pvc塑料异型材生产过程中堵料初探(编辑修改稿)

pvc塑料异型材生产过程中堵料初探(编辑修改稿)内容摘要：

温控点温度跑高，自动控制失效，采用手动冷却控制也可将显示温度控制在设定温度界线 之内。 在挤出温度控制时必须明确两个基本概念。 其一，挤出机设定温度所控制的各个温控 点显示温度仅仅是螺筒、机头及口模的温度，并非物料的实际温度。 物料温度与 显示温度 在不同加热工况下存在不同的对应关系。 即当螺筒、机头、口模等温控点外加热器加热 时，物料温度实际上低于显示温度；当螺筒、机头、口模等温控点外加热器停止加热时， 物料温度则可能等于或高于显示温度。 锥形双螺杆挤出机有两个热源：①外电加热器；② 双螺杆对物料剪切与压延作用转化的内热。 由于反映显示温度的测温点与外加热器和物料 之间存在一定距离，故三者之间亦存在一定的温度梯度 (即温差 )。 从挤出加温、恒温、保 温三个区域供热情况分析 (图 2)可知，加热区即存在外加热，又存在内加热，为双向导 热，显示温度基本上等同 于物料温度；恒温区在显示温度未达到设定温度值时，亦是双向 导热；显示温度超越设定温度值时，热量开始由内向外传递，可称之为逆向导热，显示温 度则可能低于物料温度；保温区由于内热不复存在，热量又开始由外向内传递，亦称之为 正向导热，显示温度则高于物料温度。 其二，双螺杆对物料的剪切与压延作用所转化的内 热并不受自动温控系统的约束与支配。 通过挤出实践可以发现，在塑料异型材挤出时，不 存在内热的机头，过渡段和口模部位温控点显示温度一般比较稳定，基本上可控制在设定 温度的范围内；有内热存在的挤出机内各段温控点显示温度随 挤出量增减往往波动很大， 有时远远偏离设定温度的控制界线。 例如要提高挤出量，送料段物料对热量需求增大，因 挤出速度提高所增加的内热不足于平衡物料在该段停留时间缩短所减少的热量，虽然外加 热器一直工作，但显示温度仍低于设定温度；熔融段和计量段的物料由于已完全转化为粘 流态，所需热量有限，并由挤出速度提高所增加的内热超过物料在该段停留时间缩短所减 少的热量，虽然外加热器停止加热，但显示温度仍高于设定温度。 鉴于挤出温度控制的主体是物料温度，明确了物料温度、显示温度与设定温度在不同 挤出工况下的对应关系，也就明确 了设定和控制挤出温度的依据和基准。 诸如提高加温区 设定温度可充分发挥外加热器作用，有助于迅速提高物料温度；降低恒温区设定温度可适 时切断外加热源，避免内热和外热叠加作用，尽可能阻止物料温度持续跑高；提高保温区 设定温度，可借助外热源，维持物料在最佳塑化状态挤出，以得到高强度塑料异型材型 坯。 应该指出，在设定温度时虽然已考虑到内热的作用与影响，降低恒温区设定温度，但 也仅可使该部位物料达到设定温度适时切断外热，而不能制止因挤出速度提高所增加的内 热。 挤出实践证明，有内热存在的挤出机内各段物料温度与挤出量直接相 关，降低与提高 给料与挤出速度不仅决定着挤出产量，而且是控制挤出温度不可缺少的必要手段。 但在采 用加料与挤出速度控制挤出温度时，还应明确，即使熔融段，计量段显示温度偏离设定温 度，但仍小于 180℃时，说明该段物料温度仍在熔融温度与分解温度区间，亦属正常。 只 有当显示温度接近 180℃，采用手动冷却控制无效时，才有必要降低给料与挤出速度进行 温度控制。 同时由于双螺杆挤出机有强制给料的特点，挤出量是由加料速度所决定的，加 料速度和挤出速度亦存在相应的匹配关系，提高或降低加料和挤出速度应同步进行。 其相 互调整的幅度 应视加料孔内物料在螺槽内的充斥量而定，一般应控制物料在螺槽内 2/3高 度为宜。 过高则会产生挤出机过载或加料孔、排气孔冒料现象；过低则易导致双螺杆非正 图例： 挤出机设定温度 挤出机显示温度 物料实际温度 图 2 锥形双螺杆挤出机挤出温度曲线示意图 常磨损。 另外调整加料与挤出速度时还应密切观察主机电流变化，物料塑化好时，一般电 流较低。 主机电流变化是判断挤出温度控制是否适当的一个重要依据。 温度调整 如果挤出温度控制适当，设定温度正确与否直接决定了挤出塑料型坯的质量。 挤出塑 料型坯的质量反过来 又是对设定温度正确与否的检验。 由于挤出控制温度是挤出生产前设 定的，其设定温度正确与否又受配方组分、剂量和原料质量以及挤出机工艺条件的制约和 影响。 