硬質PVC管材的生產工藝，一次性講透徹！

2016-10-18  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網

硬質PVC管材規(guī)格和形式很多,其生產工藝流程基本上如圖:

? 1、成型料準備過程(又稱擠出前段),包括配方(原料、輔料的前處理、計量、輸送)、混合(高速和低速)、過篩(成型粉料)或造粒(粒料)。

? 2、擠出成型過程。

? 3、定型包裝過程(又稱擠出后段)。

一、成型料的準備

為了改進管材的加工性能、使用性能和降低成本,需要在PVC原材料的基礎上加入穩(wěn)定劑、潤滑劑、填充劑、加工改性劑等助劑。

(一)原料的預處理:原輔料在生產和裝運過程中可能混入一些機械雜質,需要對其進行過篩和磁吸處理,除去雜質。

(二)原輔料的計量:按照確定的配方將原輔料精確計量。各組分的稱量誤差應控制在1%以內。

(三)原輔料的混合:PVC管材的原輔料大多是固體粉料(只有少量助劑是液態(tài)),成型料通過物料間對流作用和剪切作用進行混合制備。目前采用高速混合機將原輔料進行混合,再用低速冷混機將混合好的物料進行冷卻。

一般高速混合的溫度設在100~120℃。為了讓助劑充分地與PVC微粒接觸,減少填充劑對助劑吸附作用。要求加入PVC樹脂后立即啟動熱混合機,再按:穩(wěn)定劑→ 各種加工助劑→色料→填充料(碳酸鈣),將原輔料全部投入后再啟動高速熱混合機?；旌虾笮枇⒓蠢鋮s,若散熱不及時會引起物料分解和助劑揮發(fā)。

冷混機的攪拌速度較低,其容積應為熱混機的兩倍以上。冷混一般溫控制在40℃左右時出料,排出的物料還應過篩,除去結塊和粘熔料。

原輔料混合工藝流程如下圖

7—PVC粉貯槽;8、9.—液體助劑計量器;

10、11、12—粉體計量器;13—高速熱混器;

14—低速熱混器;15—振動篩;16—混合粉貯槽

注:使用單螺桿擠出機生產PVC管材時,干混料不能直接使用,必須經過混煉塑化加工成粒料的工序,粒料的生產方法一般是利用擠出機擠出的混合料細條,經過切割機進行冷切或熱切兩種方式加工成一定規(guī)格的粒料。

二、擠出成型工藝

目前PVC管材的生產大多采用螺桿擠出機進行干法塑化工藝連續(xù)操作。

在螺桿擠出機轉動時,料斗中的干混料或粒料進入加料筒中,利用摩擦熱使混料熔化成熔體,在設備中不斷往前流動,各組分受螺桿的攪拌而均勻分散。熔體在機頭口模處成型后成連續(xù)體被螺桿擠到機外,經冷卻凝固,即成管材。

1擠出機的選擇

管材的擠出機可以用單螺桿擠出機,也可以用雙螺桿擠出機。

單螺桿擠出機的最佳擠出量:

2擠出過程

生產PVC管材的擠出機主要有兩種:單螺桿擠出機和導向嚙合雙螺桿擠出機。

用于生產PVC管材的擠出機螺桿分段見下表:

? 1、固體輸送區(qū)(加料段):料筒溫度一般控制在100~140℃。

? 2、物料塑化區(qū)(熔化段):其溫度控制在170~190℃。

? 3、熔體輸送區(qū)(計量段):其溫度控制略低一些,一般為160~180℃。

總之,在擠出機實際生產中,根據生產不同規(guī)格的PVC管材,選擇合適的工藝條件:配方、螺桿轉速及各段控制溫度等,以達到塑化和擠出量的最佳效果。

3成型過程

擠出機連續(xù)提供的熔化和具有壓力的塑料熔體是通過機頭特定的流道進入口模而形成一定的結構和形狀。

機頭是擠出制品成型的重要部件,它的作用是產生較高的塑料熔體壓力并使其成為所需的形狀。

聚氯乙烯管材的擠出機頭一般都是直線機頭(直通式)。對于復合管材和內徑尺寸要求嚴格的管材常采用直角式機頭。

直線機頭圖

1—卡套;2—連接套模;3—分流器;

4—分流環(huán);5—中套;6—芯棒;

7—鎖母;8—口模

三、成型工藝

從機頭口模擠出來的管狀物要經過冷卻,使它變硬而定型。

1定型方式

定型方式一般是用定徑套進行外徑定型和內徑定型兩種。

(1)外徑定型外徑定型是使管狀物外壁和定徑套內壁緊密接觸。

要達到這種緊密接觸有兩種方法,一種是從設在支架中的一個筋和芯棒內的連通孔向管狀物內部通的壓縮空氣,并將擠出的管端封塞,使管內維持比大氣壓較大而又恒定的壓力,為內壓定徑:

內壓定徑裝置示意圖

另一種方法是在定徑套上沿圓面上鉆一排排小孔,用真空抽吸使管狀物緊貼套管,為真空定徑:

