管材挤出成型实验
管材挤出成型实验 一、实验目的（1）了解管材挤出成型工艺过程；（2）认识挤出机及管材挤出辅机的结构和加工原理；（3）加深理解挤出工艺控制原理并掌握其控制方法；（4）掌握管材的性能检测方法。
二、实验原理 管材是挤出制品中主要品种，有硬管和软管之分。用来挤管的品种很多，主要有橡胶（如硅橡胶、NR等）、塑料（如聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、ABS和聚碳酸酯等）。
本实验是硅橡胶管材的挤出。
经挤出机的固体输送、压缩熔融和熔体输送由均化段出来塑化均匀的胶料，先后经过过滤网、粗滤器而达分流器，并为分流器支架分为若干支流，离开分流器支架后再重新汇合起来，进入管芯口模间的环形通道，最后通过口模到挤出机外而成管子，经过定径套定径和初步预硫化加热和硫化烘道进一步加热（或冷却，再进入具有喷淋装置的冷却水箱，进一步冷却成为具有一定口径的管材），最后经由牵引装置引出并根据规定的长度要求而切割得到所需的制品。
管材挤出装置有挤出机、机头口模、定径装置、硫化烘道（或冷却水槽）、牵引及切割装置等组成，其中挤出机的机头口模和定型装置是管材挤出的关键部件。
1.机头 机头是挤出管材的成型部件，大体上可分为直通式、直角式和偏移式三种，其中用得最多的是直通式机头，机头包括分流器及其支架、管芯、口模和调节螺钉等几个部分。
分流器又称鱼雷头，粘流态塑料经过粗滤板而达分流器，物料流体逐渐形成环形，并使料层变薄，有利于的进一步均匀塑化。分流器支架的作用是支撑分流器及管芯。
管芯是挤出的管材内表那的成型部件，一般为流线型，以便粘流态物料的流动。管芯通常是在分流器支架处与分流器连接。粘流态物料经过分流器支架后进入管芯与口模之间。
在管材的挤出过程中，机头压缩比表示粘流态物料被压缩的程度。机头压缩比是分流器支架出口处流道环形面积与口模及管芯之间的环形截面积之比。
压缩比太小不能保证挤出管材的密实，也不利于消除分流器所造成的熔接痕；压缩比太大则料流阻力增加。机头压缩比一般在 3～10的范围内。
口模的平直部分与管芯的平直部分构成管子的成型料道，这个部分的长短影响管材的质量。增加平直部分的长度，增大料流阻力，使管材致密，又可使料流稳定，均匀挤出，消除螺杆旋转给料流造成的旋转运动，但如果平直部分过大，则阻力过大，挤出的管材表面粗糙。一般口模的平直部分长度为内径的2～6 倍。
管材的内外径应分别等于管芯的外径和口模的内径，但实际上从口模出来的管材由于牵引和冷却收缩等因素，将使管子的截面缩小一些；另一方面，在管材离开口模后，压力降低，物料因弹性恢复而膨胀。挤出管子的收缩及膨胀的大小与物料性质、离开口模前后的温度、压力及牵引速度等有关，管材最终的尺寸必须通过硫化烘道（或定径套冷却）成型和牵引速度的调节而确定。
2.管材的定径（加热或冷却）管材挤出后，为了得到正确的尺寸和几何形状以及表面光洁的管子，应立即进行预硫化（或定径和冷却），以使其定型。
3.管材的牵引和切割 牵引的作用是均匀地引出管子并适当地调节管子的厚度。为克服管材挤出胀大及控制管径，生产上一般使牵引速度比挤管速度大 1﹪～10﹪，并要求牵引装置能在较大范围内无级调速，且要求牵引速度均匀平稳，无跳动，否则会引起管子表面出现波纹、管壁厚度不均的现象。
当管子递送到预定长度后，即可用切割装置将管子切断。
三、仪器设备与原料 1.仪器设备（1）单螺杆挤出机。
（2）直通式管材机头口模。
（3）硫化烘道或外径定径装置。
（4）真空泵。
（5）喷淋水箱。
（6）牵引装置。
（7）切割装置。
（8）卡尺、秒表等。
2.原料（配方）下列指导性实验配方，学生可自行设计配方。
硅橡胶（生胶，乙烯基聚硅氧烷）100 补强剂（气相白炭黑、沉淀白炭黑）20－80 结构控制剂（羟基硅油）8－15 色料（纯青、BaSO4 等）0.1－1 硫化剂（过氧化物类如双－2，5、双－2，4；加成硫化体系 催化剂氯铂酸、交联剂）0.5－2 四、准备工作（1）原材料准备。按配方混炼好胶料（2）详细观察、了解挤出机和挤管辅机结构，工作原理，操作规程等。
（3）根据实验原料的特性，初步拟定挤出机各段温度及螺杆转速及螺杆转速，同时拟定其他操作工艺条件。
（4）安装模具及管材辅机。
（5）测量挤出口模的内径和管芯的外径及定径装置尺寸。
五、实验步骤（1）按照挤出机的操作规程，接通电源，对挤出机和机头口模调节温度。
（2）当挤出机各部分达到设定温度后，再保温 30min。检查机头各部分的衔接、螺栓，并拧紧。机头口模环形间隙中心要求严格调正。
（3）开动挤出机，由料（口）斗加入物料，同时注意主机电流表、温度表和螺杆转速是否稳定。
（4）待物料挤出口模后，用一根同种材料、相同尺寸的管材与挤出的管坯粘结在一起，经拉伸使管坯变细引入热硫化烘道或冷却槽（5）开动牵引装置，将管材引入履带夹持器。调节牵引速度使之与挤出速度相配合。
（6）根据对挤出管材的规格要求，对各工艺参数进行相应的调整，直至管材正常挤出。
（7）待正常挤出并稳定 10～20min 后，用切割装置截取一段 50mm的管材。间隔 10min，重复截取两端同样尺寸的管材。
（8）实验完毕，清理机头和多孔板的残留物料。
（11）测量所截取管材的外径和内径、同一截面的最大壁厚和最小壁厚，计算管材拉伸比 L、管材壁厚偏差δ。
六、数据处理（1）管材拉伸比计算：
L＝(D 2 －D 1)2 /(d 2 －d 1)2 式中 L——管拉伸比； D 2——口模的内径，mm； D 1——管芯的外径，mm； d 2——管的外径，mm； d 1——管的内径，mm。
（2）管材壁厚偏差计算：
δ＝100（δ 1 －δ 2）/δ 1 式中 δ——管材壁厚偏差，﹪ δ 1——管材同一截面的最大壁厚，mm;δ 2——管材同一截面的最小壁厚，mm。
（3）扁平试验 将管材试样水平放人试验机的两个平行压板间，以 10～25mm/min 的速度压缩试样，试样被压缩至外径的 1/2距离时停止，用肉眼观察试样有无裂缝及破裂现象，无此现象为合格。
七、注意事项（1）开动挤出机时，螺杆转速要逐步上升，进料后密切注意主机电流，若发现电流突增应立即停机检查原因。
（2）清理机头口模时，只能用铜刀竹板或压缩空气，多孔板可用酒精（火烧）清理。
（4）本实验辅机较多，实验时可数人合作操作，尤其注意不要被热硫化烘道烫伤。操作时分工负责，协调配合。
