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硬质PVC管材配方与工艺设计原则

作者: 来源: 日期:2014/6/9 15:19:49 人气:8472

管材是挤出成型法加工的主要产品之一。
      塑料管材的突出优点:相对密度小,相当于金属的1/4-1/7;电绝缘性能、化学稳定性优良;安装、施工方便,维修容易;单位能耗低廉。但与金属相比,它的力学性能较低,使用温度范围较窄,膨胀收缩变形较大。

塑料管材的用途是输送液体、固体、气体,并可以作为电线电缆护套和结构材料。主要应用范围是:建筑给水管、建筑排水管、埋地排水管、燃气管、护套管、农业用管、工业用管。住宅建设,环境保护与治理,农业节水灌溉,交通、通讯、水利、能源等基础建设工程使得塑料管材有着非常广阔的市场

设计配方的原则

设计配方的原则是根据使用要求,根据我国已经制定了各类管材标准进行,管材配方中包含:PVC树脂,抗冲击改性剂,稳定剂,加工改性剂,填充剂、色料及外润滑剂等成分 

1、PVC树脂
为了获得迅速与均匀的塑化,应该采用悬浮法疏松型树脂、树脂的型号多为
SG—5(相当于旧型号XS—4)
——用于双壁波纹管的树脂,特别应具有良好分子量分布和杂质量,以减少管材中的“鱼眼”,避免管材波纹的塌陷和管壁的破裂。
——用于给水管的树脂,应属“卫生级”,树脂中残留氯乙烯在lmg/kg以内。
为了保证管材的质量,减少次品率,树脂的来源要稳定。  

2、稳定剂
目前国内采用的主要热稳定剂为:三碱式硫酸铅与二碱式铅盐,金属皂类并用、复合铅盐稳定剂、稀土复合稳定剂、有机锡稳定剂
含重金属的稳定剂(如含Pb,Ba,Cd)对人体健康有害,这些稳定剂在给水管配方中的用量有限制.。单螺杆挤出流程,物料受热历史较双螺杆挤出流程要长,稳定剂用量前者较后者要增加25%以上。双壁波纹管的机头温度较高,物料在机头内停留时间较长,配方中稳定剂的用量比普通管配方要多。 

3、填料
填料的作用是可降低成本。尽量采用超细活性的填料,(价格较高).管材用量比型材大.填料用量过大会造成抗冲击性降低和管耐压性下降,所以,在化工用管和给水管中,填料用量在10份以内。排水管,冷弯穿线套管中填料用量可多些,同时加大CPE的用量来改变冲击性能的下降。
对管材性能要求较低的管材,和落雨管,填料量可很大,但是对双螺杆挤出机磨损较严重。

4、改性剂
(1)、加工改性剂:普通管材可以少用或不用;波纹管和薄壁管多用.
(2)、冲击改性剂:比型材用量少, 两方面原因:1.性能,耐低温,拉伸强度2.成本
(3)、其他助剂:颜色: 钛白用量,型材作为耐老化剂来使用,必须用.硬PVC管的配方中主要是色素,主要是钛白粉或炭黑,可依管材外观要求选用。

5、外润滑剂与稳定剂的匹配设计。

(1)、根据稳定剂选择与之匹配的外润滑剂

 a.有机锡稳定剂。有机锡稳定剂与PVC树脂有较好的相容性,有严重的粘附金属壁的倾向,与之匹配的最便宜的外润滑剂是以石蜡为主的石蜡-硬脂酸钙体系。

 b.铅盐稳定剂。铅盐稳定剂与PVC树脂相容性差,仅附在PVC粒子表面,阻碍了PVC粒子间的融合,通常采用硬脂酸铅-硬脂酸钙外润滑剂与之匹配。

(2)、外润滑剂的用量。如果调整外润滑剂用量仍不能满足物料加工的要求,则可以考虑添加少量的内润滑剂。

    当使用抗冲击增韧改性剂时,由于熔体粘度大,粘附到金属表面的可能性就大,往往需要增加外润滑剂的用量;用同一种设备挤出的薄壁管比同一规格的厚壁管所需的外润滑剂要多。当加工温度高时,熔体粘附金属表面的倾向大,所加入的外润滑剂就多。

工艺设定原则

硬质PVC管材生产工艺流程见下图:

(1)混合工艺

      在高速混合时,助剂渗入PVC树脂的空隙,使助剂在树脂中均匀分散,考虑到温度在100°C以上有利于物料中水蒸气蒸出,所以一般热混机的温度设在100~120°C。为了让助剂充分地与PVC微粒接触,减少填充剂对助剂的吸附作用,应该在加入PVC树脂后即启动热混机,再按如下顺序投料:稳定剂、各种加工助剂、色料、填充剂。在实际生产中,大都是将原辅料全都投入后再启动热混机。

    热混机放出的混合料温度很高,需立即进行冷却,若散热不及时会引起物料分解和助剂挥发。冷混一般控制在料温40°C左右时出料。

(2)挤出成型工艺 

     挤出机螺杆分3个区段:加料段(送料段)、熔化段(压缩段)、计量段(均化段),这三段相应的对物料组成了3个功能区:固体输送区、物料塑化区、熔体输送区。

    固体输送区的料筒温度一般控制在100~140°C 。若加料温度过低,使固体输送区延长,减少了塑化区和熔体输送区的长度,会引起塑化不良,影响产品质量。

    物料塑化区的温度控制在170~190°C。控制该段的真空度是一个重要的工艺指标,若真空度较低,会影响排气效果,导致管材中存有气泡,严重降低了管材的力学性能。为了使物料内部的气体容易逸出,应控制物料在该段塑化程度不能过高,同时还要经常清理排气管路以免阻塞。料筒真空度一般为0.08~0.09MPa。

     熔体输送区的温度应略低一些,一般为160~180°C。在该段提高螺杆转速、减小机头阻力及在塑化区提高压力都有利于输送速率的提高,对于PVC这样的热敏塑料,不应在此段停留时间过长,螺杆转速一般为20~30r/min。

机头是挤出制品成型的重要部件,它的作用是产生较高的熔体压力并使熔体成型为所需的形状。各部分工艺参数分别为:口模连接器温度165°C,口模温度170°C、170°C、165°C、180°C、190°C。

(3)定型工艺
     从机头口模挤出来的管状物要经过冷却,使它变硬而定型。定型一般用定径套进行外径定型和内径定型两种方式。其中外径定型结构较为简单,操作方便,我国普遍采用。外径定型的定径外套长度一般取其内径的3倍,定径套的内径应略大于(一般不超过2mm)管材处径的名义尺寸。管材的冷却方法有水浸式冷却和喷淋式冷却,较常用的是喷淋式冷却。真空冷却成型是借助于真空泵将真空槽抽成真空,使管坯外壁吸附在定型套的内壁上而达到冷却定型。真空定型的工艺条件一般为:真空度20.0~53.3kPa,水温15~25°C,真空槽中的水成雾状为最佳。若真空度偏小,导致管外径偏小,小于标准尺寸;反之,若真空度偏大,管径偏大,甚至出现抽胀现象。若水温过低,定型不完全,且会使管材脆性增大;若水温过高,则会造成冷却不良,致使管材易发生变形。

(4)牵引工艺
     牵引装置的作用是给机头挤出的管材提供一定的牵引力和牵引速度,均匀地引出管材,并通过调节牵引速度调节管子的壁厚。牵引速度取决于挤出速度,一般牵引速度比挤出速度快1%~3%。

 

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