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淺談硬質PVC低發泡板的生產技術

文章來源：本站人氣：5603發表時間：2016/4/9 11:33:27【小 中 大】

硬質PVC低發泡板是新型的人造材料，又稱為雪弗板，從其密度、性能、二次加工（刨、鋸、釘、膠接等）及保溫、隔音、防潮、防蟲、阻燃等性能上看，都是木材的理想替代品。本文主要對硬質PVC低發泡板的生產流程、生產設備、模具、配方與工藝等技術要點進行系統地探討。
一、生產工藝流程與原理
首先將PVC樹脂和各種輔料稱量后放入熱混鍋中攪拌均勻，然后放到冷混鍋中攪拌冷卻，這里必須注意發泡劑是直接放入到冷混鍋攪拌，因為發泡劑在熱混鍋的高溫下可能會提前分解。物料冷混完畢后經篩分機進入干混料倉存放，使用時通過攪籠及鏈式輸送器將干混料從干混料倉送到各條擠出線上，粉末狀的物料從擠出線上的料斗進入擠出機后，隨著不斷的前移，慢慢從固態轉化為粘流態，發泡劑也開始分解，但由于擠出機及模具特殊結構，使得機筒及模具內的熔體壓力非常高，發泡劑分解放出的氣體在高壓力下溶入PVC熔體之中。當熔體被擠出模具后，由于熔體突然失去壓力，溶解在熔體中的氣泡迅速膨脹發泡，這時立刻進入定型套冷卻定型，然后再進入水箱進一步冷卻，經過牽引機后按要求切割為一定長度的成品。生產工藝流程見圖1。
二、生產設備
硬質PVC低發泡板的擠出設備包括擠出機、模頭、真空冷卻定型裝置、牽引機、切割、收集等裝置。
1擠出機
低發泡擠出可采用單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。由于雙螺桿擠出機的物料滯留時間短，溫度分布范圍小，發熱少，樹脂溫度容易調節，因此，被廣泛用于硬質PVC低發泡板擠出。
擠出機型號有 P90和 P110型。本文介紹硬質PVC低發泡板的擠出機為P110型，其工藝參數：螺桿直徑110mm，長徑比（L/D）25.3：1，螺桿轉數0～25 r/min，生產能力400kg/h，驅動電機動率58kW，加熱功率27kW。
2模具
2.1模頭
在模頭設計時要有足夠的壓力以防止塑料熔體在模腔內發泡。如果擠出物在模腔內發泡，將會產生不均勻的泡孔結構和粗糙的表面，甚至不能正常成型。熔融物料通過衣架式分流系統。
2.2定型裝置
由于硬質PVC低發泡板塑料層傳熱性能差，因此定型裝置的冷卻能力要強，后續的冷卻長度要足夠，采用較先進的干式真空定型和濕式真空定型并用的方法，不但能保證制品結皮發泡和精度，也能保證制品不產生內應力，同時加強了冷卻效果，提高了成型速度。
3 牽引機
具備無級變速調節。由于發泡熔體出口阻力大，其牽引動力應比一般異型材的牽引動力大，一般要求牽引機的最大牽引力應可達45000N。并且由于發泡板表面是發泡層，可壓縮，剛性差，因此牽引設備的接觸壓力不宜過大。
2.4 切割、收集裝置
硬質PVC低發泡板切割和收集裝置與一般普通硬質PVC制品的生產線相同主要原料。
1 PVC樹脂
由于PVC樹脂在溫度較高時，容易發生降解，在硬質PVC低發泡板擠出過程中其PVC熔體的塑化溫度必須略低于發泡劑的分解溫度。另外，由于PVC樹脂平均聚合度愈低，熔體塑化表現粘度所需的加工溫度也就愈低。因此，選擇平均聚合度較低700～800（K=62～65）的懸浮聚合聚氯乙烯樹脂為宜。
2 發泡劑
