关于PVC-U型材的低温性能几个问题探讨

2016-09-06 17:04:22 来源:山西中德塑钢型材有限公司 作者:宋江创、郑吉祥、郭亮 阅读:  字体 :

 摘要:本文主要从型材的断面结构、塑化程度、原料CPE添加量等几个方面来探讨分析对低温性能的影响。

关键词:塑化程度、多孔板、CPE、低温性能

 

引言

众所周知,PVC材料是低温脆性材料,在生产过程中低温性能是PVC-U型材检验的一项重要指标。本文主要从型材低温落锤来反映PVC-U型材的低温性能,主要从型材的壁厚和断面结构、型材的塑化程度、型材原料CPE添加量等几个方面来探讨分析

1.型材断面内筋影响

1.1. 支撑内筋物料的压力

在同一批原料和同配方下,相同断面不同模具生产型材低温落锤破裂不同,经过观察破裂型材,发现多数破裂是在支撑内筋处破裂。经工艺人员多次工艺调试,结果并没有明显的改善。后与模具人员讨论,通过适当增加口模内筋压力,后经多次试验处理,破裂个数明显减少。原因是料流基本没有压缩直接从供料腔进入平直段,造成内筋出料密实度很差,因此在内筋与外壁连接处容易被密实度很好的外壁出料所牵扯,于是造成收缩痕等应力集中点。

1.2 内筋与外壁相连处倒角过渡

在做一系列低温落锤试验破裂现象显示:多数破裂是沿着内筋呈现线性破裂。经过没有破裂的断面和破裂的对比观察,发现多数破裂处内筋与外壁连接处都呈现尖角或没有过渡,形成了应力集中。与模具人员讨论研究,在口模内筋与外壁相连处做倒角过渡处理,释放应力,如图例1所示。后经多次验证表明,该方法大大降低了破裂个数,改善了低温落锤物理性能。

 图片1.jpg

1 同一断面尖角处理前后图例

2.塑化程度

2.1 工艺控制

塑化过程主要是由挤出机通过加热方式和螺杆与物料摩擦提供热能,使物料的形态由玻璃态到高弹态到粘流态的转变过程。 在此过程中稳定剂和润滑剂等其它助剂,也被均匀的分布在PVC的每个相中,流动性就变的越来越好。此过程螺杆转速、螺筒温度控制等对物料剪切作用的大小不同、输送时间不同,物料组份分散、塑化不同,相对于低温性能也有所不同。

针对工艺塑化问题做了一些实验调试:如表1所示,低温低速工艺条件下, PVC 在机筒和模具中驻留时间延长,温度低时导热性不佳的PVC与加工助剂不能充分揉和组份的不均匀性会引起内部应力集中, 大幅降低低温落锤冲击性能;相反,在高温高速工艺条件下,容易引起局部能量过高,物料发生分解,同样导致型材产品物理性能下降。

1 不同工艺对型材低温性能的影响

筒①

160

175

185

195

筒②

158

173

183

193

筒③

155

168

178

188

筒④

153

165

175

185

合流

160

165

175

185

机①

196

196

196

196

机②

198

198

200

198

机③

188

189

189

189

机④

191

192

193

193

螺杆转速

15

17.5

17.5

18.5

真空度

-0.06

-0.06

-0.06

-0.06

落锤破裂个数

4

1

0

3

2.2  增加多孔板

在生产过程中发现,每台挤出机的螺杆剪切能力大小不同,一味单靠挤出速度和料筒温度的调节并不能有效控制塑化。经与螺杆厂家和模具人员讨论试验,在挤出机过渡段加上多孔板,控制物料的压力和分散度,进而控制塑化。塑化度可以用二氯甲烷浸泡试验来判断,相对比较简单

如图2所示,物料组份经过多孔板时,多孔板增加阻力,增大了物料压力,进而物料再一次充分分散揉和,增加组份之间的分散度;而如图3所示,没有加多孔板物料只是简单地加热过渡。

图片2.jpg

 

 

 

多孔板

2  物料经过多孔板的形态图

图片3.jpg

 

 

 

3  物料经过没加多孔板的形态图

 

后来在实际生产过程中,并不是所有挤出机都那么理想。部分挤出机本身塑化能力就够的,加多孔板后,型材产品颜色出现发黄现象。后根据挤出机实际情况,相对应改变多孔板孔径的大小,后经过多次试验,物理性能得到了改善。

3.原材料CPE的用量影响

CPE PVC 的主要冲击改性剂其用量影响低温落锤抗冲击性能,在一定范围内,一般随用量增加而提高。主要增韧机理:CPE的结构为线性高分子,与PVC有较好相容性, CPE分子能渗透到PVC分子之间,形成网状结构,缓解外来冲击能量,具有增韧效果。

在同一批原料和同一配方体系,改变CPE的添加量来观察对型材产品的低温性能影响。如表图4可知,CPE添加量在一定范围内,随用量增加拉伸冲击强度有所提高,但到一定量之后再加效果就稍有降低,一般添加量在10phr左右较为合适。

图片4.jpg

4 CPE添加量与拉伸冲击强度趋势图

4.小结

⑴ 型材模具在处理内筋是应考虑适当增加内筋物料的压力,在口模内筋与外壁相连处进行倒角处理,可以对型材低温性能有所改善。

⑵ 在挤出机螺杆转速、料筒温度等工艺的选择,对型材物理性能影响较大,既不能塑化过度,导致物料分解;又不能塑化不够,导致产品物理性能下降。

⑶ 可以根据每条挤出机的螺杆剪切能力大小,添加合适孔径的多孔板,提高物料组份分散和增加物料在挤出机中的压力,来找到合适的塑化度。

⑷ CPE抗冲改性剂的添加量也要根据实际配方体系添加,建议一般添加10phr左右较为合适,添加过少达不到效果,添加较多则其他物理性能下降。