硬質(zhì)PVC管材的生產(chǎn)工藝，一次性講透徹！

2016-10-18 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

硬質(zhì)PVC管材規(guī)格和形式很多,其生產(chǎn)工藝流程基本上如圖:

生產(chǎn)工藝流程可分為三個(gè)過(guò)程:

? 1、成型料準(zhǔn)備過(guò)程(又稱擠出前段),包括配方(原料、輔料的前處理、計(jì)量、輸送)、混合(高速和低速)、過(guò)篩(成型粉料)或造粒(粒料)。

? 2、擠出成型過(guò)程。

? 3、定型包裝過(guò)程(又稱擠出后段)。

一、成型料的準(zhǔn)備

為了改進(jìn)管材的加工性能、使用性能和降低成本,需要在PVC原材料的基礎(chǔ)上加入穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、填充劑、加工改性劑等助劑。

(一)原料的預(yù)處理:原輔料在生產(chǎn)和裝運(yùn)過(guò)程中可能混入一些機(jī)械雜質(zhì),需要對(duì)其進(jìn)行過(guò)篩和磁吸處理,除去雜質(zhì)。

(二)原輔料的計(jì)量:按照確定的配方將原輔料精確計(jì)量。各組分的稱量誤差應(yīng)控制在1%以內(nèi)。

(三)原輔料的混合:PVC管材的原輔料大多是固體粉料(只有少量助劑是液態(tài)),成型料通過(guò)物料間對(duì)流作用和剪切作用進(jìn)行混合制備。目前采用高速混合機(jī)將原輔料進(jìn)行混合,再用低速冷混機(jī)將混合好的物料進(jìn)行冷卻。

一般高速混合的溫度設(shè)在100~120℃。為了讓助劑充分地與PVC微粒接觸,減少填充劑對(duì)助劑吸附作用。要求加入PVC樹脂后立即啟動(dòng)熱混合機(jī),再按:穩(wěn)定劑→ 各種加工助劑→色料→填充料(碳酸鈣),將原輔料全部投入后再啟動(dòng)高速熱混合機(jī)。混合后需立即冷卻,若散熱不及時(shí)會(huì)引起物料分解和助劑揮發(fā)。

冷混機(jī)的攪拌速度較低,其容積應(yīng)為熱混機(jī)的兩倍以上。冷混一般溫控制在40℃左右時(shí)出料,排出的物料還應(yīng)過(guò)篩,除去結(jié)塊和粘熔料。

原輔料混合工藝流程如下圖

1、2—液體助劑貯槽;3、4、5、6—助劑貯槽;

7—PVC粉貯槽;8、9.—液體助劑計(jì)量器;

10、11、12—粉體計(jì)量器;13—高速熱混器;

14—低速熱混器;15—振動(dòng)篩;16—混合粉貯槽

注:使用單螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)PVC管材時(shí),干混料不能直接使用,必須經(jīng)過(guò)混煉塑化加工成粒料的工序,粒料的生產(chǎn)方法一般是利用擠出機(jī)擠出的混合料細(xì)條,經(jīng)過(guò)切割機(jī)進(jìn)行冷切或熱切兩種方式加工成一定規(guī)格的粒料。

二、擠出成型工藝

目前PVC管材的生產(chǎn)大多采用螺桿擠出機(jī)進(jìn)行干法塑化工藝連續(xù)操作。

在螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),料斗中的干混料或粒料進(jìn)入加料筒中,利用摩擦熱使混料熔化成熔體,在設(shè)備中不斷往前流動(dòng),各組分受螺桿的攪拌而均勻分散。熔體在機(jī)頭口模處成型后成連續(xù)體被螺桿擠到機(jī)外,經(jīng)冷卻凝固,即成管材。

1擠出機(jī)的選擇

管材的擠出機(jī)可以用單螺桿擠出機(jī),也可以用雙螺桿擠出機(jī)。

單螺桿擠出機(jī)的最佳擠出量:

2擠出過(guò)程

生產(chǎn)PVC管材的擠出機(jī)主要有兩種:單螺桿擠出機(jī)和導(dǎo)向嚙合雙螺桿擠出機(jī)。

用于生產(chǎn)PVC管材的擠出機(jī)螺桿分段見下表:

