异型材挤出过程中的常见问题及其排除
问:进料波动,下料困难、不稳是怎么产生的?如何解决?
答:产生原因有:
1.粉料潮湿
2.加料螺杆转速不稳,或干混料密度波动
3.干混料流动性差
4.加料口温度过高
5.干混料在料斗中形成滞料、架桥或附壁悬挂
6.加料口或加料螺杆阻塞
7.再生料与粉料配比量不匀
排除措施为:
1.干燥原料,勿使干混料受潮
2.稳定工作电压、稳定热混工艺条件
3.改善干混料的干流动性
4.降低加料段温度或冷却加料口
5.检查料斗出料情况,或安装搅拌器
6.清理料斗或加料螺杆
7.尽量使再生料与粉料混合比一定并均匀
问:为什么挤出机转矩值或主机电流不稳,转矩升高?
答:产生原因有:
1.干混粉料质量不均匀
2.温度偏低塑化不良
3.加料量过多,塑化不好
4.机内有异物
排除措施为:
1.检查原料及混料工艺
2.提高加热温度
3.调整计量加料及螺杆转速
4.检查并拆装螺杆、料筒
问:为什么转矩值会下降?
答:产生原因有:
1.料筒供料不足
2.加料段温度过高
3.压缩段温度较低
排除措施为:
1.检查料斗有无物料,有无架桥,计量螺杆供料情况
2.加料段通冷水冷却
3.提高压缩段温度
问:螺杆顶端、?谀<奥送湮裁从薪沽希?br>答:产生原因有:
1.机筒或分流板区温度较高
2.过滤板或滤网阻力大
3.干混料热稳定性差
排除措施为:
1.降低该区加热温度
2.清理并加大滤板的通过截面
3.检查原料PVC等及干混料的热稳定性
问:为什么模头内分解,制品表面有分解黄线痕?
答:产生原因有:
1.口模温度过高
2.原材料及干混料热稳定性差
3.机头表面有凹陷或积料
4.口模结构不合理
排除措施为:
1.降低口模温度
2.检查原材料热稳定性及混合料质量
3.检查并清理机头
4.尽量消除机头内死角,减少物料滞留时间
问:为什么型材表面粗糙,出现节状、云状、波纹状?
答:产生原因有:
1.物料混合质量差,不均匀
2.机头温度较低
3.混有不同颜色、不同相对分子质量树脂
4.外润滑剂过量
5.口模内壁粘有析出物
6.口模阻力不够
排除措施为:
1.检查混料工艺,提高质量
2.适当提高机头温度
3.一般不混用不同牌号、不同型号树脂
4.降低外润滑剂用量
5.清理口模
6.减小滤网、滤板截面,增大挤出量
问:型材表面色泽泛黄怎么办?
答:产生原因有:
1.机头、过渡段、口模温度偏高
2.原材料或干混料稳定性较差
排除措施为:
1.适当降低该区域温度
2.检查PVC等原料热稳定性,提高干混料质量
问:为什么制品表面颜色发暗?
答:产生原因有:
1.机头、过渡段、口模温度偏低
2.干混料色泽不好
排除措施为:
1.适当提高该区域温度
2.检查混料工艺及加料顺序
问:型材边缘有毛刺或呈锯齿状怎样解决?
答:产生原因有:
1.加工温度偏低
2.物料塑化不良
3.口模各连接部分粗糙
4.配方不合理
排除措施为:
1.提高机头或料筒温度
2.提高料筒温度或转速
3.进行调整及磨光
4.适当调整润滑剂、加工助剂用量,减少填料用量
问:为什么异型材尺寸不符合规格?
答:产生原因有:
1.真空度不够,定型模缝隙堵塞
2.真空上水不够,型材表面真空度不够
3.牵引太快、挤出量不足
4.定型模与口模中心位置?炊云?br> 排除措施为:
1.提高真空度,清理定型模缝隙
2.加大真空上水量,提高真空度
3.降低牵引速度,提高转速
4.调整定型模与口模中心位置成一直线
问:为什么异型材发生弯曲或翘曲?
答:产生原因有:
1.机头、定型、牵引等装置中心线不在同一直线上
2.模具装配未水平
3.机头处温度不匀,出料不匀
4.挤出速度过快、冷却不足
5.定型模和水槽冷却不足
排除措施为:
1.调整生产线至一条直线
2.模具安装完毕后用水平尺校正
3.调整加热温度,降低出料速度快处侧面的加热温度
4.降低挤出速度,改善冷却条件
5.降低水温,加大冷水量,或增加冷水槽水度
问:为什么型材断面有气泡?
答:产生原因有:
1.物料水分或挥发含量超标
2.料筒温度过高,产生分解气体
3.挤出机排气真空度低
4.螺杆摩擦热过高
5.物料稳定性差,稳定剂用量不足
排除措施为:
1.控制树脂等原料水分,混科时注意去除,必要时加预干燥器
2.降低料筒物料温度
3.清理管路,开启真空排气,酌情提高真空度
4.冷却螺杆,调整螺杆温度
5.检查树脂稳定性,必要时调整稳定剂用量
问:型材内筋为什么会变形或撕裂?
答:产生原因有:
1.牵引速度不合适
2.口模温度不合适
排除措施为:
1.收缩或变薄时,降低牵引速度;内筋弯曲或呈波纹,提高牵引速度
2.内筋收缩或变薄时,提高口模温度;内筋弯曲或呈波纹时,降低口模温度
问:型材内壁粗糙怎么解决?
答:产生原因有:
1.螺杆转速太快
2.料筒温度偏低
3.物料水分及挥发物含量高
4.如发生在开车时,可能模芯温度偏低
排除措施为:
1.降低螺杆转速
2.适当提高机筒温度
3.清理管路,提高排气真空度
4.适当提高模芯或机身温度
问:型材横向或纵向收缩率高时怎么调整?
答:产生原因有:
1.机头温度偏高
??.牵引速度过快,和挤出速度不匹配
3.定型模冷却不足
排除措施为:
1.降低机头温度
2.降低牵引速度
3.保证冷却水温(15℃左右)及水压,提高冷却效率,必要时不加长冷却定型模长度
问:型材在定型模内减速或停滞怎么办?
答:产生原因有:
1.润滑剂用量不足
2.牵引力不够
3.冷却不足
4.定型模和口模中心位置有偏差
排除措施为:
1.调整润滑剂用量
2.提高履带压力
3.加大冷却水量,降低冷却水温度
4.调整定型模和口膜的中心位置成一直线
问:为什么型材加强筋处收缩大?
答:产生原因有:
1.牵引速度过快
2.挤出速度过快,内筋冷却不足
3.口模筋槽处熔体流速慢、筋槽受拉伸
4.真空操作不当
排除措施为:
1.降低牵引速度
2.降低挤出速度
3.改善物料熔体的流动性
4.在型材进入定型套前,在其表面用铜针扎数个小孔,使型材成开放式,加强真空吸附
问:制品牵引时为什么会断裂?
答:产生原因有:
1.牵引速度过快
2.定型模内阻力过大
排除措施为:
1.降低牵引速度
2.减少摩擦,适当降低真空度,尽量选用干、湿混合定型装置
问:哪些因素会影响异型材物理力学性能?如何控制?
