加工PVC发泡制品几个关键因素

加工PVC发泡制品几个关键因素

一、加工PVC发泡制品定型与冷却系统至关重要

在挤出成型生产过程中,定型是固定挤出物形状的装置,定型尺寸一般按照比制品的最终截面按大约1%的收缩因素放大(www.mogu8.cn)。由于发泡制品导热率较低,定型装置的冷却能力要强,后续的冷却长度要足够。除了主要由泡沫密度所决定导热率,定性装置的冷却装置的长度还必须考虑到制品的横截面,泡沫的稳定性和所需的牵引速度。

湿式真空定型模,真空水槽可为PVC低发泡型材的定型提供了满意的效果,而真空喷淋箱和喷水槽适用PVC低发泡管材的挤出,挤出物在真空定型装置中的冷却效果更佳,因为壁面和定型模接触更紧密,保证外形尺寸更精度,同时真空可阻止尚未固化的泡沫塌陷。

发泡制品的表面质量和表层密度,取决于定型装置与模口之间距离的适当选择和定型装置的湿度。定型距离长会导致发泡时间延长。制品横截面上泡孔大小的均匀,密度基本相同,在定型过程中,分布在表面的泡孔被抹平琦鸿,导致在表面区域的粗孔泡沫结构,其周围是压缩强度较低,薄而多孔的外表皮。

定型距离短,即短的发泡时间,与骤冷的定型装置相结合,可以抑制泡孔的挤出物表面的形成。在这种情况下,制品显现出表层泡孔细的泡沫结构,较厚的密实外表皮和光滑表面。如果定型装置的冷却能力强一些,会导致表面区域更高的密度、更厚的表面。

有些中空制品可以通过调节冷却定型的位置和冷却强度的大小,通过一种模具分别生产出自由发泡制品和结皮发泡制品适应不同的需求材料。

另外,由于定型模具产生摩擦力,因此所需牵引力不得不作为拉伸力由制品的实心外皮吸收,特别是在型材表面大,横截面小的情况下,会超出制品的拉伸强度,导致制品断裂无法正常牵引。

二、发泡剂种类和含量对PVC发泡及PVC木塑发泡制品的密度和气泡尺寸的影响

在利用化学发泡(CFA)通过连续挤出工艺来生产PVC/木纤维复合材料的研究上已进行了大量的研究工作。下表是发泡剂的种类(吸热型和放热型)和添加量对PVC发泡及PVC木塑发泡样品密度和气泡尺寸的影响,分析可知:发泡剂在一定量内添加量多少对制品密度影响并不大,发泡剂的种类对气泡尺寸影响很大。使用放热型发泡剂所制备的发泡样品,它的平均气泡尺寸小于使用吸热型发泡剂的发光样品,这主要是由于放热型发泡剂主要分解产物是N2,而吸热型发泡剂主要分解产品是CO2,N2较CO2具有更低的溶解度、更高的分散率,从而可以形成较小的气泡。当加入丙烯酸发泡调节剂后,发泡样品的密度能进一步降低,这主要是由于发泡调节剂可以增强熔体强度,可以有效减少破泡现象产生,从而提高了气体的利用率。

三、PVC发泡板调节剂的作用

发泡机理:

在PVC发泡板制品中,加入超高分子量聚合物的目的:一是为了促进PVC的塑化;二是为了提高PVC发泡物料的熔体强度,防止气泡的合并,以得到均匀发泡的制品;三是为了保证熔体具有良好的流动性,以得到外观良好的制品。由于不同的发泡制品生产厂家的产品不同,所用的设备、工艺、原料及润滑体系均有差异,因此我们开发了具有不同性能的发泡调节剂,以满足用户的不同需求。

1.发泡材料的定义

发泡塑料也叫泡沫塑料,是以塑料为基本组分,含有大量气泡,可以说是以气体为填充的复合材料。

2.发泡片材的分类

根据发泡倍率不同,可以分为高发泡和低发泡,根据泡体质地的软硬程度,可以分为硬质、半硬质、软质泡沫塑料。根据泡孔结构可以分为闭孔泡沫塑料和开孔泡沫塑料。一般常见的PVC发泡片材属于硬质闭孔低发泡片材。

3.PVC发泡板材的应用

PVC发泡片材有耐化学腐蚀、耐候性、阻燃性等优点,广泛应用于多个方面,包括展示面板、标记、广告牌、隔板、建筑用板、家具用板材等。

4.评价发泡片材质量的关键因素

对发泡材料来说,泡孔的大小和均匀程度是影响片材质量的关键因素。对低倍发泡片材,泡孔小而均匀,发泡片材韧性好,强度高,表面质量好。从降低发泡片材密度方面考虑,只有泡孔小而均匀才有进一步降低密度的可能性,泡大而散很难进一步降低密度。

5. PVC发泡工艺控制关键点

塑料发泡成型分为三个过程:气泡核的形成、气泡核的膨胀和泡体的固化。对于添加化学发泡剂的PVC发泡片材来说,气泡核的膨胀对发泡片材的质量起决定性影响。PVC属于直链分子,分子链较短,熔体强度低,在气泡核膨胀成气泡过程中,熔体不足以包覆住气泡,气体易溢出合并成大泡,降低发泡片材的产品质量。

