挤压成型——塑料行业中的重要工艺

挤出成型又称为挤塑或挤压成型。其工作原理是采用适合挤塑成型的塑料品种，先将塑料预处理后装入挤出机的装料斗并使其流入料筒内，料在旋转的螺杆和料筒的加热、压缩、搅拌作用下熔融塑化，并被推挤到料筒端部的机头内混炼，然后从机头的口模挤出即可制成各种形状的型材，只要挤出机不停地工作，型材就可连续不断地从口模挤出，挤出的型材在牵引装置的牵引下通过定型装置、冷却装置，切料或辊卷等各种辅助设备加工后，即可成为成品。这是一种加工型材的工艺方法，根据口模的截面形状及尺寸，可加工出不同规格的管材、棒材，片（板）材、薄膜、纤维（单丝）、实心或中空的异形截面条材、带材等各种型材。制品长度按规格截取。根据不同制品的要求，挤出制品也可作为后续成型加工的预制品。例如，挤出料坯可供吸塑加工薄膜或中空制品；挤出板（片）坯可供辊压加工板材或复合板、人造革，或挤出膜可供拉伸制作双向或单向拉伸薄膜，或配合热合设备加工塑料袋、点断式包装袋，或采用特殊结构的机头制作电线电缆的包覆层、塑料绳、带及网等各种制品。此外，挤出成型还广泛用于混炼共混、填充、增强等改性塑料和着色造粒等加工。

常用的挤出机为螺杆式（如单螺杆、双螺杆等）挤出机，它可进行连续生产。柱塞式挤出机应用较少，它只能进行间歇式生产。挤出成型主要用于热塑性塑料及泡沫塑料的成型，也可用于部分热固性塑料。挤出成型加工的制品品种多、规格广。例如，管材最细的可达微米级，最大的直径可达630mm（国外可达2500mm）；薄膜厚度最薄的可达10～18μm，最大板厚可达55mm（宽为2500mm）。因此，挤出制品的用途很广，是各经济部门中的重要材料。基于此，挤出成型技术发展得很快，在塑料品种、设备及成型技术等方面都有所创新。下面介绍几种目前主要的新工艺。

1.双螺杆挤出成型

普通挤出成型采用单螺杆，混炼效率低，不适合加工粉状料，对形状不规则，湿度大的悬浮料、高相对分子质量粘度大的料、含无机填料的物料加工困难。于是人们开发了双螺杆挤出机。双螺杆机在料筒内装有两根互相啮合的螺杆（一般两杆螺旋方向相同），它们可以同向旋转，也可异向旋转。同向旋转有强制将物料正向前推运动的作用，同时啮合处对塑料还产生剪切作用，螺齿像楔子一样伸入另一螺杆的槽中，使物料被迫受剪挤，只能顺序一槽一槽地反复混炼向前，故有力地增强了剪切混合效果。如果螺杆异向旋转，则物料经过两杆的啮合间隙时受挤剪作用更强。因此，双螺杆式挤出机的特点是塑化过程中摩擦热少，剪切作用强而均匀，输送物料能力大，挤出量较稳定，物料在料筒内滞留时间短，塑化质量好，挤出效率高，料筒可自动清洗等。双螺杆挤出机主要用于生产管材、板材、异型材，特别适用于加工HPVC等热敏性塑料、粉料及难塑化高粘度的材料，还可为压延机、造粒机供料，也可以代替捏合机-塑炼机系统或用于反应挤出成型。

随着双杆机的发展，目前还开发了各种不同结构的异型双杆机、多螺杆机（又称为行星螺杆机）、往复螺杆挤出机等多种新设备。

2.排气式挤出机

排气式挤出机在料筒中段有排气口，螺杆由两段组成，前段为普通结构螺杆（称为一阶螺杆），后段为由排气段等组成的二阶螺杆，两者的接口位于料筒的排气口处，当塑料经一阶杆时已被塑化，输送到排气口时各种挥发气体被真空系统从排气口抽走，熔料继续前进在二阶螺杆段继续塑化后再经口模挤出成型。排气式挤出机也有多段排气口和排气螺杆组成的多级排气挤出机，其排气效果更好。