答:主要因素有:
1.干混料质量差,捏合不均匀
2.挤出工艺条件不当
3.模头与定型控制不当
4.过滤板和滤网阻力小,背压较小
控制措施为:
1.检查配方,严格控制混料工艺
2.调整计量加料转速、挤出机螺杆转速,使之匹配
3.机筒内加热温度尽量不要太高
4.保证物料塑化良好且均匀稳定
5.牵引速度和挤出速度要配合,勿使异型材处于高拉伸状态
6.螺杆转矩不应太低,一般就为50%-75%为好
7.挤出机必须开启真空排气装置,并保证一定的真空度
8.定型模不宜急冷,缓冷为宜
9.循环冷却水的水温、水压应符合标准要求
10.机头应有合适的压力
11.增大过滤板、滤网的阻力,以提高背压
问:型材为什么会有不明显的拼缝线(熔接痕)?
答:产生原因有:
1.机头温度偏低
2.物料塑化不良
3.流动应力未消除
4.口模设计不合理
5.口模结构不合理
排除措施为:
1.提高机头温度
2.检查混料及挤出工艺参数,改善物料塑化状态
3.加大成型段长度
4.增加口模前段压力,或增加口模定型段长度
5.增大口模入口处的物料流量
塑料异型材发脆
本文分别从配方、混料工艺、挤出工艺、模具和其他外界因素对造成PVC-U塑料异型材发脆的原因进行了论述、分析。
一直以来塑料异型材发脆是困扰一些型材企业正常运营的因素,型材发脆无论从截面外观上还是门窗组装厂的认同程度上都或多或少的影响着这些型材企业的市场份额和用户信誉。
型材发脆基本上在制品的物理、力学性能上得到充分体现。其主要特征为:下料时崩口、冷冲破裂。造成型材制品物理、力学性能差的原因有很多,主要表现为以下几种:
一、配方及混料工艺不合理
1、填料过多
针对目前市场上型材价格低,而原材料价格上涨的格局,型材厂家都是在降低成本上作文章,正规的型材厂家通过配方的优化组合,是在不降低质量的前提下,降低了成本;有些厂家却在降低成本的同时也降低了制品质量。由于配方组份的原因,最直接有效的办法是增加填料,在PVC-U塑料异型材中常用的填料为碳酸钙。在以前的配方体系中多数是填加重钙,其目的是增加刚性和降低成本,但重钙由于本身粒子形状不规则而且粒径比较粗与PVC树脂本体的相溶性差,所以其添加份数很低,而且份数增大时会对型材的色泽和表观造成影响。现在随着技术的发展,大多采用超细轻质活化碳酸钙、甚至是纳米级碳酸钙、其不仅起到增加刚性和填充的作用,而且还具有改性的作用,但是?涮罴恿坎⒉皇俏尴薅鹊模浔壤Ω眉右钥刂啤O衷谟行┏Ъ椅私档统杀窘妓岣萍拥?0-50质量份,这大大降低了型材的物理力学性能,造成本章所说的型材发脆现象。
2、抗冲击改性剂添加种类、数量
抗冲击改性剂是在应力作用下,能够提高聚氯乙烯破裂总能量的一种高分子聚合物。目前硬质聚氯乙烯的抗冲击改性剂的主要品种有CPE、ACR、MBS、ABS、EVA等,其中CPE、EVA、ACR改性剂的分子结构中不含双键,耐候性能好,适宜做户外建筑材料,它们与PVC共混,能有效的提高硬聚氯乙烯的抗冲击性能、加工性、耐候性及在一定范围内提高焊角强度。
在PVC/CPE共混体系中,其冲击强度随CPE的用量增加而增加,呈S形曲线。添加量在8质量份以下时,体系的冲击强度增长幅度非常小;添加量在8-15质量份时增加幅度最大;之后增长幅度又趋于平缓。当CPE用量在8质量份以下时不足以形成网状结构;当CPE用量在8-15质量份时,其在共混体系中连续均匀分散,形成分相不分离的网状结构,使共混体系的冲击强度增长幅度最大;当CPE用量超过15质量份时,就不能形成连续均匀的分散,而是有部分CPE形成凝胶状,这样在两相界面上就不会有适宜分散的CPE颗粒来吸收冲击能量,因而冲击强度增长趋于缓慢。
而在PVC/ACR共混体系中,ACR可显著提高共混体系的抗冲击性能。同时“核一壳”粒子可均匀分散在PVC基体中,PVC是连续相,ACR是分散相,分散在PVC连续相中与PVC相互作用,起到加工助剂的作用,促进PVC的塑化和凝胶化,塑化时间短,具有很好的加工性能。成形温度和塑化时间对缺口冲击强度影响较小,弯曲弹性模量下降也小。一般用量在5-7质量份,经ACR改性的硬PVC制品有优良的室温冲击强度或低温冲击强度。
而经实验论证,ACR与CPE相比抗冲击强度要高30%左右。因此在配方中尽可能采用PVC/ACR共混体系,而用CPE改性且用量低于8质量份时往往会引起型材发脆。
3、稳定剂过多或过少
稳定剂的作用是抑制降解,或与释放出的氯化氢反应以及防止聚氯乙烯加工时变色。稳定剂根据种类不同用量也不同,但总的一点来说,用量过多会推迟物料的塑化时间从而使物料出口模时还欠塑化,其配方体系中各分子之间没有完全溶合,其分子间结构不牢固造成。而用量过少时会造成配方体系中相对低分子物降解或分解(也可以说成过塑化),对各组份分子间结构的稳固性造成破坏。因此稳定剂用量多少也会对型材的抗冲击强度造成影响,过多或过少都会造成型材强度降低引起型材发脆现象。
4、外润滑剂用量过多
外润滑剂与树脂相溶性较低,能够促进树脂粒子间的滑动,从而减少摩擦热量并推迟熔化过程,润滑剂的这种作用在加工过程早期(也就是在外部加热作用和内部产生的摩擦热使树脂完全熔化和熔体中树脂失去识别特征之前)是最大的。外润滑剂又分前期润滑和后期蠡⑷蠡鹊奈锪显诟髦痔跫露急硐治喜畹耐庑危绻蠡劣昧坎煌祝赡茉斐闪骱郏康停胱牵寤餍圆睿砻娲植凇⒄沉芑畹取L乇鹗怯昧抗嗍保突嵩斐尚筒牡拿苁刀炔睢⑺芑睿贾鲁寤餍阅懿睿鹦筒姆⒋唷?br> 5、热混加料顺序、温度设值以及熟化时间对型材的性能也有决定性的因素
PVC-U配方的组分很多,所选择加料顺序应有利于发挥每种助剂的作用,并有利于提高分散速度,而避免其不良的协同效应,助剂的加料顺序应有助于提高助剂的相辅相成效果,克服相克相消的作用,使应在PVC树脂中分散的助剂,充分进入PVC树脂内部。
典型的铅盐稳定体系配方加料顺序如下:
a.低速运转时,将PVC树脂加到热混锅中;
b.在60℃时,高速运转下加入稳定剂及皂类;
c.在80℃左右,?咚僭俗录尤肽谌蠡痢⒀樟稀⒖钩寤鞲男约痢⒓庸ぶ粒?br> d.在100℃左右,高转速下加入蜡类等外润滑剂;
e.在110℃,高速运转下加入填料;
f.在110℃-120℃低转速下排出物料至冷混桶中进行降温;
g.冷混至料温降至40℃左右时,卸料过筛。
上面加料顺序较为合理,但在实际生产过程中,根据自身的设备及各种条件也有所不同,多数厂家除树脂外,其他助剂一同加入。还有的是轻质活化碳酸钙同主料一起加入等等。这就要求企业技术人员根据本企业的特点制定出适合自己的加工工艺及投料顺序。
