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優質塑料異型材生產是一個系統工程,需要配方、原料、混料機、擠出機、工藝、模具等因素整體優化,有機協調。本文概括出生產門窗用優質塑料異型材的十大要素,為企業提高型材質量提供理論與操作參考。繼上期後,本期介紹生產優質異型材的另外5大要素。
Quality profiles production is an integrated process that combines a host of features such as formula, material, blender, extruder, processing technology, molds, etc. This two-part article introduces the 10 most important aspects of manufacturing quality profiles. Following the last issue, this article introduces the other five elements for manufacturing high-quality profiles.

6、適當的塑化熔壓

要點:熔體壓力主要由加料速度決定,加料速度應以真空孔的物料形態為基準,當真空孔內物料處於1/2或2/3時給料速度適宜,反之應予以調整。

熔體壓力主要由加料速度決定,除配方中加工類助劑和工藝溫度外,熔體壓力也是為促進型材塑化服務的。型材塑化所需要的剪切熱除螺桿結構外,還和加料量直接相關,加料量越大,剪切熱越高,會加速物料塑化,提高擠出效率,但會增加對擠出機磨損;剪切熱越低,推遲物料塑化進程,降低擠出效率。加料若過少,易造成螺桿掃膛現象,影響擠出機工作壽命。

在擠出速度一定前提下,加料速度是否適宜?應以真空孔的物料形態為基準。視擠出機螺桿結構而定,當真空孔內物料處於1/2或2/3時,說明給料速度適宜,反之應予以調整。在真空孔不存在“冒料”前提下,亦可依據加熱區或恆溫區顯示溫度情況,協助調整物料塑化進程。例如加熱區顯示溫度低於設定溫度時,可適當提高加料速度,當恆溫區顯示溫度高於設定溫度時,可適當降低給料速度。充分發揮給料速度調整物料塑化的職能。應該指出:調整加料速度時,應以既定的擠出速度為參照物,在各段設定溫度不變情況下進行。否則沒有基準,調整是沒有意義的,甚至會導致生產條件混亂。如變動擠出速度,可根據擠出機真空孔物料塑化情況和擠出型材各項性能是否達到標準指標為基準,與給料速度同步調整。

7、型材截面所需物料和模具流道所供物料平衡

要點:需要模具內壁和形式各異的分流錐均勻將物料均勻分配到型材截面各部位,實現型材截面所需物料和模具流道所供物料平衡。

型材截面所需物料和模具流道所供物料平衡是依賴模具完成的。由於塑料異型材截面比較複雜,呈不對稱結構,截面各部位持物量差異很大,而PVC-U物料又流動性較差。目前各個企業採用的配方和原料又有很大不同,不同配方原料在一定溫度下,流動性與收縮膨脹率亦不同。如何使不同配方原料,不同截面結構型材,能按照模具設計的形狀和軌道,在一定熔壓作用下,準確、均勻成型和定型,需要模具內壁和形式各異的分流錐,將物料均勻分配到型材截面各部位,實現型材截面所需物料和模具流道所供物料平衡。

在我國當前模具設計理論還不成熟的情況下,模具截面設計完成後,主要是依賴大量試模工作來實施的,因此試模工作極為重要。

不過,當前試模工作存在一種極為錯誤的傾向:當型材規格和壁厚達不到標準及既定指標與各可視面壁厚不均時,不是通過修理口模予以處理,而是“以調代修”,錯誤採用牽引速度和口模溫度等工藝方法處理。比如不按設計型材壁厚調試,為達到所需要型材壁厚,任意採用提高或降低牽引速度進行操作,導致型材加熱後尺寸變化率超標;為了型材各個可視面壁厚一致,不對應調整模具,而採取任意提高或降低口模各個面設定溫度,致使型材相鄰兩個面尺寸變化率差值超標。由於加熱後尺寸變化率及其差值超標,在同樣配方條件下,低溫落錘衝擊性能和焊接性能和其他型材相比有很大差距;為片面提高擠出生產率,任意提高擠出速度,導致型材從口模擠出後發生膨脹,不僅影響型材成型質量,也影響到型材加熱後尺寸變化率、低溫抗衝擊、焊接性能等項指標。因此型材企業在加工新模具時,務必把好設計和試模關。在試模時,一定要堅持先調試工藝、在確定工藝前提下,再行粗調模具,模具粗調完成型材各項內在性能達標基礎上,再行精調模具。正常生產時一定要嚴格按試模時制定的各項工藝參數生產,以保證型材成型和各項內在質量達到所需要的質量標準。

