型材生产工艺知识.doc

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型材生产工艺知识
以物料为主线，对其在各个环节的存在形态，简单描述下整个型材生产的过程。
一、 生产工艺流程

二、 PVC挤出成型的加工特点
PVC是一种高分子热塑性材料。具有高强度、耐腐蚀、耐磨、绝缘性好，价格低廉等有点，在塑料、建材行业的到了广泛应用。缺点是加工过程中容易出现热降解，导致产品颜色加深，性能下降。
塑料成型从玻璃态到高弹态再到粘流态的转变是通过挤出机分区分部加热、剪切挤压来实现的。
所谓分区加热，即挤出机料筒分1区、2区、3区、4区、合流芯五个区加热。
所谓分部加热，即按料筒、螺杆芯部、模头三部加热；剪切挤压大小是通过挤出机螺杆的转速以及喂料转速来实现的。
所谓热塑性材料，即受热时变软，甚至成为具有一定流动性的粘稠物质，此时具有可塑性，可塑制成一定形状的制品，冷却后硬化定型，可反复加工的性能。具有这种性质的塑料称为热塑性材料。

三、 配方组成
1、聚氯乙烯树脂(PVC，SG-5)
2、复合铅盐稳定剂（Co-Pb）若生产无毒型材，采用Ca-Zn稳定剂，呈粉状或粒状）
3、氯化聚乙烯(CPE)
4、聚丙烯酸脂类(ACR)改性剂
5、金红石型二氧化钛(TiO2)
6、填料(CaCO3)
7、白色型材的色母料(SML)
8、其他（彩色型材ASA、红色母料等）

四、 各原料基本属性和作用
1、 PVC
PVC是由氯乙烯树脂通过加聚反应得到的合成树脂。我们公司选用悬浮法疏松型树脂，聚合度在1000左右的SG-5型树脂，是型材型材产品的主体基材。
聚氯乙烯树脂(PVC)的在异型材加工温度为170~200℃，但未经稳定化处理的聚氯乙烯树脂在加热到140℃时，就明显的出现分解现象，产生氯化氢，到170℃时就会大量分解，分解温度比加工温度还要低，这是聚氯乙烯树脂(PVC)加工中的难题（根据PVC分解程度，外观颜色由白色—淡黄色---黄色—橘黄色—橘红色—棕色—黑色，颜色越深，分解越严重。）
2、 稳定剂
热稳定剂的主要功能是防止高分子材料在加工或使用过程中，因受热而发生降解，以便顺利地成型加工，防止制品性能劣化。为了顺利地成型聚氯乙烯制品，热稳定剂是配料中不可缺少的。铅盐稳定剂的作用原理主要是通过捕捉PVC合成残留或热分解产生的HCL，防止HCL的催化降解作用来实现。主要有效成份为三盐基硫酸铅、二盐基亚硫酸铅
我们公司目前主要采用复合铅盐(Co-Pb)稳定剂，这种稳定剂具有稳定性好，耐候性优良，价廉的特点，但透明度差，分散性差，同时因含有铅而对人体有一定的毒性，且易受硫污染。
3、 CPE——抗冲改性剂
氯化聚乙烯(CPE)是在聚乙烯（HDPR)适当条件下氯化而成的，能明显的改善硬PVC的脆性和缺口敏感性，提高制品的抗冲击性能。其中含氯量在33％～37％的CPE具有较好的加工性、分散性、抗冲击性，在PVC行业中应用广泛。 主要作用原理是在加工分散在基材中后，形成交联网状结构，增加抗冲性能。
4、 ACR——加工助剂
用以改善硬PVC的加工性能，促进PVC的塑化速度，提高熔体结构的均匀性，又不使加工温度过高，并能保持力学强度和抗冲击性能，耐老化性，提高表面的美观性能。
5、 CaCO3——无机填料
型材制品中添加的填料(CaCO3)，主要作用是提高制品的热稳定性能和耐候性能，提高制品的硬度和耐磨性能，提高制品的抗形变能力，降低制品的成型收缩率和挤出涨大效应，同时降低成本，型材生产中所用的CaCO3属于活性的CaCO3，能减轻填料的聚集与附聚。
6、 Tio2——紫外光吸收剂，增白剂
塑料在户外使用时，受到太阳辐射和大气环境的影响而发生老化，而大气老化中，“光氧老化”是主要的因素，在塑料中添加光稳定剂，其目的就在于抑制光氧老化，延长制品的户外使用寿命。我公司二氧化钛(TiO2)，金红石型，是一种光稳定剂，着色力与遮盖力是最好的，几乎完全吸收对塑料最具破坏作用的紫外光，反射可见光，用于白色型材制品。
7、 SML——色泽控制
公司白色型材的标准色定为微青白色。加入色母料(SML)的作用是使白色型材的外观达到微青白色的要求。色母料(SML)中，群青、荧光增白剂起调色作用。
但群青、荧光增白剂因其用量极少，直接加入，不易在树脂中得到均匀的分散，所以应采用与树脂、稳定剂一起经混料机混合单独配制做成色母料，再按配比要求称量，共混均匀分散到树脂之中。
五、 混料流程
1、 混料目的
热混的目的是将物料中各组分的颗粒在桨叶的作用下充分碰撞、接触、摩擦, 使各个组分颗粒达到最大程度的分布, 从而使物料升温, 达到预塑化。PVC - U 粉料在双螺杆挤出机内通常经历压实、均化、PVC 粒子熔融或凝胶化、向前推进至挤出机头模具的历程。实际上除了最后一步外,在高速混合机中对其中的每一步工序都可预先完成至一定程度。
2、 混料流程

