PVC木塑复合材料生产中成型机的工艺控制
发布: 2010-1-19 15:05 | 作者: 陈智修 | 查看: 120次
[ 关键词] PVC;木塑复合材料;挤出成型;工艺控制
[摘 要] 讨论了挤出机的机筒与螺杆装配精度、挤出工艺与 PVC 木塑复合材料塑化质量的关系,提出了调整、改善塑化质量的方法。
Key words :PVC;wood - plastic composite ;extrusion molding;process control
Abstract : The plastification quality of wood - plastic PVC composite is discussed from such two aspeets as t he assembly precision of ext ruder cylinders and screws and t he extrusion process. The methods of adjusting and improving t he plastication quality are suggested.
PVC木塑复合材料的挤出成型和普通热塑性材料的挤出成型有较大差别。由于在物料中加入了大量的植物纤维，这就使物料的流动性能和加工性能变差，混炼和挤出成型难度加大。为了在此复合体系中保持和提高材料的力学性能，需要通过各种方法提高PVC树脂和植物纤维的相容性，改善其界面状态。正确协调好两者的关系，又不增加加工成本，涉及到很多影响因素，如：改性剂的品种、用量，润滑剂品种、用量，稳定剂品种、用量，配方的合理性等。影响PVC木塑复合材料挤出成型的因素很多，文中仅就工艺控制的有关问题加以论述。
在PVC木塑复合材料生产中以工艺条件变化最为复杂。在操作中，除应有合理的工艺配方外，成型机的工艺控制(加工工艺) 极为重要，影响产量和质量的关键性变量有：螺杆转速、料筒温度、模具温度、真空定型、木塑复合材料的牵引速度等。
1木塑型材挤出成型中异常现象、产生原因及解决办法
木塑型材挤出成型中异常现象、产生原因及解决办法见表1。
表1 木塑型材挤出成型中异常现象、产生原因及解决办法
异常现象 产生原因 解决办法
料斗供料波动 1、物料流动性差 1、木粉要达到干燥要求
2、料斗中形成架桥 2、安装搅拌器
3、加料段温度过高 3、加料段通冷却水
挤出量少 1、供料不足 1、提高喂料电机转速
2、物料润滑性差 2、调节润滑剂用量
3、成型温度偏低 3、提高成型机各段温度
型材制品收缩大 1、牵引速度过快 1、调低牵引速度
2、冷却不充分 2、充分冷却型材
3、冷却水水温偏高 3、降低水温，提高冷却效率
型材弯曲变形 1、真空度、冷却水进出量不稳定 1、检查真空表、冷却水通道
2、模具流通、间隙不合理 2、修正模具使之均匀出料
3、挤出速度过快 3、放慢挤出速度
物料分解 1、成型温度太高 1、降低成型温度
2、配方不合理 2、调整配方，提高热稳定性
3、模具表面划伤，易积料 3、修整模具
熔体出料不均匀 1、挤出机或喂料不稳定 1、检查挤出机或喂料机
2、电热圈加热不正常 2、调换加热圈
3、不同配方的物料混入 3、加强混料工序的管理
型材表面粗糙、无光泽 1、塑化温度过低 1、提高成型温度
2、润滑剂品种、用量不适 2、调整润滑剂用量
3、物料混合不均 3、调整混料温度和时间，注意加料顺序
中空型材筋或孔 变形 1、机头温度过高 1、降低机头温度
2、真空操作不当 2、正确操作，调节真空度
3、冷却效果不佳 3、降低水温，加大循环水量
型材锯口破碎 1、锯片进刀速度偏快 1、调慢进刀速度
2、锯片未锯在型材中心点 2、调整切割机
3、配方不当，塑化不良 3、调整配方，注意塑化温度
制品的强度、伸长率降低 1、混料工序未达到要求 1、充分混合，控制温度、时间
2、挤出机挤出条件不当 2、严格控制挤出条件
3、牵引机速度控制不当 3、调整牵引速度
2 工艺控制
2. 1 温度
温度是非常重要的工艺条件之一。要准确地掌握挤出成型温度，必须了解被加工物料的适温范围，通过小试、中试，按PVC木塑型材的使用场合和生产成本的差异，添加不同用量的填充物，达到使用要求。根据被加工物料的力学性能及相互关系，从而找出其特点和规律，选择一个相对接近的成型温度区域。
