、格子形叶的双螺杆挤出机、新 AP 型双螺杆挤出机的结构、性能及其应用，提出今后双螺杆挤出机发展前景及方向。 国外塑料异型材挤出设备及技术进展 6（刘荣梅， 2000）中叙述了近年来国外为了保证质量的前提下提高产量在异型材挤出整套设备方面的最新进展，介绍了新研制的高速挤出
13、机的特点及异型材挤出技术进展。挤出主机挤出量的提高，带来了一系列相关的问题，首先是挤出传动系统和螺杆传动的扭矩需要增加，这就给挤出机带来了额外的磨损；其次， 在产量提高的同时，如何保证产品的质量不受影响，也是需要解决的问题之一。文中就这些问题介绍了国外挤出机制造商采取了相应的措施，此书可作为我国挤出设备制造行业发展的参考。 我国塑料挤出成型机及辅机的发展现状与技术水平分析 10（江波， 2002）本文即对我国塑机行业中的常规单螺杆挤出机，特种挤出机、异向旋转双螺杆挤出机及管材、板材成型设备的现状、技术水平及发展趋势进行了分析，并最终对我国塑料挤出成型设备的研发方向提出了几点建议。对挤出设备的建
14、议是对新型挤出混炼技术与装备的开发，大口径管材挤出的异向平行双螺杆挤出 机组、钢塑复合管材挤出机组和 500mm 以上大型双壁波纹管挤出成型机组以及特种塑料管材专用挤出机组的开发研究。 三、 本课题研究内容和设计思路 在查阅了以上这些挤出机设备相关的资料，如 国内外双螺杆挤出机发展动态与分析 、 国外塑料异型材挤出设备及技术进展 、 挤出工艺与锥形双螺杆挤出机性能对应性研究 和 双螺杆挤出机的进展及其应用 等。 本文研究的主要内容有 :开展对 硬质 PVC 结皮发泡技术的基本理论学习及研究；并进行 硬质 PVC 结皮发泡板生产设备的总体 方案设计和主要零部件设计，并对挤出机传动系统进行设计分析
15、 ，部分挤出主机核 心部件如机筒、螺杆、动力传动系统设计，CAD 画出二维图。 PVC 挤出机成型机在我国发展还不成熟，绝大多数的双螺杆挤出机组都是根据 80 年代初期由国外进口的机型 , 测绘仿制的产品。 所以，本文着重对机床的各主要零部件及整体结构的设计。 希望通过该课题的研究，提高自己的工程设计及计算机绘图和数据处理能力，提高分析问题和解决问题的能力，为将来从事工程设计打下良好的基础。 四、 结论 PVC 发泡板带来了广阔的市场空间，引领各个行业的发展，必将代替木制品而成为我国经济发展的重要指标。挤出机设备的创新和改进已经是发展 PVC 发泡板的主题，它引导着产品的产量和质量，他是我们打
16、开国内外市场的重点研究项目。我们必须在引进国外先进技术的基础上作出自己的创新，不断解决由产量和质量提高所带来的问题，彻底摆脱对国外设备的依赖。 异向旋转双螺杆挤出机在国内外得到了突飞猛进的发展。 现在国外异向双螺杆挤出机的研究重点为扩大其应用范围， 提高其技术性能指标，提高整个机组的配套性和应用先进的测控系统。我国生产的异向旋转双螺杆挤出机多为锥形双螺杆挤出机，平行异向双螺杆挤出机很少，并且多为中、小型机。随着国民经济的发展，大型塑料管材、型材、板材在石化 、建筑、农业、国防等领域的应用日渐广泛，大型平行异向双螺杆挤出机的开发研制必将受到越来越多的重视。 参考文献 1 罗红梅， PVC 发泡板
17、材市场需求分析，广东化工， 1997.10。 2 刘荣梅 , 国外塑料异型材挤出设备及技术进展，中石化北京化工研究院塑料加工部北京 .100013， 2000.4。 3 王献新， PVC 发泡板的发展趋势，新型建筑材料 ， 1996 年第十期。 4 王丽 .高性能同向旋转双螺杆挤出机的开发及其脱挥理论的研究 .北京化工大学 ,1999. 5 鲍 祖韬，国内外双螺杆挤出机发展动态与分析，科技天地辽宁建材 1997。 6 刘荣梅，国外塑料异型材挤出设备及技术进展，塑料科技，北京 100013， 2000.8。 7 杨忠久，王 耀，挤出工艺与锥形双螺杆挤出机性能对应性研究，化学建材， 2005年第五
18、期。 8 吴冰，陈勇，平行双螺杆挤出机用于 PVC 型材挤出，化学建材， 1999.11。 9 张平亮，双螺杆挤出机的进展及其应用，工程塑料应用， 2005 年第五期。 10 江波，我国塑料挤出成型机及辅机的发展现状与技术水平分析，北京 100029， 2002. 11 齐昌塑料机械厂 的 PVC 双螺杆挤出机。 http:/ 12 王力 ,刘小平 ,王平 ,陈奇栓 .双螺杆挤出机传动系统的研究与进展 .北京化工大学学报 ,2007. 13 宋俊全 .锥形双螺杆三维实体造型的开发研究 .北京化工大学 ,2003. 14 S. A. Razavi Alavi, M. Torabi Angaji, and Z. Gholami.Twin-Screw Extruder and Effective Parameters on the HDPE Extrusion Process.World Academy of Science, Engineering and Technology,2009. 15 Farel introduces high performance laboratory twin-screw extruder PlasticsJ.Additives and Compouding. 2001.1.11
