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【塑胶管道 生产工艺】PVC-U塑料管材发 脆的原因分析

发布者:重庆百联塑 胶有限公司 发布时间: 2016/1/14 10:10:52 阅读:次 【字体:

本文分别从 配方、混料工艺、挤出工艺、和其他外界因素对造成PVC-U塑料管材发 脆的原因进行了论述 、分析。

一直以来塑 料发脆是困扰一些企业正常运营的因素,管材发脆无论从截面外观上还是安装认同程度上都或多或少的影响着这些管材企业的市场份额和用户信誉,管材发脆基本上在制品的物理、力学性能上得到充分体现。

其主要性征 为:下料时崩口、冷冲破裂。

造成管材制 品物理、力学性能差的原因有很多,主要表现为以下几种:

1、 配方及混料 工艺不合理

(1)填料过多。

针对目前市 场上型材价格低,而原材料价格上涨的格局,管材厂家都是在降低成本上作文章,正规的管材厂家通过配方的优化组合,是在不降低质量的前提下,降低了成本;有些厂家却 在降低成本的同时也降低了制品质量。

由于配方组 份的原因,最直接有效的办法是增加填料,在PVC-U塑料管材中 常用的填料为碳酸钙。在以前的配方体系中多数是填加重钙,其目的是增加刚性和降低成本,但重钙由于本身粒子形状不规则而且粒径比较粗与PVC树脂本体的 相溶性差,所以其添加份数很低,而且份数增大时会对管材的色泽和表观造成影响。

现在随着技 术的发展,大多采用超细轻质活化碳酸钙、甚至是纳米级碳酸钙、其不仅起到增加刚性和填充的作用,而且还具有改性的作用,但是其填加量并不是无限度的,其比例应该加以控制。

现在有些厂 家为了降低成本将碳酸钙加到20-50质量份,这 大大降低了型材的物理力学性能,造成管材发脆现象。

(2)抗冲击改性 剂添加种类、数量。

抗冲击改性 剂是在应力作用下,能够提高聚氯乙烯破裂总能量的一种高分子聚合物。目前硬质聚氯乙烯的抗冲击改性剂的主要品种有CPE、ACR、MBS、ABS、EVA等,其中CPE、EVA、ACR改性剂的分 子结构中不含双键,耐候性能好,适宜做户外建筑材料,它们与PVC共混,能有 效的提高硬聚氯乙烯的抗冲击性能、加工性、耐候性。在PVC/CPE共混体系中 ,其冲击强度随CPE的用量增加 而增加,呈S形曲线。

PVC-U塑料管材

(3)稳定剂过多 或过少。

稳定剂的作 用是抑制降解,或与释放出的氯化氢反应以及防止聚氯乙烯加工时变色。稳定剂根据种类不同用量也不同,但总的一点来说,用量过多会推迟物料的塑化时间从而使物料出口模时还欠塑化,其配方体系中各分子之间没有完全溶合 ,造成其分子间结构不牢固。而用量过少时会造成配方体系中相对低分子物降解或分解(也可以说成 过塑化),对各组份 分子间结构的稳固性造成破坏。因此稳定剂用量多少也会对管材的抗冲击强度造成影响,过多或过少都会造成管材强度降低引起管材发脆现象。

(4)外润滑剂用 量过多。

外润滑剂与 树脂相溶性较低,能够促进树脂粒子间的滑动,从而减少摩擦热量并推迟熔化过程,润滑剂的这种作用在加工过程早期(也就是在外 部加热作用和内部产生的摩擦热使树脂完全熔化和熔体中树脂失去识别特征之前)是最大的。 外润滑剂又分前期润滑和后期润滑、润滑过度的物料在各种条件下都表现为较差的外形,如果润滑剂用量不妥,可能造成流痕,产量低,浑浊,冲击性差,表面粗糙、粘连,塑化差等。特别是用量过多时,就会造成型材的密实度 差、塑化差,而导致冲击性能差,引起管材发脆。

