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PVC 發(fā)泡材料由于性能優(yōu)良, 廣泛應(yīng)用于建筑、建材,、裝飾,、家具、廣告,、汽車等行業(yè),近年來(lái)得到快速發(fā)展,。PVC 發(fā)泡板材也稱安迪板、雪弗板, 從產(chǎn)品外觀,、性能和生產(chǎn)工藝可分為兩類: ①結(jié)皮發(fā)泡板材,其采用塞盧卡原理生產(chǎn), 表面結(jié)一層硬皮, 光滑平整,、硬度高、力學(xué)性能好,并且產(chǎn)品精度高,、厚度誤差小,對(duì)模具,、配方、材料,、生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格; ②自由發(fā)泡板材,產(chǎn)品表面疏松沒有結(jié)皮,呈細(xì)密凹凸狀麻面,有利于印刷,、噴涂,、貼面,采用普通發(fā)泡模具即可生產(chǎn),工藝過程相對(duì)容易控制。 1 工藝及配方 目前,國(guó)內(nèi)結(jié)皮發(fā)泡PVC 板材的生產(chǎn)線大多是引進(jìn)設(shè)備,自由發(fā)泡PVC 板材生產(chǎn)線主要是采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備,。常用主機(jī)一般為80 錐形雙螺桿擠出機(jī),模具差別較大,主要生產(chǎn)工藝大致相同。 1. 1 主體配方 PVC 發(fā)泡板材的主體配方見表1 ,。 1. 2 工 藝 將原料準(zhǔn)確稱量, 按工藝要求順序投料,。根據(jù)使用發(fā)泡劑的種類來(lái)確定發(fā)泡劑的加入時(shí)間, 達(dá)到捏合終點(diǎn)。物料溫度達(dá)到125 ℃左右時(shí), 迅速將物料放入冷攪鍋中冷卻,降溫至50 ℃左右,以防止結(jié)塊和發(fā)泡劑過早分解而影響發(fā)泡倍率, 造成產(chǎn)品密度增大,。其工藝流程見圖1 ,。 1. 3 擠出機(jī)工藝參數(shù) 1 區(qū): 175 ～ 186 ℃, 2 區(qū): 180 ～ 186 ℃, 3 區(qū):185～190 ℃,連接器:175～185 ℃,機(jī)頭:190～200℃,主機(jī)電流:50～70 A ,螺桿轉(zhuǎn)速:14～22 r/ mi n 。 2 PVC發(fā)泡板材的組分 2. 1 PVC樹脂 生產(chǎn)硬質(zhì)PVC 發(fā)泡制品, 一般選用K 值較低的PVC 樹脂,。生產(chǎn)PVC 發(fā)泡板材一般采用P -700 型PVC 樹脂, 加工時(shí)其凝膠化速度快, 加工溫度相對(duì)較低,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,密度容易控制,。在結(jié)皮發(fā)泡PVC 板材生產(chǎn)中,為提高產(chǎn)品質(zhì)量,嚴(yán)格控制 產(chǎn)品密度和厚度的波動(dòng), 多選用P - 700 型乙烯法PVC 樹脂。在自由發(fā)泡PVC 板材生產(chǎn)中, 從降低生產(chǎn)成本考慮,也有不少?gòu)S家采用了電石法P - 700型PVC 樹脂,。 2. 2 穩(wěn)定劑 在PVC 發(fā)泡板材生產(chǎn)過程中,為使物料充分塑化,物料的溫度較高; 并且板材模具橫截面寬, 流道長(zhǎng),特別是結(jié)皮發(fā)泡板材模具的定型段較長(zhǎng); 另外,發(fā)泡劑在分解過程中還產(chǎn)生分解熱,。這些因素要求穩(wěn)定劑必須具備足夠的熱穩(wěn)定效能, 才能保證產(chǎn)品質(zhì)量,長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)。氧化鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)在60 %左右的鉛系復(fù)合穩(wěn)定劑多用于生產(chǎn)普通PVC 發(fā)泡板材;鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑和有機(jī)錫復(fù)合穩(wěn)定劑大多用于生產(chǎn)出口的發(fā)泡板材和環(huán)保型裝飾板材及家具用板材,。鉛系復(fù)合穩(wěn)定劑中氧化鉛和硬脂酸的金屬鹽類對(duì)ADC 發(fā)泡劑有活化作用,會(huì)使ADC 發(fā)泡劑分解溫度變寬,。雖然降低了發(fā)泡溫度, 但應(yīng)注意熔融物料離開口模的平穩(wěn)性, 避免局部突發(fā)和鼓泡現(xiàn)象。