塑料異型材擠出成型技術(shù)的研究進(jìn)展

塑料異型材擠出成型技術(shù)的研究進(jìn)展

塑料異型材料是指通過混合加工得到的不規(guī)則截面的塑料。塑料異型材按照制品的軟硬可分為軟質(zhì)異型材和硬質(zhì)異型材;按照塑料品種可以分為聚氯乙烯(PVC)異型材、聚乙烯(PE)異型材、ABS異型材等;按照制品截面形狀和內(nèi)腔結(jié)構(gòu)不同可分為中空異型材、敞口異型材、復(fù)合式異型材和實(shí)心異型材。中空異型材的特點(diǎn)是具有中空室,除異型管材外,各部分的壁厚往往不同,大多有筋和拐角,主要用作建筑構(gòu)件,它是異型材中最重要的一類。敞口異型材的特點(diǎn)是無中空室,形狀和壁厚復(fù)雜多樣,它是異型材中最基本的類型。復(fù)合式異型材包括塑料與木材復(fù)合、與金屬復(fù)合、與纖維復(fù)合、不同塑料之間的復(fù)合,以及軟質(zhì)和硬質(zhì)塑料之間的復(fù)合等。實(shí)心異型材是一種實(shí)心坯料,其中有棒、方柱和厚壁異型材等,大多用作切削坯料。實(shí)心異型材的擠出成型必須采用特殊的模具和冷卻定型裝置。塑料異型材具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐化學(xué)藥品性好、加工方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),尤其硬質(zhì)PVC異型材,具有硬度大、剛性和強(qiáng)度高、耐磨損、耐老化,阻燃、耐腐蝕、電絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用作結(jié)構(gòu)材料代替木材、金屬等。軟質(zhì)塑料異型材用于襯墊和密封材料;硬質(zhì)塑料異型材用作建筑、家具、交通運(yùn)輸、電器、機(jī)械、航空等工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料和裝飾材料。塑料異型材的應(yīng)用實(shí)例列舉如下:(1)塑料門窗硬質(zhì)PVC門窗是塑料異型材的代表性制品。具有隔熱、隔音、密封性好、耐腐蝕、不需油漆維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),得到廣泛的應(yīng)用。(2)建筑裝飾異型材塑料異型材作為木材的代用品,在裝飾工程中主要用于樓梯扶手、踢腳板、掛鏡線、窗簾盒、墻裙板、隔斷板、護(hù)墻板和天花吊頂?shù)?有清新高雅之感。(3)塑料活動(dòng)房屋用塑料異型材拼裝的活動(dòng)房屋具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、保溫性能好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),適合于在潮濕和腐蝕性環(huán)境設(shè)置街頭商亭、崗樓和淋浴棚等。(4)家具構(gòu)件由硬質(zhì)塑料異型材組裝的各種家具具有結(jié)構(gòu)新穎、拆裝方便、防腐防蛀等特點(diǎn)。塑料異型材擠出成型的一般過程為:配方設(shè)計(jì)→原輔料混配→擠出加工→冷卻定型→牽引切割→檢驗(yàn)入庫。塑料異型材擠出技術(shù)的核心是配方設(shè)計(jì)與原料混配、擠出設(shè)備、擠出模具及擠出工藝。它們直接決定和影響塑料異型材擠出成型的成功與否。1pvc樹脂改性塑料異型材原料用的最多的是PVC,它是一種熱敏性塑料。由于它光熱穩(wěn)定性差,熔體粘度高,成型工藝范圍較窄,缺乏加工流動(dòng)性,沖擊性能差,尤其是低溫條件下的沖擊強(qiáng)度低,因而純PVC樹脂難以滿足異型材制品的使用要求和加工要求。在PVC異型材的擠出中,首先需要對PVC樹脂進(jìn)行改性處理和配方設(shè)計(jì),使其滿足加工和使用性能要求。對PVC的改性主要是通過在樹脂中按照一定的比例和順序加入各種助劑來實(shí)現(xiàn)的。