一般热混温度在120℃左右,温度太低时物料达不到凝胶化和混料均匀,高于此温度部分物料可能会分解挥发,而且干混粉料发黄。
混料时间一般在7-10min物料才能达到密实、均化、部分凝胶化。而冷混一般在40℃以下,而且要求冷却时间要短,如温度大于40℃且冷却速度又慢,则制备的干混料会相对常规密实度差。干混料的熟化时间一般在24小时,大于这个时间物料易吸收水份或结块,小于这个时间物料各分子间的结构还不太稳定,造成挤出时型材外形尺寸和壁厚波动较大。以上环节如不加强控制都会对型材制品的质量造成影响,个别情况便会表现为型材发脆。
二、挤出工艺不合理
1、物料塑化过度或不足
这与工艺温度设定和喂料比例有关,温度设定过高会造成物料过塑化,其组分中部分分子量较低的成份会分解、挥发;温度过低其组份中各分子间没有完全熔合,分子结构不牢固。而喂料比例太大造成物料受热面积和剪切增大,压力增大,易引起过塑化;喂料比例太小造成物料受热面积和剪切减小,会造成欠塑化。无论是过塑化还是欠塑化都会造成型材切割崩口现象。
2、机头压力不足
一方面与模具设计有关(这在下面单独描述)另一方面是与加料比例和温度设定有关,压力不足时,物料的密实度就差,就会成组织疏松出现型材料脆现象,这时应调整计量加料转速和挤出螺杆转速使机头压力控制在25Mpa-35Mpa之间。
3、制品中的低分子成份未排出
制品中的低分子成分产生一般有两个途径,一是在热混时产生,这在热混时通过抽湿和排气系统可以排出。二是部分残存的和挤出受热受压时产生的水份和氯化氢气体。这一般通过主机排气段的强制排气系统来强制排出,真空度一般在-0.05Mpa-0.08Mpa之间,不开或过低,都会在制品中残存低分子成份,造成型材力学性能下降。
4、?莞俗靥?br> 螺杆的转矩是反应机械在受力状态下的数值,工艺温度设值的高低,喂料比例的多少都直接在螺杆转矩值上得到体现,螺杆转矩太低从某种程度上反应出温度偏低或喂料比例小,这样物料在挤出程度中同样得不到充分塑化,也就会降低型材的力学性能。根据不同的挤出设备和模具,螺杆转矩一般掌握在60%-85%之间就能满足要求。
5、牵引速度与挤出速度不匹配
牵引速度太快会造成型材壁薄力学性能下降,而牵引速度太慢,型材受到的阻力大,制品处于高拉伸状态,也会对型材的力学性能造成影响。
三、模具设计不合理
1、口模截面设计不合理,尤其是内筋的分布和交界面角度的处理。这样会造成应力集中现象存在,需要改进设计和消除交界面处的直角和锐角。
2、模头压力不足。模头处压力大小是直接受模具的压缩比,特别是模具平直段的长度来决定的。模头的压缩比太小或平直段太短都会造成制品不致密,影响物理性能。模头压力的改变一方面可以通过改变模头平直段长度来调整流料阻力;另一方面在模具设计阶段可选择不同的压缩比来改变挤出压力,但必须注意机头压缩比要与挤出机螺杆的压缩比相适应;还可以通过改变配方,调整挤?龉ひ詹问黾佣嗫装謇锤谋淙厶逖沽Φ拇笮 ?br> 3、对于因分流筋汇合不良造成的性能下降应适当增加筋与外表面、筋与筋汇流处的长度,或者增大压缩比来解决。
4、口模出料不均匀,造成型材壁厚薄不一致,或者密实度不一致。这也就造成了型材两个面之间的力学性能上的差别,我们在实验时有时冷冲一面合格一面不合格,也恰恰证明了这一点。至于壁薄等非标型材这里就不再多说。
5、定型模的冷却速率。冷却水温往往没有引起足够的重视,冷却水的作用是将型材拉伸的大分子链及时冷却定型,达到使用目的。缓慢的冷却可以使分子链有足够的时间舒展,有利于定型。而急速冷却,水温与挤出型坯的温差太大,制品受骤冷不利于制品低温性能的提高。从高分子物理学解释,PVC大分子链在温度、外力的作用下,发生卷曲、拉伸过程,当温度、外力撤出后,大分子链没有及时恢复自由状态而外于玻璃态,大分子链杂乱无序排列,造成宏观上制品低温冲击性能低。从塑料加工工艺学解释PVC异型材在挤出后,制品撤去温度、外力后有应力松弛过程。适宜的冷却水温有利于这个过程。冷却水温过低,制品中的应力没有来得及消除,造成制品性能下降。所以异型材冷却采用缓冷方式,并可防止成型后的制品翘曲,弯曲和收缩现象,可以防止由于内应力作用而使制品冲击强度降低。一般水温度控制在20℃。为了使型坯柔和地冷却而不致骤冷,将连接冷却定型套的水管接在定型的后部,让水在定型套中流动方向与型坯运动方向相反而从定型套前排出。这样也不致于造成因水温过低造成型坯骤冷、产生过大内应力,使型材脆化,型材的抗冲击性能下降。
四、混料设备和挤出设备在本章中作为一个固化因素不再论述
五、值得我们商讨的是有一种情况,在型材取样试验时,无论是冷冲、角强度还是加热后尺寸变化率等都达标,(GB/T8814-2004),但是在下料时切口还是有轻微不明显的崩口现象,特别是内筋
一种说法此种现象属正常现象是受外界因素影响即:
①门窗制作时,加工环境温度低于12℃。这不仅对下料造成崩口,而且对焊角强度等都会造成一系列影响;
②下料时进锯速度过快,通常这时切割锯切割时声音比较急促且尖锐;
③切割锯片老化或有脱齿现象。
另一种则认为还是型材本身的原因,即配方和挤出工艺等,笔者认为这几个方面兼而有之,除以上说法外。这里面还有一个刚性指标和柔性指标的协调问题。即只要找到其最佳平衡点,那么问题就会迎刃而解。
(1)配方体系对刚性指标和柔性指标的影响,配方中要增加或减小刚性指标必然要增加或减少填料,而增加填料又直接影响其柔性指标。填料过多,型材便会出现冷冲不达标,焊接强度降低。填料过少,型材便会出现尺寸变化率大。相同的是增加或减小柔性指标,必然要增加或减小抗冲改性剂或加工助剂,而增加或减小加工助剂又直接影响其刚性指标。加工助剂过多,则型材刚性指标下降;加工助剂过少,则型材刚性指标上升,在配方中这两者是一个既矛盾又统一的相互制约的因素,但不能说要提高刚性指标却又要保持柔性指标便可以在增加填料的同时又无原则增加加工助剂,这是不合理的。所以在配方体系中要确定一个最佳结合点,以达到其刚性和柔性的平衡。
(2)挤出工艺对型材刚性和柔性指标的影响。挤出温度设定的高低是影响物料塑化程度的因素之一,物料过塑化物料中的低分子聚合物分解,挥发,造成分子间结构变化会增大刚性指标和降低柔性指标。物料塑化不足,物料中各组分的分子之间还没有充分溶合会降低刚性指标,同时柔性指标得到充分展现。螺杆转矩和挤出压力与型材的刚性指标成正比,随转矩和压力升高而增加。柔性指标则与其成反比,随转矩和压力的升高而降?汀?br> 需要补充的是,在刚开机挤出时会偶然发现个别型材没有崩口现象,但却发现其内筋已有轻微气泡,这又是一个新问题。有三种假设:
