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硬质PVC低发泡板的生产技术_山东昊智新型材料科技有限公司

硬质PVC低发泡板的生产技术

日期:2018-09-23 15:24 作者:admin 阅读:

  硬质PVC低发泡板是新型的人造材料,又称为雪弗板,从其密度、性能、二次加工(刨、锯、钉、胶接等)及保温、隔音、防潮、防虫、阻燃等性能上看,都是木材的理想替代品。本文主要对硬质PVC低发泡板的生产流程、生产设备、模具、配方与工艺等技术要点进行系统地探讨。 


  一、生产工艺流程与原理 
  第一将PVC树脂和各种辅料称量后放入热混锅中搅拌平均,然后放来冷混锅中搅拌冷却,这里必须注意发泡剂是直接放入来冷混锅搅拌,因为发泡剂在热混锅的高温下可能会提前分解。物料冷混完毕后经筛分机进入干混料仓存放,使用时通过搅笼及链式输送器将干混料从干混料仓送来各条挤出线上,粉末状的物料从挤出线上的料斗进入挤出机后,随着不断的前移,慢慢从固态转化为粘流态,发泡剂也开始分解,但由于挤出机及模具特别结构,使得机筒及模具内的熔体压力非常高,发泡剂分解放出的气体在高压力下溶入PVC熔体之中。当熔体被挤出模具后,由于熔体突然失去压力,溶解在熔体中的气泡迅速膨胀发泡,这时立刻进入定型套冷却定型,然后再进入水箱进一步冷却,经过牵引机后按要求切割为一定长度的成品。 


  二、生产设备 
  硬质PVC低发泡板的挤出设备包括挤出机、模头、真空冷却定型装置、牵引机、切割、收集等装置。 



  1挤出机 
  低发泡挤出可摘用单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。由于双螺杆挤出机的物料滞留时间短,温度分布范畴小,发热少,树脂温度容易调剂,因此,被广泛用于硬质PVC低发泡板挤出。 


  挤出机型号有 P90和 P110型。本文介绍硬质PVC低发泡板的挤出机为P110型,其工艺参数:螺杆直径110mm,长径比(L/D)25.3:1,螺杆转数0~25 r/min,生产能力400kg/h,驱动电机动率58kW,加热功率27kW。 


  2模具 


  2.1模头 
  在模头设计时要有足够的压力以防止塑料熔体在模腔内发泡。如果挤出物在模腔内发泡,将会产生不平均的泡孔结构和粗糙的表面,甚至不能正常成型。熔融物料通过衣架式分流系统。 


  2.2定型装置 
  由于硬质PVC低发泡板塑料层传热性能差,因此定型装置的冷却能力要强,后续的冷却长度要足够,摘用较先进的干式真空定型和湿式真空定型并用的方法,不但能保证制品结皮发泡和精度,也能保证制品不产生内应力,同时加强了冷却效果,提高了成型速度。 


  3 牵引机 
  具备无级变速调剂。由于发泡熔体出口阻力大,其牵引动力应比一般异型材的牵引动力大,一般要求牵引机的最大牵引力应可达45000N。并且由于发泡板表面是发泡层,可压缩,刚性差,因此牵引设备的接触压力不宜过大。 


  2.4 切割、收集装置 
  硬质PVC低发泡板切割和收集装置与一般普通硬质PVC制品的生产线相同主要原料。 


  1 PVC树脂 
  由于PVC树脂在温度较高时,容易发生降解,在硬质PVC低发泡板挤出过程中其PVC熔体的塑化温度必须略低于发泡剂的分解温度。另外,由于PVC树脂平均聚合度愈低,熔体塑化表现粘度所需的加工温度也就愈低。因此,挑选平均聚合度较低700~800(K=62~65)的悬浮聚合聚氯乙烯树脂为宜。 


  2 发泡剂 

  实践表明,主要成分为碳酸氢钠(分解温度100~140℃)和偶氮二甲基酰胺(简称ADC,分解温度220℃)的复合发泡剂,可用于硬质PVC低发泡板的挤出生产,它与PVC树指相溶性好,分散性优良,不影响塑料的原有性能,而且它所释放出的气体以氮气为主,对设备模具腐蚀性小,并且不易燃烧和爆炸,无毒、无剧烈的放热反应。 发泡剂与PVC 树脂混合平均后,随树脂熔融、塑化、挤出的同时,发泡剂分解,释放出气体,促使制品成微孔结构。发泡剂的单位发气量与用量直接决定了发泡制品的密度。