新建企业或生产经验、技术水平不甚高的操作人员，在开机设定温度时，难免出现 这样或那样的偏差，因此有必要在生产过程中通过对挤出塑料型坯存在的质量缺陷进行系 统对应分析检验，适时调整所设定的温度。 附 表 挤出型坯质量缺陷特征、原因与温度调整对策 型坯质量缺陷特征原 因调整对策 1 型坯外观颜色泛黄 机头、过渡段、口模温 度偏高 降低机头、过渡段、口 模温度 2 型 坯外观颜色发暗 机头、过渡段、口模温 度偏低 提高机头、过渡段、口 模温度 3 型坯内筋弯曲，内壁发 泡或截面呈气孔状，脱 离口模即下垂 计量段或熔融段温度跑 高，原料含水量超标未 开启真空排气 降低计量段或熔融段温 度或降低挤出速 度；更 换混合料，开启真空排 气 4 型坯切片粗糙，脱离口 模 3～ 5cm仍坚挺不下垂 计量或熔融温度过低 提高计量 段或熔融段温 度 5 型坯切口宽度或厚度不 均 口模设定温度不当，口 模装配不当 调整口模温度， 检查重 新装配口模 挤出塑料型坯质量大致可分为外观质量和内在质 量。 挤出质量良好的塑料型坯主要特 征是：外观光滑，颜色纯正呈乳白色，切片结晶细腻，切口平齐规整，宽度均匀。 由挤出 机挤出后，脱离口模 3～ 5cm自然下垂。 当设定或控制温度过高时，挤出塑料型坯颜色泛 黄、内筋弯曲、内壁发泡或横截面上呈气孔状，由挤出机挤出后脱离口模即软弱下垂；温 度过低或加温不均匀时，挤出塑料型坯颜色发暗无光泽，切口结晶粗糙，切口宽度与壁厚 不均，脱离口模 3～ 5cm后，仍坚挺不下垂，或即向一侧弯曲。 经笔者几年挤出实践与统计 资料表明： 型坯的外观质量一般是由机头、过渡段、口模等部位温度设定控制不当 所致 ； 型坯内在质量一般是由挤出机内各段温度设定控制不当或物料实际温度跑高失控造成的。 因此在实际操作时应有的放矢地适时对设定温度进行调整。 具体调整方法见附表，直至挤 出型坯达到标准为止。 且忌盲目或大幅度调整，致使挤出生产工况恶化。 如调整无效或因 温度超高导致型坯出现黄线，经反复切片挤压处理仍不好转时，说明口模或机头流道内已 发生“糊料”，应即时停止加料，减速，改用清洗料进行清洗，直至口模清洗料内无糊料 杂质为止。 如清洗仍无效，应停车，拆除，分解口模，对机头和口模进行认真检查和清 理。 如确诊糊料是由挤出机熔 融段或计量段物料温度失控所致，还须拆除挤出机螺杆，检 查、清理机筒和螺杆。 3 由挤出温度控制引出的高速挤出问题 要实现高速挤出，若不解决现有国产挤出机因提高挤出速度导致的送料段温度偏低与 熔融段、计量段温度跑高问题，仅采用高速模具，则只能提高小规格或辅助型材的单位产 量，对大规格型材产量提高是难于奏效的。 高速挤出模具问题解决之后，真正制约挤出产 量进一步提高的是挤出机螺杆结构，换热形式与加热条件。 笔者参照国外先进挤出机设计 有关资料认为，要提高挤出机生产能力，需要在以下三个方面对国产挤出机进行改造和更 新。 (1)实行超锥度双螺杆挤出。 锥形双螺杆与平行双螺杆挤出机相比最大的特点，是在 需要大量热量的送料段，螺杆直径较大，对物料的传热面积和剪切速率比较大，加速了物 料的塑化；在物料已完全熔融不需要太多热量的计量段，螺杆直径较小，减少了传热面积 和对熔体的剪切速率，可防止物料过热降解，在同样长径比条件下，挤出能力明显提高。 如对螺杆锥度进一步改进，正向效应则会更佳。 (2)改变现螺杆内部换热形 式。 现挤出机采用的硅油自调温螺杆，结构简单，不用维 修，有节能效果，但换热率不高。 可采用硅油外循环冷却换热装置，对计量段 物料实行强 制冷却换热，提高螺杆换热效率。 (3)增加现挤出机送料段加热圈功率。 现挤出机送料段加热功率一般为 3000W，生产实 践证明，由于送料段物料需要热量较大，在挤出速度提高后，即使加热圈一直处于加热状 态，仍然满足不了物料所需热量，故适当提高加热圈功率，以利送料段物料加温。 PVC－ U异型材挤出模具调试常见异常现象分析 摘 要：本文分析了 PVC－ U异型材挤出模具调试过程中常见的制品弯曲、塌陷、带 “鱼鳞斑”或有收缩痕等异常现象产生的原因，并提出了解决的办法。 关键词： PVC－ U异型材；模具；调试； 异常现象 近年来，国内 PVC－ U塑料门窗的迅速普及应用，极大地促进了国产异型材挤出模具研 制技术的发展。 由于受物料特性、技术水平和工艺条件等因素的制约，挤出模具制造完成 后并不能直接投入使用，要生产出合格的异型材，模具还必须在特定的配方、工艺、设备 体系下进行修整调试，以弥补设计的不足和制造误差。 