①此段型材挤出时的加工温度要高于常规工艺温度,如果是则说明前面我们所设定的加工工艺温度偏低,型材欠塑化,而要提高工艺温度却不要让其内筋发泡,则要适当增加稳定剂的用量,这当然也与物料的挤出速度即物料在机筒内的停留时间有关。
②螺杆芯温过高,如是这种情况则更好解决,适当降低螺杆芯部温度便可。
③主机没有开真空或真空度过低。如是这样则型材的加热后状态不过关,如果加热后状态没有问题则还是要回到前面两个问题中去。
这也就说明,虽然型材试验各项指标都合格,也不能说明你的配方体系和挤出工艺绝对没有问题,说不准在哪个环节出现小小的纰漏。因此我们在研究任何问题时都要统筹考虑,不能枉下结论就是哪一点,哪一方面的问题,造成无端的争辨,我们应该本着严谨的科学态度逐一排查,逐一斟酌。我们在解决这方面的问题时要找到一个基准,并且将其固化才能去研究另一个因素有没有问题。(这方面杨忠久老师在《关于设备、模具、配方与工艺调整基准问题》文章中已详尽论述,本文不再重复)。这样才不致于无所适从,才能找到问题的所在,才能将问题彻底解决。
PVC塑料门窗型材
在PVC塑料门窗型材生产中,往往因为型材的外观出现一些问题造成产品质量不合格,不能正常生产,例如:型材的外观质量不好、型材的截面尺寸超差、型材弯曲度大、经常卡在定型模具中或挤出型坯边部流速过快,造成波浪边等问题。虽然这些并不是大问题,在实际生产中经常出现,但对于生手,如解决不当,就会严重影响生产的正常进行。遇到这些问题应认真地分析一下毛病出在那里,找到了毛病所在,问题也就迎刃而解了。但情况往往是错综复杂、是多方面的,要逐一排除。 型材外观质量问题 经常出现的影响型材的外观质量主要有:划痕、收缩痕、麻点、杂质。 划痕 挤出生产中型材表面出现连续的划痕一般是挤出模具和定型模具所造成的。首先分析确定划痕是由那个部位造成的,简单方法是在挤出生产中将定型模与机头模具分开30~50mm距离,观察物料从挤出模具挤出后的型材是否有划痕。如果没有,那肯定是通过定型模具产生的划痕。打开定型模具找到划痕产生的地方,问题往往出现在定型模具真空缝中,由于塑化的物料存在塑化不均匀的部分或分散不均匀的助剂等,在挤出中会从塑化的型坯中分离出来,被吸附在真空缝上,造成对所通过的型坯的划伤。对于这种情况,只要将夹在真空缝中的杂质清理干净,划伤也就解决了。有时因杂质坚硬会造成定型模具中定型面的损伤,应该用很细的砂纸(800目以上)将损伤的表面磨平。千万不能鲁莽行事,否则会造成模具的根本性损坏。 如果发现划痕产生在挤出模具中,一般都是因物料中的杂质卡在机头模具中造成的。不要急于拆卸模具,应先在挤出生产中试试是否可以将杂质清除。一般最容易造成划痕的位置在口模出口处,因为口模处缝隙小,最容易卡住杂质。还有当物料进入口模时压力升高,物料中的各种助剂与PVC树脂相容性随压力升高而变好。当物料流出口模时压力迅速下降为零,少量的助剂就会从物料里析出到型材的表面,物料在出口模时会出现高分子材料特有的熔体出口膨胀现象,型材表面的析出物被刮在接近口模出口处,造成口模出口处光洁度下降,严重时就会划伤型材型坯。对于这种情况,可以采用0.5mm厚铜质小片小心地插入到口模内将吸附物刮掉。如果多次处理仍无效,可能吸附物的位置靠里面难以清除或者是杂质卡在口模进口处,只能通过拆模清理杂质。 在正常生产操作中,模具的光洁度是影响型材表面质量的关键因素。在维修中应特别注意,严防划伤模具内部、定型模具的表面,尤其是口模平直段。如需要打磨,必须用很细的砂纸(如用800目以上的砂纸)打磨,打磨后还应抛光处理。 析出物质多且常被吸附在模具表面的原因,一是模具不够光滑,尤其是口模平直段应达到镜面的光洁度,口模出口处应有一个R0.5的圆弧角以减少因直角对物料的阻力。二是配方中润滑剂以及在加工中熔化的助剂与PVC树脂相容性较差,易析出。析出时将粉状助剂如填料、钛白粉等带出。其中具有外润滑作用的助剂和PVC树脂相容性较差,析出情况最严重。降低这些助剂的用量可相应减少析出。但应在不影响挤出加工正常进行为前提。一般生产中物料或多或少都有析出,如果模具内部光滑,少量的析出并不影响正常生产。如果模具内部粗糙,析出物的积累就多,型材外观质量也就难以保证。往往新的模具更容易造成划痕,这是因为模具的光洁度还不够高,使用中,物料的挤出流动过程也是对模具的抛光过程,模具的光洁度高了,划痕就相对少了。 收缩痕 收缩痕不同于划痕,它在型材表面呈光滑的凹痕。有时用手摸不到但在光线下可以看到。产生原因主要是型材内腔室中的内筋在冷却收缩时拉动了外表面。内筋对于型材的物理、力学性能和塑料门窗的使用性能起着非常重要的作用。内筋的冷却定型是靠外壁冷却定型的间接定型,在内筋相连外壁表面在冷却定型后出现凹痕,原因有两个:一是内筋壁过厚,一般内筋的壁厚应是型材外壁厚度的1/5~1/3,壁厚收缩力大;二是外壁冷却真空定型吸附力小。为了避免内腔室筋收缩造成表面的凹陷,可减薄筋的厚度以减少其收缩力。加大表面的真空冷却时真空度和冷却速度,也可以避免出现外壁被内筋拉出的凹痕。 此外,加工工艺条件,特别是口模的温度、挤出速度、牵引定型速度、真空度都是影响型材正常定型的因素,例如:挤出速度与牵引速度的协调,牵引速度低,型材壁厚,出口膨胀大,贴定型模具力也大,有利于型材的定型。相反,型材出口尺寸小,靠真空力也难以正常贴在定型模具上定型。口模温度高,物料粘度低,容易被真空吸附冷却定型。但物料温度高,收缩也大,出口膨胀小,也是不利的因素。 内筋的正常冷却定型不能看成是小事,内筋弯曲不直不仅影响型材外观质量,也影响型材内在质量,往往会因冷却不均匀,产生内应力。内应力的存在会造成型材的物理力学性能如低温冲击性能的不合格或造成型材的弯曲变形。内筋弯曲的主要成因是模具中内筋部位出料速度快于周围外壁的挤出速度;内筋壁薄甚至破裂的成因则是内筋出料速度低于周围外壁的挤出速度被外壁拉薄或拉裂。内筋斜的成因有工艺上操作的问题如冷却定型时口模出口的型坯与定型模具不在同一轴线上,冷却速度不均匀(有水的问题也有模具的问题)等,也有模具中物料流动分配状况的问题,总之要综合分析解决。 麻点和杂质 麻点和杂质是由物料中的挥发物(多为水分)和不熔化的杂质造成的。