第1章 绪论 1
1.1 基本过程 1
1.2 本书范围 1
1.3 一般文献概述 2
1.4 聚合物挤出的历史 3
参考文献 4
第一篇 挤出机械 6
第二章 挤出机的不同类型 6
2.1 单螺杆挤出机 7
2.1.1 基本操作 7
2.1.2 排气挤出机 8
2.1.3 橡胶挤出机 9
2.2 多螺杆挤出机 12
2.2.1 双螺杆挤出机 12
2.2.2 多(＞2)螺杆挤出机 12
2.2.3 齿轮泵式挤出机 13
2.3 盘式挤出机 14
2.3.1 粘性阻力盘式挤出机 14
2.3.1.1 阶梯形盘式挤出机 14
2.3.1.2 鼓式挤出机 15
2.3.1.3 螺旋形盘式挤出机 16
2.3.1.4 组合盘式挤出机 16
2.3.2 弹性熔体挤出机 19
2.3.3 盘式挤出机总评 19
2.4 塞式挤出机 20
2.4.1 单柱塞式挤出机 20
2.4.1.1 固态挤出 20
2.4.2 多柱塞式挤出机 22
附录2-1 组合盘式挤出机的挤出效率 23
参考文献 24
第3章 挤出机硬件 27
3.1 挤出机传动 27
3.1.1 交流电动机传动系统 27
3.1.1.1 机械式调速传动 27
3.1.1.2 电动摩擦离合器传动 28
3.1.1.3 调频传动装置 28
3.1.2 直流电动机传动系统 29
3.1.3 液压传动系统 30
3.1.4 各种传动系统的比较 32
3.1.5 减速器 36
3.1.6 恒转矩特性 36
3.2 推力轴承组件 37
3.3 机筒与进料口 40
3.4 加料斗 42
3.5 挤出机螺杆 42
3.6 模头组件 44
3.6.1 滤网及换网器 44
3.7 加热和冷却系统 46
3.7.1 电加热 46
3.7.1.1 电阻加热 46
3.7.1.2 感应加热 47
3.7.2 流体加热 47
3.7.3 挤出机冷却 47
3.7.4 螺杆加热与冷却 49
参考文献 50
第4章 仪表与控制 52
4.1 仪表要求 52
4.2 压力测定 53
4.2.1 机械问题 53
4.2.2 规范 55
4.2.3 不同传感器的比较 57
4.3 温度测量 58
4.3.1 温度测量方法 58
4.3.2 机筒温度测量 61
4.3.3 斗温测量 62
4.3.3.1 超声波传递时间 65
4.4 其它测量 66
4.4.1 功率测量 66
4.4.2 转速 67
4.4.3 挤出物厚度 67
4.4.4 挤出物表面状态 70
4.5 温度控制 71
4.5.1 通-断控制 72
4.5.2 比例控制 73
4.5.2.1 唯一比例控制 73
4.5.2.2 比例+积分控制 75
4.5.2.3 比例+积分+微分控制 76
4.5.2.4 双重传感器温度控制 76
4.5.3 控制器 77
4.5.3.1 温度控制器 77
4.5.3.2 功率控制器 77
4.5.3.3 双重输出控制器 78
4.5.4 时间-温度特性 79
4.5.4.1 系统的热特性 79
4.5.4.2 线性系统中响应的模拟 79
4.5.4.3 采用通-断控制的温度特性 81
4.5.5 控制器参数的调谐 82
4.5.5.1 性能判据 82
4.5.5.2 PID(比例+积分+微分)参数的影响 83
4.5.5.3 过程模型未知时的调谐程序 83
4.5.5.4 过程模型已知时的调谐程序 84
4.5.5.5 预调温度控制器 85
4.5.5.6 自调谐温度控制器 85
4.6 全过程控制 86
4.6.1 真实全挤出过程控制 86
参考文献 87
第5章 基础原理 90
5.1 衡算方程 90
5.1.1 质量衡算方程 90
5.1.2 动量衡算方程 90
5.1.3 能量衡算方程 91
5.2 基础热力学 93
5.2.1 橡胶弹性 95
5.2.2 应变致结晶作用 96
5.3 热传递 97
5.3.1 传导热传递 97
