PVC型材生產(chǎn)中常見(jiàn)問(wèn)題分析
樹(shù)脂與助劑混合的均勻程度及混合料表觀(guān)密度的大小都會(huì )對PVC沖擊強度產(chǎn)生較大影響。PVC加工溫度有一定的范圍，溫度過(guò)高，PVC易分解；溫度過(guò)低，PVC塑化不充分，各種組分分散不均還會(huì )導致脆性增大。主機轉速反映擠出機對PVC的剪切作用，轉速過(guò)大，剪切力增大，會(huì )降低制品的低溫性能和焊角強度。成型壓力高有利於提高型材的力學(xué)性能，尤其是低溫沖擊強度。型材成型冷卻作用是將拉伸的大分子鏈及時(shí)冷卻定型，達到制品要求。緩慢的冷卻可以使大分子鏈有足夠的時(shí)間舒展，這樣內應力小，可減輕制品的翹曲、彎曲和收縮，從而提高制品的沖擊強度和焊接角破壞力。
配方
討論配方不能脫離原料。配方的好壞并不完全取決於組分的配比，在很大程度上取決於原料的內在性能和質(zhì)量。同是復合穩定劑，由於內部組分不同，會(huì )因為與其他原料不協(xié)調而影響型材質(zhì)量。所以，討論配方時(shí)，一定是確定了每一種原材料型號和廠(chǎng)家之後，才有實(shí)際意義。筆者所在的新疆天業(yè)建材公司，一直使用自產(chǎn)的PVC樹(shù)脂，CPE使用濰坊亞星化學(xué)股份有限公司的產(chǎn)品，鈦白粉使用杜邦公司（DuPont）的產(chǎn)品，因此，本文只討論復合穩定劑和增量劑。
復合穩定劑是PVC加工中最重要的一類(lèi)助劑，對PVC型材的所有指標都產(chǎn)生影響。復合穩定劑起穩定和潤滑兩種作用。穩定作用是阻止PVC分子在加工和使用過(guò)程中降解，從而保證PVC型材能夠具備門(mén)窗所要求的力學(xué)性能；內外潤滑劑的搭配影響流動(dòng)性和粘度，進(jìn)而影響PVC型材的冷沖擊性、焊角強度、尺寸變化率、加熱後狀態(tài)和表面光潔度。
目前，面對原材料全面漲價(jià)的市場(chǎng)行情，降低配方成本是很多廠(chǎng)家不約而同的選擇，而降低配方成本主要有兩個(gè)途徑：使用價(jià)格較低的原料，比如使用價(jià)格較低的穩定劑、改性劑等；使用增量劑，常用的就是價(jià)格較低的碳酸鈣。碳酸鈣除了增量降低成本外，還具有穩定尺寸的作用；但隨著(zhù)碳酸鈣用量的加大，型材的內在指標明顯下降（見(jiàn)表1）。
表1 CaCO3用量對型材物理性能的影響。
PVC混料設備
混配料是PVC型材生產(chǎn)中的重要一環(huán)?；炝线^(guò)程不僅是各組分間機械混合，更是各組分間相互摩擦、碰撞，物料不斷升溫、逐步凝膠化的過(guò)程，所以干混料的質(zhì)量直接影響PVC型材的物理性能和化學(xué)性能。國外專(zhuān)家認為，好的混料機可以彌補塑化差的擠出機，但即使是最好的擠出機也不能彌補混料機的不足，可見(jiàn)混料機的重要性。在混料機內，物料在短時(shí)間內靠自摩擦由常溫升至120℃，日積月累，對混料機的磨損是很大的。
根據經(jīng)驗，在原材料、配方、設備、工藝不變的情況下，在一根長(cháng)6m的型材上取樣，型材的冷卻沖擊試驗結果卻相差很大：8個(gè)試樣完好無(wú)損，1個(gè)試樣有小裂紋，1個(gè)試樣出現破洞。經(jīng)過(guò)排查，確定是物料混合不均勻，用量較小的助劑分散不好造成的局部缺陷。更換熱混攪拌槳後，此問(wèn)題得以解決?；炝蠙C磨損的直觀(guān)表現是混料時(shí)噪音大、刺耳，混料時(shí)間延長(cháng)，由一般的8-10min延長(cháng)至15min以上。
經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的觀(guān)察對比，得到PVC顆粒的最大密度和最大程度的凝膠化，熱混溫度應控制在115℃左右，混料時(shí)間每次在8-10min，加料量為混料機容積的60%左右，這樣的效果是較理想的。冬季時(shí)，可將混料機轉速調高一些；夏季時(shí)，宜將混料機轉速調低一些。通過(guò)這樣的調整，可保證工作效率，控制好混料時(shí)間。要得到滿(mǎn)意的PVC物料塑化質(zhì)量，螺桿、機筒的加工精度及裝配精度也是很重要的因素。高的裝配精度配合優(yōu)化的擠出工藝，才能較好地保證PVC型材質(zhì)量。因此，要定期檢測螺桿、機筒的軸向間隙和徑向間隙，不符合規定時(shí)要及時(shí)調整。
