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【科普贴】PVC制品的生产工艺讲座

                       
发布时间:2020-06-23 13:45:52 星期二

第一部分:PVC加工工艺简述

1、原材料的作用(包括原材料的物理性能、化学性能、机械性能及在PVC当中的作用);

2、PVC的配方

2.1、协同反应的配方:两种原材料放在一起在配方中能起到三种、四种、五种等作用,效率明显增高。

2.2、加合反应:两种原材料放在一起效率没有增高也没有降低。

2.3、对抗反应:两种原材料放在一起添加到配方中它的效率不但没增高反而降低,相当于一种或者低于一种的效果,所以它的效果明显降低,实际上对抗反应就是一种化学反应,按照最粗略得讲就是化学中的酸碱反应;

3、混料工艺:就是把配方所做成的原材料放到一个装置中加温混合;

4、挤出机的结构及挤出工艺;

5、模具;

6、员工的操作技术及责任感

第二部分:挤出机的结构和挤出工艺

1、挤出机的结构:

挤出机是由电动机(即驱动装置),减速箱(减速器),分配箱,机筒、螺杆(机筒螺杆是一部分),加热冷却装置,电控装置组成。挤出机结构的核心部分是机筒和螺杆,其它的都是辅助装置,但没有这些装置也不行,这些装置属于固定的易损件。物料及混合好的干粉料,通过喂料机设到一定的转速向机筒的料槽里进行推进,这个料就自然推到机筒螺杆中。

2、挤出机机筒螺杆各部的作用:

一区(预塑化区):在整台挤出机的电控加热和挤出过程中一区的作用是相当最重要的,它比其它区都重要,它承担的任务包括:

①干粉料压实,剪切,定量向前输送;

②提前预塑化的一个过程,如果在一区预塑化没有达到,那么整台机器的塑化度就达不到,在整台挤出机当中(除去模具以为),一区的温度是最高的,是温度的最高点。若一区没有达到预塑化会出现以下情况:

①、主机排气孔冒料,

②、电流明显变大

③、产品非常脆。

二区(塑化区):在这个区当中,把一区传递过来的干粉料通过一区的预塑化已压成块状,随着螺杆的转动,把压实的块状物向前输送到达二区,在这个区螺铃的结构发生变化,螺铃变到4~5mm厚而且产生了9~11圈的螺旋,并且两端是断开,所以第二区就完全达到标准塑化度的90%以上。因为螺铃里面还有好多小槽,就达到了搅拌的目的,所以整体来说二区达到了塑化的90%以上。若物料在一区没有达到预塑化,那么将会对二区产生不良影响:

①、干粉料不塑化、

②、挤掉螺铃。二区的温度设置应比一区低1~2℃或和一区相等,具体要根据挤出机的塑化能力来设置,若挤出机的塑化能力较好,该区温度可以低于一区1~2℃,若挤出机的塑化能力不好,该区温度应和一区相等。

三区(均化区):该区的作用是把二区没有完全塑化的物料进行完全塑化,三区要保证塑化达到100%。所以挤出机的三区也比较重要,三区的温度应该低于二区5~6℃,最大不能超过8℃,因机筒螺杆材料属于合金钢,刚材都有热力传导性,温度阶梯差太大起不了作用。

四区(定量输送挤出区):该区不承担一点塑化任务,若物料塑化相当好,在该区可以看到,螺杆漂浮于挤出机机筒的中心上旋转。所以挤出机四区的任务是把塑化好的熔体定量的向前输送,若该区承担塑化能力,对挤出机危害作用是非常大的。四区的温度应该低于三区,两区温度差别5~6℃,最大不超过8℃。

    从以上来看挤出机的温度是由高到低的,一区温度是最高的,绝对不允许由低向高,也绝对不允许是平的。但总的来说一区和四区的温度差不能超过20℃。

3、合流芯的作用: 