这种工艺主要的优点是塑料无需干燥处理即可直接用于加工，其排气量大，可排出各低沸点成分、水分等挥发物，可提高混合塑化的质量，保证塑化充分均匀，提高转速与制品的产量和质量。它可用于加工含有各种添加剂预混合的粉料及含有大量空气松散的絮状料。目前主要用于加工HPVC、ABS、PA、PM-MA等材料。

3.共挤成型技术

共挤技术是用两台或两台以上的挤出机，按顺序将不同材质，品种和颜色的塑料经塑化挤入特殊的机头中，然后分层汇集一起挤出口模，成为内外表层和内芯层不同材料或颜色组成的复合材料制品（夹芯结构制品）。这是一种加工复合材料型材较有效和简便的方法，广泛用于加工热塑性塑料复合管材、板材，薄膜等制品，发泡塑料型材及制品，增强复合材料，如PVC发泡管，多层薄膜（多层共挤吹塑膜可达17层，彩虹膜可达200多层）、复合板材等。这是一种将各种材料性能汇集一身的优异性能的复合材料加工方法，如果与压延工序相结合还可加工彩钢板，贴膜复合薄膜等。(www.xing528.com)

4.反应挤出成型

反应挤出成型（REX）是将聚合物的改性、合成与加工这些传统上分别操作的工艺贯穿成一体的工艺。其工作原理是把螺杆和料筒组成的塑化系统改为特殊功能的反应装置。工作时将各种原料组分，如单体、聚合物、改性剂、添加剂等各种配料，按配方、配比及投料顺序一次或分几次从料筒的不同加料口中加入，物料在料筒内加热、混炼，发生缩聚或加聚反应合成高聚物，并被均匀塑化，即可挤出加工成新的合成聚合物制品。这种方法是一种以挤出方式合成改性聚合物的技术。与传统的合成方法相比，投资少，成本低，节能，特别有利于制备改性塑料或新配方品种（尤其是小批量或试验性品种），可省去传统合成工艺中重复加热、造粒等工序和材料，并可降低材料因多次受热分解而造成的性能损失，同时还可对高粘度物料进行聚合反应。反应挤出机可有双杆机、单杆机、多阶多杆机等类型，目前广泛用于苯乙烯聚合、热塑性塑料接枝、偶联/交联改性、引入官能团改性、制备共混合金和调节相对分子质量及物性等。

5.其他挤出成型方法

除了上述挤出成型外，还有如下一些特殊的挤出成型工艺。

（1）挤拉成型 该工艺常用于热固性塑料。例如，用不饱和聚酯、环氧、有机硅等胶液浸渍的连续纤维，放入挤拉成型机中加热挤压后从口模拉出，再经加热室固化，即可制成单向高强度的增强塑料型材。

（2）挤出-烧结成型 该工艺常用于加工聚四氟乙烯等不熔或难熔性塑料。加工时，先将其挤出成型，然后制品经烧结定型才能制成型材，其成型方法有以下两种：

1）柱塞挤出成型。该工艺采用立式柱塞挤出机，配有特殊的料筒，料筒没有斜度，共分加料、挤压、烧结、冷却四个区域。粉料间歇加入料筒，每次由柱塞挤压将粉料向下输送，利用锥度及粉料受挤后膨胀与料筒的摩擦力形成成型压力，将粉末挤压而组织致密的预成型体，并在烧结区熔结成整体，通过冷却区即可成型。该工艺可连续挤出较大直径及壁厚的管材、棒材及板材。

2）螺旋挤出成型。采用双头螺纹螺杆的单螺杆挤出机，在常温下将物料在料筒内挤压致密，再进入口模后进行烧结定型。该工艺用于加工厚壁管材、棒料及异型材。

3）糊状挤出成型。该工艺是先将粉末原料与有机溶剂配制成糊状混合物，压制成圆筒状毛坯，再将毛坯放入柱塞挤出机料筒中，加热挤出成型。在连续干燥炉中除去有机溶剂后再烧结，即可制成连续制品。常用于制作管材、棒材及电线包覆层等。