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擠出過(guò)程常見(jiàn)問(wèn)題
降解
PVC是熱敏性塑料，光穩定性也很差，在熱和光的作用下，很容易發(fā)生脫HCl反應，即通常說(shuō)的降解。降解的結果是塑料制品強度下降、變色、出黑線(xiàn)，嚴重時(shí)導致制品失去使用價(jià)值。影響PVC降解的因素有聚合物結構、聚合物質(zhì)量、穩定體系、成型溫度等方面。
根據經(jīng)驗，PVC型材發(fā)黃大多是因為口模處出現糊料，其原因是口模流道不合理或流道內局部拋光不好，存在滯料區。而PVC型材出黃線(xiàn)大多是機筒內出現糊料，其原因主要是篩板（或過(guò)渡套）之間有死角，物料流動(dòng)不暢。黃線(xiàn)在PVC型材上呈縱向直線(xiàn)，則滯料是在口模出口處；若黃線(xiàn)不直，則主要是在過(guò)渡套。配方和原料不變時(shí)也出現黃線(xiàn)，則應主要從機械結構上找原因，找到發(fā)生分解的起始點(diǎn)并加以排除。如從機械結構上找不到原因，則應考慮是配方或工藝方面存在問(wèn)題。避免降解的措施有以下幾個(gè)方面：
（1）嚴格控制原材料的技術(shù)指標，要使用合格的原料；
（2）制定合理的成型工藝條件，在該條件下PVC物料不易降解；
（3）成型設備和模具應結構良好，要消除設備與物料接觸面可能存在的死角或縫隙；流道應為流線(xiàn)型，長(cháng)短適宜；應改善加熱裝置，提高溫度顯示裝置的靈敏度及冷卻系統的效率。
彎曲變形
PVC型材彎曲變形是擠出過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題，其原因有：口模出料不均勻；冷卻定型時(shí)，物料冷卻不充分，後收縮量不一致；設備與其他因素。
擠出機全線(xiàn)的同心度和水平度是解決PVC型材彎曲變形的前提條件，因此，每當更換模具時(shí)都應對擠出機、口模、定型模、水箱等的同心度和水平度進(jìn)行校正。其中，保證口模出料均勻是解決PVC型材彎曲的關(guān)鍵，開(kāi)機前應認真裝配口模，各部位間隙要一致，若開(kāi)機時(shí)發(fā)現口模出料不均，應依據型坯彎曲變形方向，對應調整口模溫度，如調整無(wú)效，則應適當提高物料的塑化度。
進(jìn)行輔助調整調節定型模的真空度和冷卻系統是解決PVC型材變形的必要手段，應加大型材承受拉伸應力一側的冷卻水量；采用機械偏移中心的方法調整，即一邊生產(chǎn)，一邊調整定型模中間的定位螺栓，依據型材彎曲方向進(jìn)行反向微量調整（采用該法時(shí)應慎重，且調整量不宜過(guò)大）。注重模具的保養是很好的預防措施，應密切關(guān)注模具的工作質(zhì)量，根據實(shí)際情況隨時(shí)對模具進(jìn)行維護和保養。
通過(guò)采取以上措施可消除型材彎曲變形，確保擠出機穩定、正常地生產(chǎn)出高質(zhì)量的PVC型材。
低溫沖擊強度
影響PVC型材低溫沖擊強度的因素有配方、型材斷面結構、模具、塑化度、測試條件等。
（1）配方
目前廣泛選用CPE作為沖擊改性劑，其中含氯質(zhì)量分數為36%的CPE對PVC的改性效果最好，用量一般在8-12質(zhì)量份，結晶度和玻璃化溫度均較低，具有良好的彈性及與PVC的相容性。
（2）型材斷面結構
高質(zhì)量的PVC型材具有好的斷面結構。通常情況下，小斷面的結構優(yōu)於大斷面的結構，斷面上內筋的位置設置要適宜。增加內筋厚度，在內筋與壁連接處采用圓弧過(guò)渡，都有助於提高低溫沖擊強度。
（3）模具
