挤出型材与吹塑薄膜

3D打印机喷嘴本质上就是一个挤出模头，它也会产生胀大效应。这是台式环境下最直观的演示方法。 将热端加热到打印温度，喷嘴与热床保持距离，然后缓慢向空气中挤出。接住挤出的丝条，待其冷却后，用千分尺进行测量。 其直径**大于喷嘴孔径**。0.4 mm的喷嘴通常会得到0.45至0.55 mm的自由丝条，具体取决于聚合物种类和温度。对PLA、PETG和ABS分别进行此操作，并列出每种材料的胀大比。 接着改变条件，观察胀大比的变化： - **提高挤出速度。** 胀大增加，因为分子链在模头内被更剧烈地拉伸，回弹也更明显。 - **提高挤出温度。** 胀大减小，因为分子链在凝固前有时间松弛。 现在抵消这一效应。向空气中挤出，并用镊子将丝条拉离的速度快于其挤出速度。再次测量：丝条比喷嘴更细。这就是**牵伸下拉（draw-down）**，在实际生产线中，这一过程正是由牵引装置以受控速率完成的。 这两种相互对立的效应，构成了型材挤出控制的全部内容。第4步将对二者的组合给出具体数值。

现在做一个异形截面，而不是圆形截面。你需要一个小型模头：一块中间切有狭缝或十字形孔的板，安装在熔体挤出的位置。 最便宜的可行方案是**打印机喷嘴用的模板**：一块薄黄铜或铝板，钻孔并用锉刀加工出一个 2 mm 的狭缝，用夹具将其固定在喷嘴下方一毫米处，使挤出物被迫穿过它。这种方法粗糙、需要加热且比较麻烦，但它能演示两个关键要点。 **定径段（land）。** 模头在锥形段之后的平行段。较短的定径段会产生更大的胀大和更粗糙的表面；较长的定径段让分子链在模内充分松弛，从而得到更稳定、更精确的截面。制作两块板，一块定径段为 1 mm，另一块为 4 mm，比较挤出物的差异。 **流动不均。** 通过一端较宽的狭缝挤出。熔体在模口较开的一端流出更快，因此型材在离开模具时会向流动较慢的一侧弯曲。所有不对称型材都会出现这种现象，实际模具会刻意切割出长度不同的定径段以平衡流动，这也是为什么挤出模具需要在机器上反复手工调校，而不是在 CAD 阶段就完成加工。 像实际生产线一样冷却挤出物：让它穿过距离模头几厘米的浅水槽。注意，冷却过快会使外层凝固而内部仍在收缩，截面就会弯曲。 熔融聚合物温度为 200–260 °C，热黄铜板与水靠得很近。请佩戴面罩、戴手套，使用稳固的夹具，切勿用手去抓正在下落的热料条。

吹膜是加入了强力拉伸的挤出工艺：熔体从环形模口挤出成薄管，空气将其吹胀至直径的数倍，同时牵引辊以远快于挤出时的速度将其向上拉动。它在半空中凝固，同时沿两个方向被拉伸。 你无法在工作台上吹膜，但可以制造出它所具有的*性能*，并证明这一性能确实重要，而这正是值得了解的部分。 取一个购物袋或一块包装薄膜。剪下两条，一条沿卷材方向，一条垂直于卷材方向——卷材方向通常可以从折痕或任何印刷图案中看出。 用手撕开两条。一条能沿直线干净利落地撕开；另一条则阻力很大，且会歪斜。然后用弹簧秤将两条都拉至断裂，并记录所需的力。 这种差异就是**取向**：分子链在一个方向上比另一个方向排列得更整齐，因此薄膜沿着分子链方向很结实，而沿分子链之间则容易撕裂。一个沿长度方向撕得漂亮、而横向撕不开的袋子，说明其吹胀比和牵伸比没有保持平衡。 现在对**流延**薄膜——保鲜膜，或从真空成型实验环节的材料上切下的一片——做同样的测试。它在两个方向上的表现要均匀得多，但强度也更弱。这就是权衡：取向会在你所定向的方向上带来强度，同时却从另一个方向上夺走强度。 记住这个结果。下一个实验将把它推得更远，并用它制造出一个瓶子。

**归属，据实陈述。** 本级不主张任何单一专利。塑料的螺杆挤出起源于十九世纪的橡胶工业，到二十世纪三十年代已完全确立，而本目录已将金属加工中的铅管挤出作为其冶金前身收录。数十项专利涵盖特定的模具、螺杆及口模膨胀补偿；它们中没有一项是*那一项*挤出专利，断言某一项即是，就等于虚构了历史并不具备的整齐性。 **对经济性的意义。** 挤出是将聚合物转化为有用几何形状最便宜的方式，因为工具连续运行，其成本摊到长度上而非摊到单个零件上。这就是为什么世界上最便宜的塑料制品——薄膜、袋子、管材、型材——都通过挤出生产，也是为什么一个小型注塑件的成本可能超过一米重量为其十倍的挤出型材。 **取向是需要带入后续步骤的理念。** 薄膜或纤维生产线中模头之后的一切工序，都是为了在聚合物冷却固化时对其进行拉伸，因为拉伸使分子链取向，而取向排列的分子链强度要高得多。下一级正是将这一原理有意地沿两个方向实施，以制成可承受五巴压力的瓶子。 **诚实的局限。** 挤出只能生产等截面形状，别无其他——沿长度方向的任何变化都必须事后添加。公差远比注塑宽松，并且会随生产线速度、熔体温度和冷却条件而波动。对于实际化合物，口模膨胀无法以有用的精度计算，因此模具需要经过切割、试运行、测量和再切割；第2步中的台架工作正是这一循环的一个小型而诚实的版本。此外，该工艺对湿润原料毫不宽容：吸湿性聚合物必须干燥，否则水分会在模头内汽化成蒸汽，挤出物将出现发泡和条纹。