彩色共擠型材生產工藝的設置及常見異常的處理
前言
PVC塑料異型材從上個世紀八十年代真正進入中國市場,至今已有二十多年的發展歷史。隨著人們生活水平的提高,zui初從更多地側重于產品的使用功能,慢慢增加了對產品多樣化、個性化的追求,從而彩色型材應運而生。彩色型材的生產分整體著色、覆膜、燙印、噴涂、共擠等方式。其中,尤以彩色共擠型材更有應用上的優勢。
彩色共擠生產工藝在歐洲已經相當成熟了,而在中國尚處于起步階段,不過發展態勢非常可觀。現在國內有一定規模的型材生產廠家都陸續購置了彩色共擠生產線;同時,市場對這類彩色產品的需求也呈幾何數量級的增長。
目前,生產彩色共擠型材用的共擠料一般有三種:PMMA/PVC體系、ASA/PVC體系、PVC/PVC體系。三者的區別:①PMMA/PVC具有優良的耐候性,表面光亮度好,但是抗沖擊性不理想;②ASA/PVC具有良好的耐候性和抗沖擊性,但是材質較軟,不耐刮擦;③PVC/PVC體系在光度和抗沖擊性能方面都比較理想,只是耐候性遠遠比不上另外兩種。
不同材質、不同供應商生產的共擠料需要的加工工藝各有差異,這種差異同其自身的配方組成、共擠機的螺桿結構、共擠模具的結構等有著直接的。
生產工藝的設置
國內絕大部分廠家采用的共擠機都是普通單螺桿結構,只有極少數廠家采用了雙螺桿結構(這種雙螺桿機臺一般是淘汰下來的生產線,在塑化、供料上本身已經存在缺陷,不在本文討論范圍)。本文主要以單螺桿結構為例探討機臺的工藝設置。
如果說一臺擠出機的心臟部位是傳動減速箱,那么關鍵部位則是螺桿料筒。螺桿結構設計的好壞,直接關系著機臺的生產能力和產品的性能。目前用作共擠的擠出機大致有Ф25、Ф30、Ф35、Ф40、Ф45等幾個系列規格,尤以Ф30、Ф35規格zui為常見。
影響單螺桿塑化性能的指標主要有長徑比(L/D)和壓縮比。長徑比一般都設置為25:1或左右,這個指標比較好保證。但是因為受設備廠家和加工能力的制約,螺桿在加工過程中,螺槽的深度、螺棱的寬度、螺紋的升角、螺距等往往很難做得那么精細到位,進而影響到了螺桿的壓縮比。在實際工作中,經常會碰到這樣的情況:從同一廠家同時購進的同樣規格的機臺,它們的塑化能力卻存在很大的差別。出現這種情況多半就是因為螺桿結構上的差異所造成的。
按照以往一些文章所說,擠出機的工藝溫度設置大致分三種:由低到高、由高到低、由高到低再高(即所謂馬鞍形)。其實,我們無法判定到底哪一種正確,哪一種欠妥。任何一個工藝都有它存在的理由,也多半經歷過一系列的對比測試。何況工藝,或者說工藝溫度,只是影響制成品性能的其中一個因素而已。
舉一個例子:如果螺桿的壓縮比太小,塑化太差,或者螺桿磨損太嚴重,回流大,我們能做的只能是兩種可能:一是扔了這條螺桿,破舊立新。還有一個就是跳開以往經驗或條條框框,盡可能地調整工藝或配方。比如既升高溫度保塑化,又降低溫度保顏色;或者既增加潤滑防黃變,又提升溫度耗潤滑。總之就是不停的建立矛盾,然后不懈的調解矛盾。這時候談那些條條框框太理想化了,老板關心這臺機是否還活著,品質部門關心的是產品是否合格。
共擠機的工藝設置也是如此。總之一句話:沒有一成不變,一切皆有可能。在螺桿結構合理的前提下,工藝溫度的設置建議采用這樣的方式:溫度由低至高,以保證物料壓縮、熔融、塑化形成一個連續過程,從而保證螺桿供料穩定,減少因供料壓力波動造成制品性能或者外觀上的異常。還有一個前提是溫度必須能有效控制,溫控儀表顯示的是真實溫度。