①、两只螺杆挤出的熔体物料达到合流、熔接。

②、塑化度的微调装置。

③、通过合流芯的传感器测出熔体压力、熔体温度可以判断塑化度。

塑化度的微调装置的作用:当塑化度稍稍有点低或塑化度稍稍有点高时,就可以不用去考虑挤出机的其它问题,可以通过降低或升高合流芯的温度来调整塑化度。降低合流芯的温度增加塑化度,提高合流芯的温度降低塑化度。塑化不良就指塑化还差一点,微调是有一定的规律的,若挤出机四区的温度是170℃,合流芯的温度就可以设置成160℃或180℃,合流芯的温度不可以高于或低于四区10℃以上,因此合流芯的温度应以四区为标准上下10℃之内调整。

4、模头的作用就是产出合格产品:

这里我们在阐述一下降低合流芯的温度增加塑化度,升高合流芯的温度反而降低塑化度,我们PVC高分子材料它有一个特性,温度越高,流动性越快,但是不是无限度的,例如一个方管材,有四个区加热,若左面流动慢、出料比较少,将这边加加温,流动性立马就增加,所以说越是加温,物体的流动性、挤出量就越快,为什么加温物体的流动性就快,是因为没有阻力了,很顺畅的挤出了,实际上我们可以把合流芯看做一个阀门,当我们的水的阀门完全打开的时候,水很顺畅的往下流,当阀门打开一半或完全关闭时,水就不流或流的很少,我们就把合流芯当做水的一个阀门,温度低的时候就等于把阀门关上一会,就是这种道理。通过来调整合流芯的温度来提高一定的塑化度,但是他不是完全的,用它来提高塑化度微量很小。塑化不良不是代表不塑化,是指有一定的缺陷,所以当有塑化不良这种情况时,我们可以把合流芯的温度往下调,下调以后是不是塑化就良了,物料的流动就慢了,产生一个压力,产生压力的结果就是增加了塑化度。

第三部分:塑化度

1、塑化度对产品性能的影响:

PVC产品的性能与塑化度息息相关,塑化度不良,制品发脆,力学性能不能达到要求;塑化度过高,制品会出现黄线,力学性能也不合格,塑化度在PVC制品的加工过程中是非常重要的。

①、当塑化度60%时,拉伸强度最高;

②、当塑化度65%时,冲击强度最高;

③、当塑化度70%,断裂伸长率最高;

对于生产给水用管材的物料塑化度为60-65%为最宜。因为在这范围内它能体现拉伸强度和冲击强度两个性能。

2、温度对塑化度的影响:

高分子材料在低于80℃时不能成熔体,呈玻璃态,处于玻璃态的物料即硬又脆,在玻璃态下材料不能加工;随着温度的升高到160℃时物料处于高弹态,但在该区域物料还是无法流动,只能使物料变软、粘弹性增加;真正能达到PVC熔体加工的、而且有流动性的,温度应在160-200℃之间,但是对于任何稳定剂,在温度高于200℃时,长期受热,物料又分解了,所以在控制塑化度时,温度只能控制在160-200℃之间。在这40℃的温差范围内,PVC的温度设置在170-180℃之间时,塑化较好。

3、提高塑化度的方法:

①、通过提高机身和螺杆的温度。

②、待螺杆转速正常时,提高喂料机的喂料速度来提高塑化

③、在挤出机额定转速和满足喂料的情况下,提高挤出机的转速。

④、给干粉料一个良好的熟化期(12—48h)熟化期的作用:1、消除静电、减少污染

2、增加表观密度

3、提高塑化度

4、低分子聚合分散均匀,防止挤出不稳定。

5、通过降低合流芯的温度来提高部分塑化度。

4、如何判断塑化度:

①、通过主机电流判定塑化度以(65/132生产线为例,主机电流以46-52A为宜,我公司因为是低钙产品,以45-50A为宜。前提是:螺杆转速16~22r/min,喂料充满并与螺杆转速相匹配,温度设定与螺杆转速及主机电流相匹配);