3、 热混工艺
高速热混合机主体部分是一个密封的不锈钢制成圆筒式容器，夹套可用蒸汽或电加热并设有温度测量和时间控制装置，容器底部有两片高速旋转的搅拌浆。物料由下叶搅拌桨使之沿壁急剧散开，而向中叶搅拌桨中心部位下落，形成旋涡状运动，以达到迅速混合均匀，刮料板也称折流板是为便于物料均匀分散而设的，可作角度和上下调节。在高速搅拌下，物料因内磨擦和搅拌浆、容器壁磨擦所产生的热量，以及夹套中加热所传入的热量，致使熔融态的助剂能很快地渗入PVC树脂，形成半凝胶化的干混料。一般高速热混合终点温度为115℃，时间约需9~11min，物料到达设定的温度，完成高速混料后立即通过排料管道卸入低速冷混合机中。
PVC 物料高速热混合的过程即是树脂均匀化、致密化及部分凝胶化的过程。PVC 物料凝胶化虽不是混料的主要目的,但在混料过程中,已有部分PVC 粒子出现凝胶。有较大表面积的较小粒子易受到较大的摩擦,达到凝胶化状态,呈现出类似于透明状。而在较高温度下, 较大的PVC 粒子逐渐凝胶,同时,小颗粒逐渐熔融,聚集在一起,变成较大的颗粒,这就是常见的均一性和干流性较好的干混粉料。热混中物料各组分的变化过程为：
颗粒细化→重新结合→粒径增大→部分凝胶化（预塑化）→分散均匀的物料。
4、 冷混工艺
将混合料在低速冷混合，用设备外壁通冷却水低速搅拌冷却，迅速将物料冷却降温至45℃以下，以免物料变色、结块。当混合物冷却降温至45℃以下后，将物料装入袋中。
冷混主要目的在于将热混后的熟料充分冷却，避免物料抱团，以及受热降解变红。将冷混机中的热掺混粉料迅速冷却是十分必要的,可避免影响PVC 树脂的热稳定性,也有助于得到流动性较好的粉料。混好的干混料最好在室温下存放8h以上, 以利于物料进一步熟化, 并消除混料过程中产生的静电, 提高干混料的流动性, 有利于挤出工艺的实施。实践证明, 冷混放料温度过高, 不利于挤出工艺的实施, 也不利于操作出料不稳, 会影响异型材的产品质量。
5、混料中常见问题的原因以及处理
异常现象之一：下料困难、下料不稳。
物料方面的原因可能有：
原因1、粉料潮湿。措施：干燥物料，勿使干混料受潮。
原因2、粒料架桥。措施：筛除异型粒料，减少水份。
原因3、稳定剂不融解。措施：调整混料热混工艺。
原因4、加料口或加料螺杆阻塞。措施：清理料斗或加料螺杆。
原因5、干混料密度波动。措施：稳定热混工艺条件。
异常现象之二：制品表面光洁度差。
可能存在的物料方面的原因：塑化不良。
措施：调整配方，增加ACR和减少填料用量。
异常现象之三：制品有气泡。
原因1： 物料水份过高。措施： 干燥物料。
原因2：稳定剂用量不足。措施：调整稳定剂。
异常现象之四：制品有分解线。
原因1、物料在机头内分解。措施：降低机头温度或清理机头
原因2、稳定剂或润滑剂不足。措施：补充助剂
异常现象之五：制品强度偏低。
原因1、树脂型号或质量不适。措施： 检查树脂的粘度，更换树脂。
原因2、改性剂型号或用量不适。措施：调整改性剂品种或用量。
异常现象之六：型材边缘有毛刺。
物料方面可能存在的原因： 配方不合理。
措施：适当增加润滑剂，减少填料。
六、 挤出流程
1、 挤出流程