? 1、固體輸送區(qū)(加料段):料筒溫度一般控制在100~140℃。

? 2、物料塑化區(qū)(熔化段):其溫度控制在170~190℃。

? 3、熔體輸送區(qū)(計(jì)量段):其溫度控制略低一些,一般為160~180℃。

總之,在擠出機(jī)實(shí)際生產(chǎn)中,根據(jù)生產(chǎn)不同規(guī)格的PVC管材,選擇合適的工藝條件:配方、螺桿轉(zhuǎn)速及各段控制溫度等,以達(dá)到塑化和擠出量的最佳效果。

3成型過(guò)程

擠出機(jī)連續(xù)提供的熔化和具有壓力的塑料熔體是通過(guò)機(jī)頭特定的流道進(jìn)入口模而形成一定的結(jié)構(gòu)和形狀。

機(jī)頭是擠出制品成型的重要部件,它的作用是產(chǎn)生較高的塑料熔體壓力并使其成為所需的形狀。

聚氯乙烯管材的擠出機(jī)頭一般都是直線機(jī)頭(直通式)。對(duì)于復(fù)合管材和內(nèi)徑尺寸要求嚴(yán)格的管材常采用直角式機(jī)頭。

直線機(jī)頭圖

1—卡套;2—連接套模;3—分流器;

4—分流環(huán);5—中套;6—芯棒;

7—鎖母;8—口模

三、成型工藝

從機(jī)頭口模擠出來(lái)的管狀物要經(jīng)過(guò)冷卻,使它變硬而定型。

1定型方式

定型方式一般是用定徑套進(jìn)行外徑定型和內(nèi)徑定型兩種。

(1)外徑定型外徑定型是使管狀物外壁和定徑套內(nèi)壁緊密接觸。

要達(dá)到這種緊密接觸有兩種方法,一種是從設(shè)在支架中的一個(gè)筋和芯棒內(nèi)的連通孔向管狀物內(nèi)部通的壓縮空氣,并將擠出的管端封塞,使管內(nèi)維持比大氣壓較大而又恒定的壓力,為內(nèi)壓定徑:

內(nèi)壓定徑裝置示意圖

另一種方法是在定徑套上沿圓面上鉆一排排小孔,用真空抽吸使管狀物緊貼套管,為真空定徑:

真空定徑裝置示意圖:

(2)內(nèi)徑定型內(nèi)徑定型常用于直角機(jī)頭或偏心機(jī)頭。管材從口模出來(lái)后便套在冷卻定型芯子上,管材內(nèi)表面緊貼于定型芯子外壁并迅速冷卻硬化而定內(nèi)徑尺寸。為便于冷卻水從芯模后部淀入冷卻定型芯子,冷卻定型芯子連接在芯模延伸軸上,其結(jié)構(gòu)見圖:

內(nèi)徑定型法示意圖

以上二者比較起來(lái),外徑定型結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,操作方便。外徑定型的定徑套長(zhǎng)度一般取其內(nèi)徑的3倍,定徑套的內(nèi)徑應(yīng)略大于管材外徑的名義尺寸,一般不大于2mm。

2冷卻方法

用來(lái)冷卻管材的方法常用水浸式冷卻和噴淋式冷卻兩種。

(1)水浸式冷卻水浸式冷卻的裝置是冷卻水槽,將擠出的管材浸在水槽中進(jìn)行冷卻(見下圖):

該方法要考慮的是管材在冷水槽中會(huì)受到浮力影響,有可能使之發(fā)生彎曲變形,尤其是大口徑管材,其浮力大,彎曲變形可能性更大。

(2)噴淋式冷卻噴淋冷卻的裝置是噴淋水箱,水箱上裝有沿管材圓周均勻分布的噴水頭(見下圖),控制一定的水量對(duì)擠出管材進(jìn)行噴淋冷卻:

該方法冷卻均勻,變形可能性小,小口徑管材生產(chǎn)時(shí)往往將真空定型與冷卻槽設(shè)計(jì)成一體?？傊?要獲得光潔度高,尺寸準(zhǔn)確,幾何形狀正確的管材,進(jìn)行有效的冷卻和盡快定型是至關(guān)重要的。

