硬聚氯乙烯结皮低发泡钢塑复合挤出异型材加工技术

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硬聚氯乙烯结皮低发泡钢塑复合挤出异型材加工技术卓创资讯     本网编辑编辑于：2005-12-319:11:06     【大中小】【关闭】   一、概述　　如众所知，塑料门窗型材一般是指以聚氯乙烯（PVC）为主要原料。加上一定比例的稳定剂、润滑剂、抗冲击改性剂、流动改性剂、紫外线吸收剂、着色剂和填充剂等多种加工剂，经过混配、挤出而成。塑料门窗型材是继木、钢、铝合金之后发展起来的第四代新型门窗材料。应用塑料门窗，不仅可以节约能源，保护环境，改善居住环境和条件，提高建筑物功能，而且还具有易于着色、造型美观、防火防潮、耐腐蚀、寿命长和维护方便等优良性能。但是，硬聚氯乙烯（UPVC）塑料门窗虽然具有一些天然材料所没有的独特性能，也存在着强度、耐热性和线胀系数较差的缺陷。尽管依靠加入钢衬在UPVC型材型腔中二次增强，也难以做到真正的“塑料门窗”。　　北京众和门窗有限公司研制开发的硬聚氯乙烯结皮低发泡钢塑复合挤出型材（以下简称“JFG型材”），为日新月异的塑料门窗行业增添了一个“脱胎换骨”的全新产品。　　JFG型材是一种真正称得上“塑料门窗”的新一代塑料门窗型材。它采用国际国内首创的钢塑复合挤出技术和UPVC结皮低发泡工艺，将UPVC结皮低发泡塑料层巧妙地包覆在精心轧制的异型钢衬上，成为一种新型的钢塑一体的复合异型材，具有高强度、低成本、节能、仿天然木纹、易组装等特点，是塑料门窗型材“脱胎换骨”、更新换代的发展方向。　　与UPVC塑料门窗型材相比较，JFG型材除具有许多与其共同的优点以外，还具有以下5个特点：　　1.塑钢一体，机械性能超强。　　由于UPVC结皮低发泡塑料层是包覆在异型钢衬上，形成真正的钢塑复合挤出型材，既具有钢衬超强的机械性能，又具有硬PVC泡沫塑料良好的隔音、保温、防火、防腐等优异的性能。GB/T8814-1998规定：一般UPVC塑料门窗异型材的拉伸屈服强度≥37MPa，而JFG型材钢衬的拉伸屈服强度≥300MPa，是前者的8倍多。另外，UPVC经过结皮低发泡，又加上钢衬的增强，其低温冲击性能大大增强，JFG型材在－20±1℃条件下放置4h后进行落锤冲击试验，试样基本上全部完好无损。　　2.结皮低发泡，节能保温特优。JFG型材结皮发泡塑料层的密度只有0.70g/cm3左右，与UPVC塑料密度1.42g/cm3相比，在同等体积下的材料用量可节约50％以上。同时，JFG型材结皮发泡塑料层的保温效果大大优于靠中空型腔来保温的一般UPVC门窗型材，可以大大节约能源，特别适用于高寒地带建 筑门窗应用。　　3.木纹仿真，可以同时成型。　　JFG型材可以采用本体着色直接挤出成型的方法很方便地制得各种仿天然木纹的型材，可以做到同时成型，增加塑料门窗的花色品种，改变原来UPVC塑料门窗颜色单一的局面。　　4.组装快捷，投资少见效快。　　应用JFG型材组装塑料门窗，只需要采用特别的金属插件连接固定，省去了焊接设备的投资，极大地方便了塑料门窗的现场施工。　　5.卫生无毒，绿色环保建材。　　JFG型材采用新型无毒环保型配方和加工助剂制成，经过北京市塑料制品质量监督检验站检测，其卫生性能达到GB9914-1988要求，为最新一代绿色环保型塑料建材。　　二、生产流程和主要设备　　1.生产流程图1　JFG型材生产工艺流程　　2、主要设备　　JFG型材主要生产设备与一般UPVC塑料门窗型材主要生产设备大体相近，在关键技术部分采用了目前国内外最先进的技术。　　①挤出机　　生产JFG型材的挤出机采用一步法PVC结皮低发泡单螺杆挤出机成套设备。这种设备可以满足两方面的工艺要求：一是可以直接用粉料挤出UPVC结皮低发泡塑料；二是经过塑化，在型材挤出时可同时在型材表面形成仿木纹的纹路。　　②复合挤出机头　　采用芯层发泡和型钢复合挤出机头模具设计和制造新技术加工制成。　　