5.3.2 对流热传递 97
5.3.3 无因次数 97
5.3.4 粘性热生成 102
5.3.5 辐射热传递 102
5.3.5.1 介电加热 104
5.3.5.2 微波加热 106
5.4 排气的基础 106
5.4.1 颗粒状聚合物的排气 110
5.4.2 聚合物熔体的排气 111
附录5-1 牛顿流体的管道流动 114
参考文献 116
第6章 重要聚合物性能 118
6.1 松散物料的性能 118
6.1.1 体积密度 118
6.1.2 摩擦因数 120
6.1.3 料度及担子形状 123
6.1.4 其它性能 124
6.2 熔体流动性能 124
6.2.1 基本定义 125
6.2.2 幂律流体 128
6.2.3 其它流体模型 131
6.2.4 温度及压力的影响 132
6.2.5 粘弹性行为 136
6.2.6 流动性能的测定 137
6.2.6.1 毛细管流变仪 137
6.2.6.2 熔体指数测定仪 139
6.2.6.3 锥板式流变仪 141
6.2.6.4 缝口模头式流变仪 142
6.2.6.5 动力学分析 143
6.3 热学性能 145
6.3.1 导热系数 145
6.3.2 比体积及形态 146
6.3.3 比热容及熔化热 149
6.3.4 比焓 150
6.3.5 热扩散率 151
6.3.6 熔点 153
6.3.7 诱导期 153
6.3.8 热学表征 155
6.3.8.1 差示热分析及差示扫描量热法 155
6.3.8.2 热失重分析 155
6.3.8.3 热力学分析 155
6.3.8.4 其它热学表征技术 155
6.4 聚合物性能概述 156
参考文献 159
第7章 功能过程分析 160
7.1 基本螺杆几何形状 160
7.2 固体输送 162
7.2.1 重力固体输送 162
7.2.1.1 压力分布 164
7.2.1.2 流率 165
7.2.1.3 设计准则 166
7.2.2 阻力诱发固体输送 168
7.2.2.1 摩擦热生成 176
7.2.2.2 开槽机筒段 178
7.3 塑化 185
7.3.1 Tadmor熔融模型 187
7.3.1.1 非牛顿非等温状态 194
7.3.2 其它熔融模型 196
7.3.3 熔融段中的功率消耗 199
7.3.4 计算机模拟 200
7.4 熔体输送 201
7.4.1 牛顿流体 202
7.4.1.1 螺腹的影响 206
7.4.1.2 间隙的影响 207
7.4.1.3 熔体输送中的功率消耗 210
7.4.2 幂律流体 212
7.4.2.1 一维流动 212
7.4.2.2 二维流动 216
7.5 模内成形 220
7.5.1 速度及温度分布 221
7.5.2 挤出物膨胀 227
7.5.3 模内流动不稳定性 229
7.5.3.1 鲨鱼皮 229
7.5.3.2 熔体破裂 229
7.5.3.3 拉伸共振 230
7.6 排气 231
7.7 混合 235
7.7.1 螺杆挤出机中的混合 236
7.7.2 静态混合装置 241
7.7.3 分散性混合 243
附录7-1 方程(7—30)的常数 244
附录7-2 Engstad方程(7—36)的常数 245
附录7-3 应用Darnell及Mol解法确定的固体输送角 246
附录7-4 分析幂律流体二维流动的Fortran程序 247
参考文献 251
第三篇 实际应用 257
第8章 挤出机螺杆设计 257
8.1 力学问题 257
8.1.1 螺杆根部的扭曲强度 257
8.1.2 螺棱强度 259
8.1.3 螺杆侧向挠曲 260
8.2 挤出量优化 263
8.2.1 熔体输送的优化 263
8.2.2 塑化的优化 272
8.2.2.1 螺旋角的影响 273
8.2.2.2 复式螺棱的影响 273
8.2.2.3 螺棱间隙的影响 275
