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PVC型材生產(chǎn)中常見問題分析
系統(tǒng)控制是確保PVC型材質(zhì)量長期穩(wěn)定的關(guān)鍵，它包含“配方質(zhì)量、工藝質(zhì)量、外觀質(zhì)量、理化指標(biāo)”等4個(gè)項(xiàng)目，前兩項(xiàng)是後兩項(xiàng)的前提和基礎(chǔ)，也是質(zhì)量管制和技術(shù)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(huì)對(duì)PVC沖擊強(qiáng)度產(chǎn)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(huì)導(dǎo)致脆性增大。主機(jī)轉(zhuǎn)速反映擠出機(jī)對(duì)PVC的剪切作用，轉(zhuǎn)速過大，剪切力增大，會(huì)降低制品的低溫性能和焊角強(qiáng)度。成型壓力高有利於提高型材的力學(xué)性能，尤其是低溫沖擊強(qiáng)度。型材成型冷卻作用是將拉伸的大分子鏈及時(shí)冷卻定型，達(dá)到制品要求。緩慢的冷卻可以使大分子鏈有足夠的時(shí)間舒展，這樣內(nèi)應(yīng)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(qiáng)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(nèi)在性能和質(zhì)量。同是復(fù)合穩(wěn)定劑，由於內(nèi)部組分不同，會(huì)因?yàn)榕c其他原料不協(xié)調(diào)而影響型材質(zhì)量。所以，討論配方時(shí)，一定是確定了每一種原材料型號(hào)和注塑加工加工家之後，才有實(shí)際意義。筆者所在的新疆天業(yè)建材公司，一直使用自產(chǎn)的PVC樹脂，CPE使用濰坊亞星化學(xué)股份有限公司的產(chǎn)品，鈦白粉使用杜邦公司（DuPont）的產(chǎn)品，因此，本文只討論復(fù)合穩(wěn)定劑和增量劑。 復(fù)合穩(wěn)定劑是PVC加工中最重要的一類助劑，對(duì)PVC型材的所有指標(biāo)都產(chǎn)生影響。復(fù)合穩(wěn)定劑起穩(wěn)定和潤滑兩種作用。穩(wěn)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(xué)性能；內(nèi)外潤滑劑的搭配影響流動(dòng)性和粘度，進(jìn)而影響PVC型材的冷沖擊性、焊角強(qiáng)度、尺寸變化率、加熱後狀態(tài)和表面光潔度。 目前，面對(duì)原材料全面漲價(jià)的市場行情，降低配方成本是很多注塑加工加工家不約而同的選擇，而降低配方成本主要有兩個(gè)途徑：使用價(jià)格較低的原料，比如使用價(jià)格較低的穩(wěn)定劑、改性劑等；使用增量劑，常用的就是價(jià)格較低的碳酸鈣。碳酸鈣除了增量降低成本外，還具有穩(wěn)定尺寸的作用；但隨著碳酸鈣用量的加大，型材的內(nèi)在指標(biāo)明顯下降（見表1）。 表1CaCO3用量對(duì)型材物理性能的影響。 混料設(shè)備 混配料是PVC型材生產(chǎn)中的重要一環(huán)。混料過程不僅是各組分間機(jī)械混合，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(zhì)量直接影響PVC型材的物理性能和化學(xué)性能。國外專家認(rèn)為，好的混料機(jī)可以彌補(bǔ)塑化差的擠出機(jī)，但即使是最好的擠出機(jī)也不能彌補(bǔ)混料機(jī)的不足，可見混料機(jī)的重要性。在混料機(jī)內(nèi)，物料在短時(shí)間內(nèi)靠自摩擦由常溫升至120℃，日積月累，對(duì)混料機(jī)的磨損是很大的。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在原材料、配方、設(shè)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(yàn)結(jié)果卻相差很大：8個(gè)試樣完好無損，1個(gè)試樣有小裂紋，1個(gè)試樣出現(xiàn)破洞。經(jīng)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?；炝蠙C(jī)磨損的直觀表現(xiàn)是混料時(shí)噪音大、刺耳，混料時(shí)間延長，由一般的8-10min延長至15min以上。 經(jīng)過長時(shí)間的觀察對(duì)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(yīng)控制在115℃左右，混料時(shí)間每次在8-10min，加料量為混料機(jī)容積的60%左右，這樣的效果是較理想的。冬季時(shí)，可將混料機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)高一些；夏季時(shí)，宜將混料機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)低一些。通過這樣的調(diào)整，可保證工作效率，控制好混料時(shí)間。