③真空定型模　　采用真空冷却定型结皮发泡塑料模具设计和制造新技术加工制成。　　④薄壁钢板32辊精密轧机　　二、生产流程和主要设备　　采用精整镀锌钢板，经过剪切，由意大利引进的32辊精密轧机轧制而成各种规格尺寸的异型钢衬。　　三、原辅材料选用　　①PVC树脂　　JFG型材加工过程主要是UPVC结皮发泡过程，因此，应当选用悬浮法疏松型PVC树脂，以利于加工过程中塑化。同时，挤出发泡工艺要求PVC树脂的分子量小，熔体流动性好，一般要求采用K值在58-65之间的低粘度PVC树脂。　　②发泡剂　　JFG型材表层是UPVC结皮发泡塑料，其发泡倍率在5倍以下，密度为0.7g/cm3左右。在生产中选用无毒、无臭、无污染、不助燃、发气量最高的AC发泡剂（偶氮二甲酰胺）作为发泡剂。　　③热稳定剂（活化剂）　　由于PVC树脂在受热时容易产生分解反应，在加工过程中必须要加入热稳定剂。常用的热稳定剂有铅盐类、金属皂类、有机锡类和新开发的稀土复合稳定剂等［2］。在UPVC结皮发泡过程中，热稳定剂除了在加工过程中起到PVC树脂的热稳定剂作用外，同时还兼作AC发泡剂的活化剂，用来降低AC发泡剂的分解温度和调节发泡速度。 　　④润滑剂　　常用的润滑剂品种和用量与一般的UP-VC门窗型材应用的品种和用量相同。主要应注意体系内、外润滑剂的平衡。　　⑤改性剂　　为了提高UPVC混合料的熔体强度，改善熔体流动性和发泡成型特性，必须添加少量的ACR或CPE作为加工改性剂与PVC进行共混。　　⑥填料（成核剂）　　在UPVC塑料型材中，填充剂的适量加入可以大大降低制品的成本，改善熔体的流动性，增加制品的力学性能。对于UPVC发泡制品来说，填充剂在发泡熔体中还可起到形成泡核的作用。　　2.配方设计　　JFG型材的配方设计原则是：有利于物料塑化，有利于熔体发泡。有利于钢塑复合挤出。　　JFG型材的生产配方参见表1：                  表1　JGF型材的生产配方 组　　分 配方1 配方2 PVC 100100  AC发泡剂 0.1-0.5 0.1-0.5 改性剂 8-10 8-10 稳定剂(活化剂) 6-8 5-7 填料(成核剂) 不大于10 不大于10 润滑剂 适量 适量 着色剂 适量 适量　　四、加工工艺　　1.混料工艺　　在JFG型材生产中，混料工序是一个主要环节。混料工艺包括两个方面，一是加料顺序；二是混料温度。混料工艺的优劣也是影响产品质量的一个重要因素。　　应当注意：为保证JFG型材的质量，混好的干混粉料应当在室温下密封放置16h以上再供型材挤出车间使用。　　2.挤出工艺　　①挤出温度　　为使物料在挤出机内塑化均匀、熔体致密，获得良好的发泡体，挤出温度的控制十分重要。JFG型材挤出温度控制参见表2：   表2　JFG型材挤出温度控制 部位 机筒 法兰 模具  分　段 H1H2H3 H4H5H6 H7H8H9 挤出温度(℃) 140～160160～180165～185 165～185165～188160～180160～180170～190170～190  　　②形成木纹：JFG型材采用本体着色直接挤出方法形成的木纹。　　③钢塑复合挤出：　　在JFG型材生产过程，为保证钢衬与UPVC结皮低发泡体的复合质量、通常采用两项措施：一是将钢衬表面涂上专用粘合剂，以保证在使用温度变化的情况下伸缩一致，真正做到钢塑一体；二是将涂布好粘合剂的钢衬预热后再进入共挤机头与UPVC结皮发泡体复合。 