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塑料異型材軟硬共擠技術的現狀與趨勢
發布時間:2014-07-04   查看次數:3339

塑料異型材共擠技術是近幾年發展起來的一種新興的塑料成型技術。隨著國內外共擠技術的不斷發展,以及在擠出設備、原材料及模具設計、模具加工制造等方面技術水平的提高,塑料異型材共擠技術得以快速發展,其在塑料異型材產品上的應用可以使產品多樣化或者多功能化,從而能夠提高產品的檔次,降低產品的成本。 1、塑料異型材共擠技術塑料異型材共擠技術是指兩種或兩種以上塑料材料共同復合擠出成型異型材制品的技術,屬擠出復合類塑料型材加工的一種工藝方法。這種成型加工方法具有一下特點:(1)能充分發揮各種塑料的固有特性,使其在復合型材中起到應有的主導作用;(2)屬多種塑料一起成型的整體技術,無需黏結或貼合,效率高,成本低;(3)將硬質材料和軟質材料進行復合,可以集強度與彈性于一體構成特殊用途的材料;(4)將多孔材料與致密材料復合,構成質量輕、比強度高的材料賦予其特定性能;(5)可構成品種多、花樣新、性能優的各種型材,以滿足特殊使用場合的材料。 塑料應型材共擠制品通常包括塑料一塑料共擠出異型材和塑料一非塑料共擠出異型材兩大類 塑料共擠出異型材 目前以獲得廣泛應用的塑料異型材共擠出制品大都是薄壁型材,一般是在單一熔體擠出的薄壁型材上附加上另外擠出的某一成分而形成的。按共擠物料也行的不同,該共擠技術可分為三中:(1) 型材表面彩色共擠出:即在型材某些部位或某一表面共擠覆蓋上一層彩色(單一或混色)的塑料表面層,以增加異型材的色彩,提高耐老化、耐候性、光穩定性及良好的抗沖擊性。我國的型材彩色共擠技術起步較晚,但發展較快,其彩色共擠設備已實現國產化。青島中科塑料機械有限公司生產的彩色ASA、PMMA共擠機已在個大型材廠廣泛應用。(2) 廢料共擠出:將回收的不合格型材、料頭等經過破碎后共擠到異型材性能和質量要求不高的部位,則可以完全消化殘料并能確保制品的性能,是降低消耗、保護環境的最佳方法之一。據國外塑料門窗生產統計表明、應用廢料共擠出技術,生產中可節省純原料7%左右,降低成本5%左右。(3) 軟用共擠出:將硬質塑料與軟質塑料進行復合共擠出,可以集強度與彈性于一體,構成具有緩沖功能、密封作用等特殊用途的材料 非塑料共擠出異型材(1) 與金屬復合共擠出:金屬與塑料共擠出技術是利用金屬嵌入技術,通過共擠出而形成的一類復合材料,即在擠出異型材的同時將金屬嵌入在型材的某些部位。其特點是將金屬和塑料的有點集于一體,增加了異型材的剛性和尺寸穩定性。現在金屬與塑料復合共擠出技術已經達到了應用階段,其中應用較多的要算鋼塑復合共擠出與鋁塑復合共擠出。(2) 與木材復合共擠出:利用一些來源豐富、價格低廉的天然可降解的高分子材料(如稻草秸稈、鋸木、刨花等)和塑料復合進行共擠出,來代替木材使用,不僅可以節省資源,還避免了塑料給環境帶來的污染。 2、塑料異型材軟硬共擠技術 軟硬共擠過程 軟硬共擠過程根據成型法師的不同,可進行一詞成型或分兩次成型。其中一詞成型是指由共擠模具直接共擠出軟硬料,然后經定型模擠出共擠料進行復合。 異型材的軟硬共擠生產增加了共擠出機,共擠出模具,因此,比普通異型材的生產要求復雜一些。具體表現在:(1)增加了主機和共擠機的協調穩定;(2)增加了牽引與主機的協調穩定;(3)必須嚴格保證工藝條件持續穩定,系統中哪個因素的波動都會影響正常的生產。 軟硬共擠的分類 按軟硬材料主導性能來分(1) 硬質異型材的某些部位共擠出軟質塑料在硬質異型材的某些部位共擠出軟質塑料,以滿足異型材的功能要求。如在PVC門窗異型材上共擠出玻璃密封條,即玻璃壓條與密封膠條黏結在一起的型材(玻璃壓條為硬質PVC,密封膠條為軟質PVC)。玻璃密封條采用軟硬共擠的優勢在于:減少了門窗加工過程中組裝工序的工作量;能較好地解決型材長度收縮問題;提高門窗的密封性能。(2) 軟質異型材表面共擠出硬質塑料如在發泡異型材表面共擠出一層硬質塑料,可使異型材獲得更高的強度,具有類似木材的機械特性,以達到使用要求,還可以節省材料。