(5)热混加料顺 序、温度设值以及熟化时间对型材的性能也有决定性的因素。

PVC-U配方的组分 很多,所选择加料顺序应有利于发挥每种助剂的作用,并有利于提高分散速度,而避免其不良的协同效应,助剂的加料顺序应有助于提高助剂的相辅相成效果,克服相克相消的作用,使应在PVC树脂中分散 的助剂,充分进入PVC树脂内部。

典型的铅盐 稳定体系配方加料顺序如下:

a. 低速运转时 ,将PVC树脂加到热 混锅中;

b. 在60℃时,高速 运转下加入稳定剂及皂类;

c. 在80℃左右,高 速运转下加入内润滑剂、颜料、抗冲击改性剂、加工助剂;

d. 在100℃左右,高 转速下加入蜡类等外润滑剂;

e. 在110℃,高速运 转下加入填料;

f. 在110℃-120℃低转速下 排出物料至冷混桶中进行降温;

g. 冷混至料温 降至40℃左右时, 卸料。上面加料顺序较为合理,但在实际生产过种中,根据自身的设备及各种条件也有所不同,多数厂家除树脂外,其他助剂一同加入。还有的是轻质活化碳酸钙同主料一起加入等等。

这就要求企 业技术人员根据本企业的特点制定出适合自己的加工工艺及投料顺序。

一般热混温 度在120℃左右,温 度太低时物料达不到凝胶化和混料均匀,高于此温度部分物料可能会分解挥发,而且干混粉料发黄。

混料时间一 般在7-10min物料才能达 到密实、均化、部分凝胶化。而冷混一般在40℃以下,而 且要求冷却时间要短,如温度大于40℃且冷却速 度又慢,则制备的干混料会相对常规密实度差。

干混料的熟 化时间一般在24小时,大于 这个时间物料易吸收水份或结块,小于这个时间物料各分子间的结构还不太稳定,造成挤出时管材外形尺寸和壁厚波动较大。以上环节如不加强控制都会对管材制品的质量造成影响,个别情况便会表现为管材发脆。

2. 挤出工艺不 合理

(1)物料塑化过 度或不足。

这与工艺温 度设定和喂料比例有关,温度设定过高会造成物料过塑化,其组分中部分分子量较低的成份会分解、挥发;温度过低其 组份中各分子间没有完全熔合,分子结构不牢固。而喂料比例太大造成物料受热面积和剪切增大,压力增大,易引起过塑化;喂料比例太 小造成物料受热面积和剪切减小,会造成欠塑化。无论是过塑化还是欠塑化都会造成管材切割崩口现象。

(2)机头压力不 足。

一方面与模 具设计有关(这在下面单 独描述)另一方面是 与加料比例和温度设定有关,压力不足时,物料的密实度就差,就会造成组织疏松出现管材料脆现象,这时应调整计量加料转速和挤出螺杆转速使机头压力控制在25Mpa-35Mpa之间。

(3)制品中的低 分子成份未排出。

制品中的低 分子成分产生一般有两个途径,一是在热混时产生,这在热混时通过抽湿和排气系统可以排出。二是部分残存的和挤出受热受压时产生的水份和氯化氢气体。这一般通过主机排气段的强制排气系统来强制排出,真空度一般在-0.05Mpa—-0.08Mpa之间,不开 或过低,都会在制品中残存低分子成份,造成管材力学性能下降。

(4)螺杆转矩太 低。

螺杆的转矩 是反应机械在受力状态下的数值,工艺温度设值的高低,喂料比例的多少都直接在螺杆转矩值上得到体现,螺杆转矩太低从某种程度上反应出温度偏低或喂料比例小,这样物料在挤出程度中同样得不到充分塑化,也就会降低管材 的力学性能。根据不同的挤出设备和模具,螺杆转矩一般掌握在60%-85%之间就能满 足要求。