模具對低溫沖擊強度的影響主要體現在熔體壓力和冷卻時(shí)的應力控制上。一旦配方確定，熔體壓力主要與口模有關(guān)。從口模出來(lái)的型材經(jīng)過(guò)不同的冷卻方式，會(huì )產(chǎn)生不同的應力分布。應力集中的地方PVC型材的低溫沖擊強度就差。PVC型材受到急冷時(shí)易產(chǎn)生大的應力，因此定型模冷卻水流道布置非常關(guān)鍵，水溫一般控制在14℃-16℃，采用緩冷方式有利於提高PVC型材的低溫沖擊強度。
保證模具的最佳狀態(tài)，定期清理口模，避免因長(cháng)時(shí)間連續生產(chǎn)而讓雜質(zhì)堵塞口模，造成出料減少，支撐筋過(guò)薄，影響低溫沖擊強度。定期清理定型?？杀ＷC定型模足夠的定型真空度和水流量，以保證型材生產(chǎn)過(guò)程中被充分冷卻，減少缺陷，降低內應力。
（4）塑化度
大量研究和測試結果表明，PVC型材低溫沖擊強度的最佳值是在塑化度為60%-70%時(shí)得到的。經(jīng)驗表明，“高溫低轉速”和“低溫高轉速”能得到同樣的塑化度。但在生產(chǎn)中首選低溫高轉速，因為低溫時(shí)既可降低加熱耗電量，高速時(shí)又能提高生產(chǎn)效率，并且雙螺桿擠出機高速擠出時(shí)剪切作用很明顯。
（5）測試條件
GB/T8814-2004中對低溫沖擊試驗有嚴格的規定，如型材長(cháng)度、落錘質(zhì)量、錘頭半徑、試樣冷凍條件、測試環(huán)境等，為了使試驗結果準確，要嚴格遵守上述規定。
其中：“落錘沖擊在試樣中心位置上”應理解為“使落錘沖擊在試樣的型腔中心位置”，這樣的檢測結果更有現實(shí)意義。
改善低溫沖擊性能的措施如下：
1.嚴格檢查用料質(zhì)量，密切注意口模出料和真空口的物料狀態(tài)，口模出料處應顏色一致，有一定光澤度，出料均勻，用手捏時(shí)要有較好的彈性，主機真空口物料呈“豆腐渣”狀態(tài)，初步塑化時(shí)不能發(fā)光，主機電流、機頭壓力等參數應平穩。
2.規范工藝控制，保證塑化效果。溫度控制應為“盆”式工藝，從擠出機一區到機頭的加熱溫度變化應為“盆”型，機筒三、四區溫度稍低，使物料由“外熱內冷”逐步變?yōu)椤皟韧馄胶狻?，保證物料受熱均勻。在配方不變的情況下，擠出工藝不要有大的變化。
筆者曾經(jīng)有過(guò)這樣的經(jīng)歷：正常生產(chǎn)時(shí)80框外觀(guān)光滑細膩，低溫沖擊試驗結果為10個(gè)試樣破損1個(gè)；在清理模具後再生產(chǎn)時(shí)，因未按以前工藝擠出，造成外觀(guān)不光滑，棱邊有小波浪，低溫沖擊試驗結果為10個(gè)試樣破損6個(gè)（表2）。這驗證了配方不變時(shí)，“有好外觀(guān)就有好內在”的經(jīng)驗。
表2 不同擠出工藝對型材品質(zhì)的影響。
焊角強度是PVC型材焊接後焊角承受外力的能力，與PVC型材本身及焊接工藝都有關(guān)。優(yōu)質(zhì)的型材如果焊接不好，焊角強度也會(huì )不合格。
（1）焊接準備
下料前應將PVC型材在與加工環(huán)境相同的溫度下放置16h以上，這樣可防止低溫的PVC型材在焊接受熱條件下產(chǎn)生應力，導致PVC型材開(kāi)裂。
（2）切割要求
要保證下料角度為90°及其對稱(chēng)性。下料後，斷面要干凈。
（3）焊接工藝
焊接溫度的設定要合理，一般為240℃-270℃。加熱時(shí)間的選取要與加熱溫度協(xié)調統一，保溫時(shí)間的選取也很重要。
為保證焊角強度，不可為提高工作效率而縮短冷卻時(shí)間。同樣80扇，在焊接壓力、焊接量、焊接溫度不變的情況下，冬季加熱時(shí)間從20s變?yōu)?5s，保壓時(shí)間從30s變?yōu)?5s，焊角強度下降了近400N（表3）。其原因是保壓時(shí)間短造成焊角沒(méi)有完全冷卻固化，焊縫處受急冷造成焊角強度下降。
表3 不同焊接工藝對焊角強度的影響。
（4）其他
焊接過(guò)程中，焊布上如有污物要及時(shí)清除，及時(shí)更換焊布破損或燒焦的地方。機械清理溝槽不宜太深，以防降低焊角強度。
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