②、通过主机真空排气孔观察物料的塑化度(即物料在螺杆螺棱螺槽中间充满60%以上,螺棱凹槽中粉料呈豆腐渣状态且凹槽底部物料被压平);

③、通过模具口模的熔体物料的粘弹性来判定塑化度(该方法较为适用于刚开机时);

④、通过合流芯的熔体压力及熔体温度来判定塑化度(其缺点为若仪表失灵或合流芯传感器被焦料糊死等因素会影响检测结果的准确性)

第四部分:扩口工艺选择

     对于PVC管材扩口,一般采用扩口温度为245±5℃,无论管材壁厚多少,扩口温度一般不能超过250℃,因为扩口加热需缓慢使管材受热均匀,以消除应力,使产品质量良好, 故扩口加热时间根据壁厚不同而变化,同时也与环境温度有关,内外部加热温度相差不能超过10℃。

第五部分:PVC管材挤出模具结构及工艺设定

1:过渡段作用:固定芯棒支架,固定分流锥,压缩总面积的作用(口模成型面积和过渡段截面积的设计作用);

2:压缩段作用:将物料由厚压缩到薄,增加其密实度;增加流动性及压力;

3:平直段的作用:平直段长度不够会造成离模膨胀现象,同时也影响管材爆破压力实验、低温落锤实验、扁平实验、拉伸实验均不合格;平直段长度=口模壁厚*30-40倍。

挤出模具材料:2Cr13、3Cr13(其硬度一般为30-32),2Cr2W8,45#钢(其缺点为使用前表面需镀Cr,易变形)

连接段温度设定较合流芯高5-10℃;预成型段较连接段温度高5℃左右;过渡段温度设定一般为175-178℃,不高于180℃;压缩段温度较过渡段高2-3℃;口模较压缩段温度高5-8℃,口模甚至可高于挤出机一区温度。

第六部分:挤出模具的几个关键参数 

压缩比:口模成型的截面积总和与预成型段的截面积总和之比就叫做压缩比。一般来讲,对于管材来说,压缩比取1:2.5-5倍之间,根据制品的性能要求有所不同。

平直段长度:一般为壁厚的25-40倍,这和原料中钙粉的添加量有关系,钙粉添加量高的,平直段长度取低值也就是25-30倍;钙粉添加量低的,则取高值,即35-40倍。模具的平直段长度和制品的几种力学性能(爆破压力、拉伸强度、扁平强度和冲击强度)有直接的关系。

模具的压缩比和平直段长度要匹配,模具的压缩角也要合适(一般压缩角为11-12度),一般来说一个挤出机最多只能配有三套模具。芯棒长度要长于口模5-10mm,这是为了防止制品出现塌腔,芯棒最好能通风冷却,这样可解决内腔过热,防止内外温度不一样,产生应力。

第七部分:原材料

加工助剂的作用:降低PVC熔体粘度,促进塑化,增加流动性,增加熔体粘弹性和强度。低钙螺杆超过6份钙便不塑化,只能用较好的加工助剂来弥补设备缺陷。

ACR加工助剂的分类:(国标规定)

ACR201:甲基丙烯酸甲酯(85%)+丙烯酸乙酯或丁酯(15%)

ACR301:甲基丙烯酸甲酯(80%)+丙烯酸乙酯或丁酯(10%)+苯乙烯(10%)

ACR401:甲基丙烯酸甲酯(50%)+丙烯酸乙酯或丁酯(10%)+苯乙烯(25%)+丙烯酸(15%)

抗冲改性剂:CPE是氯化聚乙烯的英文缩写,氯化聚乙烯(CPE),由高密度聚乙烯在水相反应中加热后通入氯气所得,含氯量以35%时,抗冲击性能较佳,和PVC相容性最好,其添加量一般为7—8份。

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