1987年伯明翰展出了一條生產芯部發泡共擠出硬PVC異型材窗框生產線,據稱可以節約原材料20%。因此,在發泡型材上共擠出硬質表層可廣泛用于家具型材、裝飾型材、門窗型材等的生產。 按共擠出復合成型工藝在制品定型前后分(1) 軟硬前共擠前共擠又稱模內復合共擠,實際是兩種軟硬塑料在未完全成型的過程中實現復合并同步最終成型的方法,屬于一詞成型的工藝過程。在軟硬前共擠工藝中,熔體在FCF模具匯合,可改善軟硬塑料之間的復合附著力,使得軟硬塑料的黏結性能比軟硬后共擠好,且可調整軟硬共擠出型材的整個厚度分布。但是,由于熔體黏度和壓力不同以及流速的差異,易產生不穩定層流,進而會造成復合界面不規則和不均勻以及出模分流的現象,此外,熔體黏度的差異還會使擠出熔體在真空冷卻定型時產生定型困難,使得工藝過程較為復雜和難以控制。因此,如何保證成型質量,就需要設計制造復雜的模具和完善的操作工藝。在軟硬前共擠出工藝中,界面出現不規則,不均勻的現象主要發生在以下兩個區域:①軟硬物料的匯合與界面形成區域;②口模出口區域,即界面應切力最大的地方。目前國內針對界面不穩定因素已經做了很多研究。通過實驗,研究了黏度比界面不穩定的影響,實驗發現;兩種黏度不同的聚合物熔體總有把黏度較高的聚合物熔體包覆在中間的趨勢,即低黏度的聚合物總是向高剪切區流向而產生共擠出界面不穩定流向現象,并且這種“黏流封裝”的程度隨著黏度比和模頭流道長度的增加而增大。就口模溫度對擠出流動的影響以及口模溫度對共擠出界面的影響做了深入細致的研究。當口模溫度低于聚合物熔體溫度時,界面的變化就很大,當口模的溫度遠高于聚合物熔體的溫度時,可獲得相當平直的界面。1994年,Dooley和Hilton B T研究了流道集合形狀對共擠出界面發生重新排列,用大口模擠出時可能引起物料層的厚度變得更加明顯。Prdikoulias等人多年來做了大量實驗,研究表明:口模出口間隙、聚合物摩爾質量分布對共擠出界面不穩定性產生影響。 目前國內科技工作者主要對軟硬共擠機的模具設計做了相應的研究工作。青島海洋大學就共擠出界面不穩定因素,以及軟硬前共擠過程中存在和可能出現的問題,通過對一套PVC軟硬共擠模具的設計與調試,總結出了在設計軟硬前共擠模具時要明確的幾個問題,即:①軟硬共擠產品的材質以及材質的各自特性;②共擠出材料的相容性、黏度比以及界面結合形成;③模具共擠進料聞之的確定,兩種熔體的銜接位置,軟硬物料共流體的流道長度;④軟硬熔體在流道中的壓力平衡;⑤共擠出軟硬物料的性能對機頭設計的要求;⑥制品橫截面應盡量簡單,壁厚差不要過大,盡量均勻。(2)軟硬后共擠 后共擠是指一種已成型的型材再與另一種材料進行復合成型的技術,該技術在歐洲和北美有著較廣泛的應用,屬于共擠技術的最新發展。 軟硬后共擠即在硬料完全定型之后,再擠出軟料實現復合成型的方式,其實質就是將軟硬前共擠的一次成型過程分解成兩個單一的成型過程。每次成型中,模具均處理單一物料,從而簡化了復合過程。在復合階段,由于是熔體的共擠料熔體與冷卻的硬質基材相復合,復合部分不遜要進入定型模。因此,軟硬后共擠技術具有一下優點:①只對被復合的異型材局部表面進行加熱,熔融的軟質物料在一定壓力保持一定的形狀和尺寸與其黏結;②在復合階段,由于是熔融的軟質物料熔體與冷卻的硬質基材想復合,復合部分不需要進入定型模這就避免軟硬前共擠出中容易發生的熔體紊流和定型困難,從而使定型全過程更容易控制,復合制品的形狀尺寸更加精確,同時使模具的設計制造以及工藝操作更為簡單;③復合強度極易控制,對于產品的回收降低了難度;④已有的硬質型材模具可以作為后共擠部分,實現兩種方式型材的生產(主要是用于老廠舊模具的改造,投資少,見效快);⑤不需要停車與呼喚模具即可在線變更擠出制品;⑥復合材料多樣化(顏色、材質、表面光潔度),不受模具流道、物料流變行為的限制;⑦生產操作工藝簡單,易于成型。 