优化硬质PVC管材的生产工艺

1.工艺流程

硬质PVC管的成型使用SG-5型PVC树脂，并加入稳定剂、润滑剂、填充剂、颜料等，这些原料经适当的处理后按配方要求进行配料、捏合。若采用单螺杆挤出机，还应将捏合后的粉料造成粒，再挤出成型；若采用双螺杆挤出机，可直接用粉料成型。硬质PVC管材挤出成型的工艺流程如图3-19所示。

图3-19 硬质PVC管材挤出成型的工艺流程

采取粉料直接挤出管材时应注意两点：其一，粉料直接挤出成型最好采用双螺杆挤出机，因粉料与粒料相比，少了一次混合剪切塑化工序，故采用双螺杆挤出机可加强剪切塑化，达到预期效果；其二，因粒料比粉料密实，粉料的加工温度可比相应粒料的加工温度低10℃左右。

2.混料、挤出及扩口工艺

（1）混料工艺 按配方配制的物料，即配方料需经高速混合及低速冷却混合两个过程，混合温度是其主要工艺参数，它直接影响配方料的混合质量，从而影响制品质量。高速混合设定温度值为120～125℃，起动高速混料机时应先低速旋转5～10s后再转入高速，以免起动电流太高而损坏电动机。低速冷却混合的目的是将高速混合的物料进一步分散，并打碎可能结成的团块，使物料达到冷却的均一性，低速混合的温度控制在40～45℃。从低速混合冷却缸出料口排出的物料应送入干燥的储料器内，并停放12h以上（俗称团料）再输入挤出机加料口。

为了保证硬质PVC管材挤出成型生产的顺利进行，配方中原料的混合应注意加料顺序。首先把PVC树脂和液体助剂加入高速混合机中，混合1～2min，当温度达到60～70℃时，再加入固体助剂（稳定剂和内润滑剂），当混合料温度达到90～100℃时，再加入外润滑剂（如石蜡等），混合温度达到105～125℃后转入低温搅拌混合机，使料温降至40～45℃。

当用CPE、EVA、MBS等增韧剂改性PVC时，高速混合的最终温度不宜超过110℃，搅拌时间也不宜过长，以避免因CPE等增韧剂发粘结成团块。特别要注意CPE系松软物料，极易吸收液体类添加剂，如增塑剂等。因此，CPE一定要在液体类添加剂之后加入，否则会导致CPE吸收液体类添加剂并结成团块而使操作无法进行，严重时能使高速混合机负载电流过载导致电路及设备损坏。

如要求生产白色PVC产品，在配方中需加入一定量的钛白粉（TiO₂）。在混料时，钛白粉应在高速混合结束前1～2min加入，避免钛白粉与金属细粉结合使白度降低。

混合后的物料应过筛，除去杂质。物料经上料器输入挤出机的喂料系统，上料器的料仓内还应安装磁力架，除去铁屑等有损设备及产品质量的物质。

（2）挤出工艺

1）机筒和机头温度。机筒和机头模具的工艺温度是影响塑化质量和产品质量的重要因素。由挤出机的加料段至机头口模的各段温度应逐渐提高，只在口模定型处略低于口模温度（见表3-12）。具体温度值与制品的原料配方、螺杆的转速、机头结构、测温点位置、测温仪器的误差及测温点深度等因素有关。温度过高，挤出料容易分解，产生变色、烧焦现象，降低产品质量，甚至使操作无法进行。温度过低，塑化不良，管材外观和力学性能较差，经分流器支架后，熔接痕明显或熔接处强度低；同时温度过低，还会使挤出料的粘度增加，流动性差，使挤出阻力加大，容易损坏推力轴承。(www.xing528.com)

表3-12 硬质PVC管材加工温度范围

2）螺杆冷却。由于硬质PVC熔体粘度大，流动性差，为防止因摩擦热过大而升温过高，引起螺杆粘料分解或使管材内壁粗糙，必须适当地降低螺杆温度。螺杆温度一般控制在80～100℃，这样可使物料塑化好，管材表面光亮，提高管材内外质量。如果螺杆温度过低，会影响原料塑化，增大料流阻力，降低产量，甚至会损坏推力轴承或螺杆。因此，螺杆冷却应控制出水温度不低于70～80℃。冷却方法是在螺杆内部安装铜管进行水冷却。

3）螺杆转速。螺杆转速的大小由挤出机规格和管材规格决定。原则上，大机器挤小管，转速较低；小机器挤大管，转速较高。一般ϕ45mm的单螺杆挤出机，螺杆转速为20～40r/min，ϕ90mm的单螺杆挤出机，螺杆转速为10～20r/min；双螺杆挤出机螺杆转速为15～30r/min。提高螺杆转速可在一定程度上增加产量，但过高的螺杆转速会使物料挤出较快，产生较高的摩擦热使管壁粗糙，管材强度降低。所以，螺杆转速的大小要综合考虑。

4）定径压力和真空度。硬质PVC管材一般均采用内压外定径的方法，压缩空气的压力与管材的规格和管的壁厚有关，允许压力范围为0.02～0.05MPa。压力过小，管材不圆；压力过大，一是气塞易损坏造成漏气，二是易冷却芯模，影响管材质量；压力大小不均匀，管材形成竹节状。因此，一定要保证压缩空气的压力稳定，这样才能保证管材的圆度和光滑。若采用真空法定径，真空度约为0.080～0.095MPa。

5）牵引速度。牵引速度直接影响管材的产量，同时影响管材壁厚。牵引速度不稳定，会使管径出现忽大忽小的现象。牵引速度应与管材的挤出速度密切配合。正常生产时，牵引速度应比挤出管材的流速稍快1%～10%。牵引速度过慢，管壁厚度增大，牵引速度过快，管壁变薄，甚至管被拉断。过快过慢的牵引速度都会影响管材质量，一定要注意牵引速度的稳定。生产中调节牵引速度的简单方法是将挤出的管材放于牵引履带上，但履带不夹紧管材，观察履带与管材线速度差，若牵引速度比挤出速度慢，应调节加快到符合要求为止。

（3）扩口工艺 扩口是通过热膨胀法在扩口机上进行的。塑料的热成型通常是在高弹态和粘流态进行，PVC在80℃以下处于玻璃态，在80～160℃范围内处于高弹态，形态可逆，成型后会产生残余应力；在温度超过160℃时处于粘流状态，表现为可塑性，形态不可逆。因此，硬质PVC管材的扩口温度应在80℃以上。温度较低时，物料的流动性较差，扩口后的承插口外观易产生白化，且由于温度偏低而不能获得大的伸长率而导致扩口破裂，尺寸稳定性差，轮廓不清楚。而当扩口温度较高时，虽然扩口后残存内应力小，但又易造成承插口有褶皱、气泡、变色、分解等现象，外观较差，分解严重还会造成强度下降。硬质PVC管材扩口最佳成型温度为160～180℃。

选择管材加热时间的标准是使管材达到最佳扩口温度，并使温度分布均匀，又不出现变色、分解。当管材配方一定时，加热时间主要取决于管材壁厚，也与室温、配方材料的比热容有关。PVC导热性差，为使温度分布均匀，加热过程中一般都采用旋转管材的方式。加热温度为160℃时，PVC管材的壁厚与加热时间见表3-13。

表3-13 PVC管材的壁厚与加热时间

扩口后的冷却也很重要，在保证承插口内应力小、耐冲击性好、承插口不变形的前提下，冷却时间越短越好。自然冷却有利于消除内应力，提高管材耐冲击性，但时间长，生产率低。因此，一般采用水冷，冷却到40～50℃（变形温度以下）。