8、型材密實度

要點:給料速度的快慢不能提高或降低型材密實度。型坯壓力直接關係到型材的密實度。若使用的模具在同樣配方條件下生產型材密實度較低,型材各項內在性能難以達標,可在口模與機頭部位增設多孔板。

型材密實度是除型材規格、壁厚外,另一個關係到型材的內在質量性能的重要指標。至於型材密實度是怎樣形成的?目前業界所發表的文獻還有爭論。一種觀點是依賴加料速度形成的,一種是依賴口模及多孔板所產生的反作用力形成的。

筆者管見:實際上在擠出過程中存在兩種壓力,一種是熔體壓力,一種是型坯壓力。所謂熔體壓力主要指物料在擠出機內由玻璃態向粘流態轉化時的壓力,不是一個恆定值,而是隨螺桿結構與給料速度、擠出速度而變動。平常所謂用給料速度調整的僅是熔體壓力。熔體壓力大小可以有效調整剪切熱和物料的塑化程度,但不能調整型坯壓力。熔體壓力在各個不同功能段,隨螺槽容積與頭數不同,差別很大,壓力最高的是壓縮段,最低的是熔融段,然後經過計量段又逐漸上升。即使給料速度較快,導致熔融段熔體壓力較高,超過口模與過度盤的反作用力,即擠出口模外;給料速度較慢,致使熔融段熔壓壓力較低,當低於口模與過度盤的反作用力時,無法擠出機外,因雙螺桿擠出機有正位移輸送作用,強制給料的特點隨螺桿轉動,熔體壓力增加,當高於口模與多孔盤的反作用力時,也必然擠出機外。給料速度的快慢僅能一定程度決定塑化程度與擠出速度的快慢,不能提高或降低型材密實度。型坯壓力是由口模與過度盤的反作用力,即由模具設計時確定的口模內壁流道和分流錐壓縮比及平直段長度所決定,直接關係到型材的密實度。

若使用的模具在同樣配方條件下生產型材密實度較低,型材各項內在性能難以達標,可在口模與機頭部位增設多孔板。多孔板不僅起提高型坯壓力的職能,同時也發揮均化熔體壓力,消除熔體通過機頭、過渡段、口模時的界面摩擦熱損失。熔體從擠出機擠出,截面溫度與熔壓在多孔板作用下,經歷一個相互交匯、分流、聚合、均衡,重新分配與調整的過程,避免了物料從擠出機擠出時,因截面各部位溫度、流速與壓力不盡均衡,脫離口模後,彈性恢復不一致,導致型坯嚴重變形。另外多孔板也可有效過濾熔體雜質,對維護與延長模具壽命有一定作用。

因此筆者認為凡主型材,口模設計時均應增設多孔板。

9、定型模所供冷量與型材定型的平衡

要點:要實現型材定型模所供冷量平衡,應依據環境溫度、擠出效率、型材截面各部位所持物料量大小等因素予以調整。

型材成型是由口模決定的,定型卻是由定型模提供的真空和冷卻所決定的。型坯從口模擠出進入定型模後,一方面受到定型模真空吸附、冷卻、定型,一方面在牽引機牽引力作用下緩緩向前移動。過去一段時期,不少模具廠家設計定型模為乾式定型和逆向換熱冷卻模式(即冷卻水和型材不直接接觸,全部為間接冷卻。冷卻水從定型模尾部進入其內腔夾層,從其頭部排出)。迄今大部分模具廠設計定型模均為乾濕混合定型和順向換熱模式(即定型模由乾式定型模和渦流式水箱兩部分組成,由乾式定型模完成型坯由熔融態向高彈態的轉化過程,且冷卻水由乾式定型模頭部進入,由尾部排出,再進入水箱,通過渦流運動,完成型坯由高彈態向玻璃態的轉化過程)。