1.1pvc穩(wěn)定劑的選用助劑是添加在樹脂中的各種物料的總稱。加入的目的是改善加工性能,提高制品的力學(xué)、物理、光、熱、電、化學(xué)特性,降低制品的成本。現(xiàn)以PVC為例,它所使用的助劑主要有增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、改性劑、填充劑、著色劑、發(fā)泡劑、阻燃劑等。選擇適當(dāng)?shù)闹鷦┖秃线m的比例便可制得所需各種性能的PVC異型材。PVC異型材擠出中常用的助劑及其對樹脂的作用為:(1)增塑劑增塑劑是指能降低PVC樹脂的熔融溫度和熔體粘度,增加塑性,提高樹脂成型流動(dòng)性及制品柔軟性的一類助劑。隨著增塑劑用量的增加,樹脂的熔融流動(dòng)溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、熔體粘度降低,流動(dòng)性增加,易于成型。但制品的拉伸強(qiáng)度、耐熱性、電絕緣性降低,柔軟性、斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度提高。(2)穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑是一類可防止物料在高溫加工過程中變色、并可保持最終產(chǎn)品在使用期內(nèi)的外觀及物理性能,增加其穩(wěn)定性,延長其使用壽命的添加劑。PVC是無定形高聚物,由于其分子結(jié)構(gòu)對熱不穩(wěn)定,使它在成型加工、使用及存放過程中因受光、熱、氧等作用而經(jīng)常會發(fā)生分解變色,影響其力學(xué)性能。加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑可以有效阻止PVC的老化,增加其穩(wěn)定性,延長其使用壽命。PVC的穩(wěn)定劑有熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑和抗氧劑等。其中熱穩(wěn)定劑的主要作用是阻止或抑制PVC在成型加工過程中受熱分解和延長制品的使用壽命。常用的PVC熱穩(wěn)定劑有鉛鹽、金屬皂類、有機(jī)錫類和復(fù)合穩(wěn)定劑四大類。光穩(wěn)定劑和抗氧劑主要抑制PVC的光、氧老化過程。按作用機(jī)理,光穩(wěn)定劑又可分為光屏蔽劑、紫外線吸收劑和猝滅劑等。由于很難靠一種穩(wěn)定劑能同時(shí)滿足耐光、耐熱和抗氧化等要求,因此通常采用幾種穩(wěn)定劑并用或復(fù)合穩(wěn)定劑,以最大限度地滿足成型加工和制品應(yīng)用的要求。(3)潤滑劑潤滑劑是為改善PVC熔體的流動(dòng)性和防止物料粘附于成型設(shè)備表面,以提高潤滑性、減少有害摩擦、易于成型而添加的一類助劑。潤滑劑在PVC的加工中非常重要,直接影響到異型材制品的質(zhì)量和性能。潤滑劑的品種和用量是控制擠出異型材質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。按照潤滑劑的功效可以分為外潤滑劑、內(nèi)潤滑劑和內(nèi)外潤滑劑。外潤滑劑一般為非極性物質(zhì),與樹脂的相容性較差,在成型過程中易析出在塑料表面,在成型設(shè)備表面和塑料之間形成潤滑薄膜,從而減少塑料對設(shè)備的摩擦和粘附。內(nèi)潤滑劑一般含有極性物質(zhì),與PVC有很好的相容性,可以滲入樹脂粒子內(nèi)部,降低PVC大分子間的內(nèi)聚力和摩擦,從而促進(jìn)塑化,提高熔體的流動(dòng)性。(4)改性劑PVC的改性方法主要有共聚反應(yīng)、接枝反應(yīng)、高聚物共混、交聯(lián)反應(yīng)等。我國目前用得最多的是在PVC中加入其它高聚物進(jìn)行共混改性的方法。高聚物共混是一種簡便而有效的改性方法,與其它高聚物共混的主要目的是改進(jìn)沖擊性能和提高耐候性,提高力學(xué)強(qiáng)度。