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聚氯乙烯泡沫塑料成型优化技巧

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:成型工艺可分为间歇法及连续法两种形式。其生产工艺流程与连续法加工PU泡沫塑料块料相似,该法生产中所用的PVC糊粘度要适当,胶凝温度范围要中等,这样气体在塑料糊中容易成泡。软质PVC泡沫塑料可用高压注射成型加工低发泡和结皮结构泡沫制品,密度可达600~800kg/m3,广泛用于制作塑料凉鞋、拖鞋和高跟鞋等。①两次发泡工艺实际上是高压注射法两次开模成型工艺。

聚氯乙烯泡沫塑料成型优化技巧

1.软质PVC泡沫塑料的成型工艺

(1)发泡方法 主要包括物理发泡法和化学发泡法。

1)物理发泡法。用PVC树脂、增塑剂等助剂配制成糊状或液态溶液,以二氧化碳为发泡剂,在高压釜混合器中以2~2.5MPa的压力将其充入PVC胶液中,形成均匀充气的混合料即可供发泡成型。成型工艺可分为间歇法及连续法两种形式。间歇法常用于模压成型可生产板材、模压制品和块状料。物料加入模具中加热到110~135℃发泡成型,冷却后即可获得制品。发泡成型时如果用敞口模具成型,则得开孔结构泡沫体,用密闭模具成型,则得闭孔结构泡沫体。

连续成型是指将PVC/CO2混合糊料铺置在连续成型设备的传送带上,用高频加热至150℃左右。熔融塑化好的物料经过冷却切片,即得到一定厚度的开孔泡沫塑料。其生产工艺流程与连续法加工PU泡沫塑料块料相似,该法生产中所用的PVC糊粘度要适当,胶凝温度范围要中等,这样气体在塑料糊中容易成泡。如果塑料糊粘度太大,胶凝温度范围较小,则不容易成泡;反之,粘度太小,气体又容易逃逸。因此要求塑料糊的流变行为呈假塑性流体,这样塑料糊就能溶解足够的气体而成为稳定的泡沫体系,并使其稳定状态维持到胶凝过程。泡沫制品的密度主要取决于惰性气体的压力和溶解程度以及塑料糊中的增塑剂含量。增塑剂含量低,惰性气体压力低溶解量少,泡沫塑料的密度偏高。

2)化学发泡法。用PVC树脂、增塑剂、发泡剂(常用偶氮二甲酰胺)等配制成配方料,用于模压发泡、一步大气发泡、两步大气发泡、挤出发泡、直接挤出发泡、注射发泡和压延发泡等成型工艺。化学发泡供成型用物料按不同成型工艺有不同的制备方式,如塑性溶胶或糊状物,常用于模压成型、一步法及两步法。对挤出或注射成型料常将配方料先混炼成片状料和粒状料,前者供模压及压延成型用,后者供挤出或注射成型用。

(2)成型工艺 其成型工艺主要包括模压成型、大气发泡成型、挤出成型和注射成型等。

1)模压成型。它是指物料在模具内加热加压成型的工艺,以制作鞋料制品工艺为例(拖鞋、鞋底、凉鞋、鞋袢等)简介如下:

其工艺流程如图14-45所示。

其成型工艺过程包括配料、发泡成型、冷却脱模、热处理、泡沫稳定和加工修整等工序。

①配料。按配方配比混合料经研磨、捏合。塑炼成片材(也可用挤出成型加工片材),捏合温度为100~120℃,时间为45~60min;塑炼温度为120℃,时间为5~15min。物料温度必须低于发泡剂分解温度。

②装料。按制品尺寸形状及颜色裁切片材,并按颜色铺装鞋面、底和中间层料。装料合模,于多层液压机中加热塑化发泡。

③塑化发泡。片材在160~165℃和60MPa条件下塑化发泡,发泡时间为30~45min,成型后冷却到50℃左右开模顶出片料。

④热处理。成型片材再置于蒸汽烘室中,于90~100℃下热处理10~15min,使片材软化进一步发泡即可制得密度为250~400kg/m3的闭孔型泡沫片材。

⑤稳定泡沫。发泡后的片材必须在室温下放置7天左右,待泡孔吸入空气,使泡孔内外压力平衡,泡孔稳定后才可按鞋面、鞋底或鞋袢尺寸冲切成型,装配成鞋制品。

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图14-45 PVC模压成型工艺流程

2)大气发泡成型。它是指物料在大气压力下自由发泡成型。如果用敞开模或连续生产法加工制品,配制的溶胶料置于模具加热至175~215℃,加热时间为10~30min,让物料自由发泡即可得开孔结构泡沫体,也称为一步大气发泡法。如果溶胶料先在100℃下加热10~30min,使发泡剂分解发泡,然后再在175℃下加热10~30min,使泡沫结构熔结并稳定,则称为两步大气发泡法。