这些杂质和挥发物来自两个途径,一从原料来,PVC树脂、稳定剂、改性剂、填料等。树脂中的杂质和挥发物在国家标准中有明文规定,进厂时应检验是否合格,特别应严格控制PVC树脂的含水量、黑、黄点和晶点数。各种助剂的质量也是麻点和杂质的主要来源。一个企业应建立起严格的质量管理体系,从进厂的原料检验开始。否则出现事故,难以找出问题出在哪里,拖延了解决问题的时间,造成不应有的损失。 除了原料带来的麻点、杂质外,有时也因生产操作不当造成麻点、杂质增多,如配料、混料、运输时混进其它杂质。在掺入回收料时应特别注意不得将已分解变色或污染的回收料加入,生产中这种因小失大的现象经常出现。此外,在混合PVC物料后应将物料过筛,除去大颗粒物质。同时注意在整个生产过程中防尘、防水,保持生产环境的整洁和对废品的及时回收处理。杜绝和减少由各个生产环节带进杂质。 再就是在高速捏合物料时,水分挥发后未及时排出却被冷凝在锅盖上,高速捏合中微细粉末如钛白、碳酸钙遇到后被吸附,混合干燥结成颗粒。它们是不熔化的无机物质,混入物料中难以与PVC分散,从而造成型材麻点出现。解决的方法:用含挥发物低的树脂;及时将挥发物排出高混锅外;及时清理高混锅,特别是锅盖内部。 型材的截面尺寸 在模具调试正常后的实际生产时,经常出现型材的截面尺寸超差,这是因为挤出中物料流经机头模具、定型模具是一个动态的过程。它是与物料的粘度、流动性能和挤出机产生的压力和模具各个截面上所产生的阻力有关,也受生产环境和冷却水温度的影响。 操作的原因 牵引机的牵引速度与挤出机挤出速度的协同问题。牵引速度偏高,往往造成型材截面尺寸偏小;壁厚偏薄,型坯通过真空定型模具时,充不满模具,真空度也难以达到工艺要求,造成型材表面不平,截面尺寸偏小。牵引速度偏低,容易造成堵模。壁厚偏厚、胶条,毛条安装处尺寸偏小。 挤出速度与冷却定型能力协同。当挤出速度大于冷却定型能力(包括冷却水温度过高)时,挤出型材通过冷却定型模具后未能完全定型,在定型模具外仍有较大的冷却收缩,使截面尺寸发生变化。一般来讲,一套模具设计时有其最佳的生产速度,降低冷却水的温度有利于生产速度的提高,但温度过低也会因冷却速度过快,高分子分子链的运动迅速被冻结而产生内应力,造成型材一些性能指标的下降,如冲击强度。因此应根据模具设计的最佳速度生产。同样,可以利用改变局部的冷却速度改变型材该处的尺寸,例如胶条安装处开口尺寸偏大,可以加大该处的冷却水的流速,加强冷却使开口尺寸变小。一般型材从冷却定型模具出来时表面温度应在40~50℃。 物料的配方与挤出温度、速度的协同。在正常生产中,物料的配方是很少改变的,也应尽可能不变,因为配方的改变往往会造成生产工艺条件的变化,模具也要随之做适当的调整以适应因配方改变造成物料的流动性能的变化。有时物料的配方并没有改变,而物料的流动性能有变化。也会造成生产的不稳定,应检查各种助剂、树脂质量是否合格;检查配料、捏合操作是否符合规范;检查挤出中温度、速度设定是否合适,检查实际指示温度和物料的实际温度是否一致。一个配方有其适应的最佳温度和挤出速度,因此,生产中往往因为挤出温度、定型温度的变化或挤出速度、牵引速度的变化使型材的质量产生变化。 模具的清理维护工作 模具的维护保养十分重要,直接影响着正常生产的进行,应有专门技术人员负责。每次更换下来的模具都应认真清理,涂油保护。对于有磕碰有伤痕的模具应仔细修复,抛光处理。在挤出生产中,因杂质堵塞在模具中造成物料流速变化,使型材截面尺寸发生的变化,只要清理了杂质,生产也就正常了。注意清理时一定使用铜制工具,小心操作避免模具损伤。 型材平直度和弯曲度 型材平直度是指型材截面上各个面的相互水平和垂直的问题。型材的弯曲度是指1米长的型材的翘曲程度,国家标准GB8814—1998《门、窗框用聚氯乙烯(PVC)型材》中规定将1米的型材侧边平放在平台的面上,用塞尺测量试样的底边与平台的最大距离,不得大于2.0mm。 平直度和冷却效果与牵引的压紧度有很大关系。当挤出模具挤出PVC型坯各个截面上的流速基本相同时,往往是因为型材在冷却定型模具中尚未完全真空被吸附冷却定型;或因冷却不均匀使各面收缩速度不同导致型材变形。简单的方法是用双手摸一下从冷却水箱出来的型材,其温度应略高于体温,各个面的温度应相同,如温度过高或各个面的温度不同,表明冷却定型有问题,应及时调整。各个面的真空度对各个面的定型也起着关键作用,也是造成型材变形的主因。此外,型材内腔筋的收缩也往往可以拉动外壁变形。 型材的弯曲主要是由于以下原因造成: 1、型材壁厚不均。物料流经模具两边速度有偏差,就会形成型材壁厚偏差,导致型材两面收缩不一,致使型材弯曲。这种情况应调整模具物流在各壁的流速,如果强制定型当然也可将型材调直,但不是最佳的方法,仍会存在较大的内应力,经存放或日晒往往还会使弯曲还原。 2、挤出生产线各设备生产中心线不在同一轴线上。检查挤出机、模具、各段冷却定型模具、牵引机、收集架的中心轴线是否在同一轴线上,尤其是各段冷却定型模具,包括真空定型模具和水冷定型水槽中的定型过桥的同轴性以及冷却定型模具与牵引机(包括牵引机前后导向辊)上下、左右应在一条中心线上。 3、型材各面冷却速度不均匀。型材在冷却定型模具中应得到均匀、充分的冷却,如各面冷却速度不一致,在出定型模具后会导致型材弯曲。应经常检查定型模具冷却水道是否畅通,尤其在水质较硬的地方,应1~2月清理一次定型模具的水道。同时也应检查真空道是否畅通,各面真空吸力不同也会影响型材的定型。 冬季环境温度低,型材的冷却速度相应较快,如模具冷却速度有差异就更容易造成型材的弯曲。如型材偶然出现小量的弯曲,可以通过安在牵引机前的校正加热板选择性加热来解决型材的弯曲往哪边弯加热那边。见图10。如仍无法解决,则应从上述问题一一查找。 黑、黄线 黑、黄线的出现,往往由于PVC物料在模具某个部位滞留时间过长,被分解变色,再经过此处的PVC物料又被分解变色,形成型材的条状黄、黑线。出现这种情况应立即停止生产,将模具拆开检查,清理分解物,并将该处进行抛光,涂上硅油再用。如果经常在一个位置出现黑、黄线,就应认真分析一下模具此处的结构是否合理,是否有阻碍PVC物料流动通过的部位。 波浪边 波浪边往往是边缘的物料流速大于整体型材的流速造成。即边缘物料流速快于中心物料流动时,依靠牵引力拉直型坯定型时边缘仍然出现的波浪边。边缘速度过快的原因有三:一是边缘处温度较高,物料在该处粘度下降,流速加快。