1、挤出成型工艺摘要：塑料挤出成型一般分为两个阶段：固态塑料熔化和连续体冷却、定型。本文介绍了塑料干法和湿法两种挤出工艺以及单螺杆挤出机、双螺杆挤出机的应用；具体描述了聚合物共挤出技术中的多层共挤中空容器共挤出技术、共挤出技术在传感器中的应用、微米层/纳米层共挤出技术和气体辅助共挤出成型技术。关键词：挤出机；聚合物共挤出；气体辅助共挤出Extrusion molding processAbstract : Plastics extrusion molding generally divided into two stages: solid plastic melt and continuous c
2、ooling, finalize the design. Article introduces the dry and wet plastic extrusion process and two single screw extruder, twin-screw extruder application. Describe the polymer extrusion technology of multilayer co-extrusion hollow container of extrusion technology, extrusion technology application in
3、 sensor, microns layer of nano/extrusion technology and gas of extrusion molding auxiliary.Keywords：extruder，polymer extrusion，gas of extrusion auxiliary塑料挤出成型是使加热或未经加热的塑料，通过成型孔(口模)变成连续成型制品的方法。可用于管材、型树、板材、片材、薄膜、单丝、扁丝、电线电缆的包覆等的成型。由于挤出成型用途广，可以连续化生产，生产效率高，因此在塑料加工工业中占有相当重要的地位，目前我国挤出成型制品占塑料制品总量的 1/3 以上。塑
4、料挤出成型一般分为两个阶段：第一阶段是使固态塑料熔化，并在加压下使其通过口模而成为截面与口模相仿的连续体；第二阶段是将连续体冷却、定型，使其变成固体，即得所需制品 1。1.挤出工艺按塑料塑化方式不同，挤出工艺可分干法和湿法两种。干法塑化是靠加热将塑料变成熔体，塑化和加压可在同一设备内进行，其定型处理仅是简单的冷却。而湿法塑化则是用溶剂将塑料充分软化，因此塑化和加压必须分开进行，其定型处理比较麻烦，既要使溶剂脱除，又要使溶剂回收。此法塑化均匀，避免塑料过热，但使用范围有限，仅适用于能在溶剂中充分软化的塑料。例如，硝酸纤维素和少数醋酸纤维素等 2。2.挤出机挤出成型设备一般是由挤出机、挤出口模(机
5、头)及冷却定型、牵引、切割等辅助设备组成。目前工业中常用的是螺杆挤出机，根据螺杆数量可将其分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。其中普通单螺杆挤出机是用量最多的一类挤出机，但其混炼效果差，不适于加工粉料。单螺杆挤出机除普通挤出机外，还有排气式挤出机和混炼式挤出机。排气式挤出机适于加工吸湿性大或含挥发物成分较多的物料，可以在加工过程中排出水分和挥发物，得到质量较好的制品；混炼式挤出机具有较强的分散、混合效果，可以简化物料在挤出成型前的工序，一次完成混炼和连续挤出制品。双螺杆挤出机进料稳定，挤出量大，混合效果好，可以直接加工硬 PVC 粉料，使之成为制品，也可用于混料，因此其应用范围不断扩
6、大，且有覆盖单螺杆挤出机各用途的趋势。根据物料在挤出机内所处的状态及挤出机各部位所起的作用不同，可将挤出机机筒沿螺杆轴向分为固体输送、塑化熔融和熔体输送三个功能段。固体输送是全部塑化挤出过程的基础，它的主要作用是将固体物料压实后向熔融段输送。固体输送是在机筒加料段进行的，物料从料斗进人挤出机的螺槽和机筒内壁组成的空间，被压实而形成固体塞(床)，并以恒定速率移动，固体塞的移动与物料和螺杆、机简之间的摩擦力有关，如果物料与螺杆之间的摩擦力小于物料与机简之间的摩擦力，则物料沿铀向前移，反之，物料与螺杆一起转动。加料段输送的固体物料，在挤出机熔融段通过机筒外加热器的加热及螺杆与物料剪切热的共同作用下升
7、温，并逐渐熔化，最后完全变成熔体。熔体输送是从物料完全熔融处开始的，其主要功能是将熔融物料进一步混合、均化，并克服相当大的流动阻力向模头输送。熔体输送段中熔体的流动有正流、逆流、横流和漏流四种基本形式，熔体在挤出机中的真实流动是这四种基本流动的组合 1。3.聚合物共挤出多组分的复合材料制品,采用共挤出工艺是最简单易行的一种方法,目前已成为当代最先进的塑料成型加工方法之一。聚合物共挤出工艺是一种使用数台挤出机分别供给不同的熔融料流,在一个复合机头内汇合共挤出得到多层复合制品的加工过程。它能够使多层具有不同特性的物料在挤出过程中彼此复合在一起,使制品兼有几种不同材料的优良特性 3,在性能上进行互补
