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硬質PVC管材配方與工藝設計原則

管材是擠出成型法加工的主要産品之一。
      塑料管材的突出優點:相對密度小,相當于金屬的1/4-1/7;電絕緣性能、化學穩定性優良;安裝、施工方便,維修容易;單位能耗低廉。但與金屬相比,它的力學性能較低,使用溫度範圍較窄,膨脹收縮變形較大。

塑料管材的用途是輸送液體、固體、氣體,并可以作為電線電纜護套和結構材料。主要應用範圍是:建築給水管、建築排水管、埋地排水管、燃氣管、護套管、農業用管、工業用管。住宅建設,環境保護與治理,農業節水灌溉,交通、通訊、水利、能源等基礎建設工程使得塑料管材有着非常廣闊的市場

設計配方的原則

設計配方的原則是根據使用要求,根據我國已經制定了各類管材标準進行,管材配方中包含:PVC樹脂,抗沖擊改性劑,穩定劑,加工改性劑,填充劑、色料及外潤滑劑等成分 

1、PVC樹脂 
為了獲得迅速與均勻的塑化,應該采用懸浮法疏松型樹脂、樹脂的型号多為 
SG―5(相當于舊型号XS―4) 
――用于雙壁波紋管的樹脂,特别應具有良好分子量分布和雜質量,以減少管材中的“魚眼”,避免管材波紋的塌陷和管壁的破裂。 
――用于給水管的樹脂,應屬“衛生級”,樹脂中殘留氯乙烯在lmg/kg以内。 
為了保證管材的質量,減少次品率,樹脂的來源要穩定。  

2、穩定劑 
目前國内采用的主要熱穩定劑為:三堿式硫酸鉛與二堿式鉛鹽,金屬皂類并用、複合鉛鹽穩定劑、稀土複合穩定劑、有機錫穩定劑 
含重金屬的穩定劑(如含Pb,Ba,Cd)對人體健康有害,這些穩定劑在給水管配方中的用量有限制.。單螺杆擠出流程,物料受熱曆史較雙螺杆擠出流程要長,穩定劑用量前者較後者要增加25%以上。雙壁波紋管的機頭溫度較高,物料在機頭内停留時間較長,配方中穩定劑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。盡量采用超細活性的填料,(價格較高).管材用量比型材大.填料用量過大會造成抗沖擊性降低和管耐壓性下降,所以,在化工用管和給水管中,填料用量在10份以内。排水管,冷彎穿線套管中填料用量可多些,同時加大CPE的用量來改變沖擊性能的下降。 
對管材性能要求較低的管材,和落雨管,填料量可很大,但是對雙螺杆擠出機磨損較嚴重。

4、改性劑 
(1)、加工改性劑:普通管材可以少用或不用;波紋管和薄壁管多用. 
(2)、沖擊改性劑:比型材用量少, 兩方面原因:1.性能,耐低溫,拉伸強度2.成本 
(3)、其他助劑:顔色: 钛白用量,型材作為耐老化劑來使用,必須用.硬PVC管的配方中主要是色素,主要是钛白粉或炭黑,可依管材外觀要求選用。

5、外潤滑劑與穩定劑的匹配設計。

(1)、根據穩定劑選擇與之匹配的外潤滑劑

 a.有機錫穩定劑。有機錫穩定劑與PVC樹脂有較好的相容性,有嚴重的粘附金屬壁的傾向,與之匹配的最便宜的外潤滑劑是以石蠟為主的石蠟-硬脂酸鈣體系。

 b.鉛鹽穩定劑。鉛鹽穩定劑與PVC樹脂相容性差,僅附在PVC粒子表面,阻礙了PVC粒子間的融合,通常采用硬脂酸鉛-硬脂酸鈣外潤滑劑與之匹配。

(2)、外潤滑劑的用量。如果調整外潤滑劑用量仍不能滿足物料加工的要求,則可以考慮添加少量的内潤滑劑。

    當使用抗沖擊增韌改性劑時,由于熔體粘度大,粘附到金屬表面的可能性就大,往往需要增加外潤滑劑的用量;用同一種設備擠出的薄壁管比同一規格的厚壁管所需的外潤滑劑要多。當加工溫度高時,熔體粘附金屬表面的傾向大,所加入的外潤滑劑就多。

工藝設定原則

硬質PVC管材生産工藝流程見下圖:

(1)混合工藝

      在高速混合時,助劑滲入PVC樹脂的空隙,使助劑在樹脂中均勻分散,考慮到溫度在100°C以上有利于物料中水蒸氣蒸出,所以一般熱混機的溫度設在100~120°C。為了讓助劑充分地與PVC微粒接觸,減少填充劑對助劑的吸附作用,應該在加入PVC樹脂後即啟動熱混機,再按如下順序投料:穩定劑、各種加工助劑、色料、填充劑。在實際生産中,大都是将原輔料全都投入後再啟動熱混機。

    熱混機放出的混合料溫度很高,需立即進行冷卻,若散熱不及時會引起物料分解和助劑揮發。冷混一般控制在料溫400C左右時出料。

(2)擠出成型工藝 

     擠出機螺杆分3個區段:加料段(送料段)、熔化段(壓縮段)、計量段(均化段),這三段相應的對物料組成了3個功能區:固體輸送區、物料塑化區、熔體輸送區。

    固體輸送區的料筒溫度一般控制在100~140°C 。若加料溫度過低,使固體輸送區延長,減少了塑化區和熔體輸送區的長度,會引起塑化不良,影響産品質量。

    物料塑化區的溫度控制在170~190°C。控制該段的真空度是一個重要的工藝指标,若真空度較低,會影響排氣效果,導緻管材中存有氣泡,嚴重降低了管材的力學性能。為了使物料内部的氣體容易逸出,應控制物料在該段塑化程度不能過高,同時還要經常清理排氣管路以免阻塞。料筒真空度一般為0.08~0.09MPa。

     熔體輸送區的溫度應略低一些,一般為160~180°C。在該段提高螺杆轉速、減小機頭阻力及在塑化區提高壓力都有利于輸送速率的提高,對于PVC這樣的熱敏塑料,不應在此段停留時間過長,螺杆轉速一般為20~30r/min。

機頭是擠出制品成型的重要部件,它的作用是産生較高的熔體壓力并使熔體成型為所需的形狀。各部分工藝參數分别為:口模連接器溫度165°C,口模溫度170°C、170°C、165°C、180°C、190°C。

(3)定型工藝 
     從機頭口模擠出來的管狀物要經過冷卻,使它變硬而定型。定型一般用定徑套進行外徑定型和内徑定型兩種方式。其中外徑定型結構較為簡單,操作方便,我國普遍采用。外徑定型的定徑外套長度一般取其内徑的3倍,定徑套的内徑應略大于(一般不超過2mm)管材處徑的名義尺寸。管材的冷卻方法有水浸式冷卻和噴淋式冷卻,較常用的是噴淋式冷卻。真空冷卻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達到冷卻定型。真空定型的工藝條件一般為:真空度20.0~53.3kPa,水溫15~25°C,真空槽中的水成霧狀為最佳。若真空度偏小,導緻管外徑偏小,小于标準尺寸;反之,若真空度偏大,管徑偏大,甚至出現抽脹現象。若水溫過低,定型不完全,且會使管材脆性增大;若水溫過高,則會造成冷卻不良,緻使管材易發生變形。

(4)牽引工藝 
     牽引裝置的作用是給機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,并通過調節牽引速度調節管子的壁厚。牽引速度取決于擠出速度,一般牽引速度比擠出速度快1%~3%。


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