采用降低边缘处温度即可解决。二是物料的流动性突然变化。正常情况下,由于物料流动的边缘效应,边的流速总比中心流速低,在设计模具流道时大都采取了加大边缘流速的措施,在配方确定后,经过模具调试修整使各部位流速匀一。但当物料的流动性增加,边缘的流速会明显比中心流速增加的多,造成波浪边现象。物料流动性的突然变化,往往是由于配料的不准确和原料质量变动造成。三是模具问题,在边缘处物料流速过快,应适当降低该处的流速。 总之,在实际生产中往往会遇到一些难以预料的问题,只要我们注意观察,认真分析,积累经验,并不难解决。 PVC型材低温冲击性能的改善和提高 PVC塑料门窗的异型材的低温冲击强度是异型材生产厂日常重要的检验项目,也是塑料门窗质量控制的重要指标。影响PVC塑料门窗的异型材的低温冲击强度的因素很多,作为异型材生产厂来讲,应从三个方面来分析解决:一、原料和各种助剂质量波动;二、生产加工工艺控制的变化;三、生产配方不合理。一些厂家往往把型材的低温冲击性能不好简单归结到配方的问题,频繁地调整配方,这可不是解决问题的首要方法。工厂使用的配方一般是经过筛选和生产检验被认为是合格的,配方调整往往会造成生产工艺的变化,有的还会造成物料在模具中流动的变化,甚至会给生产带来一系列的变化。正确的方法应按上列顺序查找、排除。
原料的质量问题
PVC树脂 PVC的主要检验指标是①外观;②粘数(或K值及聚合度)的测定;③表观密度; ④增塑剂吸收量的测定;⑤挥发物(包括水)含量的测定;⑥筛余量的测定;⑦“鱼眼”数的测定;⑧水萃取液电导率的测定;⑨杂质粒子数测定;⑩残留氯乙烯含量测定及白度测定(主要指标将在后面介绍)。 PVC树脂影响塑料异型材低温冲击强度的主要因素是粘数(或K值及聚合度)、挥发物(包括水)含量、杂质粒子数。我们一般采用检测PVC树脂在稀溶剂中的粘度(GB3401聚氯乙烯树脂稀溶液粘数的测定)来考察PVC树脂的聚合度。PVC树脂按聚合度大小划分为1~8型树脂。聚合度大的树脂平均分子量大,其强度也大,但加工困难,适合加入增塑剂生产软制品。而聚合度小的,树脂的分子量也小,其强度也小,加工时流动性好,适合加工生产硬制品。加工PVC异型材通常使用PVC-SG4、PVC-SG5树脂,也就是聚合度为1000~1250的树脂。聚合度过小,PVC的分子链短,影响型材的抗冲击强度。PVC树脂的聚合度大小,也直接影响着正常加工生产的进行,同时也对最终制品的物理力学性能如拉伸强度、冲击强度产生影响。有人做过实验,用不同厂家生产的同一种牌号,同一级别的PVC树脂制造PVC型材、加工塑料门窗,虽然加工工艺相同,但型材的拉伸强度、冲击强度和焊接门窗的焊角强度却有不小的差别。这其中除了树脂测定的准确度外,也可能存在其它方面因素。 PVC树脂的挥发物含量应小于0.5%,杂质和挥发物含量增加往往造成型材质量下降,反映在所生产型材的截面上就会出现泡孔或表面出现麻点,这些泡孔和麻点往往是受冲击时的应力集中点。PVC树脂的含水量过大,会给物料的高速、高温混合带来麻烦,也会对型材的质量产生较大影响,尤其是型材的抗冲击能力上。挥发物(包括水)含量的测定并不复杂,各厂应建立起入库检查挥发物含量的制度,可以有效地防止质量的波动。 助剂 PVC树脂在加工中需要加入各种助剂,这些助剂的质量都会影响型材的质量,其中使用量较大的热稳定剂(3~6份)、冲击改性剂(6~10份)、填充剂(5~15份)对型材的质量影响较大,但也不能完全排除小用量助剂的质量,如润滑剂使用过量,会造成物料通过机头模具分流梭后汇合困难,产生合模缝,严重影响型材的强度,对焊角强度影响也很大。加工改性剂则影响物料的塑化均匀度、影响物料的成型能力,也不容忽视。 热稳定剂质量的主要指标是有效成分的含量,如使用复合铅盐,铅和有效成分的含量就是一个重要指标,它直接影响PVC树脂在加工中的稳定性;复合铅盐中润滑剂的含量和水分、挥发物含量对正常生产也有一定的影响。目前我国各厂的复合铅盐稳定剂差异较大,应认真筛选使用。 多数型材生产厂都使用CPE作为冲击改性剂,CPE是由聚乙烯氯化得到的,氯化的程度直接影响其性质,当氯的含量达到30%~40%时,聚乙烯转化成为高弹体,是我们所需要的冲击改性剂。当氯的含量超过50%时,氯化的聚乙烯的性能则接近聚氯乙烯的性能。目前使用的冲击改性剂为氯含量35%的产品,氯的含量过低或过高都影响改善冲击性能的作用。此外,在氯化聚乙烯的生产过程中往往加入无机粉末作为氯化聚乙烯的成粒剂,这些无机粉末并不起冲击改性作用。过量加入能使生产氯化聚乙烯的成本降低,但严重影响CPE的冲击改性作用。 PVC异型材配方中的填充剂一般都使用碳酸钙,碳酸钙的种类较多,轻质碳酸钙是人工合成品;重质碳酸钙是由天然矿石磨细加工而成;胶体碳酸钙则是在合成轻质碳酸钙过程中用硬脂酸与碳酸钙共沉淀产生的一种活性碳酸钙。碳酸钙的一个重要指标是细度,粉末越细比表面积越大,与聚合物接触面也就越大;表面活化能相应就大,容易自聚成团,不易分散在聚合物中。因此,超细的碳酸钙都应是经表面活化的、与聚合物易分散的产品。目前在塑料异型材生产中普遍使用的碳酸钙是活性轻质碳酸钙,细度为400目;超细的可达800目。碳酸钙在异型材中主要作用是降低成本,对型材的刚度也有一定的提高,但对低温冲击性能有较大的负面影响。碳酸钙的细度、表面活化度、水分含量和白度是重要的质量指标。 总之,原材料的质量变化往往是型材质量波动的首要因素,因此,建立进厂原料主要质量控制指标的检测制度是十分必要的。将不合格的原料挡在厂外,可以减少许多质量问题的发生。 生产工序的工艺控制 在生产PVC型材的生产工序中,配料、高混和挤出成型三个工段对型材质量特别是对低温冲击性能影响较大。
配料 配料是对各助剂按配比用量称量配制的过程。称量的准确与否对加工和制品质量有很大的影响。一般采用复查方式(即检查所配制物料总重)来检查称量的准确性。复查发现有问题的物料,一律不能使用。以免影响加工过程和制品质量。 高混是将配置的物料按工艺要求,依次与PVC树脂高速混合。在此过程中,在高温、高磨擦、高剪切的作用下,PVC树脂细小颗粒、助剂均匀混合,水分和挥发物挥发,低熔点助剂熔化包覆在PVC树脂表面或被PVC树脂吸收。在此过程中,一般是通过调整混合温度控制混合质量,通常在120~130℃结束高速混合进入低速冷却混合,冷却到40~50℃时出料。温度的高低决定混合时间的长短,结束高混的温度过高,不仅耗时耗能,且易造成物料分解变色。温度低混合时间短,达不到很好的混合效果。此外,冷却混合的出料温度过高,物料容易结块分解;温度过低,影响混合效率。高速混合与低速冷却混合的时间应相匹配,严格掌握。同时应注意不能因低速冷却时间长而将两锅料加在一起混合冷却,那样会因加料过多影响混合质量。
