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PVC型材生產中常見問題分析

系統控制是確保PVC型材質量長期穩定的關鍵,它包含“配方質量、工藝質量、外觀質量、理化指標”等4個項目,前兩項是後兩項的前提和基礎,也是質量管制和技術管理的重中之重。

樹脂與助劑混合的均勻程度及混合料表觀密度的大小都會對PVC沖擊強度產生較大影響。PVC加工溫度有一定的范圍,溫度過高,PVC易分解;溫度過低,PVC塑化不充分,各種組分分散不均還會導致脆性增大。主機轉速反映擠出機對PVC的剪切作用,轉速過大,剪切力增大,會降低制品的低溫性能和焊角強度。成型壓力高有利於提高型材的力學性能,尤其是低溫沖擊強度。型材成型冷卻作用是將拉伸的大分子鏈及時冷卻定型,達到制品要求?;郝睦淙純梢允勾蠓腫恿從兇愎壞氖奔涫嬲?,這樣內應力小,可減輕制品的翹曲、彎曲和收縮,從而提高制品的沖擊強度和焊接角破壞力。

配方

討論配方不能脫離原料。配方的好壞并不完全取決於組分的配比,在很大程度上取決於原料的內在性能和質量。同是復合穩定劑,由於內部組分不同,會因為與其他原料不協調而影響型材質量。所以,討論配方時,一定是確定了每一種原材料型號和廠家之後,才有實際意義。筆者所在的新疆天業建材公司,一直使用自產的PVC樹脂,CPE使用濰坊亞星化學股份有限公司的產品,鈦白粉使用杜邦公司(DuPont)的產品,因此,本文只討論復合穩定劑和增量劑。

復合穩定劑是PVC加工中最重要的一類助劑,對PVC型材的所有指標都產生影響。復合穩定劑起穩定和潤滑兩種作用。穩定作用是阻止PVC分子在加工和使用過程中降解,從而保證PVC型材能夠具備門窗所要求的力學性能;內外潤滑劑的搭配影響流動性和粘度,進而影響PVC型材的冷沖擊性、焊角強度、尺寸變化率、加熱後狀態和表面光潔度。

目前,面對原材料全面漲價的市場行情,降低配方成本是很多廠家不約而同的選擇,而降低配方成本主要有兩個途徑:使用價格較低的原料,比如使用價格較低的穩定劑、改性劑等;使用增量劑,常用的就是價格較低的碳酸鈣。碳酸鈣除了增量降低成本外,還具有穩定尺寸的作用;但隨著碳酸鈣用量的加大,型材的內在指標明顯下降(見表1)。

表1 CaCO3用量對型材物理性能的影響。

混料設備

混配料是PVC型材生產中的重要一環?;熗瞎灘喚鍪歉髯櫸旨浠禱旌?,更是各組分間相互摩擦、碰撞,物料不斷升溫、逐步凝膠化的過程,所以干混料的質量直接影響PVC型材的物理性能和化學性能。國外專家認為,好的混料機可以彌補塑化差的擠出機,但即使是最好的擠出機也不能彌補混料機的不足,可見混料機的重要性。在混料機內,物料在短時間內靠自摩擦由常溫升至120℃,日積月累,對混料機的磨損是很大的。

根據經驗,在原材料、配方、設備、工藝不變的情況下,在一根長6m的型材上取樣,型材的冷卻沖擊試驗結果卻相差很大:8個試樣完好無損,1個試樣有小裂紋,1個試樣出現破洞。經過排查,確定是物料混合不均勻,用量較小的助劑分散不好造成的局部缺陷。更換熱混攪拌槳後,此問題得以解決?;熗匣ニ鸕鬧憊郾硐質腔熗鮮痹胍舸?、刺耳,混料時間延長,由一般的8-10min延長至15min以上。