硬質(zhì)PVC的塑化溫度高、熔體粘度大、加工流動(dòng)性差、耐沖擊性差,使用高聚物對其進(jìn)行改性,可以彌補(bǔ)它的某些固有缺點(diǎn)。在選擇改性劑時(shí),首先要考慮改性劑與PVC的相容性。按相容性的不同,改性劑可以分為與PVC相容和半相容兩類:使用相容性高聚物時(shí),Tg較低者可以增加PVC的柔韌性;Tg較高者可以提高PVC的熱變形溫度和改善加工性能;使用半相容性高聚物的目的主要是降低缺口敏感性和提高其沖擊強(qiáng)度。所以PVC改性劑可分為加工改性劑和耐沖擊改性劑兩類。一般只改進(jìn)其加工性能,而不明顯改變材料其它性能的高分子助劑稱為加工助劑。其改性結(jié)果可明顯提高制品的外觀及表面光澤度、受熱時(shí)的伸長率和熱撕裂強(qiáng)度,同時(shí)可加快物料的熔融,促進(jìn)塑化,使其加工性能明顯得到改善。目前常用的加工助劑為甲基丙烯酸與丙烯酸酯的共聚物等。耐沖擊改性劑主要是改善PVC的脆性,克服PVC低溫下的沖擊強(qiáng)度低及隨著溫度的降低迅速變硬變脆的不足。耐沖擊改性劑通常是高聚物彈性體,主要品種有ABS、(甲基丙烯酸酯/丁二烯/苯乙烯)共聚物(MBS)、氯化聚乙烯(PE-C)、(乙烯/乙酸乙烯酯)共聚物(E/VAC)、(甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯)共聚物(ACR)等。(5)填充劑填充劑也稱填料,其主要作用是提高PVC制品的硬度、強(qiáng)度、剛性和電絕緣性,減小成型收縮率,降低制品的成本。填充劑的種類很多,用得最多的是碳酸鈣,其次有陶土、白炭黑、硫酸鋇、紅泥等。(6)著色劑著色劑是使PVC著色的助劑,除使PVC制品具有各種色彩、增加美觀外,還可改進(jìn)制品的耐候性、耐老化性,延長制品的使用壽命。著色劑一般有染料和顏料之分。染料溶于水或有機(jī)溶劑,也能溶于PVC,色澤鮮艷,著色力強(qiáng),但耐光性、耐熱性和耐遷移性差;顏料一般不溶或難溶于有機(jī)溶劑和PVC,著色不透明,但具有優(yōu)異的耐熱性、耐光性和耐溶劑性。因此在PVC制品的加工中廣泛采用顏料作為著色劑。(7)發(fā)泡劑發(fā)泡劑是制備發(fā)泡PVC的重要助劑。發(fā)泡劑通過受熱分解釋放出氣體,使PVC制品具有微孔結(jié)構(gòu)。發(fā)泡劑可分為物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類。如果泡沫的細(xì)孔是通過發(fā)泡劑的物理形態(tài)變化實(shí)現(xiàn)的,稱為物理發(fā)泡劑。如果泡沫細(xì)孔是通過發(fā)泡劑受熱時(shí)分解所釋放出的氣體形成的,則稱為化學(xué)發(fā)泡劑?；瘜W(xué)發(fā)泡劑又有無機(jī)發(fā)泡劑和有機(jī)發(fā)泡劑之分。無機(jī)發(fā)泡劑主要有碳酸胺、碳酸氫鈉、亞硝酸鈉等。有機(jī)發(fā)泡劑主要是偶氮化合物、亞硝基化合物等。在PVC異型材生產(chǎn)中用得最多的是偶氮二甲酰胺。1.2在生產(chǎn)企業(yè)和工藝之間對配方設(shè)計(jì)的要求高塑料異型材的配方設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。配方設(shè)計(jì)的好壞對塑料異型材的性能有很大的影響,通過不同的配方設(shè)計(jì)可以生產(chǎn)適應(yīng)各種用途和性能要求的制品。所謂配方設(shè)計(jì)就是要合理確定各種助劑和樹脂的質(zhì)量比。在設(shè)計(jì)配方時(shí),需要考慮的事項(xiàng)為:(1)制品的性能、結(jié)構(gòu)、用途、使用環(huán)境條件和期望壽命;(2)各類原材料的選擇和用量,各組分之間的組合搭配,互相影響及協(xié)同效應(yīng);(3)原材料來源和成本控制,在設(shè)計(jì)配方時(shí)要結(jié)合當(dāng)?shù)氐馁Y源情況,在滿足性能要求的情況下,應(yīng)盡量降低制品成本;(4)成型加工用的設(shè)備,成型加工方法和成型工藝對配方的要求。