      发泡剂用量越多,在熔体内形成的泡孔数量越多、孔径越小,制品密度越低发泡剂大致可分为吸热型、放热型与放热平稳型。偶氮二甲酸铵(简称AC)属放热型发泡剂,发泡率高,为190-260 mL/g,分解速度快、放热极大,但发泡时间短,突发性强。当AC 发泡剂用量过多时,发气量过大,会在局部产生较大的气泡和空穴,固体残留物也增多,对于厚板挤出时可能会因内部过热而产生烧焦现象。而无机发泡剂碳酸氢钠(NaHCO )属吸热型发泡剂,虽发泡率较低,但发泡时间长,和AC 型发泡剂并用,可以起来互补和平稳的作用。放热型发泡剂提高了吸热型发泡剂的发气能力,吸热型发泡剂又可使前者冷却、稳固和均衡释放气体,抑制厚板内部过热降解,减少残留物析出,并有增白作用。


     在不影响发泡率的前提下,适当多添加吸热型发泡剂,取代部分放热型发泡剂,能抑制多添加放热型发泡剂带来的副作用,延长生产周期。比如用 0.4 份A C 发泡剂和 0.8 份NaHCO ,会比单纯添加0.8 份AC 发泡剂产生更佳的发泡效果。但如加入过量的NaHCO 会使制品泡孔变粗,而影响产品断面的细密性。发泡剂 1232 或BLA一616属放热与吸热平稳型发泡剂,分解无诱导期,分解速率快,10 min 左右即可达来最大发气量,放气缓和无突发,最大发气量达 156 mL/g,其分解温度介于PVC 加工温度范畴。可用于尺寸较厚,形状复杂的制品动态成型过程,以保证发泡性能的稳固。


      发泡剂的用量应和发泡倍率,即定型模板间隙与口模间隙比相适应,发泡体容积应略大于定型模板所提供的空间。若发泡容积小于定型模板所提供的空间,泡孔数量少,制品密度大,并会因缺料,使板面不平整,出现横向凹槽;若发泡容积过大,在定型模板间隙作用下,随熔体压力增加,发泡受限,会产生破泡或串泡,制品的密度同样也会增大。


  3稳固剂 
  在PVC塑料加工成型的温度条件下,当加热来一定温度时PVC 会因脱氯化氢作用,引发降解。稳固剂的作用就是防止PVC分子链中脱除氯化氢的作用,或者能阻止这一反应,终止降解作用,提高PVC的降解温度。常用的稳固剂有:(1)铅盐类稳固剂;(2)有机锡类稳固剂;(3)金属皂类稳固剂[2]。


      目前铅系稳固剂占主要比例,因为他们价格低廉,易于加工,应用范畴广。随着复配技术的进步,稳固剂常与润滑剂复配成复合稳固剂。从实践中来看,在硬质PVC低发泡板挤出成型生产中铅盐复合稳固剂和钙锌复合稳固剂均能达来上述的效果,但根据其对加工工艺及产品质量的影响,加入量也有所差异,钙锌复合稳固剂加入量一般为7~9份,铅盐复合稳固剂加入量一般为5~7份。   


4、发泡调剂剂

      发泡调剂剂的作用机理类似于加工助剂,物料在发泡过程中,发泡剂分解的气体在熔体中形成气泡,这些气泡存在体积小的泡孔向体积大的泡孔扩展的趋势。气泡的大小和数量不但与发泡剂的添加量有关,还与聚合物的熔体强度有关。发泡调剂剂的长分子链缠绕粘附在PVC 的分子链上,形成一定的网状结构, 一方面促进物料塑化,另一方面提高PVC 的熔体强度,使发泡过程中泡孔壁能够承担泡孔内气体的压力,不致因为强度不足而破裂。


      发泡调剂剂可以使产品泡孔小而多,泡孔结构更平均、合理,从而降低发泡体的密度。但若使用过多的发泡调剂剂,由于熔体强度太大,使得熔体中的气泡无法扩展,而使产品密度提高。在硬质PVC 低发泡挤出配方中,发泡调剂剂的用量一般为4%~8%,可根据发泡调剂剂的效率、制品密度和截面是否存在破孔等情况进行调整。发泡制品的密度不但与发泡调剂剂的添加量有关,也与发泡调剂剂的分子量有关。分子量越大,其作用越大,相应的加入量亦可减少。一般发泡制品除ACR401外,还需要添加分子量更大的发泡调剂剂,如 HL100 或H L530 等,或者用HL100 或HL530 等取代ACR401,以利于进一步促进塑化和增强熔体强度,改善产品表面质量。