經過長時間的觀察對比,得到PVC顆粒的最大密度和最大程度的凝膠化,熱混溫度應控制在115℃左右,混料時間每次在8-10min,加料量為混料機容積的60%左右,這樣的效果是較理想的。冬季時,可將混料機轉速調高一些;夏季時,宜將混料機轉速調低一些。通過這樣的調整,可保證工作效率,控制好混料時間。要得到滿意的PVC物料塑化質量,螺桿、機筒的加工精度及裝配精度也是很重要的因素。高的裝配精度配合優化的擠出工藝,才能較好地保證PVC型材質量。因此,要定期檢測螺桿、機筒的軸向間隙和徑向間隙,不符合規定時要及時調整。

擠出過程常見問題

降解

PVC是熱敏性塑料,光穩定性也很差,在熱和光的作用下,很容易發生脫HCl反應,即通常說的降解。降解的結果是塑料制品強度下降、變色、出黑線,嚴重時導致制品失去使用價值。影響PVC降解的因素有聚合物結構、聚合物質量、穩定體系、成型溫度等方面。

根據經驗,PVC型材發黃大多是因為口模處出現糊料,其原因是口模流道不合理或流道內局部拋光不好,存在滯料區。而PVC型材出黃線大多是機筒內出現糊料,其原因主要是篩板(或過渡套)之間有死角,物料流動不暢?;葡咴赑VC型材上呈縱向直線,則滯料是在口模出口處;若黃線不直,則主要是在過渡套。配方和原料不變時也出現黃線,則應主要從機械結構上找原因,找到發生分解的起始點并加以排除。如從機械結構上找不到原因,則應考慮是配方或工藝方面存在問題。避免降解的措施有以下幾個方面:

(1)嚴格控制原材料的技術指標,要使用合格的原料;

(2)制定合理的成型工藝條件,在該條件下PVC物料不易降解;

(3)成型設備和模具應結構良好,要消除設備與物料接觸面可能存在的死角或縫隙;流道應為流線型,長短適宜;應改善加熱裝置,提高溫度顯示裝置的靈敏度及冷卻系統的效率。

彎曲變形

PVC型材彎曲變形是擠出過程中常見的問題,其原因有:口模出料不均勻;冷卻定型時,物料冷卻不充分,後收縮量不一致;設備與其他因素。

擠出機全線的同心度和水平度是解決PVC型材彎曲變形的前提條件,因此,每當更換模具時都應對擠出機、口模、定型模、水箱等的同心度和水平度進行校正。其中,保證口模出料均勻是解決PVC型材彎曲的關鍵,開機前應認真裝配口模,各部位間隙要一致,若開機時發現口模出料不均,應依據型坯彎曲變形方向,對應調整口模溫度,如調整無效,則應適當提高物料的塑化度。

進行輔助調整調節定型模的真空度和冷卻系統是解決PVC型材變形的必要手段,應加大型材承受拉伸應力一側的冷卻水量;采用機械偏移中心的方法調整,即一邊生產,一邊調整定型模中間的定位螺栓,依據型材彎曲方向進行反向微量調整(采用該法時應慎重,且調整量不宜過大)。注重模具的保養是很好的預防措施,應密切關注模具的工作質量,根據實際情況隨時對模具進行維護和保養。

通過采取以上措施可消除型材彎曲變形,確保擠出機穩定、正常地生產出高質量的PVC型材。

低溫沖擊強度

影響PVC型材低溫沖擊強度的因素有配方、型材斷面結構、模具、塑化度、測試條件等。

(1)配方

目前廣泛選用CPE作為沖擊改性劑,其中含氯質量分數為36%的CPE對PVC的改性效果最好,用量一般在8-12質量份,結晶度和玻璃化溫度均較低,具有良好的彈性及與PVC的相容性。

(2)型材斷面結構

高質量的PVC型材具有好的斷面結構。通常情況下,小斷面的結構優於大斷面的結構,斷面上內筋的位置設置要適宜。增加內筋厚度,在內筋與壁連接處采用圓弧過渡,都有助於提高低溫沖擊強度。