配方設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)實(shí)踐、反復(fù)認(rèn)識的過程,它需要通過成型加工、產(chǎn)品性能檢測和使用的檢驗(yàn)。一個(gè)好的、成熟的配方有時(shí)需要幾年的時(shí)間來檢驗(yàn)和驗(yàn)證,尤其耐老化性和耐候性等指標(biāo)必須經(jīng)過長期實(shí)踐的檢驗(yàn)。硬質(zhì)塑料異型材大都要求有良好的力學(xué)性能,滿足一定的強(qiáng)度、剛度及沖擊性能要求,有良好的加工性、熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、耐老化性和耐候性。要同時(shí)滿足上述性能、用途和環(huán)境等方面的要求,不僅要注意到各種助劑本身對樹脂改性方面的影響,而且要顧及配方中各組分之間也有一定的關(guān)系,樹脂的性能指標(biāo)并非獨(dú)立變化,往往互相影響、互相制約,不能孤立地選配,應(yīng)全面考慮各方面的影響。為使異型材的拉伸強(qiáng)度和耐熱性不受影響,一般不加增塑劑,這將影響到樹脂的流動(dòng)性,為了提高塑料的流動(dòng)性,需要提高樹脂的成型溫度,而成型溫度要受樹脂分解溫度的限制。為了提高塑料異型材的耐沖擊性,添加彈性高聚物是有效的,但會引起彈性模量、剛性和耐熱性的降低,因此應(yīng)注意各助劑之間的協(xié)同效應(yīng),同時(shí)隨著塑料異型材使用地區(qū)、環(huán)境的不同及要求的不同而應(yīng)有所變化。各地原輔材料來源、品種不同,各自的用量也不相同,各自具有的生產(chǎn)條件、設(shè)備水平及模具結(jié)構(gòu)、冷卻定型方式、牽引速度等均會影響到配方的設(shè)計(jì)和調(diào)整。因此配方的設(shè)計(jì)并非是一成不變的,在實(shí)際生產(chǎn)中往往需依據(jù)設(shè)備和模具的特點(diǎn)對配方進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。1.3原料的混合和成型配料是把樹脂與各種助劑組分互相混合成為均勻體系的操作過程。混合料的制備過程主要包括樹脂與各種助劑的準(zhǔn)備和原料的稱量與混合兩方面。在塑料制品生產(chǎn)中只有少數(shù)樹脂可單獨(dú)直接使用,大部分樹脂需要與其它助劑混合均勻后方可用于成型,這就是物料的配制,簡稱配料。首先根據(jù)制品已選定的塑料配方進(jìn)行必要的原料預(yù)處理、計(jì)量及輸送等過程,然后進(jìn)行混合?；旌系哪康氖菍⒃细鹘M分相互分散以獲得均勻的物料。原料混合后的均勻程度直接影響制品的質(zhì)量。塑料異型材干混料的制備過程是將各種原料按配方要求準(zhǔn)確稱量后加入高速混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱混合,達(dá)到規(guī)定溫度和時(shí)間后放入冷混機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷卻,配制成均勻松散的粉狀混合物?；炝系暮脡闹苯佑绊懏愋筒牡奈锢砘瘜W(xué)等性能,各組分的均勻分散及被樹脂的充分吸收是保證異型材生產(chǎn)質(zhì)量的前提。異型材原料的配混是在攪拌機(jī)或混料機(jī)上完成的。制備樹脂干混料的設(shè)備主要為機(jī)械攪拌機(jī),分為低速攪拌機(jī)、高速攪拌機(jī)和管道式攪拌機(jī),目前多采用高速混合和低速混合一體的組合機(jī)組。在樹脂的配方組分確定后,高速混合機(jī)的加料量、加料順序、混合溫度和混合時(shí)間等因素是控制干混料質(zhì)量的主要因素。