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PVC型材生产中常见问题分析
点击:1830 日期:2013/4/13 12:27:12

    系统控制是确保PVC型材质量长期稳定的关键,它包含配方质量、工艺质量、外观质量、理化指标4个项目,前两项是後两项的前提和基础,也是质量管制和技术管理的重中之重。
  
  树脂与助剂混合的均匀程度及混合料表观密度的大小都会对PVC冲击强度产生较大影响。PVC加工温度有一定的范围,温度过高,PVC易分解;温度过低,PVC塑化不充分,各种组分分散不均还会导致脆性增大。主机转速反映挤出机对PVC的剪切作用,转速过大,剪切力增大,会降低制品的低温性能和焊角强度。成型压力高有利於提高型材的力学性能,尤其是低温冲击强度。型材成型冷却作用是将拉伸的大分子链及时冷却定型,达到制品要求。缓慢的冷却可以使大分子链有足够的时间舒展,这样内应力小,可减轻制品的翘曲、弯曲和收缩,从而提高制品的冲击强度和焊接角破坏力。
  
  配方
  
  讨论配方不能脱离原料。配方的好坏并不完全取决於组分的配比,在很大程度上取决於原料的内在性能和质量。同是复合稳定剂,由於内部组分不同,会因为与其他原料不协调而影响型材质量。所以,讨论配方时,一定是确定了每一种原材料型号和厂家之後,才有实际意义。笔者所在的新疆天业建材公司,一直使用自产的PVC树脂,CPE使用潍坊亚星化学股份有限公司的产品,钛白粉使用杜邦公司(DuPont)的产品,因此,本文只讨论复合稳定剂和增量剂。
  
  复合稳定剂是PVC加工中最重要的一类助剂,对PVC型材的所有指标都产生影响。复合稳定剂起稳定和润滑两种作用。稳定作用是阻止PVC分子在加工和使用过程中降解,从而保证PVC型材能够具备门窗所要求的力学性能;内外润滑剂的搭配影响流动性和粘度,进而影响PVC型材的冷冲击性、焊角强度、尺寸变化率、加热後状态和表面光洁度。
  
  目前,面对原材料全面涨价的市场行情,降低配方成本是很多厂家不约而同的选择,而降低配方成本主要有两个途径:使用价格较低的原料,比如使用价格较低的稳定剂、改性剂等;使用增量剂,常用的就是价格较低的碳酸钙。碳酸钙除了增量降低成本外,还具有稳定尺寸的作用;但随着碳酸钙用量的加大,型材的内在指标明显下降(见表1)。
  
  表1CaCO3用量对型材物理性能的影响。
  
  混料设备
  
  混配料是PVC型材生产中的重要一环。混料过程不仅是各组分间机械混合,更是各组分间相互摩擦、碰撞,物料不断升温、逐步凝胶化的过程,所以干混料的质量直接影响PVC型材的物理性能和化学性能。国外专家认为,好的混料机可以弥补塑化差的挤出机,但即使是最好的挤出机也不能弥补混料机的不足,可见混料机的重要性。在混料机内,物料在短时间内靠自摩擦由常温升至120
,日积月累,对混料机的磨损是很大的。
  
  根据经验,在原材料、配方、设备、工艺不变的情况下,在一根长6m的型材上取样,型材的冷却冲击试验结果却相差很大:8个试样完好无损,1个试样有小裂纹,1个试样出现破洞。经过排查,确定是物料混合不均匀,用量较小的助剂分散不好造成的局部缺陷。更换热混搅拌桨後,此问题得以解决。混料机磨损的直观表现是混料时噪音大、刺耳,混料时间延长,由一般的8-10min延长至15min以上。
  
