如何提高塑料異型材力學效能

2021-03-04 09:50:03 字數 3015 閱讀 1018

3 生產工藝

乙個好配方是生產優質塑料異型材的先決條件,但不是唯一條件。好配方還必須依託好工藝的支援,其物料組份中力學效能才能得到充分發揮。塑料異型材擠出工藝主要有熱混、冷混、擠出成形、真空冷卻定形等四個有機部份組成。

其一是熱混;熱混不是配方中物料簡單混和過程,物料熱混過程是配方中不同組分與劑量的物料,在混料罐內葉片高速旋轉與物料相互撞擊以及與混料罐內壁產生的剪下熱與磨擦熱作用,由固體、單相、不均態向多相、均態、部份凝膠態轉化的過程。其部份凝膠化的程度在一定條件下是由混料出料溫度所決定的。熱混出料溫度的高低,決定了擠出物料均勻塑化的程序。

熱混溫度過低,物料在混料罐內組分捏和不均勻,物料水分析出不徹底,影響擠出製品質量。混料溫度過高,物料在混料罐內易發生降解。同時熱混時加料程式也對混料質量和混料罐磨損有一定影響。

熱混料加料程式是pvc主料—熱穩定劑、抗衝擊改性劑、填料、防老化劑—鈦白粉、加工助劑、潤滑劑。其中鈦白粉加料時間過早不僅影響製品表面光潔度和色澤,而且對混料罐磨損較大。加工助劑加料時間早會優先吸收鉛鹽穩定劑,使pvc接受量減少,導致混料穩定性下降。

外潤滑劑加料過早會使混料摩擦與剪下熱降低,影響混料效果與穩定劑分散效能。 其二是冷混:物料熱混後應立即冷混,以防止混和料長時間在高溫下存放發生降解。

同時混和料不經過冷混,在自然狀態下冷卻易重新吸收水分,增加混和料含水量,對擠出造成不良影響。其實物料熱混是乙個吸熱過程,物料冷混是乙個放熱過程。冷混不僅可以阻止物料在高溫下冷卻的吸水返潮現象,也是物料在放熱反應時排出其分子間水分的過程。

物料熱混後的冷混出料溫度對保證混和料的質量有很重要的作用,這一點往往被人所忽視。一些企業的混和料根本不經過冷混,直接加入擠出機生產,其製品質量是難以保證的。 其三是擠出:

擠出是塑料異型材成型並具有相應力學效能的關鍵,也是技術難度較大的乙個重要環節。擠出是物料在擠出機內經過外加熱和螺桿剪下熱,由玻璃態、經過高彈態向熔融態轉化的過程。要使製品有一定強度,首先應使物料均勻塑化。

物料塑化充分、 均勻,所得製品力學效能也好,由於upvc物料屬於熱敏性材料,其熔融與降解溫度之間的溫度帶比較狹窄,其發生降解不僅與溫度有關,也與時間有關。塑料異型材擠出應採用:高溫加熱與保溫,低溫擠出的「馬鞍形」成型工藝。

所謂高溫加熱與保溫,即在擠出機加料段與壓縮段以及機頭、過渡段、口模溫度設定溫度應高一些,以方便固體物料迅速公升溫,防止從排氣孔冒料,並補償已不存在內加熱區域的熔體物料在擠出過程中的改變運動方向熱損失、介面摩擦熱損失,減少熔體阻力,提高製品光潔度。所謂低溫擠出,即在擠出機的熔融段和計量段溫度設定應低一些,以便適時停止外加熱,阻止熔體物料過熱分解。應該指出:

由於擠出機螺桿結構不同,塑化能力不一樣,擠出機設定溫度的「峰高」與「谷底」是有區別的,不能一概而論。由於設定溫度的目的是為物料溫度服務的,顯示溫度與物料溫度在不同工況條件有一定的對應關係。在給料段與壓縮段如果設定溫度與顯示溫度值差很小或者沒有值差,說明擠出機螺桿在這兩段塑化能力較強,剪下熱較高,故設定溫度不宜過高,如果兩者值差較大,說明擠出機螺桿在這兩段塑化能力較差,剪下熱較低,故設定溫度應適當高一些;在熔融段與計量段,如果設定溫度與顯示溫度值差很小或沒有值差,說明擠出機螺桿在這兩段產生的剪下熱與塑料塑化是平衡的,故設定溫度不宜過低;如果兩者溫度值差較大,說明擠出機在這兩段塑化能力較強,剪下熱較多,故設定溫度應適當低一些。