2、 塑化
挤出机的主要部件是螺杆和料筒，当初混物料投入料斗后，物料即被旋转的螺杆卷入料筒，一方面受筒壁的加热而逐渐升温熔融，另一方面则绕着螺杆前移，由螺杆拖曳所产生的正流流速在物料前进纵截面上的各点是不等的（其中以贴近螺杆的为最大，而以靠近筒壁的为最小），所以有一定剪切作用的发生，挤出机内物料的塑炼就是在受热与受剪切的作用下完成的
3、 过程控制
通过给料螺杆定量将物料送入主机料筒加料口，稳定的加料速度是保证生产稳定的前提。物料进入加料口后，受到外部加热、剪切以及内摩擦的作用开始熔融塑化。调节适当的给料以及主机转速，控制物料挤出过程中挤出速率，观察融体压力、主机电流的变化，以及物料流经真空观察口的塑化程度，适当调节加工温度使得物料在真空孔出处于部分结块的状态。物料充分塑化后，物料经过磨具口模，分割成产品的型胚。当型胚延展性较好时，将其牵入定型模冷却成型。
七、 挤出工艺控制
1、 工艺控制原则
对于不同的生产线，不同的生产配方，乃至不同的原料厂家对于加工工艺的要求都是不经相同的，都有相应的特殊要求，所以工艺控制的原则就是寻找最适合的加工工艺，以保证生产稳定，产品性能稳定。
2、 Pvc塑化能量的来源
PVC在进入料筒加料口后，也就是进入料筒一区后，物料比较松散，在往前输送的过程是一个压实的过程，此阶段的塑化能量要靠外来热量，也就是加热圈加热，这一般温度设定要高一些；进入2区后，能量主要来自外部加热和部分螺杆剪切热，这里温度设定要比1区低一点；进入3区后，塑化的能量主要来自螺杆剪切热和部分外来热量，这里温度设定比2区低一点；物料进入4区后，能量主要来自螺杆剪切热和部分外来热量，这里温度设定比3区低一点。这种 基本的温度设置可以满足PVC塑化的需要，保证塑化质量，从而保证异型材的力学性能。
3、 工艺曲线的设置
由于在挤出机机筒中的塑化过程中, 在机筒各个加热区所需热量是不一样的，温控曲线为马鞍型，即机筒一区温度依次降低, 然后开始逐渐升高的曲线较适应这种不良导热体的塑化历程。平缓的温控曲线较好, 温控曲线忽上忽下对异型材塑化不利,温控曲线调整应从挤出工艺温控系统来综合考虑, 符合挤出工艺温控曲线走势最好。
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