對干混料的質(zhì)量檢測主要包括流動(dòng)性、表觀密度、粒徑分布和熱分解等項(xiàng)目。2不同材料的擠出設(shè)備2.1擠出機(jī)的選擇異型材的擠出成型與管材的擠出成型所用的設(shè)備基本相同,均包括擠出機(jī)和輔機(jī)。擠出機(jī)的種類很多,無論單螺桿擠出機(jī)或是雙螺桿擠出機(jī)均可用于塑料異型材的生產(chǎn)。選擇擠出機(jī)時(shí)總的原則是技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保產(chǎn)品質(zhì)量。一般應(yīng)兼顧到機(jī)器的生產(chǎn)效率、擠出質(zhì)量的保證程度、能量消耗、機(jī)器的使用壽命、擠出機(jī)的通用性和專用性。有關(guān)擠出機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),在管材和板材的擠出成型中已作了介紹,這里不再重復(fù)。2.2定型工藝對異型材生產(chǎn)速度的影響輔機(jī)是擠出成型設(shè)備中不可缺少的重要組成部分。它的作用是將來自擠出機(jī)機(jī)頭連續(xù)擠出已獲得初步形狀和尺寸的高溫物料進(jìn)行定型,使其形狀及尺寸固定下來,達(dá)到一定的表面質(zhì)量,并最后成為制品。輔機(jī)主要包括定型、冷卻、牽引、切割、堆放幾個(gè)組成部分。塑料熔體經(jīng)過輔機(jī)時(shí)要經(jīng)歷物態(tài)的變化,分子要取向,要發(fā)生形狀和尺寸的變化。這些變化是在輔機(jī)提供的成型條件、溫度條件、牽引力、牽引速度,以及各種動(dòng)作條件下完成的。這些條件提供的好壞及它們之間配合得好壞,對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有很大影響。例如冷卻不足,不僅生產(chǎn)效率不高,而且也會影響產(chǎn)品質(zhì)量;而溫度控制不當(dāng),又會影響結(jié)晶過程和分子取向,使制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、翹曲變形、表面不光滑、波紋等缺陷。定型裝置設(shè)計(jì)得不合理,就難以得到所希望的幾何形狀和尺寸精度;牽引速度和牽引力也是對制品性能產(chǎn)生影響的重要因素。為保證異型材精確的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量,從機(jī)頭口模擠出的熔融型坯離開口模后,必須立即進(jìn)行冷卻和定型,以保證型材外觀、尺寸精度及表面質(zhì)量。冷卻定型裝置不僅決定制品的尺寸精度,而且也影響生產(chǎn)速度。按照制品的種類、形狀、要求精度和成型速度等,定型方法一般有下列6種:(1)多板式定型多板式定型是最簡單的一種定型方法,適合于形狀對稱的帶狀型材和沒有加強(qiáng)筋的中空異型材。把數(shù)塊具有所需形狀開孔的定型板隔開一定的距離排列在水槽中,每塊板的進(jìn)口處加工成圓角,使型材制品連續(xù)通過截面依次減小的各定型板,逐步進(jìn)行冷卻定型。(2)滑移定型滑移定型是用于成型敞口異型材的主要定型方法,將從異型口模擠出的熔融狀型坯通過定型模后,冷卻固化并賦予一定形狀?；贫ㄐ头止潭ㄊ胶蜕炜s式兩種,前者采用具有固定模槽的定型模,后者采用具有可以自動(dòng)變更模槽大小的定型模。伸縮式滑移定型又分為自重式滑移定型、彈簧式滑移定型兩種。(3)空氣加壓定型空氣加壓定型也叫內(nèi)壓定型,廣泛用于成型管材和異型管材。這種定型模直接與機(jī)頭連接,使從口模擠出的管材外壁與定型套內(nèi)壁接觸冷卻,并決定管材的外徑或形狀。為使熔體與定型模表面接觸,需將壓縮空氣送入管內(nèi),從內(nèi)部加壓。(4)內(nèi)面定型內(nèi)面定型也稱為內(nèi)部模芯定型,這是一種對中空異型材制品內(nèi)徑進(jìn)行定型的方法。在擠出機(jī)模具的芯模部分突出一個(gè)芯棒作為定型模,芯棒部分可以通冷卻水。