(1) 机身温度(料筒温度)
常用的双螺杆挤出机，几乎都是排气式的,即在机身中段设有一排气孔，并装有真空吸出装置，用于吸出 PVC 混合物中的低沸物VCM气体和水蒸气。这就要求物料在料筒内被送至排气孔时，必须均匀塑化并覆盖螺杆表面，不至于被真空吸出。
锥形双螺杆挤出成型机的特点是：加料段的机筒与螺杆的表面积大、温度高、传热快，物料受热也快。而且，锥形双螺杆的均化段的直径要比相应平行双螺杆直径小，大大减少了摩擦热，可避免物料过热，特别适用于加工热敏性高分子材料。所以，用锥形双螺杆挤出成型机挤出PVC木塑复合材料型材时，加料段温度一定要高于压缩段和均化段，否则，如物料被送至排气孔处时仍是粉状或疏松状则会被大量吸出，造成真空吸出口堵塞，进而损坏真空吸出装置，既浪费物料又直接影响产品质量。开车投料过程中务必仔细观察物料的塑化情况，先关闭主机真空吸出装置，打开排气孔视镜，观察料筒内物料。如物料都均匀地包覆在螺杆槽表面，且物料表面很光滑，无凹凸不平现象，可视为塑化良好，说明机筒温度控制准确；否则，说明温度太低，应调高加料段温度；此外，温度低物料塑化不好，主机电流升高会增加螺杆的扭矩和负荷,缩短设备的使用寿命。
(2) 机头温度
机头温度偏高能使物料顺利地进入模具，但产品形状尺寸稳定性差，型材收缩率增加，定型难度加大； 但机头温度偏低，则物料熔体黏度增大，机头压力升高，导致挤出成型机背压增加，设备负荷加大；另外温度过低则产品无法定型。在 PVC木塑复合材料挤出加工过程中，应根据不同的型材截面合理调节温度。
(3) 模具温度
模具温度直接影响PVC木塑型材产品质量，若其控制不当所产生的后果要比机头温度控制不当严重得多。异型材的截面往往是不对称的，在同一截面上的壁厚各不相同，这就需要用不同的温度来控制，调节至均匀出料。大致原则为： ①截面复杂、截面积大，壁厚及转角部位温度控制应稍高；②截面简单、截面积小；壁厚薄的部位温度控制应稍低；③截面对称、壁厚均匀，一般不允许有温差。
2. 2 螺杆转速
物料塑化的程度与上述机身温度、机头温度、模具温度的温度参数设定值和螺杆转速密切相关。往往当螺杆转速达到额定转速的33 %以上时，才能获得较好的塑化效果。为了不使螺杆转速过小，可适度降低机头的口模温度来增大料流阻力，从而降低挤出速度，保持物料塑化良好。PVC 木塑复合材料生产工艺控制见表2。
表2 PVC木塑复合材料挤出工艺条件
料筒温度/℃ 过渡段 机头 模具温度/℃ 螺杆转速
Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段 Ⅳ段 ℃ ℃ Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段 r/min
185-180 175-170 165-160 165-160 165 170-165 175-165 165-160 160-155 15-20
2. 3 真空定型
真空度的控制直接影响冷却定型操作和木塑型材产品质量。真空度过大，会增加牵引负荷，甚至延缓或阻碍型坯进入真空定型套，导致模口至定型套入口间积料堵塞；真空度太低，达不到足够的吸力，则导致型坯不成型或严重变形，无法达到产品外观质量要求和尺寸精度，木塑型材的真空度大约控制在0.04～0.06 MPa。
2. 4 挤出速度与牵引速度
牵引速度直接影响木塑材料壁厚、尺寸公差、外观质量和性能，牵引速度必须稳定，而且应与木塑型材的挤出速度相匹配。挤出速度过快，会产生较高的摩擦热，使物料温度升高，如产品得不到充分冷却就会引起弯曲变形，且增加产品纵向收缩率；挤出速度太慢，会延长物料在料筒内的受热时间，影响产品的力学性能，甚至分解。在正常生产中，牵引速度应比挤出线速度略快3 %～5 %，可选择主机螺杆转速15～20 r/ min为宜，以克服型坯的离模膨胀，并使材料在定型中受到适度拉伸，以利于提高木塑型材的产品质量。
3 结语
在 PVC 木塑复合材料产品的生产中，强调配方及工艺的合理性。除上述异常现象的产生原因及解决办法外，不可预测的因素还有许多，要达到最高的产量和最优的品质，关键是人的因素，这就充分体现出了实践经验的重要性。