  经过长时间的观察对比,得到PVC颗粒的最大密度和最大程度的凝胶化,热混温度应控制在115
左右,混料时间每次在8-10min,加料量为混料机容积的60%左右,这样的效果是较理想的。冬季时,可将混料机转速调高一些;夏季时,宜将混料机转速调低一些。通过这样的调整,可保证工作效率,控制好混料时间。要得到满意的PVC物料塑化质量,螺杆、机筒的加工精度及装配精度也是很重要的因素。高的装配精度配合优化的挤出工艺,才能较好地保证PVC型材质量。因此,要定期检测螺杆、机筒的轴向间隙和径向间隙,不符合规定时要及时调整。
  
  挤出过程常见问题
  
  降解
  
  PVC是热敏性塑料,光稳定性也很差,在热和光的作用下,很容易发生脱HCl反应,即通常说的降解。降解的结果是塑料制品强度下降、变色、出黑线,严重时导致制品失去使用价值。影响PVC降解的因素有聚合物结构、聚合物质量、稳定体系、成型温度等方面。
  
  根据经验,PVC型材发黄大多是因为口模处出现糊料,其原因是口模流道不合理或流道内局部抛光不好,存在滞料区。而PVC型材出黄线大多是机筒内出现糊料,其原因主要是筛板(或过渡套)之间有死角,物料流动不畅。黄线在PVC型材上呈纵向直线,则滞料是在口模出口处;若黄线不直,则主要是在过渡套。配方和原料不变时也出现黄线,则应主要从机械结构上找原因,找到发生分解的起始点并加以排除。如从机械结构上找不到原因,则应考虑是配方或工艺方面存在问题。避免降解的措施有以下几个方面:
  
  (1)严格控制原材料的技术指标,要使用合格的原料;
  
  (2)制定合理的成型工艺条件,在该条件下PVC物料不易降解;
  
  (3)成型设备和模具应结构良好,要消除设备与物料接触面可能存在的死角或缝隙;流道应为流线型,长短适宜;应改善加热装置,提高温度显示装置的灵敏度及冷却系统的效率。
  
  弯曲变形
  
  PVC型材弯曲变形是挤出过程中常见的问题,其原因有:口模出料不均匀;冷却定型时,物料冷却不充分,後收缩量不一致;设备与其他因素。
  
  挤出机全线的同心度和水平度是解决PVC型材弯曲变形的前提条件,因此,每当更换模具时都应对挤出机、口模、定型模、水箱等的同心度和水平度进行校正。其中,保证口模出料均匀是解决PVC型材弯曲的关键,开机前应认真装配口模,各部位间隙要一致,若开机时发现口模出料不均,应依据型坯弯曲变形方向,对应调整口模温度,如调整无效,则应适当提高物料的塑化度。
  
  进行辅助调整调节定型模的真空度和冷却系统是解决PVC型材变形的必要手段,应加大型材承受拉伸应力一侧的冷却水量;采用机械偏移中心的方法调整,即一边生产,一边调整定型模中间的定位螺栓,依据型材弯曲方向进行反向微量调整(采用该法时应慎重,且调整量不宜过大)。注重模具的保养是很好的预防措施,应密切关注模具的工作质量,根据实际情况随时对模具进行维护和保养。
  
  通过采取以上措施可消除型材弯曲变形,确保挤出机稳定、正常地生产出高质量的PVC型材。
  
  低温冲击强度
  
  影响PVC型材低温冲击强度的因素有配方、型材断面结构、模具、塑化度、测试条件等。
  
  (1)配方
  
  目前广泛选用CPE作为冲击改性剂,其中含氯质量分数为36%CPEPVC的改性效果最好,用量一般在8-12质量份,结晶度和玻璃化温度均较低,具有良好的弹性及与PVC的相容性。
  
  (2)型材断面结构
  
  高质量的PVC型材具有好的断面结构。通常情况下,小断面的结构优於大断面的结构,断面上内筋的位置设置要适宜。增加内筋厚度,在内筋与壁连接处采用圆弧过渡,都有助於提高低温冲击强度。
  