(5)輥筒定型輥筒定型是異型材成型的一種變形,主要用于制造PVC橫向波紋板和空心復(fù)合板。從擠出機(jī)機(jī)頭擠出的片材在熔融狀態(tài)下通過冷卻的波紋型輥筒輥壓,得到所需形狀的橫向波紋板。成型空心復(fù)合板要復(fù)雜一些,在擠出橫向波紋板的同時(shí),需通過另外2臺擠出機(jī)在波紋板的兩個(gè)表面擠出薄片,再通過平輥使三層板(片)粘合在一起。(6)真空定型真空定型是以間接水冷的定型模使來自機(jī)頭口模的擠出高溫熔融異型材冷卻成型。真空定型又分為真空干式定型、真空濕式定型及真空干濕混合定型三種。真空定型大大抑制了制品易發(fā)生的內(nèi)應(yīng)力和變形,可防止成型后制品發(fā)生翹曲、彎曲和收縮現(xiàn)象,并有利于提高制品的沖擊強(qiáng)度。因此真空定型方法被廣泛用于成型復(fù)雜的中空異型材。3多方筋壁厚和流道設(shè)計(jì)生產(chǎn)塑料異型材成功與否,首先取決于所加工制品斷面結(jié)構(gòu)的合理性。制品的斷面設(shè)計(jì)在異型材的生產(chǎn)中非常重要。異型材制品在滿足使用的性能要求和形狀要求的基礎(chǔ)上,其斷面形狀應(yīng)盡量簡單,壁厚應(yīng)盡量均勻。制品斷面形狀復(fù)雜勢必給機(jī)頭設(shè)計(jì)和冷卻定型帶來很大困難。異型材制品的壁厚要盡量相等,形狀力求對稱。因?yàn)檫@樣可使物料在機(jī)頭內(nèi)流動(dòng)均衡,壓力趨于平衡,冷卻也均勻,擠出成型性好,這是設(shè)計(jì)異型材制品斷面首要的一點(diǎn)。其次,中空異型材內(nèi)部要盡量減少和避免設(shè)置筋和凸起部分,以免由于內(nèi)筋和凸臺冷卻困難造成內(nèi)外冷卻不均,引起變形。在必須設(shè)置內(nèi)筋和凸起部分時(shí),內(nèi)筋的壁厚要設(shè)計(jì)成外壁厚度的60%～80%,凸起的高度盡量小于外壁厚度。再次,為了避免在成型過程中造成應(yīng)力集中,在轉(zhuǎn)角處應(yīng)以半徑不小于0.4mm的圓角進(jìn)行過渡。此外,應(yīng)注意的地方還有制品的中空部分不能太小,以免由于芯棒強(qiáng)度不夠而發(fā)生變形;對于壁厚不均或外部有筋的異型材截面應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成對稱形狀,以保證產(chǎn)生的應(yīng)力對稱平衡,減少截面收縮翹曲。異型材制品斷面設(shè)計(jì)得合理與成功能為異型材模具的設(shè)計(jì)、加工打下很好的基礎(chǔ),同時(shí)也可降低后續(xù)擠出生產(chǎn)中的難度,因此要給予充分的重視。機(jī)頭和模具是擠出過程中的成型部件,它主要由機(jī)頸座、分流錐、支撐板、芯模、口模和調(diào)節(jié)螺絲等組成。機(jī)頭的主要作用是使熔融物料由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生需要的成型壓力,保證制品密實(shí);使物料通過機(jī)頭得到進(jìn)一步塑化,通過機(jī)頭成型所需的斷面形狀和尺寸的制品。異型材機(jī)頭結(jié)構(gòu)可分為板式機(jī)頭和流線型機(jī)頭兩種:①板式機(jī)頭。它由機(jī)頸座與口模板組成,當(dāng)更換口模板時(shí)即可得到不同形狀的制品。這類機(jī)頭擠出成型異型材時(shí),塑料熔體在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)較差。②流線型機(jī)頭。流線型機(jī)頭的流道表面呈光滑的流線型曲面。根據(jù)加工制造機(jī)頭的方法不同,流線型機(jī)頭結(jié)構(gòu)可分為整體式流線型和分段式流線型兩種:前者中的流線型流道設(shè)在一個(gè)整體式的機(jī)頭內(nèi),其流道逐步由圓形轉(zhuǎn)變成所要求的形狀,這種機(jī)頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造麻煩,加工精度要求高;后者是將機(jī)頭體分段以后,利用逐段局部加工和拼裝方法組合而成,減少了整體加工的困難,降低了成本。