5、润滑剂

      在含发泡剂的PVC 熔体中,因气体分子在PVC 分子间起隔离、润滑的作用,在相同的温度和剪切条件下,含有发泡剂的PVC 熔体比不含发泡剂的PVC 熔体黏度小,但由于发泡体比非发泡体在壁面上滑动性差,黏度对剪切速率的敏锐性比不含发泡剂的PVC 熔体大。因此,PVC 低发泡制品的润滑与PVC 不发泡制品有所不同。在 PVC 低发泡制品的挤出成型过程中,熔体从挤出机进入横截面较宽的F1模型腔,以形成表面光滑平整、密度一致、厚度均称、不易破裂的制品。润滑剂对熔体的流动性、发泡制品表面的光洁度、发泡气体的混合与分布都有影响。根据熔体流动性,生产结皮发泡板材应摘用内外润滑平稳、多种润滑剂复合为宜。


        外润滑可以提高制品外观光洁度,利于脱模。但若外润滑剂用量过多,会导致发泡制品塑化不良、模具内结垢和在制品表面析出,也会在制品表面出现某些缺陷;若外润滑剂用量太少,挤出机5 区温度不易控制,易超温,从而致使合流芯温度过高,板材中间出现大泡、串泡、发黄及板材表面粗糙等缺陷。添加内润滑剂有利于物料平均分散,均衡塑化和熔体的流动性。内润滑剂用量不足,物料分散性不好,塑化不均,制品厚度难以控制,表现为板材中间厚,两面薄,同时,还有可能出现粘附或局部过热现象;内润滑剂用量过多,会使发泡制品发脆,耐热性能下降,并在一定温度和熔压作用下,转化为外润滑,致使润滑失衡。发泡板材挤


6、其他助剂 
  为了提高制品的加工性能,配方中还应加入ACR加工助剂,可有效提高塑化速率,降低塑化温度,防止熔体破裂,提高流动性[3],加入量一般为6~10份。 


  填料在PVC发泡成型中起复要作用,它不仅使制品的价格大大降低,而且又是发泡成核剂。轻质活性碳酸钙既可作为成核剂,又作为填料,要求粒径小,加入量为5~l0份。 


  三、工艺控制 
  硬质PVC低发泡板挤出工艺条件变化较为复杂,同时存在着物料塑化和发泡两方面技术问题,而其中很复要的因素是挠好发泡的工艺控制。影响低发泡PVC制品质量的主要挤出工艺参数有挤出温度、压力及滞留时间等。 


  1、挤出温度 

  挤出温度是影响发泡质量的一个复要因素。实践证明,高质量的发泡体只是在适当的温度范畴内才能获得。在通常情况下低发泡PVC的气泡形成大体可分为3个阶段[4],气泡核的形成、气泡的增长和气泡的固定。化学发泡剂在熔融物料中发生化学反应产生的气体,就会形成气-液(熔体)溶液,随着生成气体的增多,熔体达来气-液饱和状态后,这时气体就会在熔体中形成气泡核,这一形成气泡核的过程称为成核作用。挤出温度较低时,含气体的熔体由于混合不均,成核少以及分散不平均而形成大气泡,发泡密度大。


      当温度升高来一定值时,物料混合平均,塑化优良,气体在熔体内溶解度增大且成核数量增多,因而获得孔径小、密度小的发泡体。当温度连续升高,由于物料黏弹性降低,熔体强度下降,泡孔可因互相穿通而变大以及气体由熔体中向外部表面扩散而使发泡体密度增加。当温度超过一定值时,挤出熔体由于不能承担内部气体膨胀力很快坍塌,断面气孔很少,密度增大。因此,挤出温度在一定范畴内和一定条件下存在最佳值。 

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  2、滞留时间 
  物料在挤出机内的滞留时间不同,发泡质量也会发生很大变化。延长物料在挤出机内的滞留时间,气孔数量逐步增加,但达来最大值后就开始下降。实际上,发泡剂的分解程度和离开口模时熔体中气体与核的比例有很大关系。在较短的滞留时间下,分解温度也较小,密度较大。如果滞留时间增加,气体和核的比例就会增加,发泡密度就会减小。如果滞留时间过长,会引起过早分解,由此会影响成核结果,使泡沫数量减少,气体与核的比例变得很大,得来的是成核不足的过发泡板。 