  (3)模具
  
  模具对低温冲击强度的影响主要体现在熔体压力和冷却时的应力控制上。一旦配方确定,熔体压力主要与口模有关。从口模出来的型材经过不同的冷却方式,会产生不同的应力分布。应力集中的地方PVC型材的低温冲击强度就差。PVC型材受到急冷时易产生大的应力,因此定型模冷却水流道布置非常关键,水温一般控制在14
-16,采用缓冷方式有利於提高PVC型材的低温冲击强度。
  
  保证模具的最佳状态,定期清理口模,避免因长时间连续生产而让杂质堵塞口模,造成出料减少,支撑筋过薄,影响低温冲击强度。定期清理定型模可保证定型模足够的定型真空度和水流量,以保证型材生产过程中被充分冷却,减少缺陷,降低内应力。
  
  (4)塑化度
  
  大量研究和测试结果表明,PVC型材低温冲击强度的最佳值是在塑化度为60%-70%时得到的。经验表明,高温低转速低温高转速能得到同样的塑化度。但在生产中首选低温高转速,因为低温时既可降低加热耗电量,高速时又能提高生产效率,并且双螺杆挤出机高速挤出时剪切作用很明显。
  
  (5)测试条件
  
  GB/T8814-2004中对低温冲击试验有严格的规定,如型材长度、落锤质量、锤头半径、试样冷冻条件、测试环境等,为了使试验结果准确,要严格遵守上述规定。
  
  其中:落锤冲击在试样中心位置上应理解为使落锤冲击在试样的型腔中心位置,这样的检测结果更有现实意义。
  
  改善低温冲击性能的措施如下:
  
  1.严格检查用料质量,密切注意口模出料和真空口的物料状态,口模出料处应颜色一致,有一定光泽度,出料均匀,用手捏时要有较好的弹性,主机真空口物料呈豆腐渣状态,初步塑化时不能发光,主机电流、机头压力等参数应平稳。
  
  2.规范工艺控制,保证塑化效果。温度控制应为式工艺,从挤出机一区到机头的加热温度变化应为型,机筒三、四区温度稍低,使物料由外热内冷逐步变为内外平衡,保证物料受热均匀。在配方不变的情况下,挤出工艺不要有大的变化。
  
  笔者曾经有过这样的经历:正常生产时80框外观光滑细腻,低温冲击试验结果为10个试样破损1个;在清理模具後再生产时,因未按以前工艺挤出,造成外观不光滑,棱边有小波浪,低温冲击试验结果为10个试样破损6个(表2)。这验证了配方不变时,有好外观就有好内在的经验。
  
  表2不同挤出工艺对型材品质的影响。
  
  焊角强度
  
  焊角强度是PVC型材焊接後焊角承受外力的能力,与PVC型材本身及焊接工艺都有关。优质的型材如果焊接不好,焊角强度也会不合格。
  
  (1)焊接准备
  
  下料前应将PVC型材在与加工环境相同的温度下放置16h以上,这样可防止低温的PVC型材在焊接受热条件下产生应力,导致PVC型材开裂。
  
  (2)切割要求
  
  要保证下料角度为90°及其对称性。下料後,断面要干净。
  
  (3)焊接工艺
  
  焊接温度的设定要合理,一般为240
-270。加热时间的选取要与加热温度协调统一,保温时间的选取也很重要。
  
  为保证焊角强度,不可为提高工作效率而缩短冷却时间。同样80扇,在焊接压力、焊接量、焊接温度不变的情况下,冬季加热时间从20s变为15s,保压时间从30s变为15s,焊角强度下降了近400N(表3)。其原因是保压时间短造成焊角没有完全冷却固化,焊缝处受急冷造成焊角强度下降。
  
  表3不同焊接工艺对焊角强度的影响。
  
  (4)其他
  
  焊接过程中,焊布上如有污物要及时清除,及时更换焊布破损或烧焦的地方。机械清理沟槽不宜太深,以防降低焊角强度。
 

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