四、牽引工藝

牽引裝置的作用是給機(jī)頭擠出的管材提供一定的牽引力和牽引速度,均勻地引出管材,并通過(guò)牽引速度調(diào)節(jié)管子的壁厚。

牽引管材的裝置有滾輪式(見下圖),和履帶式(見下圖)兩種。

對(duì)牽引裝置的要求是它們應(yīng)具有較大的夾持力,并能均勻地分布在管材的圓周上。牽引速度要求十分均勻,并且能無(wú)級(jí)調(diào)速。牽引速度是取決于擠出速度。

五、管材承插口加工工藝

承插口連接是PVC管材的主要連接方式。管材承插口多數(shù)是在生產(chǎn)廠家加工形成的。承插口是通過(guò)熱脹法在擴(kuò)口機(jī)上進(jìn)行,也有的廠家采用人工擴(kuò)口。承插口有兩種型式,一是平直承插口;二是R型承插口。

△ 平直型承插口采用膠粘劑粘接,主要適用于DN20~200mm的管材。

△ R型承插口采用彈性密封圈連接,主要適用于DN63~630mm的管材。

PVC—U管材的擴(kuò)口屬于塑料二次加工中的熱成型工藝。擴(kuò)口操作大致分幾個(gè)步驟(R型承插口)。

1、將管材一端在加熱爐中加熱到規(guī)定溫度,常用的加熱方式有油溶加熱和電加熱。
2、將管材加熱好的一端趁熱插人擴(kuò)口機(jī)頭的模芯中,操作擴(kuò)張頂桿,使其擴(kuò)成型后再用水噴淋冷卻。
3、管材冷卻后,頂桿回撤,多瓣機(jī)頭截面縮小,機(jī)頭就可從擴(kuò)口面退出。

平直擴(kuò)口操作時(shí),將管材一端加熱好,趁熱插入擴(kuò)口模具中冷卻定型即可。

塑料二次加工熱成型通常是在高彈態(tài)或粘流態(tài)進(jìn)行。

PVC在80℃以下處于玻璃態(tài),在80~160℃范圍內(nèi),PVC處于高彈態(tài),形態(tài)可逆,成型后會(huì)產(chǎn)生殘存內(nèi)應(yīng)力;在溫度超過(guò)160時(shí),PVC處于粘流狀態(tài),表現(xiàn)為可塑性,形態(tài)不可逆。

因此,PVC—U管材的擴(kuò)口溫度應(yīng)在80℃以上。

溫度較低時(shí),物料流動(dòng)性差,擴(kuò)口后的承插口外觀上易產(chǎn)生白化,且由于溫度偏低而不能獲得大的伸長(zhǎng)率而導(dǎo)致擴(kuò)口破裂,尺寸上表現(xiàn)為穩(wěn)定性差,輪廓不清楚;

而當(dāng)成型溫度較高時(shí),雖然成型后殘存內(nèi)應(yīng)力小,但又易造成承插口有折皺、氣泡、變色、分解等現(xiàn)象,外觀較差,分解嚴(yán)重還會(huì)造成強(qiáng)度下降。

PVC—U管材擴(kuò)口最佳成型溫度為160~180℃。

選擇管材加熱時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)是:保持足夠的加熱時(shí)間,使管材達(dá)到最佳成型溫度,并使溫度分布均勻,又不出現(xiàn)變色、分解。

PVC—U熱導(dǎo)率低于0.15W/(m·K),導(dǎo)熱性差,其適當(dāng)?shù)募訜峁β拭芏仁?.5~3.0W/cm2,為使溫度分布均勻,加熱過(guò)程中都采用旋轉(zhuǎn)管材方式。下表所列PVC—U管材的壁厚與加熱時(shí)間可供參考:加熱溫度160℃,加熱功率密度1.5W/cm2。

注:擴(kuò)口成型后的冷卻亦是很重要的一點(diǎn)。選擇冷卻條件的標(biāo)準(zhǔn)是:在保證承插口內(nèi)應(yīng)力小、耐沖擊性好、承插口不變形的前提下,以冷卻時(shí)間短為原則。自然冷卻有利于內(nèi)應(yīng)力消除,提高管材耐沖擊性,但時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)率低。因此,一般采用水冷,冷卻到40~50℃(變形溫度以下)。

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