8.2.2.4 压缩比的影响 276
8.2.3 固体输送的优化 277
8.2.3.1 螺槽深度的影响 277
8.2.3.2 螺旋角的影响 278
8.2.3.3 螺棱数的影响 278
8.2.3.4 螺棱间隙的影响 278
8.2.3.5 螺棱几何形状的影响 278
8.3 功率消耗的优化 279
8.3.1 最佳螺旋角 279
8.3.2 螺棱间隙的影响 281
8.3.3 螺棱宽度的影响 283
8.4 单螺棱挤出机螺杆 286
8.4.1 标准挤出机螺杆 286
8.4.2 标准挤出机螺杆的改进 287
8.5 排气挤出机螺杆 289
8.5.1 功能设计问题 289
8.2 各种排气挤出机螺杆的设计 293
8.5.2.1 常用排气挤出机螺杆 293
8.5.2.2 旁路式排气挤出机螺杆 293
8.5.2.3 后部排气 294
8.5.2.4 多排气口排气 294
8.5.2.5 阶式排气 295
8.5.2.6 通过螺杆排气 296
8.5.2.7 通过螺纹机筒排气 296
8.5.3 排气口构型 297
8.6 多螺棱挤出机螺杆 298
8.6.1 常用多螺棱挤出机螺杆 298
8.6.2 屏障型螺棱挤出机螺杆 299
8.6.2.1 Maillefer螺杆 301
8.6.2.2 Barr螺杆 303
8.6.2.3 Dray-Lawrence螺杆 305
8.6.2.4 Kim螺杆 305
8.6.2.5 Ingen Housz螺杆 306
8.6.2.6 屏障型螺杆综述 307
8.7 混合螺杆 308
8.7.1 分散混合元件 308
8.7.2 分布混合元件 321
8.8 比例放大 323
8.8.1 通用比例放大因数 325
8.8.2 热传递的比例放大 325
8.8.3 混合的比例放大 326
参考文献 327
第九章 模头设计 329
9.1 基本问题 329
9.2 薄膜及片材模头 330
9.3 管材及小管模头 333
9.3.1 定型套 335
9.4 吹塑薄膜模头 336
9.5 异型材挤出模头 338
9.6 共挤出 339
参考文献 342
第10章 双螺杆挤出机 344
10.1 绪言 344
10.2 双螺杆挤出机与单螺杆挤出机 344
10.3 啮合同向旋转式挤出机 346
10.3.1 紧密啮合式挤出机 346
10.3.2 自洁式挤出机 348
10.3.2.1 自洁式挤出机的几何形状 348
10.3.2.2 自洁式挤出机中的输送 353
10.3.2.2.1 部分填充螺杆 354
10.3.2.2.2 全填充螺杆 357
10.4 啮合异向旋转式挤出机 358
10.5 非啮式双螺杆挤出机 365
10.6 同轴双螺杆挤出机 376
10.7 双螺杆挤出机中的排气 377
参考文献 380
第11章 挤出机故障排除 382
11.1 与物料有关的问题 382
11.2 与机器有关的问题 383
11.2.1 磨蚀问题 385
11.2.1.1 磨蚀机理 385
11.2.1.2 磨蚀试验方法 386
11.2.1.3 磨蚀的起因 390
11.2.1.4 磨蚀问题解决办法 393
11.2.1.5 磨损螺杆及机筒的修复 396
11.3 聚合物降解 396
11.3.1 降解的类型 396
11.3.1.1 热降解 396
11.3.1.2 机械降解 396
11.3.1.3 化学降解 397
11.3.2 挤出中的降解 398
11.3.2.1 滞留时间分布 399
11.3.2.2 温度分布 401
11.3.2.3 减少降解 404
11.4 挤出不稳定性 404
11.4.1 不稳定性的频率 405
11.4.2 功能性不稳定性 407
11.4.3 挤出不稳定性的解决办法 407
11.5 夹气 408
参考文献 409
符号说明 411
题目索引 414