軟硬后共擠和前共擠相比,避免了FCE中容易發生的熔體界面不規則、不均勻和定型困難的現象,操作相對簡單,但實際生產工作中經常遇到很多問題,如:①共擠部位與實際要求部位不相符;②共擠形狀變形或尺寸不符;③共擠黏結強度不夠等。軟硬后共擠技術是異型材共擠技術的最新發展,我國剛開始引進這一新技術。其中,山東青島中科塑料機械有限公司根據軟硬共擠出膠條黏結強度存在的問題對其產生的原因做了研究,研究結果表明,黏結強度主要受一下四個方面影響:①共擠料的影響:依據相似相容原則,兩種材料的相容性越差,兩種材料的黏結強度從理論上分析也就越低;②共擠溫度的影響:當共擠溫度設置較低時,熔體溫度偏低,擠出的共擠物料與塑料異型材接觸面之間形成的焊接熔池較淺,甚至不能形成熔池,兩種材料接觸處的高分子鏈段運動纏繞較小,因此分子間相互作用力較小,從宏觀上來講表現為黏結強度較差;當共擠溫度設置較高時,熔體溫度過高,導致部分共擠物料分解,熔體內產生氣泡,微觀上表現為高分子鏈斷裂,造成強度降低,所以制品很容易撕裂,同時老化性能變差;當共擠溫度設置適當時,共擠物料和型材之間很難撕離且黏結強度很高。③后處理的影響:塑料異型材的后處理分為無水化處理和熱處理兩種;這兩種處理方式都與膠條料的黏結強度有直接關系;④共擠部位模具設計的影響:盡可能地增大共擠接觸面積,其次是考慮生產中世紀操作的難以程度 軟硬后共擠成型過程是熔融的共擠料與冷卻的基材相復合,與暗影物料的黏結強度和成型質量也就成為軟硬后共擠中存在的問題和主要的技術性能要求。因此,黏結強度和成型質量頁成為目前軟硬后共擠的一個研究重點。中石化北京化工研究院圍繞研究制開發軟硬PVC共擠窗異型材,對后共擠成型工藝進行研究,研究結果表明:①共擠料熔體溫度和基材的熱處理溫度對復合制品的黏結強度有著最重要的影響,通過調節這兩個參數,可對制品調控②增加熔體壓力,有利于復合強度的提高。除了進行合理的流道設計外,工藝上主要是通過提高共擠岀機的螺桿轉速來實現;③熱風的風量對黏結也有著很大的影響。風量大則黏結強度下降,反之則加強;④模具與基材應精確定位,這有利于保持熔體壓力,提高黏結強度;⑤復合前,基材復合部位的表面應進行干燥處理,有利于黏結。 并從一下四個方面入手解決了軟硬后共擠黏結強度問題和成型質量問題:①通過調節共擠岀機機筒和模具的溫度,將熔體黏結度調節到適當程度;②根據基材線速度調節共擠岀機的擠出量,使熔體保持較高流速和較大壓力;③是模具精確定位,不產生各方向偏斜,使模具型腔與基材局部進行表面瞬間加熱,使其微熔,共擠的熔融輔材在一定壓力下,保持一定的形狀與尺寸和基材黏結。通過工藝調節可控制兩種材料的黏結強度,從而滿足制品的使用性能。 基于使用性能和成型工藝兩方面的考慮,對與暗影后共擠制品要有一定的特殊要求。山東青島中科塑料機械有限公司提出軟硬后共擠制品除了要有普通型材和前共擠型材的要求外還應該滿足以下要求:①擠出均勻、壁厚、形狀復合產品設計要求;②除必須具有一定強度、硬度、彈性以及耐候性外,還應具有與基材相當的隨環境溫度反復變化的尺寸變化率;③為保證型材的使用效果,輔料與基材黏結必須有一定的強度;同時為使軟硬PCE型材廢品得以回收利用,在大的外力作用下輔料與基材應可完全剝離。 3、軟硬共擠技術的發展趨勢 針對軟硬共擠過程存在的界面不規則,不均勻的問題。為了保證擠出的穩定性、制品成型質量好、次品率少。今后應該把CAE技術應用到軟硬前后共擠的成型模具設計、物料流動分析中,對軟硬前共擠進行成型模擬分析,從而提高共擠界面的穩定性。另外,為了保證前共擠成型質量,擠出成型對模具設計的要求較高隨著軟硬共擠技術較高。隨軟硬共擠技術在工業生產應用的不斷增加,針對不同應用要求的制品,模具的設計將是一個急需解決的問題 軟硬后共擠是共擠技術的最新發展,隨著我國塑料行業的迅速發展,軟硬后共擠技術作為一門新技術,今后應加強其工藝以及成型設備方面的研究,通過試驗力式,掌握PCE工藝的基本原理,弄清影響成型過程的各種工藝參數及其作用機理,從而確定最佳的成型工藝條件,擴大其在世紀工業生產中的應用。 


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