聚氯乙烯的注射成型技术

聚氯乙烯英文名称Polyvinylchloride，简称PVC，是目前世界上产量仅次于PE的热塑性非结晶型塑料，外观为白色粉末，密度为1.38g/cm³。一般把含15%（质量分数，下同）以下增塑剂的PVC称为硬质PVC，而含15%以上增塑剂的PVC称为软质PVC。由于其化学稳定性好，介电性高、阻燃、耐油、耐磨，有一定的力学强度且价格便宜，因此，被广泛用于农业、化工、电子、建筑和轻工等领域。

1.工艺特性

（1）结晶性 PVC为非结晶型高分子材料，没有明显的熔点，60℃以上开始变软，100～150℃呈粘弹态，150℃以上成为粘流态。树脂在150℃开始分解，超过180℃则迅速降解，放出大量有刺激性及腐蚀性的HCl气体。因此PVC必须加入热稳定剂方可进行加工。成型温度一般在160～190℃之间。

（2）熔体特性 PVC作为一种热敏性材料，熔体粘度大，流动性差，物料充模困难，需较大的注射压力，同时为避免出现熔体破裂现象，在成型中宜采用低速高压注射。

（3）热稳定性 PVC热稳定性差，成型温度与热分解温度很接近，成型温度范围很窄，是一种难于成型加工的材料，应尽可能用较低的温度注射成型，同时应尽可能缩短成型周期，以减少熔体在机筒内的滞留时间。

（4）吸湿性 PVC吸水率低，含水质量分数一般不超过0.1%，对要求不高的制品，成型前可不进行干燥处理。

（5）收缩率 成型收缩率低，约0.6%～1.5%。

2.对成型设备的要求

PVC的注射成型，只能选用螺杆式注射机，不能选用柱塞式注射机。最好采用PVC专用装置。螺杆可选用渐变式压缩型螺杆，压缩比为2～2.5，长径比为12～20，螺杆头部为锥形，无止逆环，以减少物料停留的可能性（未增塑PVC的注射成型可采用带止逆环的标准螺杆）。最好采用螺杆头和螺杆体合为一体的形式，以避免PVC熔体渗透到零件内层。螺杆的三段分布分别为加料段约40%，压缩段40%，均化段为20%。

喷嘴应采用通用型喷嘴或延伸式喷嘴，并配有加热装置。喷嘴的孔径应大些（直径为4～10mm），成圆锥形，内角为5°，以防止死角滞料。

为精确控制熔体温度，一般要求注射机具备一套风冷温控系统，使机筒温度保持在一定的温度范围内，防止PVC在机筒内过热分解。目前通常采用压缩空气机筒内部冷却或风机冷却装置。设备的温控系统（如恒温仪表、调压变压器等）应指示准确且反应灵敏。

由于PVC分解后产生的HCl气体对金属会产生腐蚀作用，螺杆、机筒及模具的表面应镀铬、氮化处理。

注射机的注射压力、速度、背压、温度均可实行多级、精密控制。

3.制品特点

制品壁厚不可太小，一般为1.5～5.0mm，壁厚尽可能均匀，最小壁厚不得小于1.2mm，流道长度与制品壁厚之比为100∶1左右。

4.模具结构

硬质PVC的成型收缩率通常为0.6%～1.5%，故要求制品应有一定的脱模斜度。一般沿脱模方向的斜度为1.0°～1.5°，对于多孔制品或脱模阻力较大的制品其斜度应适当加大。

所有常规的浇口都可以使用。如果加工较小的部件，最好使用针点型浇口或潜入式浇口；对于较厚的部件，最好使用扇形浇口。针点型浇口或潜入式浇口的最小直径应为1mm；扇形浇口的厚度不能小于1mm。浇口越短越好，浇口朝着制品的方向应有圆弧过渡。流道的长度要短，直径要大，以减小压力损失，使保压压力能传递到型腔。主流道的横切面要为圆形，通过切面半径连接主流道和浇口，直径可为7mm。主流道末端应开设足够的冷料井以捕集冷料，对于较长的分流道也应开设冷料井。

模具须冷却，为了防止HCl气体对模具产生锈蚀作用，对模具的流道、型腔等与熔体接触部分，应做好防腐处理（如镀铬、氮化等），或采用耐腐耐磨材料制成。生产完后，应用温和的碱液小心地将模面清洗干净后再油质喷雾或硅质喷雾。