高混
混合工序中常出现的问题是高速混合出料温度不准和高速捏合机的桨叶由于长期使用(1~2年)磨损,混合质量达不到要求。第一,应该经常用水银温度计检查校对温度传感器和显示表,以保证混合物料温度的准确。第二,高速捏合机桨叶磨损后表现为高混时间延长,当混合时间长到开始的一倍时间时,就须更换桨叶了,不然对混合效率和混合效果都有很大影响。
挤出成型
挤出生产过程中,PVC物料的塑化质量和熔体成型后的冷却定型工艺控制是影响PVC异型材的主要因素。物料的塑化质量主要是由温度控制、挤出机转速、喂料螺杆转速比、挤出机扭矩及机头压力来决定的。温度控制应在165~185℃之间,温度过低不利于塑化,挤出机转动扭矩过大,物料较生,不易成型。温度过高,物料分解严重。CPE冲击改性效果也和加工温度有很大的关系,最佳加工温度应在175℃。但不同的设备,温度控制也不相同,仅以某厂65双螺杆挤出机的温度分布为例:一区 175℃、二区175℃、三区175℃、四区175℃、汇合芯处 170℃、机头185℃、185℃、185℃。机头前物料压力在40~80MPa,挤出机转动扭距在允许最高扭距的50~70%。真空排气压力在 -0.04~-0.06MPa。 熔融的PVC物料冷却过程中,PVC大分子从运动状态被冷却冻结固定下来。为了避免冷却不均造成应力,不仅要求四周冷却速度均匀,而且要据挤出速度确定冷却速度。冷却速度过慢,有利于大分子的舒展,减少内应力的产生,但不利于高速挤出的要求。冷却速度过快,容易产生内应力,不利于耐冲击性能的提高。如果冷却效果不好,型材进入牵引机时容易变形。型材的冷却速度一定要与挤出速度匹配,一般型材在出冷却水槽后温度在45℃~65℃较为合适。另外,挤出成型的环境温度对型材的耐冲击性能也有一定影响,冬季室温低,挤出的型材容易发脆;夏季室温较高,挤出的型材耐冲击性能相对来说就较高。
模具和配方
模具与配方问题一般在试生产时表现突出,在正常生产时出现的型材耐低温冲击性能不好往往是由于原辅材料和加工工艺条件的原因,但修正模具与调整配方也能部分弥补其不足。 模具 模具在试模修整时应当注意对内腔室筋的修整,往往由于筋在冷却收缩时在与腔室壁面接触点处产生应力集中点。如图11所示。放大的A视图为未到角的筋与壁的连接,收缩时 图11 模具内腔筋的修整 出现尖角,在低温冲击时容易破裂。B图为经过倒角形成R=1的角的连接,收缩时呈现圆角,不再成为应力集中点被冲击破坏。 模具中的压缩比是影响物料在模具中流动汇合后合模缝强度的关键,也是影响型材冲击强度的重要因素。物料在模具中的流动状态对制品性能影响很大。好的模具,物料在其中流动应是平稳的层流,无涡流现象。PVC大分子链在流动中的内应力小,制品的强度大。差的模具,不仅生产不稳定,而且制品的力学性能也差,经常要用配方来调整,造成成本升高。 当然,截面形状和壁厚也对型材的低温冲击性能有很大影响。
配方 配方问题多出在冲击改性剂CPE和填料碳酸钙的加入量上。PVC树脂是非结晶的极性高分子材料,由于分子间的极性键使得其刚性强而脆性大,但它又可以与许多高分子树脂和各种助剂相容,使自己的性能发生变化。可是通过加入增塑剂来提高PVC材料的冲击强度的办法是不妥的。增塑剂的作用是减小PVC分子间的作用力,使其变得柔软,增塑剂在增强PVC韧性的同时,却也降低了PVC的拉伸强度、刚性和耐热温度。每加入5%的增塑剂就会使PVC材料的维卡软化温度下降5~10℃(维卡柔软温度是PVC塑料异型材的重要指标)。因此,制作PVC塑料门窗异型材时不应该加增塑剂或者加增塑剂的量应小于5%,否则会严重影响塑料门窗的刚性、拉伸强度和耐热性能。 改善PVC型材的低温冲击性能一般加入具有高弹性的聚合物,即冲击改性剂。常用的冲击改性剂有CPE(氯化聚乙烯)、ACR(丙烯酸酯类)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)、ABS(丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物)等。其中MBS、ABS不耐老化,不适宜作塑料门窗型材的冲击改性剂,EVA与粉末状的PVC树脂混合有一定困难,也很少使用。CPE和ACR是塑料门窗型材最合适的冲击改性剂。目前国内较多使用的是CPE,价格低廉,使用方便。但CPE的加入在改变PVC冲击性能的同时也降低了材料的拉伸强度,不利于焊角强度的提高。而ACR在这方面比CPE要好,但价格较高,国内生产的也少。 加入冲击改性剂对型材的耐低温冲击能力有明显的提高。CPE加入14份以下PVC低温冲击性能都是直线提高的,加入14份以上其提高的速度逐步缓慢。因此CPE的用量一般在6~14份,更多的使用量是在8~10份。加入过多的CPE不仅使生产成本提高,同时型材拉伸强度还会下降,焊角强度也会下降。ACR在改善PVC冲击强度的同时对拉伸强度的影响比CPE小,用其制造的塑料门窗焊接性能比CPE要好。 碳酸钙作为配方中的填料加入到型材中,可以提高型材的刚性,更主要的目的是可以降低成本。但提高碳酸钙的加入量,又会使型材的冲击性能降低。如果想加入较多的碳酸钙使成本降低,又不更多地降低材料的力学性能和加工性能,往往采用加入表面活化的碳酸钙和超细度的活化碳酸钙,例如加入800目轻质活性碳酸钙要比加入300目普通轻质碳酸钙,其制成的型材冲击性能要好。增大碳酸钙的加入量,应适当提高CPE的加入量,以弥补冲击性能的降低。碳酸钙加入量在5~15份为宜。 此外,润滑剂的过量加入,会导致物料熔体通过分流锥后合模困难,使型材的合模缝强度不高,也是型材耐冲击性能下降的原因之一。综上所述,型材的冲击性能差是综合因素所造成的,应逐一分析,针对问题加以解决。
怎样减少塑料加工中的收缩
收缩是塑料加工商们面临的大敌,特别是对于表面质量要求较高的大型塑料制品,收缩更是一个顽疾。因此人们开发了各种技术,以最大限度地减少收缩,提高产品质量。