總之,設定溫度值的高低應保持顯示溫度始終在物料的塑化溫度與降解溫度之間執行,物料塑化溫度應以擠出機排氣孔不冒料或發生「粘壁」現象,型坯從口模擠出不發生分解,質地光滑,顏色純正為基準。同時應使物料具有一定的壓力,以提高製品密實度。熔體壓力一方面受機頭、口模阻力的制約和影響,一方面是由擠出機給料與擠出速度比所決定的。

在確保物料均勻塑化,排氣孔不冒料,擠出型坯無老化跡象的前提下,盡量提高熔體壓力,是提高製品力學效能的重要條件。 其四是真空冷卻定型:熔體物料經口模擠出成型,再經定型模真空冷卻方可得到符合設計要求的固體產品。

定型模的職責是:(1)依靠真空,使型坯完全保持加工所需要的製品形狀和尺寸;(2)利用冷卻使熔體型坯均勻固化。型坯真空冷卻定型的控制要點是盡量消除其內應力集中現象。

否則製品內部集中過大內應力,不僅易發生彎曲變形,而且也使製品抵禦外力的能力大幅度下降。 由於塑料異型材屬於不對稱異形結構,在冷卻過程中完全消除內應力是不可能的,但可以通過適當的方法減少其內應力:(1)採用逆向冷卻方法,即冷卻水進口接在定型模尾部,與型坯冷卻方向相反,使型坯冷卻緩緩進行;(2)定型模真空度與冷卻水應保證製品在緊貼定型模內壁的前提下,依椐型坯截面不同部位持物量多少進行調節。

持物料量大一則,冷卻量應大一些,真空度應小一些;持物料量小一則,冷卻量應小一些,真空度應大一些。使型坯在通過定型模時截面各部位的冷卻速度和摩擦阻力盡量均勻一致。(3)利用紅外線調溫器對型材進行調溫,以消除其冷卻不均產生的內應力。

同時牽引速度應略大於擠出速度,使型材承受一定的拉伸應力,以方便順利進入定型模為宜。牽引壓力在保持牽引不打滑前提下盡量小一些。以適時減少型材通過牽引機時的壓應力。

4 型材壁厚

塑料異型材壁厚與其力學效能緊密相關。雖然門窗的抗風壓效能主要是依靠裝配在型材內腔的襯鋼承擔的。但門窗框、扇邊角相連部位的力學效能還是依託於材料本身和焊縫的強度。

如型材壁厚過薄,仍然會影響其抗衝擊效能。由於經濟條件的限制,我國目前的塑料異型材壁厚與西歐有一定的差距,但最小壁厚不得小於2.2mm。

否則塑料異型材各項力學效能亦難以到國家標準要求。

5 型材結構

我國目前塑料異型材框可分為三腔、四腔結構,扇可分單腔、雙腔、三腔結構。框、扇型材內腔的設定不僅使型材具有增強功能、排水功能、隔熱功能,同時也使型材的結構強度大大提高。框、扇型材內腔設定因門窗工作環鏡、樓層高度、氣候條件不同而有所不同。

依據不同環鏡、樓層高度、氣候條件和門窗受力方向對型材內腔進行科學、合理分割,並在型材邊角部位採用圓弧或斜角過渡形式,使門窗荷載能均勻擴散,避免應力集中現象,同時在型材承受落錘試驗正投影面內腔側翼,設定相應的支撐筋,支撐筋與落錘中心保持8-10mm的邊距,既可以增加型材承受落錘衝擊承載能力,又可以使支承筋與落錘中心保持一定的彈性距,吸收一部分衝擊勢能,減少支撐筋斷裂破壞。無疑是提高製品力學效能的乙個有效措施。

6 總結

綜上所述,塑料異型材力學效能是配方、生產工藝、壁厚、結構等因素綜合、協調作用的產物。要生產優質塑料異型材就必須從以上諸因素認真把關,嚴格控制。任一工作環節失誤都會對製品的力學效能帶來不良影響。

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