表3　常见问题和解决方法 常　见　问　题 产　生　原　因 解　决　方　法 1、机身及模加不上温 ①加热圈熔断②熔断器保护 ①检修加热圈 ②检查加热线路 2、个别加热区升温不准 ①热电偶位置插错 ②温控仪表失灵③冷却风机不工作 ①插到正确位置上 ②检修温控仪 ③检修风机和线路 3、主电机熔断器熔断 ①电机导线短路 ②磁力按钮开关短路 ③电机烧毁 ④输入线变成单相 ①检相处线路短路部位 ②更换开关 ③修理或更换电机 ④检查输入线路熔断器4、加热系统熔断器频繁保护 ①加热器接线与金属接触 ②加热线路短路 ①排除接触部位 ②检查线路短路处 ③更换加热器5、设备本身电流过强 ①加热器接线与金属接触 ②绝缘破坏 ③电机烧毁与外皮发生短路 ①排除接触部位 ②检修整个电路 ③检修或更换电机 6、发生糊料现象 ①机头螺栓不紧 ②机筒螺杆被硬物划伤 ③温控失灵 ④机头型腔或口模有划伤 ⑤配方不合理①拧紧螺栓②修复机筒和螺杆③检修加热冷却系统④修复机头⑤检查配方中稳定剂的用量7、制品表面有明显的拼线缝 ①机头温度低 ②挤出速度过快 ③流动应力未消除 ①提高机头温度 ②降低螺杆转速 ③加大模具成型段长度  8、制品尺寸不稳定 ①机身温度波动 ②配方中润滑剂过量 ③挤出和牵引速度不稳定 ④定型套漏气 ①严格控制机身温度 ②酌情减少润滑剂用量 ③稳定挤出和牵引速度④检查漏气部位，使真空稳定 9、制品拉断 ①原料有杂质 ②原料塑化不良 ③牵引速度太快 ①清除料中的杂质 ②适当提高加工温度 ③降低牵引速度10、制品表面粗糙、无光泽 ①原料潮湿有气泡 ②口模内壁粘有析出物 ③机身和口模温度过低 ④真空度不够 ①烘干原料 ②清理口模 ③提高机身和口模温度 ④提高真空度 11、制品加强筋变形 ①牵引速度过快 ②定型套冷却不足③定型套与口模间距不合适④牵引机夹持过紧 ①降低牵引速度 ②提高冷却效果 ③调整间距调整平持装置 ④冷却定型　　⑤牵引　　五、生产中常见的问题及解决办法　　JFG型材生产过程中，要同时解决物料塑化、结皮发泡、形成木纹和钢塑复合挤出等四个方面的技术问题。解决相应的矛盾，在技术上有一定的难度。加上由于设备和模具都是新开发的加工技术，难免存在一些问题和缺陷，使技术上更增加了难度。所以，在JFG型材生产过程中，应当认真调查研究，采取排除法逐个分析问题，实事求是地认真加以解决。JFG型材生产中常见的问题和解决方法见表3［3］。　　六、性能　　JFG型材是新一代的塑料建材，又是钢塑一体的复合材料。由于影响因素较多而且复杂，其性能如何正确测定和表述。还有一定的难度和不同看法。作为结构泡沫塑料，JFG型材发泡层密度目前为0.7～0.8g/cm3，因而在许多性能方面有一定的差异。另外，对JFG型材发泡层的性能检测也有很大困难。如从JFG型材上取样，由于钢衬和发泡体之间通过专用粘合剂粘合得十分牢固，要取得合格的样条也十分困难；如从JFG型材干混粉料模塑制样，由于加入了发泡剂，打片和压制工艺不同时样片的发泡倍率和密度也各不相同，样条的均一性和可比性较差；最好的办法是对JFG型材整体进行检测，但在制样和检测仪器上也会遇到一定困难。通过技术人员共同努力，现已较好地解决了以上问题。下面将JFG型材的钢衬的性能和UPVC结皮发泡塑料的性能分别表述如下：　　1.JFG型材钢衬的性能见表4。                表4　JFG型材钢衬的性能 序号 项　　目 单位 指　标 1 拉伸屈服强度 MPa ≥360 2 断裂伸长率 ％ ≥30 3 弯曲弹性模量 GPa ≥196-206     表5　JFG型材UPVC结皮发泡塑料的性能 序号 项目 单　位 指标 1 密度 kg/m3 ≥700 2邵氏硬度  ≥55 3 维卡软化点 ℃≥75   4 弯曲弹性模量 MPa ≥1000 5 氧指数 ％ ≥38 6 煮沸试验 100℃lh 不剥离 7 简支梁冲击强度 kj/m2 ≥15 8 加热后状态(120℃)  无气泡、裂痕、麻点 9 加热后尺寸变化率 ％ ≤2.5 10 高低温反复尺寸变化率 ％ ≥0.2 11 高低温反复尺寸变化率 ％ ≥0.2 12 耐候性  ＞1000h 13 简支梁冲击强度 kj/m2 ≥10 14 颜色白度保留率 ％ ≤60　七、小结　　1.JFG型材是真正的钢塑复合型材，具有高强度、低成本、无毒、节能、仿天然木纹、易组装等特点，是塑料门窗“脱胎换骨”的发展方向；　　2.应当进一步开展对钢塑复合共挤JFG型材性能、测试方法、取样方法等方面的研究，对JFG型材性能予以全面正确的评价。