在注塑塑料部件较厚位置,如筋肋或突起处形成的收缩要比邻近位置更严重,这是由于较厚区域的冷却速度要比周围区域慢得多。冷却速度不同导致连接面处形成凹陷,即为人们所熟悉的收缩痕。这种缺陷严重限制了塑料产品的设计和成型,尤其是大型厚壁制品如电视机的斜面机壳和显示器外壳等。事实上,对于日用电器这一类要求严格的产品上必须消除收缩痕,而对于玩具等一些表面质量要求不高的产品允许有收缩痕的存在。
形成收缩痕的原因可能有一个或多个,包括加工方法、部件几何形状、材料的选择以及模具设计等。其中几何形状和材料选择通常由原材料供应商决定,且不太容易改变。但是模具制造商方面还有很多关于模具设计的因素可能影响到收缩。冷却流道设计、浇口类型、浇口尺寸可能产生多种效果。例如,小浇口如管式浇口比锥形的浇口冷却得快得多。浇口处过早冷却会减少型腔内的填充时间,从而增加收缩痕产生的几率。对于成型工人,调整加工条件是解决收缩问题的一种方法。填充压力和时间显著影响收缩。部件填充后,多余的材料继续填充到型腔中补偿材料的收缩。填充阶段太短将会导致收缩加剧,最终会产生较多或较大的收缩痕。这种方法本身也许并不能将收缩痕减少到满意的水平,但是成型工人可以调整填充条件改善收缩痕。
还有一种方法是修改模具,有一种简单的解决方法就是修改常规的型芯孔,但是并不能指望这一方法适用于所有的树脂。另外,气体辅助方法同样值得一试。
GE聚合物加工研究中心(PPDC)进行了一项12个月的研究,来评估8种不同的旨在减少收缩痕的方法。这些技术代表了减少收缩痕的一些最新思路。这些方法可以分为两类:一类可以称为取代材料法,另一类为去除热量法。取代材料法是通过增加或减少可能收缩区域的材料用量来减少收缩痕。去除热量法旨在快速地将可能产生收缩的区域的热量去除,从而减少较薄区域和较厚区域产生的冷却不均的可能性。
在本次研究中,共评估了5种取代材料法:伸出式凸柱、圆头凸柱、带弹簧凸柱、气体辅助成型和化学发泡。三种去除热量法:铍-铜凸柱、铍-铜嵌件以及特殊设计的热活动凸柱。评估的对象是待试部件中产生的收缩痕的数量,待试部件为带有三角形凸起的制品。所有方法比较的标准为标准工具——不锈钢凸柱。该测试工具能产生壁厚为2.5mm的圆盘,凸柱高为22.25mm,直径为4.5mm,壁厚为1.9mm,在底盘上有2mm的三角铁。
该研究所用的成型设备为350t的水平触动液压机,材料为日用电子产品中常用的材料,也是收缩问题严重的材料,即GE的PC/ABS、Cycoloy CU6800和PPE/PS、Noryl PX5622。这两种材料的加工范围均在产品技术参数建议范围的中间点。如果收缩痕处于最小状态,可以下调填充量来引发更多收缩痕,以方便度量并与经验方法进行比较。尽管收缩痕通常都是通过肉眼来观察的,但是这些试验采用了一种机器对收缩痕的深度进行了定量测量。
试验内容
试验的标准技术之一是伸出式凸柱,即标准凸柱伸出进入凸柱底部的壁里,从而减小壁厚并补偿凸柱中多余材料造成的效果。试验中采用了两种伸出深度,分别为壁厚的25%和50%。另外一个试验采用了一种圆头而不是尖头的凸柱。这个方法不是去除凸柱区域的材料,而是使得各区域的过渡更加连贯。还有一种方法在顶出板和凸柱之间使用弹簧。弹簧使得部件冷却后凸柱底下的材料仍处于压力状态,以使材料获得补偿收缩的效果。结果会受到弹簧初始压力以及弹簧“刚性”的影响,试验评估了这两种因素的影响。使用了两种不同刚度的弹簧,对每种刚度的弹簧都施加了多种不同的初始压力。
化学发泡剂也在本次试验的评估内容里,因为化学发泡剂的优势在于不用对工具进行任何改变。该方法的理论依据是在较厚的区域也就是最可能产生收缩的区域发泡,发泡过程会产生足够的局部压力以阻止收缩。当然,在发泡过程中只能使用少量(0.25%)的发泡剂(Safoam RPC-40),以免形成裂纹损伤部件表面。
通过加工过的凸柱注射氮气来试验气体辅助成型,氮气在通常容易出现收缩的区域形成气泡,这样就可以去除该区域的材料用气泡里的气体来填充该区域。
为了实现热量快速转移,使用了一种由铍-铜构成的凸柱,热传导速度远远超过不锈钢材料。该技术同样要求凸柱的后端与巨大的热池连接,使得热量能够完全从凸柱的区域去除。该方法的另一种方式是利用标准的不锈钢凸柱但是在凸柱周围区域安装铍-铜的插件。这就要求对模具型腔进行充分的修改,在该区域加工出一个小槽安装筋肋/凸柱结构。筋肋/凸柱结构加工成独立的铍-铜型腔插件,安装在小槽里。热传导速率高的插件会将凸柱区域的热量完全吸收并导入到工具中。前两种方法采用的是被动的热去除方法,“热活动凸柱”包含了一种流体将热区域的热量带走并分散到冷却装置。
结果的比较
采用PC/ABS材料时,五个试验方法产生的收缩比标准凸柱产生的收缩少。所有的去除热量的方法效果很好,取代材料的方法中只有加载弹簧的凸柱的方法比标准凸柱效果好,而弹簧的预加载压力对性能的影响尤为突出。气体辅助方法的结果不是决定性的:使用该种模具和材料,由于制品壁太薄,熔融-冷却速度太快,从而气体渗透很难保持一致。发泡试验也没有决定性的影响。部件表面明显的裂纹表明,在本方法还不能与其他方法相提并论之前,应该减少发泡剂的数量。
使用PPE/PS树脂时,加载弹簧的凸柱同样表现出色。其他三种取代材料方法,包括伸出式凸柱法和气体辅助成型法效果也比标准凸柱的效果好。对于去除热量法,只有铍-铜凸柱方法比标准凸柱方法的效果好。
而圆头凸柱方法对于两种材料的效果都不好。意外的是伸出式凸柱方法对于PC/ABS材料而言效果很不好,而二十年来,伸出式凸柱一直是推荐的方法。这些试验结果表明这些方法对于不同材料而言效果并不是相同的。
最有趣的结果还是来自加载弹簧式凸柱的方法。对于两种材料而言,适当使用弹簧的预压力,制品收缩性均得到了50%的改善。弹簧钢性的影响似乎不如弹簧预压力的影响大。预压力过小,塑料熔体将凸柱的背端推得太远,导致凸柱区域太多材料滞留,从而导致收缩。弹簧预压力过大,在熔体的压力下不会被压缩,效果和标准凸柱一样。测量筋肋结构附近的收缩痕时,弹簧加载方法还显示了惊人的结果。尽管该方法旨在将凸柱附近的收缩最小化,加工PPE/PS材料时,相连的筋肋结构处的收缩也得到了惊人的改善。可能是凸柱压缩时有效地将材料填充进筋肋结构,从而减少了收缩。
不管结果如何,人们也不应就此低估气体辅助成型方法和化学发泡剂方法。对于气体辅助成型,模具没有得到优化,有望在较大尺寸部件中起到很好的效果,因为它能覆盖的区域比加载弹簧凸柱覆盖的范围更大。而且,如前所述,这些试验中发泡剂的配方也没有得到优化。