在高速擠出生產(chǎn)時(shí),多采用流道漸變的多段組合式流線型機(jī)頭。異型材機(jī)頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于流道設(shè)計(jì),由于異型材的形狀結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜,配合尺寸和精度要求較高,因此在進(jìn)行機(jī)頭流道設(shè)計(jì)時(shí),要依據(jù)流變學(xué)原理,結(jié)合制品截面特點(diǎn)、設(shè)備狀況及樹脂的加工性能合理確定流道尺寸、結(jié)構(gòu)及口模的形狀。異型材機(jī)頭的流道一般分為進(jìn)料段、壓縮段和成型段三部分。4擠出成型溫度的影響擠出成型主要是利用螺桿旋轉(zhuǎn)加壓方式,連續(xù)地將塑化好的成型物料從擠出機(jī)的機(jī)筒中擠入機(jī)頭,熔融物料通過機(jī)頭口模成型為與口模形狀相仿的型坯,用牽引裝置將成型制品連續(xù)地從模具中拉出,同時(shí)進(jìn)行冷卻定型,制得所需形狀的制品。擠出成型主要包括加料、塑化、成型、定型等過程。要獲得外觀和內(nèi)在質(zhì)量均優(yōu)良的異型材制品,是與原材料配方、擠出設(shè)備水平、機(jī)頭模具設(shè)計(jì)與加工精度、型材斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及擠出成型工藝條件等分不開的。擠出成型工藝參數(shù)的控制包括成型溫度、擠出機(jī)工作壓力、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出速度、牽引速度、排氣、加料速度及冷卻定型等。擠出工藝條件又隨擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)、塑料品種、制品類型、產(chǎn)品的質(zhì)量要求等的不同而改變。(1)溫度控制擠出成型溫度是促使成型物料塑化和熔體流動(dòng)的必要條件,它對擠出成型過程中物料塑化、異型材制品的質(zhì)量和產(chǎn)量均有十分重要的影響。通常擠出機(jī)的溫度控制為由機(jī)身的加料段到擠出段溫度逐漸升高,物料從固態(tài)粉料或粒料逐漸被融化、到達(dá)機(jī)頭的溫度一般控制在流動(dòng)溫度和分解溫度之間,口模溫度比機(jī)頭溫度略高。各段溫度要根據(jù)擠出機(jī)的特點(diǎn)、物料配方的加工特性及制品的質(zhì)量要求來確定。擠出成型的溫度一般指塑料熔體的溫度,該溫度在很大程度上取決于機(jī)筒和螺桿溫度,實(shí)際生產(chǎn)中為測量和控制方便,常用機(jī)筒溫度來近似熔體溫度,利用熱電偶來測量控制。單螺桿擠出機(jī)的機(jī)身溫度一般依照加料段、壓縮段、均化段的順序逐段上升。在用雙螺桿擠出機(jī)擠出時(shí),加料段的溫度應(yīng)高于樹脂的熔融溫度,加料段、壓縮段和均化段的溫度分布一般呈U型曲線。機(jī)頭溫度對擠出成型的影響很大。機(jī)頭溫度必須控制在塑料熱分解溫度以下。為獲得良好的異型材外觀和力學(xué)性能,減小熔體出口膨脹,一般機(jī)頭設(shè)定溫度高于機(jī)身溫度。模具溫度過高或過低對制品的質(zhì)量有很大影響。通?？谀Ｌ幍臏囟缺葯C(jī)頭溫度稍低。如果口模和芯模的溫度相差過大,會使擠出制品出現(xiàn)扭曲變形。(2)壓力與真空度控制塑料在成型過程中需要一定的壓力來克服其流動(dòng)的阻力和自身的粘性摩擦。擠出壓力是保證物料塑化質(zhì)量,得到均勻密實(shí)、質(zhì)量合格制品的必要條件。擠出及工作壓力由螺桿、口模特性及熔融物料的流動(dòng)性決定。