實踐表明，主要成分為碳酸氫鈉（分解溫度100～140℃）和偶氮二甲基酰胺（簡稱ADC，分解溫度220℃）的復合發泡劑，可用于硬質PVC低發泡板的擠出生產，它與PVC樹指相溶性好，分散性優良，不影響塑料的原有性能，而且它所釋放出的氣體以氮氣為主，對設備模具腐蝕性小，并且不易燃燒和爆炸，無毒、無劇烈的放熱反應。
3穩定劑
在PVC塑料加工成型的溫度條件下，當加熱到一定溫度時PVC 會因脫氯化氫作用，引發降解。穩定劑的作用就是防止PVC分子鏈中脫除氯化氫的作用，或者能阻止這一反應，終止降解作用，提高PVC的降解溫度。常用的穩定劑有：（1）鉛鹽類穩定劑；（2）有機錫類穩定劑；（3）金屬皂類穩定劑[2]。目前鉛系穩定劑占主要比例，因為他們價格低廉，易于加工，應用范圍廣。隨著復配技術的進步，穩定劑常與潤滑劑復配成復合穩定劑。從實踐中來看，在硬質PVC低發泡板擠出成型生產中鉛鹽復合穩定劑和鈣鋅復合穩定劑均能達到上述的效果，但根據其對加工工藝及產品質量的影響，加入量也有所差異，鈣鋅復合穩定劑加入量一般為7～9份，鉛鹽復合穩定劑加入量一般為5～7份。
4其他助劑
為了提高制品的加工性能，配方中還應加入ACR加工助劑，可有效提高塑化速率，降低塑化溫度，防止熔體破裂，提高流動性[3]，加入量一般為6～10份。
填料在PVC發泡成型中起重要作用，它不僅使制品的價格大大降低，而且又是發泡成核劑。輕質活性碳酸鈣既可作為成核劑，又作為填料，要求粒徑小，加入量為5～l0份。
三、工藝控制
硬質PVC低發泡板擠出工藝條件變化較為復雜，同時存在著物料塑化和發泡兩方面技術問題，而其中很重要的因素是抓好發泡的工藝控制。影響低發泡PVC制品質量的主要擠出工藝參數有擠出溫度、壓力及滯留時間等。
1擠出溫度
擠出溫度是影響發泡質量的一個重要因素。實踐證明，高質量的發泡體只是在適當的溫度范圍內才能獲得。在通常情況下低發泡PVC的氣泡形成大體可分為3個階段[4]，氣泡核的形成、氣泡的增長和氣泡的固定。化學發泡劑在熔融物料中發生化學反應產生的氣體，就會形成氣-液（熔體）溶液，隨著生成氣體的增多，熔體達到氣-液飽和狀態后，這時氣體就會在熔體中形成氣泡核，這一形成氣泡核的過程稱為成核作用。擠出溫度較低時，含氣體的熔體由于混合不均，成核少以及分散不均勻而形成大氣泡，發泡密度大。當溫度升高到一定值時，物料混合均勻，塑化良好，氣體在熔體內溶解度增大且成核數量增多，因而獲得孔徑小、密度小的發泡體。當溫度繼續升高，由于物料黏彈性降低，熔體強度下降，泡孔可因互相穿通而變大以及氣體由熔體中向外部表面擴散而使發泡體密度增加。當溫度超過一定值時，擠出熔體由于不能承受內部氣體膨脹力很快坍塌，斷面氣孔很少，密度增大。因此，擠出溫度在一定范圍內和一定條件下存在最佳值。
2滯留時間
物料在擠出機內的滯留時間不同，發泡質量也會發生很大變化。延長物料在擠出機內的滯留時間，氣孔數量逐漸增加，但達到最大值后就開始下降。實際上，發泡劑的分解程度和離開口模時熔體中氣體與核的比例有很大關系。在較短的滯留時間下，分解溫度也較小，密度較大。如果滯留時間增加，氣體和核的比例就會增加，發泡密度就會減小。如果滯留時間過長，會引起過早分解，由此會影響成核結果，使泡沫數量減少，氣體與核的比例變得很大，得到的是成核不足的過發泡板。
四、結語
要獲得外觀和內在質量均優良的硬質PVC低發泡板必須科學地設計原料配方、模具結構，并嚴格控制擠出工藝。

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