提高PVC发泡片材质量的关键因素是提高PVC的熔体强度。从高分子材料加工特性分析,提高PVC熔体强度的方法有多种,但最有效的方式是添加提高熔体强度的助剂和降低加工温度。PVC属于非晶材料,随熔体温度的提高熔体强度降低,反之随熔体温度降低熔体强度提高,但降温的作用有限仅起到辅助作用。ACR类加工剂都有提高熔体强度的作用,其中发泡调节剂最有效果。熔体强度随发泡调节剂含量增加而提高。一般而言,只要螺杆有足够的分散混合能力,添加高黏度的发泡调节剂对提高熔体强度效果更明显。

6.加工助剂在PVC发泡片材中的作用

ACR类加工助剂(HF-100)有促进PVC熔融,提高表面光洁度,改善熔体的弹性,增强熔体的伸长率和强度的作用。有利于包覆气泡,防止泡孔塌陷。发泡调节剂(HF-100/80/901/921)的分子量和用量对发泡片的密度都有很大的影响:随着分子量的提高,PVC熔体强度提高,发泡片的密度可以做的更低,与提高调节剂的用量有相同的作用。但这一作用不具线性关系,继续增加分子量或提高用量,对降低密度的作用不是非常明显,密度将趋于恒定。

发泡调节剂和发泡剂之间存在重要的关系,发泡片的密度与发泡调节剂存在一平衡点,在这一平衡点之外,发泡片密度不受发泡剂含量的影响,维持恒定,也就是增加发泡剂用量不能降低密度,导致这一现象的原因是在一定量的发泡调节剂用量下,PVC的熔体强度是有限的,过量的气体导致泡孔塌陷或合并。

7.常见问题

在PVC发泡板材挤出过程中,碰到的问题基本可以归为4类,一是稳定性问题;二是熔体强度问题;三是润滑问题;四是分散问题。这四类问题特别是前三类问题会相互制约,交叉影响,从表面现象看有时很难立刻分清楚,要说方观察分析,找到问题根源才能根本解决。

稳定性不足,会影响整个板面,板面发黄,发泡片材脆性大 ;熔体强度不足会导致发泡片泡孔大,纵切面泡很长。判断熔体强度是否不足,最直接的办法是到三辊后面用手指按压包在中辊上的片材,熔体强度好按压时能感觉到弹性。若按压后很难弹起,说明熔体强度较差。因为螺杆结构和冷却方式差别较大,很难判断温度是否合理,一般来说,在挤出机允许的负荷内,3—5区温度以低为好。 在发泡管材中要想获得发泡均匀制品,也需要保证PVC物料有良好的融体强度。

润滑剂,外滑有利于脱模,对板材表面的光洁性有好处,外滑太少,挤出机4区温度不易控制,易升温,这会导致合流芯温度高,板材中间出大泡、串泡、发黄等问题,板材表面也不光滑 ;外滑多,析出会变得严重,表现在模具内的结构和板材表面外滑的析出,也会表现为某些个别现象在板面上不定期的来回移动。

内滑有利于塑化和熔体的流动性,内滑不足板面难以控制厚度,表现为板材中间厚两边薄;内滑多,易出现合流芯温度高的现象。散不好会带来板材表面不光滑的现象 。工艺温度控制问题:上面提到的四个问题属于根本性问题,是基础,是深层次问题。

相对于上面四个问题,工艺温度控制则要直观得多,是表面问题,但温度控制不好,会诱发根本问题的出现。提高加工工艺温度,材料稳定时间会降低,出现稳定性问题;原有的润滑平衡会被打破,一般表现为外润滑不足,特别是后期外润滑,需提高外润滑添加量;温度提高也会导致熔体强度降低,发泡片材泡孔增大,泡孔数量减少,片材发脆易断裂;温度提高降低了熔体强度也会降低熔体粘度,粘度降低剪切分散能力降低,对分散能力不强的螺杆而言,有时会出现分散不均匀。

四、硬PVC低发泡型材及其挤出成型设备选择

1.挤出设备

硬PVC低发泡型材成型设备与一般型材生产设备没什么区别。单、双螺杆挤出机都可用于低发泡硬PVC门窗异型材的挤出加工,但以使用锥形异向双螺杆挤出机为。这类挤出机的优点在于:喂料区螺杆与机筒表面积大,传热好、输送效率高,不需造粒;剪切发热小,料温低,温度范围小,树脂温度易控,可低温挤出。

除主机外,发泡挤出还要求辅机具有足够的冷却定型能力和较大的牵引能力。

2.模具

低发泡挤出模头和一般型材模头在结构上相似。但发泡材料的出口膨胀率大于非发泡材料,如普通截面的低发泡PVC,当其离开口模时,在宽度和厚度方面的膨胀率分别为10%-30%和60%-100%,因此,口模的断面尺寸可按制品厚度的0.5-0.65和制品宽度的0.77-0.9的经验数据计算。

为避免物料在模内发泡,模具的流道截面应逐渐缩小,在口模处达到极限,而且模具流道应尽量设计成流线型,以免流道中有滞料现象。另外,口模定型段的长度通常比普通型材的要短,一般取口模间隙的5-10倍,以减少口模处的压力,引发发泡。依据经验,挤出低发泡PVC的模压缩比应为3-8。还有,为减少物料因分流梭分割后的熔合痕,分流锥上的分流梭应尽量少设。

3.冷却定型模

设置在离口模10-300mm处,它随制品质量要求和牵引速度的变化而调整。定型模的口模尺寸与模头的口模尺寸应保持一致,以保证表皮在快速冷却下形成光滑致密的皮层结构,而芯部会由于压力降低和较慢的冷却形成发泡的核层结构。

低发泡定型冷却要求较高,若采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制品精度,也能保证型材不产生内应力,同时加强了冷却效果,提高了成型速度。

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