真空定徑裝置示意圖:

(2)內徑定型內徑定型常用于直角機頭或偏心機頭。管材從口模出來后便套在冷卻定型芯子上,管材內表面緊貼于定型芯子外壁并迅速冷卻硬化而定內徑尺寸。為便于冷卻水從芯模后部淀入冷卻定型芯子,冷卻定型芯子連接在芯模延伸軸上,其結構見圖:

內徑定型法示意圖

以上二者比較起來,外徑定型結構較為簡單,操作方便。外徑定型的定徑套長度一般取其內徑的3倍,定徑套的內徑應略大于管材外徑的名義尺寸,一般不大于2mm。

2冷卻方法

用來冷卻管材的方法常用水浸式冷卻和噴淋式冷卻兩種。

(1)水浸式冷卻水浸式冷卻的裝置是冷卻水槽,將擠出的管材浸在水槽中進行冷卻(見下圖):

該方法要考慮的是管材在冷水槽中會受到浮力影響,有可能使之發(fā)生彎曲變形,尤其是大口徑管材,其浮力大,彎曲變形可能性更大。

(2)噴淋式冷卻噴淋冷卻的裝置是噴淋水箱,水箱上裝有沿管材圓周均勻分布的噴水頭(見下圖),控制一定的水量對擠出管材進行噴淋冷卻:

該方法冷卻均勻,變形可能性小,小口徑管材生產時往往將真空定型與冷卻槽設計成一體?？傊?要獲得光潔度高,尺寸準確,幾何形狀正確的管材,進行有效的冷卻和盡快定型是至關重要的。

四、牽引工藝

牽引裝置的作用是給機頭擠出的管材提供一定的牽引力和牽引速度,均勻地引出管材,并通過牽引速度調節(jié)管子的壁厚。

牽引管材的裝置有滾輪式(見下圖),和履帶式(見下圖)兩種。

對牽引裝置的要求是它們應具有較大的夾持力,并能均勻地分布在管材的圓周上。牽引速度要求十分均勻,并且能無級調速。牽引速度是取決于擠出速度。

五、管材承插口加工工藝

承插口連接是PVC管材的主要連接方式。管材承插口多數是在生產廠家加工形成的。承插口是通過熱脹法在擴口機上進行,也有的廠家采用人工擴口。承插口有兩種型式,一是平直承插口;二是R型承插口。

△ 平直型承插口采用膠粘劑粘接,主要適用于DN20~200mm的管材。

△ R型承插口采用彈性密封圈連接,主要適用于DN63~630mm的管材。

PVC—U管材的擴口屬于塑料二次加工中的熱成型工藝。擴口操作大致分幾個步驟(R型承插口)。

• 1、將管材一端在加熱爐中加熱到規(guī)定溫度,常用的加熱方式有油溶加熱和電加熱。

• 2、將管材加熱好的一端趁熱插人擴口機頭的模芯中,操作擴張頂桿,使其擴成型后再用水噴淋冷卻。

• 3、管材冷卻后,頂桿回撤,多瓣機頭截面縮小,機頭就可從擴口面退出。

平直擴口操作時,將管材一端加熱好,趁熱插入擴口模具中冷卻定型即可。

塑料二次加工熱成型通常是在高彈態(tài)或粘流態(tài)進行。

PVC在80℃以下處于玻璃態(tài),在80~160℃范圍內,PVC處于高彈態(tài),形態(tài)可逆,成型后會產生殘存內應力;在溫度超過160時,PVC處于粘流狀態(tài),表現(xiàn)為可塑性,形態(tài)不可逆。

因此,PVC—U管材的擴口溫度應在80℃以上。

溫度較低時,物料流動性差,擴口后的承插口外觀上易產生白化,且由于溫度偏低而不能獲得大的伸長率而導致擴口破裂,尺寸上表現(xiàn)為穩(wěn)定性差,輪廓不清楚;

而當成型溫度較高時,雖然成型后殘存內應力小,但又易造成承插口有折皺、氣泡、變色、分解等現(xiàn)象,外觀較差,分解嚴重還會造成強度下降。

PVC—U管材擴口最佳成型溫度為160~180℃。

選擇管材加熱時間的標準是:保持足夠的加熱時間,使管材達到最佳成型溫度,并使溫度分布均勻,又不出現(xiàn)變色、分解。

PVC—U熱導率低于0.15W/(m·K),導熱性差,其適當的加熱功率密度是1.5~3.0W/cm2,為使溫度分布均勻,加熱過程中都采用旋轉管材方式。下表所列PVC—U管材的壁厚與加熱時間可供參考:加熱溫度160℃,加熱功率密度1.5W/cm2。

注:擴口成型后的冷卻亦是很重要的一點。選擇冷卻條件的標準是:在保證承插口內應力小、耐沖擊性好、承插口不變形的前提下,以冷卻時間短為原則。自然冷卻有利于內應力消除,提高管材耐沖擊性,但時間長,生產率低。因此,一般采用水冷,冷卻到40~50℃(變形溫度以下)。

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