真空定型是在異型材的擠出過程中,被擠出口模的熔融物料直接進(jìn)入真空定型模,借助真空負(fù)壓作用,物料被緊緊吸附在定型模的模壁上,經(jīng)真空定型模內(nèi)的冷卻水冷卻固化,真空度控制恰當(dāng)與否將直接影響制品質(zhì)量,若真空度太低,對型坯的吸附力不足,制品難以達(dá)到預(yù)定形狀,外觀質(zhì)量和尺寸精度較差;真空度太高,阻力加大,會導(dǎo)致口模與真空定型模入口之間積料,嚴(yán)重時(shí)甚至拉斷型材。(3)冷卻擠出塑料異型材過程中,高溫?cái)D出口模的型坯需要得到及時(shí)的冷卻。只有采用合適的冷卻方式和恰當(dāng)?shù)睦鋮s水溫進(jìn)行冷卻才能得到理想的制品。若冷卻不及時(shí),制品易發(fā)生變形;而冷卻速度過快,型材內(nèi)部易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,并影響外觀質(zhì)量,造成型材物理力學(xué)性能降低。(4)螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速是控制擠出速率、產(chǎn)量和制品質(zhì)量的重要工藝參數(shù)。若提高螺桿轉(zhuǎn)速和剪切速率,熔體表觀粘度則下降,有利于物料均化,可以適當(dāng)提高制品的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能;但螺桿轉(zhuǎn)速過高,離模膨脹加大,物料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間過短,也會影響制品的質(zhì)量。(5)牽引速度牽引速度直接影響制品壁厚、尺寸公差、性能及外觀。因此要求牽引速度必須穩(wěn)定,牽引速度與型材擠出速度相匹配,正常生產(chǎn)時(shí)牽引速度要稍快于擠出速度,以克服制品的離模膨脹。5其他異型材料的擠出5.1結(jié)皮發(fā)泡技術(shù)低發(fā)泡異型材是通過擠出成型制得的具有均勻微孔發(fā)泡結(jié)構(gòu)的新型材料。其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、隔熱隔音效果好,并有木材的可釘、可鋸、可粘、可刨等特點(diǎn),有“合成木材”之稱。低發(fā)泡擠出成型可分為自由發(fā)泡、結(jié)皮發(fā)泡和復(fù)合共擠出發(fā)泡3種。自由發(fā)泡是指熔體一離開口模就自由膨脹,經(jīng)過一小段空間后再進(jìn)入定型裝置,通過發(fā)泡擠出、冷卻定型后制成表面硬度適中、平滑而截面形成微小泡孔的微發(fā)泡制品。結(jié)皮發(fā)泡技術(shù)又叫控制發(fā)泡,熔體一離開口模就受到強(qiáng)制冷卻,使泡沫材料的表面受到強(qiáng)烈冷卻,迫使發(fā)泡只能在芯部進(jìn)行,材料截面不再增大,表層形成硬皮,芯層形成泡孔。目前采用這種成型方法較多。復(fù)合共擠出發(fā)泡技術(shù)是在結(jié)皮發(fā)泡擠出的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,主要先將塑料和其它輔料混合,再加入適量的發(fā)泡劑制成復(fù)合發(fā)泡型材,從而給塑料異型材賦予不同的質(zhì)感和色彩,具有和木材一樣的加工性能和施工性能,同時(shí)又具備防水耐蝕、不易彎曲變形等特點(diǎn)。發(fā)泡擠出是在塑料中加入發(fā)泡劑或發(fā)泡助劑(通常采用偶氮二甲酰胺和碳酸氫鈉),混合均勻后,在機(jī)筒內(nèi)被加熱,當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)即釋放出氣體,從而起到發(fā)泡作用。低發(fā)泡異型材在單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)上均可擠出,但