3)挤出成型。软质PVC泡沫塑料常用于制作由铜丝、棉丝和尼龙丝为芯材,软质PVC泡沫料为包覆层的卷料。成型时通常先将配方料在120~130℃温度下用双辊炼塑机进行混炼切粒,然后粒料先在低于发泡剂分解温度下挤出成卷料,并直接通过185℃的辐射加热管道加热发泡,再经冷水冷却后卷在卷盘上待泡沫稳定。

4)注射成型。软质PVC泡沫塑料可用高压注射成型加工低发泡和结皮结构泡沫制品,密度可达600~800kg/m3,广泛用于制作塑料凉鞋、拖鞋和高跟鞋等。工艺过程包括配料、捏合、挤出、造粒、注射发泡、整饰和包装等工序。按发泡工艺可分为两次发泡和一次发泡两种形式。

①两次发泡工艺实际上是高压注射法两次开模成型工艺。成型时熔料从鞋底注入,流经鞋袢充满型腔,当熔料与模型表面接触时熔料表面先冷却形成结皮表面,经短期冷却后模具开启一段距离,型腔让出空间可供芯层料发泡成泡沫体,启开距离即为发泡量,称为第一次开模。此时,鞋袢部分的料因壁薄不易发泡,故生成未发泡(或少发泡)实体,待冷却定型后再第二次开模顶出制品。

注射设备可采用卧式双工位或多工位螺杆注射机及立式转盘螺杆注射机。注射机及模具都有两次开模装置。

两次发泡工艺的配方料中增塑剂含量高(78~85质量份),发泡剂减少(0.8~1.0质量份),且采用多种稳定剂。配料经捏合和挤出造粒即可供注射使用。挤出温度一般为120~180℃,以防止发泡剂过早分解。

注射发泡成型条件:注射温度为165~175℃,螺杆转速为55~75r/min,采用较高的背压,充模后冷却2~4s即开启模具(开模距视发泡量而定),再经1~2min冷却定型后即可进行第二次开模,顶出制品。

这种工艺不宜加工鞋底及后跟等厚度差较大及高跟鞋制品,也不宜加工发泡困难的小号码鞋。

②一次发泡工艺。它是采用专用的配方料及模具,注射时从鞋袢注入熔料,流经鞋底填充型腔。鞋袢部分熔体冷却后成实体料,鞋底部分熔体表面形成结皮结构,内芯料受热膨胀使型腔内活动模板上浮,物料即可在模腔内自由发泡生成泡沫体。这种工艺可加工高跟鞋等制品。

一次发泡工艺常用立式转盘螺杆注射机,配方料增塑剂减少(50~55质量份),发泡剂增加,且采用多种稳定剂。其配料工艺与两次发泡法相似。注射成型工艺条件:预塑化机转速为70~90r/min,背压为0.7~1.0MPa,注射速度为50~70mm/s,模具温度为50~70℃,注射压力为30~50MPa,成型温度为165~175℃,模具冷却时间为4~5min。

5)压延成型。软质PVC泡沫塑料广泛用压延成型工艺加工薄膜、片材、人造革复合材料和壁纸等制品。现以加工人造革的工艺为例进行介绍。

人造革生产方法有压延法、涂覆法和层合法。其中,压延法是常用方法,它是将PVC压延膜与基材贴合后再发泡而成人造革的一方法,可分为边压膜,边贴基材的直接贴合法及先压模、后贴基材的分步层合法。涂覆法是将糊状配方料用涂料机涂布于基材上,然后再发泡、轧花制成人造革的方法。按涂布方式可分为载体法及涂刮法,其中载体法应用较广。