鉛系復(fù)合穩(wěn)定劑和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑大多含有一定量的石蠟,、硬脂酸及硬脂酸的金屬鹽類, 在配方體系中,這些組分具有良好的潤(rùn)滑作用, 應(yīng)綜合考慮其對(duì)整 體潤(rùn)滑性能所起的作用,。 2. 3 ACR和發(fā)泡調(diào)節(jié)劑 ACR - 401D 是由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯,、丙烯酸丁酯,、苯乙烯共聚而成, 其分子結(jié)構(gòu)為核殼結(jié)構(gòu),在配方體系中作為加工助劑可有效降低塑化溫度,促進(jìn)塑化效果, 提高塑化效率, 提高熔體強(qiáng)度,減少熔融脈動(dòng), 防止熔體破裂, 顯著提高制品表面光滑度。發(fā)泡調(diào)節(jié)劑是由丙烯酸酯類多種單體經(jīng)多段乳液聚合而成的具有多層結(jié)構(gòu)的高分子質(zhì)量聚合物,其組成與作用機(jī)理與ACR 相似, 但在配方體系中更側(cè)重于調(diào)節(jié)泡孔結(jié)構(gòu),。在擠出加工過程中,發(fā)泡調(diào)節(jié)劑以分子的形式纏繞在PVC 大分子上,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),不但能夠促進(jìn)PVC 塑化,還能顯著提高發(fā)泡熔體的強(qiáng)度和延展性,使發(fā)泡熔體的膨脹處于平穩(wěn)可控狀態(tài),得到泡孔結(jié)構(gòu)均勻細(xì)密,、獨(dú)立性好的PVC 發(fā)泡板材。無(wú)論是在結(jié)皮發(fā)泡板材還是自由發(fā)泡板材的生產(chǎn)中,ACR - 401D 和發(fā)泡調(diào)節(jié)劑通常是配合使用,。由于ACR - 401D 和發(fā)泡調(diào)節(jié)劑本身形成的核殼結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)于提高制品常溫和低溫下的沖擊強(qiáng)度作用顯著,所以,現(xiàn)在生產(chǎn)過程中一般不再添加沖擊改性劑CPE,。金泓羅門哈斯化工有限公司生產(chǎn)的ACR - 401D 在結(jié)皮發(fā)泡板材和自由發(fā)泡板材中均可應(yīng)用。該公司生產(chǎn)的發(fā)泡調(diào)節(jié)劑J HB - 24 ,、J HB - 26 多用于生產(chǎn)結(jié)皮發(fā)泡板材,一般用量為6 份左右;J HB - 42 ,、J HB - 100 多用于自由發(fā)泡板材,一般用量為8 份左右。配合以適量的發(fā)泡劑和潤(rùn)滑劑,板材密度可控制在0. 45～0. 50g/ cm3 ,。但有些廠家只考慮降低成本, 忽略了ACR和發(fā)泡調(diào)節(jié)劑的有效成分含量, 以及無(wú)效成分副作 用的影響,使制品密度難以有效控制,甚至生產(chǎn)穩(wěn)定性差,次品率高,綜合成本反而大幅度提高,。 2. 4 發(fā)泡劑 制備發(fā)泡制品的基本要求是:熔融物料在離開模唇之前不能發(fā)泡;發(fā)泡劑的分解溫度應(yīng)與PVC 的熔融溫度范圍相匹配, 并且發(fā)泡劑的殘留量應(yīng)盡量少,從而保證熔融物料在離開口模到定型模具之間發(fā)泡劑分解完全。釋壓后的熔體發(fā)生均勻膨脹, 即使在高速擠出的情況下, 熔體的膨脹仍保持平緩的速率,表面不能出現(xiàn)局部泡孔聚集而不斷鼓大泡的現(xiàn)象,。通常使用的ADC 發(fā)泡劑有很多的優(yōu)點(diǎn), 但是其被活化后分解溫度過寬,離開口模后,極易產(chǎn)生局部鼓大泡的現(xiàn)象,在制品表面留下疤痕,使次品率升高,。還應(yīng)該提出的是, 因ADC 發(fā)泡劑含有偶氮基團(tuán),分解殘留物會(huì)影響到產(chǎn)品環(huán)保性能的檢測(cè),對(duì)于出口產(chǎn)品更應(yīng)該引起注意,。 河南省禹州市中凱助劑廠生產(chǎn)的環(huán)保型PVC硬質(zhì)發(fā)泡制品專用發(fā)泡劑,具有良好的加工性能,其技術(shù)指標(biāo):外觀為白色細(xì)微粉末,工作溫度為180～200 ℃,發(fā)氣量為180 mL/ g ,有效含量> 98 % ,含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 0.="" 5="">細(xì)密均勻, 產(chǎn)品密度可有效地控制在0 . 45～0. 50g/ cm3 。泡孔的微細(xì)特性和閉孔結(jié)構(gòu)有利于形成致密光滑的表面, 在滿足密度要求的情況下, 表面硬 度可以達(dá)到邵氏D 硬度80 左右,。