     3、挤出/牵引速度的影响

      在相同的工艺条件下,主机转速与牵引速度应适宜并相互匹配。挤出速度过快或牵引速度过慢,会阻碍发泡,使制品密度过大,牵引机拉不动板材,导致定型模板堵料。挤出与牵引速度过快,熔体在机内停留时间过短,发泡剂分解程度较低,此时相应的气体与核的比例也较小,但成核率却较大,即密度增大;降低挤出与牵引速度,可增加气体与核的比例,有效提高发泡率;在挤出速度一定的条件下,适当提高牵引速度,可减少模唇口阻力,明显降低制品密度;挤出速度过慢或牵引速度过快,制品在牵引强拉力作用下,使发泡受阻,也会降低发泡率,并致使型材表面不平,尺寸过小,尺寸变化率过高,制品冷却定型后内应力过大,影响其力学性能,甚至在压力较低的部位出现条形褶皱或塌陷。



   4、口模唇与定型装置模板间隙的影响

      口模唇与定型装置模板问隙不仅决定板材的厚度,也影响发泡倍率。一般口模唇间隙为板材厚度的1/4(仅指低发泡制品)。当挤出熔体未充满第 1道定型装置模板之间空间时,在压力较低的部位出现条形褶皱或塌陷。应以牵引速度为基准,摘取调整挤出速度大小来调剂模板之间的饱满程度;每道定型模板之间间隙差对板材的成型很复要。


      第 1道板来第2 道板,第2 道板来第3 道板之间的间隙匀递减0。2 -0。5mm比较适宜。如果第 1道定型模板与其它模板之间间隙差过大,不仅可能会导致堵模现象,还可能导致板材出第 1 道定型模板后,进其余定型模板时,因发泡制品承担过大的压力,密度增大或制品截面出现破泡现象。


       比如生产18mm 壁厚板材,模唇间隙以模中心为准,为4.5 mm ,横向两侧偏离中心部位可渐次增加0.2mm ,以保持偏离中心部位熔体流量与横截面中心 ,相一致,避免中间厚,两边薄。第 1道定型模板间隙为 19.6~19.8 mm ,第 2 道定型模板间隙为19. 0- 19.2mm,第3 道定型模板间隙为 18.4-18.6mm ,第4 道定型模板间隙依据板材的密度和硬度而定,生产密度和硬度较高的制品时,由于制品承担定型模板的压力较大,经过牵引,在外力撤除,板材回复自由状态后有一个连续膨胀的过程,故间隙应稍小于 18 mm ;生产密度和硬度较低的制品时,因发泡塑料制品的热传导率较低,制品定型后,芯部有一个连续冷却,“后收缩”的过程,故间隙应略大于18 mm 。具体差值应经过生产实践确定。总之,每道定型模板都应对制品有适当的压力,以充分发挥其定型作用。


       定型模板冷却也应依距离口模先后次序,逐级强化。使定型在发泡完成后能立刻、连续进行,有效保证发泡倍率在可控范畴,防止泡沫破裂,提高板材表面光洁度。一般设备生产厂家为使发泡制品表面和定型模板接触更紧密,提高制品硬度和厚度,确保外形尺寸精确,外观光亮,并阻止尚未固化的泡沫塌陷,生产的发泡挤出设备第 1道定型模板都设计有真空定型装置。


      实践证明,发泡板材不同于异型材,表面积较大,横截面很宽,且十分平整,只要发泡熔体有足够的膨胀和泡孔率,和定型板之间贴得很紧,就没有必要使用真空吸附。而定型模版内真空槽孔的存在,会滞留析出物,并随析出物增多逸出,将发泡制品表面拉毛,减少有效生产时间。


  5、主机电流

    主机电流是衡量熔体塑化程度的一个复要参数。但影响电流的因素很多,挤出温度过高或过低、给料速度过慢或过快,都会引起电流变化。单独从电流变化,难以得来准确结果。应通过排气孔观察物料形态来分析判定:当熔体未呈橘皮状态,底部有粉料存在,说明“欠塑化”,宜适当提高 1 区与2 区的设定温度;当熔体虽然呈橘皮状态,却溢满螺槽,并发生真空冒料,说明加料过多,宜适当减少给料速度;螺槽内物料很少,几乎看不见料,说明加料过少,宜适当提高给料速度;当提高给料速度,螺槽内依然不见持料量增加,同时加料孔却出现冒料,说明熔体摩擦性能不足,已发生“滑壁”现象,需更换或增加配方中加工助剂的用量;当熔体过分光滑并紧紧抱紧螺杆,说明“过塑化”, I:适 1降低 1 区与2 区的设定温度;当排气孔观察一切正常,但和正常电流比,依然偏高,可能是熔体黏度过高,宜适当减少加工助剂或增加润滑剂用量。


  四、结语 

  要获得外观和内在质量均优良的硬质PVC低发泡板必须科学地设计原料配方、模具结构,并严格控制挤出工艺。



  



 

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