PVC泡沫塑料人造革成型工艺包括配料、捏合塑炼、压延、贴合基材、贴膜、发泡、轧花、冷却和卷取等工序。

①配料。其配料由PVC树脂、增塑剂、发泡剂、稳定剂、填料和着色剂组成。

②捏合及塑炼。在捏合机中按配方先加入树脂和部分增塑剂搅拌1~2min,然后加稳定剂和润滑剂搅拌3min,再加入发泡剂和剩余的增塑剂搅拌3~5min,物料温度到90~100℃时呈柔软均匀状态,当降温到70~80℃即可出料。其捏合蒸汽压力为0.1MPa,高速捏合,捏合料再在密炼机中塑炼3~4min,温度为130~140℃,不高于140℃,使物料进一步混炼制得片状料,然后再在开炼机中将物料多次折叠辊压,使其完全熟化,切成直径为10~15cm的料卷或片料,开炼辊温度为135~145℃,辊间隙为3~5mm,一般用三台炼塑机进行开炼。

③压延。开炼料送入多辊压延机压制片料,压制温度<170℃,一般第一段辊温为130~140℃,最末段辊温为155~165℃,辊间隙为2~3mm。

④贴布。人造革用的基材(如玻璃纤维布等)经表面处理(如扫毛、压光、上浆等)预热到60℃,传送到压延机上与PVC片膜,热辊压成整体。

⑤发泡。贴布的人造革坯料一般以10~12m/min的速度通过发泡箱加热发泡。发泡箱分4段加热区,一般第1段温度为180~185℃,第2段温度为185~195℃,第3段温度为175~185℃,第4段温度为185~200℃。

⑥轧花。发泡革料通过压花辊压到规定的厚度后冷却定型。压花辊组由金属辊与橡胶辊组成,两辊间距<发泡层的15%~20%,速比为1.1~1.2。

⑦其他工序。经轧花后的人造革即可按制品需要进行表面贴膜或涂膜、修整等后续工序。

6)载体法人造革成型工艺。该工艺过程及成型方法不在这里介绍,这里主要介绍其成型工艺要求。

①配料。各种原料经研磨搅拌混合后配成糊状料,用涂料机铺涂于不锈钢载体上(厚度为0.5~1mm),预热温度为100~110℃,使之呈半胶凝状态涂层。

②贴布、发泡。将基材贴压在涂料层上,然后在220~230℃的烘箱中加热塑化、发泡,形成微孔泡体。

③冷却剥离。发泡后半成品冷却至60℃以下,与载体分离,修边。

④表面装饰。要表面涂覆贴膜的制品,需进行表面装饰加工,贴膜加工采用辊压法,将半成品及贴膜预加热到120℃,1min左右辊合,再加热到175℃轧花、冷却、卷取而成制品。涂膜制品涂膜后应加热到100~120℃去除溶剂,然后再轧花、冷却和卷取。

7)壁纸成型工艺。软质PVC泡沫塑料壁纸有高低发泡印花纸、印花压花纸、沟底印刷浮雕型发泡纸和阻燃发泡壁纸等品种。成型工艺可分压延法及涂布法两种。

①压延法。采用悬浮法PVC树脂与助剂、发泡剂配制成糊状料,经压延成面层,然后与纸基复合成壁纸半成品,经预热塑化发泡后,再进行压花、印花装饰加工即可制成发泡壁纸。物料密炼温度为160~170℃,如挤出机塑炼时塑化温度为160~180℃;压延成型温度为160~170℃,纸基预热温度为150℃,复合压力为0.8~1MPa。

②涂布法。按涂布塑料层的方法可分为涂刮法及圆网式涂布法两种,如图14-46所示。

涂布法壁纸采用乳液法生产的糊状PVC树脂及增塑剂、稳定剂、润滑剂、发泡剂。填料和颜料等组成配方料,经捏合成糊状PVC配方料。

刮刀法涂布工艺包括涂布、烘箱发泡、压花印花、冷却、分切成卷等工序。该工艺操作简单,设备价格低,制品手感柔软,对墙壁适应性好。其发泡温度为150~200℃,压花预热辊用蒸汽加热,压力为0.2~0.3MPa,加热辊蒸汽压力为0.78~0.98MPa,压花压力为0.49~0.59MPa。由于在发泡层上压花,故图案立体感很强。

圆网法涂布工艺是用刮板将PVC涂料通过圆柱形网筒的网孔涂布在纸基上,由于网筒表面用照相制版方法制成一定花纹图案的印刷版,所以既可进行涂布,也可印刷花纹图案。制品发泡后不需压花印刷。另外,采用多个网筒还可进行多色套印涂布,每次涂布后经烘箱塑化后,再进行下次涂布,直至最后涂布后再塑化发泡即可。