該發(fā)泡劑為吸熱反應(yīng),可避免芯層過熱而發(fā)生降解發(fā)黃的現(xiàn)象,在厚壁制品中尤為重要,。在生產(chǎn)實(shí)踐中證實(shí), 采用該發(fā)泡劑可使生產(chǎn)平穩(wěn)可控,在擠出速率提高30 %的情況下,熔融物料離開口模仍保持平緩的膨脹速率,生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品定型好, 可有效降低制品的尺寸偏差。 2. 5 潤(rùn)滑劑 在配方設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)PVC 發(fā)泡板材要充分考慮體系的初期潤(rùn)滑性,以降低剪切熱和摩擦熱;還要考慮后期潤(rùn)滑性,使熔融物料在高溫狀態(tài)下仍有良好的外潤(rùn)滑性能,長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)不出現(xiàn)沉析,、結(jié)垢現(xiàn)象,。霍尼韋爾中國(guó)公司的PE 蠟A - C 6A 有良好的初期潤(rùn)滑作用和提高制品表面光潔度的作用;A - C316A 有良好的后期潤(rùn)滑作用和促進(jìn)物料塑化作用,其主要性質(zhì)見表2 ,。 2. 6 填充劑 在配方體系中,輕質(zhì)碳酸鈣一般用量為10～40份,除作為發(fā)泡成核劑使用外, 還能降低材料成本,。但是其用量過大會(huì)使泡孔均勻性變差, 影響外觀質(zhì)量,產(chǎn)品密度難以控制,造成綜合成本提高。 3 PVC發(fā)泡板材的性能 采用該配方生產(chǎn)的PVC 發(fā)泡板材的性能指標(biāo)見表3 ,。 4.擠出模具的功能：
擠出模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
由于熔體在實(shí)際流動(dòng)過程中，有分子鏈的滑移,，長(zhǎng)鏈分子或無(wú)規(guī)線團(tuán)在剪切場(chǎng)中還會(huì)產(chǎn)生舒展和螺旋運(yùn)動(dòng),，并非是嚴(yán)格層流，流動(dòng)非常復(fù)雜,。特別是對(duì)于型材模具,，受未知規(guī)律的控制，模具設(shè)計(jì)主要依靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),。 故設(shè)計(jì)PVC發(fā)泡型材模具比設(shè)計(jì)硬質(zhì)品型材模具更為困難,，因?yàn)樵谌垠w離開?？跁r(shí)，除了?？谂蛎浐退俣确植贾嘏磐?，還有物料的發(fā)泡膨脹，這種發(fā)泡膨脹過程,，又取決與千差萬(wàn)別的作用變量,，如發(fā)泡劑的類型和含量，PVC樹脂型號(hào)和配方,，以及填料比例等。 所以設(shè)計(jì)PVC發(fā)泡擠出模具時(shí),，須特別注意,，必須使流道的口模方向連續(xù)變窄，力成流道截面擴(kuò)大及滯料區(qū)發(fā)生,。熔體流動(dòng)可借助?？诘男螤睿,？诔尚投魏穸群烷L(zhǎng)度,，以及格柵阻流器來(lái)調(diào)整。 非對(duì)稱型材橫截面特別要求流道采用特殊設(shè)計(jì),，以實(shí)現(xiàn)原料在?？诘木鶆蛄鲃?dòng)。型材模具的平行段設(shè)計(jì)必須盡可能短,，因?yàn)榧羟袘?yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)發(fā)泡,，而且較短的光滑段可促進(jìn)熔體的均勻發(fā)泡。 根據(jù)筆者的實(shí)踐,，成型段和?？陂g隙比一般取L=5~10H，芯模支撐區(qū)與?？陂g隙之間的壓縮比較大,，一般為10-15. 熔體脫離模口時(shí)膨脹比率高度方向?yàn)?0%-100%,，寬度方向?yàn)?0%-30%,，由于制品有結(jié)皮發(fā)泡和自由發(fā)泡的區(qū)別，所以制品截面尺寸和?？诘慕孛娉叽缫虬l(fā)泡法形成的不同而取不同的修正系數(shù),。 5 結(jié) 語(yǔ) 在設(shè)計(jì)PVC 發(fā)泡板材配方時(shí),應(yīng)充分了解各種助劑的有效成分的含量及無(wú)效成分的副作用, 以確保產(chǎn)品質(zhì)量,提高產(chǎn)品檔次。同時(shí),還應(yīng)統(tǒng)籌掌握配方成本和綜合成本的關(guān)系,以達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益,。 |
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