要得到滿意的PVC物料塑化質(zhì)量，螺桿、機(jī)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(yōu)化的擠出工藝，才能較好地保證PVC型材質(zhì)量。因此，要定期檢測螺桿、機(jī)筒的軸向間隙和徑向間隙，不符合規(guī)定時(shí)要及時(shí)調(diào)整。 擠出過程常見問題 降解 PVC是熱敏性塑料，光穩(wěn)定性也很差，在熱和光的作用下，很容易發(fā)生脫HCl反應(yīng)，即通常說的降解。降解的結(jié)果是塑料制品強(qiáng)度下降、變色、出黑線，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致制品失去使用價(jià)值。影響PVC降解的因素有聚合物結(jié)構(gòu)、聚合物質(zhì)量、穩(wěn)定體系、成型溫度等方面。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，PVC型材發(fā)黃大多是因?yàn)榭谀Ｌ幊霈F(xiàn)糊料，其原因是口模流道不合理或流道內(nèi)局部拋光不好，存在滯料區(qū)。而PVC型材出黃線大多是機(jī)筒內(nèi)出現(xiàn)糊料，其原因主要是篩板（或過渡套）之間有死角，物料流動(dòng)不暢。黃線在PVC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(shí)也出現(xiàn)黃線，則應(yīng)主要從機(jī)械結(jié)構(gòu)上找原因，找到發(fā)生分解的起始點(diǎn)并加以排除。如從機(jī)械結(jié)構(gòu)上找不到原因，則應(yīng)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(gè)方面： （1）嚴(yán)格控制原材料的技術(shù)指標(biāo)，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(shè)備和注塑加工模具應(yīng)結(jié)構(gòu)良好，要消除設(shè)備與物料接觸面可能存在的死角或縫隙；流道應(yīng)為流線型，長短適宜；應(yīng)改善加熱裝置，提高溫度顯示裝置的靈敏度及冷卻系統(tǒng)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(shí)，物料冷卻不充分，後收縮量不一致；設(shè)備與其他因素。 擠出機(jī)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(dāng)更換注塑加工模具時(shí)都應(yīng)對(duì)擠出機(jī)、口模、定型模、水箱等的同心度和水平度進(jìn)行校正。其中，保證口模出料均勻是解決PVC型材彎曲的關(guān)鍵，開機(jī)前應(yīng)認(rèn)真裝配口模，各部位間隙要一致，若開機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)口模出料不均，應(yīng)依據(jù)型坯彎曲變形方向，對(duì)應(yīng)調(diào)整口模溫度，如調(diào)整無效，則應(yīng)適當(dāng)提高物料的塑化度。 進(jìn)行輔助調(diào)整調(diào)節(jié)定型模的真空度和冷卻系統(tǒng)是解決PVC型材變形的必要手段，應(yīng)加大型材承受拉伸應(yīng)力一側(cè)的冷卻水量；采用機(jī)械偏移中心的方法調(diào)整，即一邊生產(chǎn)，一邊調(diào)整定型模中間的定位螺栓，依據(jù)型材彎曲方向進(jìn)行反向微量調(diào)整（采用該法時(shí)應(yīng)慎重，且調(diào)整量不宜過大）。注重注塑加工模具的保養(yǎng)是很好的預(yù)防措施，應(yīng)密切關(guān)注注塑加工模具的工作質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)對(duì)注塑加工模具進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。 通過采取以上措施可消除型材彎曲變形，確保擠出機(jī)穩(wěn)定、正常地生產(chǎn)出高質(zhì)量的PVC型材。 低溫沖擊強(qiáng)度 影響PVC型材低溫沖擊強(qiáng)度的因素有配方、型材斷面結(jié)構(gòu)、注塑加工模具、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(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的CPE對(duì)PVC的改性效果最好，用量一般在8-12質(zhì)量份，結(jié)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(jié)構(gòu) 高質(zhì)量的PVC型材具有好的斷面結(jié)構(gòu)。通常情況下，小斷面的結(jié)構(gòu)優(yōu)於大斷面的結(jié)構(gòu)，斷面上內(nèi)筋的位置設(shè)置要適宜。增加內(nèi)筋厚度，在內(nèi)筋與壁連接處采用圓弧過渡，都有助於提高低溫沖擊強(qiáng)度。 （3）注塑加工模具 注塑加工模具對(duì)低溫沖擊強(qiáng)度的影響主要體現(xiàn)在熔體壓力和冷卻時(shí)的應(yīng)力控制上。