圆网涂布工艺包括纸基在涂布印刷机上先进行圆网涂布,经烘箱预热胶凝后再进行圆网印刷,然后输送到发泡箱中加热(150~200℃)胶凝发泡,最后进行冷却、分切收卷等工序,常用于涂布高发泡壁纸。

圆网用目数为(14~215目)(孔径为1180~68μm)的纯镍网布作成圆筒状,网孔为六角形,孔径按图案要求选择,网厚度125~450μm,开孔面积一般为15%~30%。目数大,开孔面积大,网壁厚,则涂布量大。对同一规格的圆网,调节糊料粘度及刮料板对圆网和底基接触点位置即可调涂层厚度及涂布量。涂布量一般为100~120g/m2。圆网与纸基托辊间隙为纸基厚度0.8倍左右。图14-47所示为涂布法生产的壁纸结构剖面图。

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图14-46 壁纸涂布法成型工艺

a)刮涂法 b)圆网法

2.硬质PVC泡沫塑料成型工艺

(1)发泡工艺硬质PVC泡沫塑料与软质料相比,配方料中增塑剂含量少或无增塑剂,一般用化学发泡法。常用发泡剂为偶氮二异丁腈类有机发泡剂或二氯甲烷(乙烷)等无机发泡剂。另外,还含有稳定剂及阻燃剂等助剂。对模压用料一般用溶剂与经球磨后的配方料组成湿状团料供模压成型。对挤出用料,一般将配方料高速捏合搅拌后挤出造粒供挤出成型。用双螺杆挤出机加工制品时,原料不需再造粒,捏合后可直接用于挤出成型。

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图14-47 涂布法生产的PVC发泡塑料壁纸结构剖面

a)全涂全发泡压花壁纸剖面 b)浮雕印刷发泡壁纸剖面 c)浮雕发泡壁纸剖面

按发泡倍率,硬质PVC泡沫塑料可分为高发泡(发泡剂含量8~15质量份)和低发泡(发泡剂含量0.5~5质量份)两类,前者常用于先模压成型后发泡工艺,后者用于挤出成型。按泡沫结构可分为结皮法、自由发泡法、共挤发泡法等。

(2)模压成型工艺 常用于制作高发泡PVC及交联发泡PVC制品。采用模压-后发泡工艺,其流程如图14-48所示。

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图14-48 硬质PVC泡沫塑料的生产工艺流程

1)配料。配方中各组分按配比和顺序投放到球磨机中研磨3~4h,并用孔径为250μm(60目)筛网筛选后迅速加入磷酸甲酚酯等增塑剂和溶剂,常温下搅拌均匀成湿团料,立即装入模具并盖上模盖,以减少挥发。

2)压制成型。装料后模具置于液压机中加热加压塑化成型,成型压力为20MPa,加热蒸汽压力为0.6MPa。塑化时间视制品尺寸大小而定,一般30~40min。塑化后即可冷却脱模。

3)发泡。模压制品放在沸水中,或60~80℃的烘炉中进行发泡,最后将制品再放入(65±5)℃的烘箱内热处理48h予以稳定定型、冷却后为泡沫塑料制品。

在生产过程中会释放大量溶剂,因此车间内必须保持良好通风,应设有防火、防爆措施,防止中毒,保证安全生产。

(3)挤出成型 硬质低发泡PVC塑料主要采用挤出成型工艺加工制品,按泡沫结构可分为自由发泡法、结皮发泡法和共挤复合泡沫结构,挤出加工的制品有板材、管材和异型材等。各类制品成型工艺介绍如下:

1)硬质低发泡PVC结皮发泡板材的成型工艺流程如图14-49所示。

其成型工艺见表14-84。

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图14-49 硬质PVC结皮板工艺流程

a)一般板材生产流程 b)成品表面处理流程

14-84 硬质PVC结皮泡沫塑料板成型工艺

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2)硬质低密度自由发泡挤出板材的成型工艺。其成型原理如图14-50所示。