有一點必須特別說明:共擠機料筒和模具之間的連接部位(以下稱連接體)的溫度控制非常重要,連接體溫度設置的合理與否直接關系著制成品的綜合性能(比如表面光亮度、密實度、耐剝離性、抗沖擊性等)。特別是絕大部分國產共擠機,連接體都比較長,而這一段的電熱圈一般功率很小,如果溫度設置過低,塑化好的物料流經過這里時很可能再次冷卻,變成所謂的“返生料”,這種料對制品的性能有可能是致命的。一般建議,連接體的溫度比zui后一段共擠料筒的溫度高10℃左右,甚至可以超過模具溫度。
共擠機的可調工藝除了溫度之外,還有一個是螺桿轉速。雖然相比于雙螺桿機而言,單螺桿擠出機的剪切作用要小很多,但是畢竟存在。如果為了控制成本,減小共擠層的厚度,將螺桿轉速降了再降(有時候模具結構設計不理想也只能減速生產),甚至物料在螺桿槽中都填不滿,這時候塑化*交給了外電熱來控制,壓縮已然談不上,剪切、摩擦更是無從談起,在這樣的條件下,能做出什么質量的產品來?要知道我們需要在長度只有七、八百毫米的料筒中,將物料從固態迅速熔融,變成可流動的另一種形態,電熱圈的作用就這么神奇?反過來,如果螺桿轉速過大,熔壓固然是上來了,但是受模具流道設計的限制,絕大部分塑化好的粘流體必須在連接體或模具流道中“排隊”,甚至回流到料筒去,等候放行通過。等待的結果可能造成塑化,導致共擠層表面失去光澤或者霧化、顏色發生改變。
常見異常的處理
下面就共擠生產中常遇到的幾個問題,做一個簡單的分析,供同行參考借鑒之用。
一、 共擠面分層
分析:這種情況主要發生在PMMA/PVC共擠時,因為PMMA材料的加工溫度與PVC相差太大,比如有的PMMA料的料筒溫度需要達到210℃甚至更高,而PVC基材的溫度只有180~190℃左右,兩種材料融合在一起之后,勢必存在一個熱交換的過程,PVC冷卻PMMA,或者PMMA加熱PVC,zui后的結果是在兩種材料的界面形成應力。這種力大到一定程度,造成分層。
事實上,這種力造成的后果遠遠不止出現分層這一種現象,其它比如鋸口崩角、沖擊破裂、型材彎曲變形等現象,原因大都如此。
措施:試償更換共擠料。
一、 共擠層厚度不均,遮蓋不全
分析:出現這種現象有幾種可能:①模具粘模,或有異物卡阻模具,導致基材出料不平衡②模具流道分布不均,或者修理模具時使用的共擠料和后來正常生產使用的不同③共擠料流動性差④共擠機溫度設置過低。
措施:針對上述分析,進行改善①清理模具②修理模具流道③更換共擠料④調整工藝參數。
二、共擠層表面麻點
分析:出現麻點現象主要有以下幾個方面:①共擠料塑化不夠②熔體壓力不夠③共擠料干燥不成分或干燥后儲存過久,造成返潮。
措施:針對上述分析,進行改善①升高機臺溫度②調整工藝溫度或加大螺桿轉速③充分烘干、除濕,隨烘隨用。
三、表面劃痕、亮線、條紋
分析:原因有①析出物堵塞定型模真空口造成劃痕或亮線②模具受損,有毛刺造成劃痕③冷卻水中雜質(細沙粒或塵埃)堵塞了定型模真空口或藏在水箱壓塊里,造成劃痕④共擠機溫度設置過低,造成條紋(一般是縱向條紋,發生橫向條紋主要是牽引過程中的假橫紋)。
措施:①及時清理析出物②修理模具③定期更換循環水,或增加過濾裝置④調整工藝參數。
四、表面起霧、發暗
分析:原因有①溫度設置過高,共擠料(特別是PVC/PVC共擠料)發生分解②共擠機磨損大,漏流、回流多。
措施:①降低工藝溫度②表面拋光。
五、共擠層露底、白線
分析:原因有①異物卡阻模具②溫度設置過低,物料流動不好③共擠機磨損大,塑化效果差。
措施:①清理模具,排除異物②提高工藝溫度③更換共擠螺桿。
總結
通過長久以來對PVC擠出(含共擠)工藝的摸索,筆者寫下了這篇文章,其中很大部分是個人觀點,難免有紕漏、偏激之處,歡迎業內同行、專家提出不同意見,共同交流,以求進步。
發展彩色產品必將成為一種趨勢,只有我們琢磨透了彩色產品的生產工藝,才能更輕松地迎接彩色時代的到來。
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