之所以如此改動,主要原因是隨擠出速度提高,處於熔融態的型坯進入定型模後若不能快速冷卻定型,即刻轉換為玻璃態,在定型模徑向真空吸附和牽引機軸向牽引兩種外力作用下,仍處於彈性態型坯很容易發生變形。同時高溫型坯從口模擠出後,即強製冷卻,可以減少摩擦阻力,有效提高型材光潔度。前一種定型模長度較長,大約三組500-600毫米長度,摩擦力較大,型坯由熔融態向玻璃態轉換一步完成,雖然是逆向換熱,但型材在定性過程中,依然受到很大的拉伸應力。後者乾定型部分長度較短,摩擦力較小,且型坯定型分兩步完成,型坯完全侵泡在水箱中,冷卻比較徹底。雖然採取正向換熱,型材外部物料急劇冷卻收縮會對內部材料產生擠壓應力。但通過安裝在定型台尾部的紫外線加熱器,可鬆弛,緩解型材外部對內部的擠壓應力予以彌補。

要實現型材定型模所供冷量平衡,應依據環境溫度、擠出效率、型材截面各部位所持物料量大小等因素予以對應調整。譬如環境溫度低時,定型模所提供的真空度和冷卻水量要小一些;擠出速度高時,真空度和冷卻水量要大一些;型材截面持料量多,則設計有功能性溝槽部位冷卻水量要大一些,真空度要小一些,以加強冷卻效果,減少局部摩擦阻力,使各截面承受的阻力均衡一致,反之依然。以保證定型模所提供的真空和冷卻水量能滿足型材能按設計尺寸準確定型,不變形,尺寸達標為基準,既不可過大,也不可過小。

10、型材最小內應力

要點:要消除和減少型材截面集中應力,工藝調整往往效果不大,應盡量通過修模予以處理;要消除或減少型材軸向拉伸內應力,應從模具設計、修理及工藝著手解決。

型材內應力也和模具及工藝條件有關。型材內應力大致可分為溫度應力和結構應力。溫度應力和熔體截面溫度不均有關,是由工藝溫度設置或控制不當所致;結構應力又分為截面集中應力和軸向拉伸應力。模具內筋和外壁存在直角,壁厚不均,不光滑過渡屬於截面集中應力;牽引速度過快或過慢,沿型材軸向方向所聚集的應力均屬於軸向拉伸應力。這些內應力存在會對加熱後尺寸變化率、衝擊性能及焊接性能產生不良影響。

要消除和減少型材截面集中應力,工藝調整往往效果不大,應盡量通過修模予以處理;要消除或減少型材軸向拉伸內應力,應從模具設計、修理及工藝著手解決。尤其是型材壁厚是由口模模唇間隙所決定的,不能通過牽引速度任意調整。工藝操作時,牽引速度和擠出速度控制要適當,以生產的型材經過檢測,加熱後尺寸變化率及差值最小為基準。口模溫度設定要合理,截面溫差不宜過大。試模時,口模各個方向溫度設定應基本一致,當型材截面出料不均時,盡量修模內壁和分流錐角度,使之出料均勻為基準。

以上十項技術要素是生產優質塑料異型材的基本保證。目前行內不少中小型企業生產的塑料異型材質量性能之所以差距很大,主要原因是在生產經營中存在型材規格、壁厚不標準,型材韌性指標和剛性指標不相平衡,物料組分分散性不好、熔體穩定性不足、塑化不良等弊端,並不是一些重大技術欠缺,而是存在一些技術盲點和誤區,使這些微觀細節問題被忽視所造成的。企業產品之間的競爭,往往都是產品細節的較量,細節解決成敗。一個企業若以生產優質產品為宗旨,就需要在影響產品質量性能的整個系統,實行微細優化管理,把技術工作做到極致化。
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