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图14-50 自由发泡法原理示意

1—修整后表皮 2—定型装置 3—局部软化层 4—自由发泡体 5—口模 6—加热器

自由发泡挤出时口模直径远小于定型模口径,因此熔体挤出口模后因突然泄压使熔体内的气体可立即膨胀发泡成发泡体,直至进入定型模冷却定型后才终止发泡。可生成均匀泡孔结构,且表面有一定硬度的发泡板。该工艺适于生产截面积小的型材,可采用单螺杆机,但机头及口模要使熔料保持较大的背压,以抑制物料在料筒内发泡,而出口模就能立即发泡,且定型及冷却装置的尺寸要保证制品尺寸稳定和表面质量。

低密度RPVC自由发泡板材成型工艺流程如图14-51所示。

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图14-51 低密度RPVC自由发泡挤出板材生产工艺流程

自由发泡工艺:将聚氯乙烯树脂、稳定剂、润滑剂等依次加入高速捏合机内,搅拌10min左右,使物料温度保持在100~120℃,然后加入发泡剂等,停止加热再搅拌10min后出料,冷却至室温备用。然后将物料经挤出机进行成型加工,挤出物离开口模时突然减压,气体膨胀发泡。

其成型工艺条件见表14-85。

14-85 硬质低发泡PVC自由发泡塑料板成型工艺

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3)硬质低发泡PVC装饰板成型工艺。其工艺流程如图14-52所示。

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图14-52 硬质低发泡PVC装饰板 工艺流程

在高速混合控制过程中应注意两点:①按投料顺序投料;②使各种原料充分混合。分散均匀,出料温度在100~110℃。在没有冷搅的情况下出料后应注意翻料散热,避免结块提前分解。

使用单螺杆挤出机造粒和挤出成型PVC片材的温度控制见表14-86。

14-86 使用单螺杆挤出机造粒及成型PVC片材的温度控制

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应该注意的是,无论造粒还是挤出成型都要根据原料和设备情况制定具体工艺参数。

4)硬质PVC结皮低发泡塑钢板成型工艺,其工艺流程如图14-53所示。

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图14-53 JFG型材生产工艺流程图

①混料工艺。在JFG型材工艺中,混料工序是一个主要环节。混料工艺包括两个方面:一是加料顺序;二是混料温度。混料工艺的优劣,也是影响产品质量的一个重要因素。

应当注意,为保证JFG型材的质量,混好的干混料应当在室温下密闭放置16h以上再供型材挤出车间使用。

②挤出控温。为使物料在挤出机内塑化均匀,熔体致密,获得良好的发泡体,挤出温度的控制十分重要。具体挤出温度控制:机筒H1区,140~160℃;机筒H2区,160~180℃;机筒H3区,165~185℃;机筒H4区,165~188℃;法兰H5区,160~180℃;法兰H6区,160~180℃;模具H7区,170~190℃;模具H8区,170~190℃。

③形成木纹。JFG型材采用本体着色直接挤出的方法形成木纹。

④钢塑复合挤出。在JFG型材生产过程中,为保证钢衬与PVC-U结皮低发泡体的复合挤出质量,通常采用两项措施:一是将钢衬表面涂上专用粘结剂,以保证在使用温度变化的情况下伸缩一致,真正做到钢塑一体;二是将涂布好胶粘剂的钢衬预热后再进入共挤机头与PVC-U结皮发泡体复合。

⑤冷却定型。由于PVC-U结皮低发泡过程是放热反应,加上发泡体散热不易,在JFG型材生产时,强化冷却定型对提高产品质量是十分有利的。通常采用干法和湿法相结合的方式进行冷却。

⑥牵引。在JFG型材生产中,牵引速度与挤出速度同步调整。

5)硬质低发泡PVC管发泡挤出成型。硬质低发泡PVC管可分为自由发泡及结皮发泡两种结构,其配方料及挤出工艺不同。

①结皮结构管材成型工艺。其成型工艺可分为单螺杆机挤出工艺及双螺杆机挤出工艺两种。单螺杆机挤出工艺需将配方料造粒后再供挤出成型。硬质PVC低发泡管挤出工艺流程如图14-54所示。

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图14-54 硬质PVC低发泡管挤出工艺流程

a)单螺杆机工艺流程 b)双螺杆机工艺流程

·捏合。配方料必须捏合使物料充分混合后才可供挤出成型。捏合时配方料必须按配比,按顺序分批投料,先高速热捏合,捏合温度为100~110℃,后低速冷捏合或充分翻料,使物料充分冷却,防止物料堆积结块或分解。