(3)模具

模具對低溫沖擊強度的影響主要體現在熔體壓力和冷卻時的應力控制上。一旦配方確定,熔體壓力主要與口模有關。從口模出來的型材經過不同的冷卻方式,會產生不同的應力分布。應力集中的地方PVC型材的低溫沖擊強度就差。PVC型材受到急冷時易產生大的應力,因此定型模冷卻水流道布置非常關鍵,水溫一般控制在14℃-16℃,采用緩冷方式有利於提高PVC型材的低溫沖擊強度。

保證模具的最佳狀態,定期清理口模,避免因長時間連續生產而讓雜質堵塞口模,造成出料減少,支撐筋過薄,影響低溫沖擊強度。定期清理定型??殺Vざㄐ湍W愎壞畝ㄐ駝嬋斬群退髁?,以保證型材生產過程中被充分冷卻,減少缺陷,降低內應力。

(4)塑化度

大量研究和測試結果表明,PVC型材低溫沖擊強度的最佳值是在塑化度為60%-70%時得到的。經驗表明,“高溫低轉速”和“低溫高轉速”能得到同樣的塑化度。但在生產中首選低溫高轉速,因為低溫時既可降低加熱耗電量,高速時又能提高生產效率,并且雙螺桿擠出機高速擠出時剪切作用很明顯。

(5)測試條件

GB/T8814-2004中對低溫沖擊試驗有嚴格的規定,如型材長度、落錘質量、錘頭半徑、試樣冷凍條件、測試環境等,為了使試驗結果準確,要嚴格遵守上述規定。

其中:“落錘沖擊在試樣中心位置上”應理解為“使落錘沖擊在試樣的型腔中心位置”,這樣的檢測結果更有現實意義。

改善低溫沖擊性能的措施如下:

1.嚴格檢查用料質量,密切注意口模出料和真空口的物料狀態,口模出料處應顏色一致,有一定光澤度,出料均勻,用手捏時要有較好的彈性,主機真空口物料呈“豆腐渣”狀態,初步塑化時不能發光,主機電流、機頭壓力等參數應平穩。

2.規范工藝控制,保證塑化效果。溫度控制應為“盆”式工藝,從擠出機一區到機頭的加熱溫度變化應為“盆”型,機筒三、四區溫度稍低,使物料由“外熱內冷”逐步變為“內外平衡”,保證物料受熱均勻。在配方不變的情況下,擠出工藝不要有大的變化。

筆者曾經有過這樣的經歷:正常生產時80框外觀光滑細膩,低溫沖擊試驗結果為10個試樣破損1個;在清理模具後再生產時,因未按以前工藝擠出,造成外觀不光滑,棱邊有小波浪,低溫沖擊試驗結果為10個試樣破損6個(表2)。這驗證了配方不變時,“有好外觀就有好內在”的經驗。

表2 不同擠出工藝對型材品質的影響。

焊角強度

焊角強度是PVC型材焊接後焊角承受外力的能力,與PVC型材本身及焊接工藝都有關。優質的型材如果焊接不好,焊角強度也會不合格。

(1)焊接準備

下料前應將PVC型材在與加工環境相同的溫度下放置16h以上,這樣可防止低溫的PVC型材在焊接受熱條件下產生應力,導致PVC型材開裂。

(2)切割要求

要保證下料角度為90°及其對稱性。下料後,斷面要干凈。

(3)焊接工藝

焊接溫度的設定要合理,一般為240℃-270℃。加熱時間的選取要與加熱溫度協調統一,保溫時間的選取也很重要。

為保證焊角強度,不可為提高工作效率而縮短冷卻時間。同樣80扇,在焊接壓力、焊接量、焊接溫度不變的情況下,冬季加熱時間從20s變為15s,保壓時間從30s變為15s,焊角強度下降了近400N(表3)。其原因是保壓時間短造成焊角沒有完全冷卻固化,焊縫處受急冷造成焊角強度下降。

表3 不同焊接工藝對焊角強度的影響。

(4)其他

焊接過程中,焊布上如有污物要及時清除,及時更換焊布破損或燒焦的地方?;登謇砉擋鄄灰頌?,以防降低焊角強度。 (end) 

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