(5)牵引速度与 挤出速度不匹配。

牵引速度太 快会造成管材壁薄力学性能下降,而牵引速度太慢,管材受到的阻力大,制品处于高拉伸状态,也会对管材的力学性能造成影响。

3.模具设计不 合理

(1)口模截面设 计不合理。

尤其是内筋 的分布和交界面角度的处理。这样会造成应力集中现象存在。需要改进设计和消除交界面处的直角和锐角。

(2)模头压力不 足。

模头处压力 大小是直接受模具的压缩比,特别是模具平直段的长度来决定的。模头的压缩比太小或平直段太短都会造成制品不致密,影响物理性能。模头压力的改变一方面可以通过改变模头平直段长度来调整流料阻力;另一方面在 模具设计阶段可选择不同的压缩比来改变挤出压力,但必须注意机头压缩比要与挤出机螺杆的压缩比相适应;还可以通过 改变配方,调整挤出工艺参数,增加多孔板来改变熔体压力的大小。

(3)对于因分流 筋汇合不良造成的性能下降应适当增加筋与外表面、筋与筋汇流处的长度,或者增大压缩比来解决。

(4)口模出料不 均匀。

造成管材壁 厚薄不一致,或者密实度不一致。这也就造成了管材两个面之间的力学性能上的差别,我们在实验时有时冷冲一面合格一面不合格,也恰恰证明了这一点。至于壁薄等非标管材这里就不再多说。

(5)定型模的冷 却速率。

冷却水温往 往没有引起足够的重视,冷却水的作用是将管材拉伸的大分子链及时冷却定型,达到使用目的。缓慢的冷却可以使分子链有足够的时间舒展,有利于定型。而急速冷却,水温与挤出管坯的温差太大,制品受骤冷不利于制品低温性 能的提高。

PVC-U塑料管材发
脆

从高分子物 理学解释,PVC大分子链在 温度、外力的作用下,发生卷曲、拉伸过程,当温度、外力撤出后,大分子链没有及时恢复自由状态而处于玻璃态,大分子链杂乱无序排列,造成宏观上制品低温冲击性能低。从塑料加工工艺学解释PVC管材在挤出 后,制品撤去温度、外力后有应力松弛过程。

适宜的冷却 水温有利于这个过程。冷却水温过低,制品中的应力没有来得及消除,造成制品性能下降。所以管材冷却采用缓冷方式,并可防止成型后的制品翘曲,弯曲和收缩现象,可以防止由于内应力作用而使制品冲击强度降低。一般水温 控制在20℃。

为了使型坯 柔和地冷却而不致骤冷,将连接冷却定型套的水管接在定型的后部,让水在定型套中流动方向与型坯运动方向相反而从定型套前排出。

这样也不致 于造成因水温过低造成型坯骤冷、产生过大内应力,使管材脆化,型材的抗冲击性能下降。加或减少填料,而增加填料又直接影响其柔性指标。

填料过多, 管材便会出现冷冲不达标。填料过少,管材便会出现尺寸变化率大。相同的是增加或减小柔性指标,必然要增加或减小抗冲改性剂或加工助剂,而增加或减小加工助剂又直接影响其刚性指标。

加工助剂过 多,则管材刚性指标下降;加工助剂过 少,则型材刚性指标上升,在配方中这两者是一个既矛盾又统一的相互制约的因素,但不能说要提高刚性指标却又要保持柔性指标便可以在增加填料的同时又无原则增加加工助剂,这是不合理的。所以在配方体系中要确定一个最 佳结合点,以达到其刚性和柔性的平衡。

4.挤出工艺对 管材刚性和柔性指标的影响。

挤出温度设 定的高低是影响物料塑化程度的因素之一,物料过塑化物料中的低分子聚合物分解,挥发,造成分子间结构变化会增大刚性指标和降低柔性指标。

物料塑化不 足,物料中各组分的分子之间还没有充分溶合会降低刚性指标,同时柔性指标得不到充分展现。螺杆转矩和挤出压力与型材的刚性指标成正比,随转矩和压力升高而增加。柔性指标则与其成反比,随转矩和压力的升高而降低。

需要补充的 是,在刚开机挤出时偶然会发现个别型材没有崩口现象,但却发现其内筋已有轻微气泡,这又是一个新问题。

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