·挤出发泡成型。挤出机采用锥形双螺杆机为主,也可采用普通单螺杆机或双螺杆机。模具采用按塞路卡法原理设计的结构,如图14-55所示。

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图14-55 低发泡硬PVC管材模具结构示意

挤出过程中应严格控制物料温度(包括造粒及挤出成型温度)及螺杆转速,确保物料在挤出机的料筒内发泡剂分解产生气体,并在压力下形成无数微小闭孔泡均匀分散于熔体中,呈过饱和含气熔体,当熔体挤出口模后立即进入定型套内(定型套孔径与口模孔径相同),而机头内装有芯模,因此熔体表层在发泡前就接触定型套先冷却,即生成1mm左右的结皮层,而内芯熔体在挤出后因压力降低,其中的气体释放出来生成发泡气泡,同时熔体中均匀分散而未分解的发泡剂还继续分解,释放热量,使内芯料温升高,熔体粘度下降,进一步促使熔体中的气体膨胀发泡,从而生成内芯发泡体,经冷却定型后即可制成结皮发泡管。一般其密度为900~1000kg/m3,管壁厚度>4mm,结皮层可控制在0.1~10mm范围内,但内径尺寸不易控制。

单螺杆挤出成型时,挤出造粒温度和挤出成型温度的控制是工艺要点。通常起动后应低速运转(螺杆转速10r/min以内),待物料塑化正常挤出口模后,再根据产品规格逐步提高转速。

单螺杆挤出成型的工艺条件见表14-87。

14-87 单螺杆挤出成型工艺条件

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双螺杆挤出成型工艺条件见表14-88。

14-88 双螺杆挤出成型工艺条件

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需要指出的是,不同厂家的设备,温度控制、转速等有较大差异,实施生产时应根据物料的挤出情况,具体制订工艺条件。

②自由发泡管材成型工艺。自由发泡管材成型机理与自由发泡板材成型机理相似,其工艺流程与结皮管相似。自由发泡管材加工工艺:将聚氯乙烯树脂、稳定剂、润滑剂等依次加入高速捏合机内,搅拌10min左右,使物料温度保持在100~120℃,然后加入发泡剂等,停止加热再搅拌10min后出料,冷却至室温备用。然后将物料经挤出机进行成型加工,挤出物离开口模时突然减压,气体膨胀发泡。

其成型工艺条件:加料段温度为135~145℃;塑化段温度为170~180℃;计量段温度为180~190℃;机头温度为165~175℃;口模温度为170~180℃;螺杆转速为14~18r/min。

③UPVC(或PVC-U)芯层发泡复合管材成型工艺。UPVC芯层发泡管成型工艺实际上就是利用实体塑料共挤成型工艺演变而成的,其特点是用实体塑料挤出工艺加工制品表层,用泡沫塑料发泡挤出工艺加工制品芯层,且通过共挤机头将两者熔结为一体,组成表层为实体塑料而内芯为发泡塑料的复合管。

其成型工艺流程如图14-56所示。

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图14-56 UPVC芯层发泡管生产工艺流程

UPVC芯层发泡管是采用复合挤出的方法成型的管材。该管与其他UPVC制品的混料过程无明显的差别,只是在干混UPVC料时,必须分为两类材料混合,在成型过程中,内外层和芯层的配合料必须分开进行前期的配料、高速搅拌、低速搅拌,然后同时分别进入两台互相垂直安装的挤出机分别挤出,所挤出的内外层和芯层物料同时进入特殊结构的复合机头进行物料的再分配成型制品,而真空定型、冷却、牵引、切割工艺与生产UPVC管材完全相同。现将工艺特点简介如下:

●配料和混料。按皮层、芯层料各自的配方,必须精确计量配料,如计量不准就等于改变了配方,会直接影响发泡质量及制品性能。芯层料和皮层料各自分别混料。捏合混料时要控制加料量、高速混合速度、混合温度及加料顺序。发泡剂最好在捏合前准备好,防止过早准备吸潮结块,使捏合不匀。芯料捏合时加料顺序为先投入PVC树脂,后依次投入稳定剂、润滑剂、发泡调节剂、填料和着色剂,待上述料混合2min后再投入发泡剂。芯料及皮料热混合温度分别为(125±5)℃及(115±5)℃;冷混料温度为40℃以下。