一旦配方確定，熔體壓力主要與口模有關(guān)。從口模出來的型材經(jīng)過不同的冷卻方式，會(huì)產(chǎn)生不同的應(yīng)力分布。應(yīng)力集中的地方PVC型材的低溫沖擊強(qiáng)度就差。PVC型材受到急冷時(shí)易產(chǎn)生大的應(yīng)力，因此定型模冷卻水流道布置非常關(guān)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(qiáng)度。 保證注塑加工模具的最佳狀態(tài)，定期清理口模，避免因長時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)而讓雜質(zhì)堵塞口模，造成出料減少，支撐筋過薄，影響低溫沖擊強(qiáng)度。定期清理定型模可保證定型模足夠的定型真空度和水流量，以保證型材生產(chǎn)過程中被充分冷卻，減少缺陷，降低內(nèi)應(yīng)力。 （4）塑化度 大量研究和測試結(jié)果表明，PVC型材低溫沖擊強(qiáng)度的最佳值是在塑化度為60%-70%時(shí)得到的。經(jīng)驗(yàn)表明，“高溫低轉(zhuǎn)速”和“低溫高轉(zhuǎn)速”能得到同樣的塑化度。但在生產(chǎn)中首選低溫高轉(zhuǎn)速，因?yàn)榈蜏貢r(shí)既可降低加熱耗電量，高速時(shí)又能提高生產(chǎn)效率，并且雙螺桿擠出機(jī)高速擠出時(shí)剪切作用很明顯。 （5）測試條件 GB/T8814-2004中對(duì)低溫沖擊試驗(yàn)有嚴(yán)格的規(guī)定，如型材長度、落錘質(zhì)量、錘頭半徑、試樣冷凍條件、測試環(huán)境等，為了使試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，要嚴(yán)格遵守上述規(guī)定。 其中：“落錘沖擊在試樣中心位置上”應(yīng)理解為“使落錘沖擊在試樣的型腔中心位置”，這樣的檢測結(jié)果更有現(xiàn)實(shí)意義。 改善低溫沖擊性能的措施如下： 1.嚴(yán)格檢查用料質(zhì)量，密切注意口模出料和真空口的物料狀態(tài)，口模出料處應(yīng)顏色一致，有一定光澤度，出料均勻，用手捏時(shí)要有較好的彈性，主機(jī)真空口物料呈“豆腐渣”狀態(tài)，初步塑化時(shí)不能發(fā)光，主機(jī)電流、機(jī)頭壓力等參數(shù)應(yīng)平穩(wěn)。 2.規(guī)范工藝控制，保證塑化效果。溫度控制應(yīng)為“盆”式工藝，從擠出機(jī)一區(qū)到機(jī)頭的加熱溫度變化應(yīng)為“盆”型，機(jī)筒三、四區(qū)溫度稍低，使物料由“外熱內(nèi)冷”逐步變?yōu)椤皟?nèi)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(jīng)有過這樣的經(jīng)歷：正常生產(chǎn)時(shí)80框外觀光滑細(xì)膩，低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果為10個(gè)試樣破損1個(gè)；在清理注塑件模具後再生產(chǎn)時(shí)，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(yàn)結(jié)果為10個(gè)試樣破損6個(gè)（表2）。這驗(yàn)證了配方不變時(shí)，“有好外觀就有好內(nèi)在”的經(jīng)驗(yàn)。 表2不同擠出工藝對(duì)型材品質(zhì)的影響。 焊角強(qiáng)度 焊角強(qiáng)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(guān)。優(yōu)質(zhì)的型材如果焊接不好，焊角強(qiáng)度也會(huì)不合格。 （1）焊接準(zhǔn)備 下料前應(yīng)將PVC型材在與加工環(huán)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(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致PVC型材開裂。 （2）切割要求 要保證下料角度為90°及其對(duì)稱性。下料後，斷面要干凈。 （3）焊接工藝 焊接溫度的設(shè)定要合理，一般為240℃-270℃。加熱時(shí)間的選取要與加熱溫度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保溫時(shí)間的選取也很重要。 為保證焊角強(qiáng)度，不可為提高工作效率而縮短冷卻時(shí)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(shí)間從20s變?yōu)?5s，保壓時(shí)間從30s變?yōu)?5s，焊角強(qiáng)度下降了近400N（表3）。其原因是保壓時(shí)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(qiáng)度下降。 表3不同焊接工藝對(duì)焊角強(qiáng)度的影響。 （4）其他 焊接過程中，焊布上如有污物要及時(shí)清除，及時(shí)更換焊布破損或燒焦的地方。機(jī)械清理溝槽不宜太深，以防降低焊角強(qiáng)度。