5.原材料处理

加工前原料可不干燥，如果原料中水分含量较高时（含水质量分数超过0.4%），可在70～90℃的热风循环烘箱中干燥1～2h。

6.注射成型工艺条件

鉴于PVC树脂的特点，注射成型时必须充分注意对熔体温度的控制，同时要确保预塑时电动机能产生足够的扭力。

（1）机筒温度 机筒温度控制在170～190℃，最高不超过200℃；机筒温度分布通常采用阶梯式设置，当机筒温度达到后，应由注射机中的温度控制系统对其进行准确控制。喷嘴温度比机筒末端温度低10～20℃，一般在170～180℃之间。

（2）模具温度 一般在40℃以下，最高不超过60℃。薄壁、形状复杂制品的模具温度应偏高些。为了减小制品内应力的产生，模具各部位温差不应超过5℃。

（3）注射压力 注射压力的大小，直接影响制品的密实性与收缩率。由于硬质PVC的熔体粘度较大，故成型时需较高的注射压力，一般情况下，注射压力应控制在90MPa以上。硬质PVC的注射压力还与制品的结构和要求有关，见表4-6。

表4-6 硬PVC制品结构与注射压力的关系

（4）保压压力 注射压力的40%～60%，大多在60～80MPa，依制品和浇口形式而定。

（5）塑化压力 塑化压力应尽可能控制在15MPa以内，越低越好，一般为5MPa。过高的背压会产生过大的剪切力，使PVC过热分解。

（6）注射速度 为避免材料降解，一般采用中等或较低的注射速度。生产极度光滑的厚壁制品时，需要多级注射速度。

（7）螺杆转速 由于PVC的高粘度和热敏感性，要控制螺杆的转速，如果螺杆直径在60mm以下，转速要小于60r/min，直径越大转速越小。(www.xing528.com)

（8）成型周期 为减少物料的分解，应尽量缩短制品的成型周期，除了大型超厚制品外，成型周期一般在40～80s。以制品脱模时有一定强度，不变形为依据，时间越短越好。

不同类型PVC的注射成型工艺条件见表4-7。

表4-7 不同类型PVC的注射成型工艺条件

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7.注意事项

为保证聚氯乙烯的顺利成型，在成型中应注意：

1）用PVC树脂生产前，如果机筒内所存物料为PS或ABS时，可在PVC加工温度下，直接用PVC清洗机筒并进行成型加工。若机筒内所存物料的成型温度高于PVC所允许的温度范围，或是POM等其他热敏性塑料时，应先用PE或PS等树脂清洗机筒，然后再用PVC清洗干净后再投入生产。

2）在200℃的温度下，熔体在机筒中的滞留时间最多不能超过5min。当温度为210℃时，滞留时间不能超过3min。

3）在机筒升温过程中，应密切注意升温情况，当温度达到工艺要求后，须及时开启设备，进行对空注射，而不可使物料在机筒内恒温一段时间。

4）由于注射温度与熔体分解温度很接近，注意要经常校正仪表显示温度与机筒实测温度的差值，避免原料分解，影响生产。

5）在加工过程中，如果发现制品上有黄色条纹或黄色斑，说明原料已接近分解，应立即采取措施，对机筒进行清洗。再次生产前应对空注射，检查熔体料样，熔体光洁明亮，说明清理干净，可投入正常生产。

6）在加工PVC时，应保持生产车间通风良好，生产设备应做好防腐工作。若出现树脂分解时，应及时将门窗打开，排出受污染的空气。

7）由于PVC的脱模性能良好，因此一般不使用脱模剂，如需使用，其用量应很小。

8）停机时，要先将机筒内的PVC物料全部排出，并用PS、PE或通用级ABS树脂及时清洗机筒，方可停机；停机后立即在模具的型腔与流道表面涂油防锈。

8.PVC注射成型中不良现象、产生原因及解决办法

PVC注射成型中不良现象、产生原因及解决办法见表4-8，PVC发泡塑料注射成型中不良现象、产生原因及解决办法见表4-9。

表4-8 PVC注射成型中不良现象、产生原因及解决办法

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表4-9 PVC发泡塑料注射成型中不良现象、产生原因及解决办法

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