8、,从而得到特殊要求的性能和外观,如对氧和湿气的阻隔能力、着色性、保温性、热成型和热粘合能力,以及强度、刚度、硬度等力学性能。这些具有综合性能的多层复合材料在许多领域中有极其广泛的应用价值 4。3.1 多层共挤中空容器共挤出技术及应用多层共挤出技术作为最重要和最有发展前景的中空塑料制品生产技术,它的发展改变了塑料中空容器的功能和产品结构,适应了市场不断发展的需求。多层共挤吹塑工艺是通过复合模头把几种不同的原料挤出吹制成型中空制品而使制品获得优异的综合性能,具备对水蒸气、CO 2、O 2 或汽油等的阻隔性能。3.1.1 农药包装“以塑代玻”采用多层共挤高阻隔塑料瓶包装可避免农药的泄漏、挥发,有效地
9、保持药剂的药效,避免在包装运输过程中产生破碎及农药的扩散、污染环境,有利于避免因产品包装不善所造成的环境污染及经济损失。现实证明了塑料瓶包装农药、农用试剂具有良好的发展前景 5。3.1.2 多层共挤汽车油箱“以塑代钢”多层共挤油箱因其卓越的阻隔性能、加工性能、稳定性能、综合成本优势和环保等优点正得到越来越多的关注及认可 6。表 1 是不同结构燃料油箱阻透性比较。3.1.3 啤酒包装用高阻隔性多层容器以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为基层,与高阻隔性塑料组合,制造啤酒包装用高阻隔性多层容器,是近年来高阻隔性共挤吹塑容器的一大热点,许多国家都投入了大量的人力、物力开展这方面的工作。E/VAL、 MX
10、D 等高阻隔树脂层的引入,大大提高了塑料瓶的阻隔性,但对啤酒的包装尚嫌不足,于是开发了所谓活性包装技术,即在 MXD 中( 或在一个共聚酯层中)掺混特种金属盐催化剂制成阻隔层,当空气中的氧进入该层时,在催化剂的作用下,MXD(或共聚酯)与氧产生化学反应吸氧, 而使瓶壁对氧发挥出更高的阻隔性 7。3.2 共挤出技术在传感器中的应用C.G.Camerona 等 8采用共挤出技术重新制作了试验装置,他们采用热塑性聚合物作为外层,芯层采用掺入石墨的二甲基硅氧烷熔体,采用它们是因为它们既柔软又容易进行挤出成型加工,挤出成型口模如图 1 所示。图 1 共挤模头3.3 微米层/纳米层共挤出技术3.3.1 微
11、米层/纳米层共挤出的工作原理共挤装置是由两台单螺杆挤出机、两个熔体泵、共挤模块及多层化口模组成。熔体泵控制熔体流向喂料区形成两平行流层,然后流经一系列的分层单元。在分层过程中,层的结构经历垂直分成二料流、水平展开及重新合并,从而使层的数量增倍。很明显 n 个分层单元将形成 22n+1 共挤层。该装置已成功地实现 4096层、单层厚度低于 100 nm 的纳米层共挤出。3.3.2 微米层/纳米层共挤材料的独特结构及其应用领域(1)新型共混材料微米层/纳米层共挤直接赋予材料具有很大纵横比的微米甚至纳米片层结构 ,是制备具有新型形态结构共混材料的有效途径。(2)阻透材料微米层/纳米层有限的层空间能有
12、效地促进聚合物分子链的取向和结晶 ,从而达到增强材料阻透能力的目的。(3)导电材料微米层/纳米层尺寸的限制使颗粒的三维空间排列简化为二维空间排列 ,这有利于研究导电通路的作用机理,特别是当层厚度与金属填料颗粒尺寸相当时的导电体系的转变行为。3.4 气体辅助共挤出成型技术气体辅助挤出成型技术由英国的 R. F. Linag 等于 2000 年首次研制成功。该技术创新之处在于将气体辅助挤出成型技术和共挤出成型技术有机结合,使之形成一种全新的气体辅助共挤出成型技术(以下简称气辅共挤出成型)。其成型工艺是通过气体辅助共挤出控制系统和气体辅助共挤口模,在共挤口模挤出过程中,使多层聚合物熔体与共挤口模模壁
13、之间形成气垫膜层,从而使传统的非滑移粘着剪切口模共挤出方式转化为气垫完全滑移非粘着剪切口模共挤出方式 9。4.结语聚合物共挤出具有广阔的发展前景,共挤绝缘橡胶管传感器是共挤技术在传感器制造方面的最新应用。气体辅助共挤出成型技术可以有效地解决共挤出成型过程中的技术难题,将是未来共挤出成型技术的重要研究方向。参考文献1申长雨,陈静波,刘春大,等.2000 中国工程塑料加工应用技术研讨会 论文集M .工程塑料应用杂志社，2000.092严岱年,刘惠文.现代工业训练教程M. 南京市: 东南大学出版社,2001,453贾明印,等.工程塑料应用, 2006, 34(1): 66-69.4周宏志,等.橡塑技术与装备, 2004, 30(9): 4-145陈新辉.塑料包装, 2007, 17(1): 13-26顾永安.塑料工业, 2006, 34(6): 64-677陈昌杰.塑料包装, 2006, 16(1): 11-168Camerona C G,eta.l Sensors and Actuators A: Physica,l 2008,147: 286-2919尹智龙,邓小珍,黄兴元.聚合物气辅共挤成型机理研究.江西科学 ,2009,27(1):136-139