●挤出机及模具。芯层料和皮层料各选用一台挤出机分别挤出。皮层料挤出机装有物料分流器及共挤复合机头,芯层料挤出机的挤出料注入分流器内与皮层料按外表层、内芯层、内表层的次序排列进入分流器的各自分流道,随即又注入复合机头的各分流道中,直至外表层料、内芯层料和内表层料沿接触界面在口模平直段部位汇合,并熔接为分层整体,挤出发泡成型。

挤出机一般都选用双螺杆挤出机。芯层料挤出机功率及挤出量稍大,螺杆压缩比和长径比也较大,以保证螺杆均化段有适当的压力,防止发泡剂分解的气体逃逸。

机头内流道宜粗,机头长度尽量短,既要防止背压太大,又要保证熔料流动舒畅。机头要保持适当的压缩比及平直段,要使芯层熔料在口模出口处附近提前发泡,如果离出口处较远就发泡,则随着发泡熔体流程变长会导致泡壁破裂,泡孔大或呈开孔结构,泡孔数量减小,制品性能下降。

●挤出成型。挤出成型主要工艺参数有挤出温度、皮层及内芯层挤出机转速和表层及芯层料挤出量比等。

挤出物料温度直接影响物料的塑化质量。气体在熔体中溶解度、熔体粘度及强度等因素对皮芯层复合质量、发泡质量和制品性能有直接的影响。挤出温度包括料筒温度、分流器温度、机头温度及口模温度等。不同配方料及不同尺寸的制品需控制的挤出温度也不同,应按实际生产情况设计和调整。北京康通塑胶建材公司生产XPGφ50mm×2.0mm、φ110mm×3.2mm管材时的温度对比见表14-89。

14-89 XPGφ50mm×2.0mm、φ110mm×3.2mm管加工温度对比

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●挤出螺杆转速。螺杆转速与熔体温度及挤出量有关,它们也直接影响皮层与芯层的厚度,所以皮层挤出机的螺杆转速必须与芯层的螺杆转速相匹配。通常皮层的转速比芯层要低一些,如皮层挤出机电动机转速为1200~1500r/min时,则芯层转速选1300~1800r/min。

●表层/芯层厚度比。对每一种规格的复合管,表层/芯层厚度比直接影响其密度、性能和成本等因素。其通常为预先设定值。它与配方、成型及发泡工艺条件等因素有关,但皮层及芯层挤出量比的影响更大,两者挤出速度及挤出量必须匹配。据介绍,当表层和芯层的挤出量比例为11∶13时,管材的质量既符合国家标准又比较轻,整体密度约为950kg/m3。在实际生产中常采用现场检测的方法来调节有关参数,以获得符合皮/芯比值的制品。

●发泡。当复合管挤出口模后必须在空气中无约束状态下被牵引一段距离,以便于它内芯层料自由发泡后再进入真空定型模中,这段距离必须掌握好。距离过长会导致发泡过度,产品的内外表面不光滑;距离过短,管材冷却过快,则会导致发泡不充分及不均匀,使整个产品的密度超标,不能达到预期效果。一般情况,真空定型模到挤出机头的距离为100~200mm较合适,以150mm为最佳。

●真空排气。由于发泡剂产生的气体量不很稳定,因此要把过多的气体(特别是水汽)及时排走,否则管材会出现气泡。抽走废气的真空度根据产品规格及实际情况而定。管径大、管壁厚的产品要求的真空度较高。几种规格产品芯层所要求的真空度见表14-90。

14-90 几种规格产品芯层所要求的真空度

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●冷却定型。在冷却定型时,水温最好在20℃以下。水温过高内外层冷却不充分,导致管材受到牵引变形,影响产品质量。

总之,要得到高质量的UPVC芯层发泡管,除合理配合外,还应严格控制好以下几方面,即成型温度、发泡剂用量、物料在机头中的压力、发泡区间即临界发泡点的选定、冷却定型水量等。因这些控制条件也是影响管材质量的重要因素。

另外,在生产UPVC芯层发泡管材过程中,不可避免地会产生一些废次品,这些废次品应进行综合利用,以利于环保。生产中常把废次品分选,破碎成一定细度的颗粒后,再加入芯层发泡干混料中(这里要求破碎后颗粒的粒度必须小于550μm(30目),否则难于和芯层泡干混粉料混合均匀),以便重新用来生产发泡芯层,达到综合利用的目的。当然,芯层发泡的配方需做一定的调整,需要补加一量的稳定剂、润滑剂以及发泡剂。

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