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杭州宝丽泰行内专业自制PVC硬制品混料工艺及混料效果分析


PVC制品,包括管材,管件,异型材等等。这其中又以异型材在户外作结构材料使用,对产品的耐候性能和材料要求更高;同时因断面复杂,对配方加工性能的要求也相当苛刻。这些都决定了异型材配方非常复杂,以u-PVC异型材为例,除了主料PVC外,通常还包括复合稳定剂(包括稳定剂、润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂等)、抗冲改性剂(如CPE或AIM)、加工助剂(ACR)、钛白粉(TiO2)、填料(常用碳酸钙)与色料等[1],原料品种通常在十多种以上。另一方面,从加工工艺来讲,随着挤出机技术的进步,具有很强塑化能力的双螺杆挤出机已基本取代了单螺杆挤出机。u-PVC异型材和管材都可以由混合粉料经双螺杆挤出机直接挤出成最终制品。由于双螺杆挤出的生产省略了单螺杆挤出中的挤出造料环节,因此混合料的质量将很大程度上影响到后期的生产是否能正常进行,产品质量是否良好。这些都对配料质量提出了严格要求。因此,如何科学混料并做好混料质量的监控,是做为制品生产企业必须重视的工作。本文将以科学的异型材配方为例,阐述其混料工艺的作用和原理,并分析如何监控混料质量。

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混料的作用与原理 u-PVC配方料的混配通常要经过热混和冷混两个阶段,混合好的混配料叫做干混料。所谓热混,是指将混合物加热到软化温度或软化温度以上所进行的掺混过程,而冷混即热混料在冷混锅中,通过叶片低速搅动,其散发的热量通过冷混锅夹套中冷却水带走,直至将原料降到设定温度以下的过程。经过热混冷混的干混料,需静置一段时间“熟化”后即可使用。热混和冷混作用有四个方面:第一是使原料各组份在空间上均匀分布,取得一定的均一性,显然这是各组分充分发挥作用的基础;第二是通过热混,使PVC粒子有一个从原态到破碎微熔再到重新凝结聚集的过程,使干混料取得一定的预塑化效果,从混合状态的描述法来说,即获取一定的分散程度;第三是使干混料经过混料过程后,消除太小粒径组份,使得干混料整体的粒径分布相对较大而且集中,提高了干混料的表观密度和流动性,这不仅利于干混料的稳定输送,同时也可提高产量;第四是通过热混,尽可能排除原料中的水份和低挥发组分,消除这些组份对产品质量的影响。静置干混料的目的,是消除混料过程中产生的静电,并进一步提高干混料的表观密度和流动性。

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以常见异型材配方料为例,其配方组成中PVC和CPE均属大颗粒成分(平均粒径Dav为150~200μm),复合稳定剂以颗粒或片状加入后会被破碎为小颗粒,但在混料条件下不至于小到碳酸钙和钛白粉的级别(10μm以下),加工助剂ACR虽然粒径也较小,但配方中含量很少,同时熔点低于热混温度,会在热混中熔融,因此配方中真正要考虑的小粒径组份是碳酸钙和钛白粉。

 热混过程中的热源通常是搅拌叶片高速剪切所产生的摩擦热。分析热混过程中原料状态的具体变化过程是:在高速搅拌机的作用下,占绝对比例的PVC大颗粒被高速剪切作用所破碎,PVC颗粒比表面积增加形成较强的静电吸附作用;另一方面,配方中低熔点的润滑剂、加工助剂等也会在温度上升过程中逐渐熔化,粘附于PVC颗粒周围,起着PVC与无机小颗粒之间粘接剂的作用;再有,PVC颗粒在最初的破碎后,随着温度上升而逐渐膨胀,当温度超过其玻璃化温度(Tg)87℃时,PVC颗粒从外到内逐渐软化,并达到一定的预塑化程度,变软甚至微熔的PVC颗粒也有利于小粒径无机颗粒的粘附,所有这些因素共同作用的结果就是:随着混料过程的进行,配方中的小粒径组份碳酸钙和钛白粉颗粒将逐渐粘附并镶嵌到PVC颗粒周围,使得PVC颗粒的粒径从破碎变小又逐渐增大,配方中大颗粒CPE的状态变化类似PVC,最终使得配方中的小粒径组份逐渐消失,不同粒径的共混体最终变成粒径较大而均匀的粉体。

混料工艺对混料效果的影响 1 投料顺序及其对混料效果的影响 根据各种原料的作用和相互之间的协同效应,配方中各种原料的加入应该分段加入。合理的投料顺序是首先在低速搅拌下加入PVC;高速搅拌启动后温度升到60℃时加入稳定剂与皂类稳定剂(对复合颗粒状稳定剂适宜与PVC同时加入);80℃度左右时,将加工助剂、内润滑剂、颜料以及抗冲改性剂加入(如果润滑剂复合在稳定剂中则同稳定剂一同加入);当温度升到100℃左右时加入蜡类等外润滑剂;110℃时,加入碳酸钙与钛白粉等无机物。首先加入PVC与稳定剂,可以充分发挥稳定剂对PVC的稳定作用;内润滑早加入利于原料的初步凝胶化作用;然后加入加工助剂、抗冲改性剂等以利于其与PVC的混合;外滑剂稍后加入,是为了避免外滑剂作用影响到原料之间的摩擦和分散;碳酸钙、钛白粉等无机粒子最后加入,一方面避免了无机填料对润滑剂的吸收,另一方面也减少这些较硬粒子对混料设备的磨损。这样的加料顺序将使整个混料更为科学。但是,这样的加料方式工艺复杂,对设备与控制的要求更高,另外明显延长混料周期,使混料效率下降。所以,实际生产时,很多厂家实行所有原料同时投入进行混料的工艺。根据经验,同时投料进行混合,只要有合适的混料工艺,其干混料一样能很好地满足生产需要。 2 热混与冷混温度对混料效果的影响 如上所述,热混温度需要高于PVC的玻璃化温度。其具体设定值要根据热混的目的是否达到来定。如果热混温度偏低,首先是干混料中小粒径组份仍有很多,干混料易产生静电,不利于流动,甚至在管道输送过程中容易出现原料分层的现象,严重影响产品质量;其次是干混料的预塑化程度不够,不利于后期生产取得较好的塑化水平,产品的材料性能受影响;第三是原料中的水份等挥发份没除尽,使后期加工中析出增加,产品易出现气泡、甚至降解等现象,严重影响产品外观和材料性能。如果热混温度设置太高,则干混料预塑化程度过高,稳定剂在混料时即消耗太多,影响后期生产时的工艺控制和产品的材料与外观性能,甚至影响产品的耐候性。设定热混温度不仅要根据干混料本身的状态来定,还需要根据配方和后期挤出机的塑化能力来进行适当的调整。通常配方中小粒径组份比例较高,或者后期挤出机的塑化能力不够,则热混温度应适当高一些。反之亦然。通常情况下,u-PVC异型材配方的热混温度设定在120℃左右。 冷混温度的设定,根据经验通常设定在40~45℃。冷混温度过高,干混料未充分冷却即被储放,将使中间部位原料受过多余热影响,消耗过多稳定剂,干混料甚至出现粉红等降解现象。冷混温度过低,不利于提高混料效率。 3 投料量对混料量的影响 混料时每一锅的投料量通常以热混锅净空间的55~75%为宜。混料量太少,则热混时摩擦热产生不足,干混料温度上升缓慢,不仅延长热混时间,还可能消耗太多的稳定剂;混料量太多,则原料不容易混合均匀,水气等不易排尽,也最终影响到干混料质量。


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