模具产品的最终质量既是设计制造 水平的体现，也极大地依赖于调试者的经验和操作技能。 笔者结合多年来在异型材挤出模 具设计调试过程中积累的经验和教训， 分析了调试过程常见的型材弯曲、制品边角塌陷、 表面带“鱼鳞斑”或有收 缩痕等异常现象产生的原因并提出解决的方法。 1 型材弯曲 挤出型材直线度是检验塑料门窗异型材产品品质的一个重要指标，它直接影响门窗焊 接、组装质量以及五金配件的安装。 GB/T88141998规定，当门窗主要异型材 (诸如：扇、 框、梃 )弯曲量大于 2mm/m时为不合格。 造成挤出制品弯曲的因素很多，最常见的有以下几个方面： 口模出料不均匀 口模出料均匀性包括“出料速度差异”和“型坯壁厚差异”两个要素。 判断口模出料 是否均匀，只需在口模出口处用专用铲刀迅速截取长约 20mm、塑化良好的型坯 4～ 5片进行 测 量，若型坯纵向各侧面的长度误差 (取各片的平均值 )不超过 10%，且外壁、内筋等各处 的厚度 (因有离模膨胀效应，故此厚度并不等同于制品壁厚 )对应关系符合产品截面图纸要 求则视为合格。 口模出料不均匀造成的弯曲，其弯曲方向在定型系统对型坯冷却充分、牵 引阻力平衡的前提下向出料慢的一侧弯曲 (冷却效果和牵引阻力的影响在后面讨论 )。 调整 口模出料均匀性的措施如下： (1)检查口模定型段型腔主间隙的均匀性，间隙差不大于 ； (2)检查流道内有无死角、台阶或糊料现象，将型腔抛光至镜面 (Ra≤ m)； (3)检查尾锥分流中心是否合理并予以调整； (4)调整口模局部出料速度还可在压缩段、分流段或发散段采取“阻流”或“疏流” 两种不同的方式 (严禁改变口模定型段间隙 )。 对出料快的区域可通过设置阻尼块或采用与 模体相同的材料对型腔进行堆焊以达到“限流”的目的；对出料慢的区域可通过局部延长 压缩段长度 (即缩短定型段长度 )、加大分流段型腔尺寸或调整尾锥分流角度以达到“疏 流”的目的。 型坯通过定型冷却系统时的牵引阻力不平衡 PVC－ U异〖 BF〗型材定型冷却系统通常采用干－湿结合定型装置。 在干定型段 (普遍 采用数段定 型模安装在同一底板上的串联结构 )通过抽真空使高弹态的型坯被吸附在型腔 壁上定型冷却，并在牵引机的作用下滑移。 由于多数异型材结构相对复杂，且在沿型腔滑 移的过程中逐渐收缩，因此牵引阻力不平衡很常见，主要应从以下几方面分析： (1)因阻力不平衡造成的弯曲 (主要发生在非对称型材 )，往往向阻力大的一侧弯； (2)真空吸附力越大，则型坯与型腔间的摩擦阻力越大，可通过调整真空吸附强度来 改变局部牵引阻力； (3)检查易产生较大牵引阻力的沟槽、凸台的结构尺寸设计是否合理。 表 1为门窗型材 上常见的密封条安装槽结构。 为避免型 坯在通过定型系统时因收缩抱紧该凸台而产生较大 阻力，其尺寸设计应逐渐减小及至完全简化； 表 1 密封条安装槽结构在定型系统中的设计 (4)检查制品小爪部位出料是否过快。 为避免小爪通过定型系统 (特别是干定型段 )时 出现挂料、卡 (堵 )模等不良现象，模具沟槽的设计应比制品对应部位的小爪大 20%以上， 如表 1中的 ()。 同时，首段定型模型腔入口应有 ∶ 8的 (型坯 )导入坡口 (参见图 1)。 (5)检查〖 BF〗干定型段型腔的对中性，其偏差应控制在。 一般情况下， 干定型段后部中〖 JP3〗心向哪侧偏，则挤出型材易向同一方向弯曲。 湿定型部分多采用敞式水槽 (只在水槽出口有一定型块 )或涡流水箱，其中涡流水箱中 的定型块可上下左右浮动，故只要型腔尺寸设计合理，型材通过该部分的阻力一般较小， 对型材弯曲的影响也较小。 冷却不平衡 冷却不平衡造成的弯曲常常发生在带长单壁的美式型材或厚度差异较大的小型材中， 参见图 2。 在设计美式推拉框模具的定型系统时，由于单壁部位 (①、②、③ )型坯和模体 接触面积是中空部位的两倍，加之腔体中内热的影响，为防止型材向中空体一侧弯曲，单 壁 部位的冷却水流量应按中空部位的约 30%考虑；反之，压条的定型系统应特别加强厚壁 处 (④ )的冷却，可在冷却水槽中直接向该部位喷水。 制品尺寸 定型系统型腔设计尺寸 前段 中段（局部缩小） 后段（简化结构） 图 1 定型模型腔 (型坯 )导入坡口示意 另外，由于异型材具有多层内腔结构，牵引〖 JP3〗冷却过程。