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PVC硬制品的混料工艺及其对混料效果影响

       U-PVC即硬质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,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*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。

      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。 

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。


       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*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 。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*终影响到干混料质量。

       4、 干混料静置时间对混料效果的影响。经过热混和冷混的干混料需静置一段时间,一般要在储料罐中至少静置12小时以上。如果干混料静置时间太短,挤出时容易发生型材发喘(平行双螺杆反应尤甚)的情况,在自重喂料的设备上易发生“架桥”现象。试验表明,静置24小试后,混合料的表观密度明显增加。另外,如果能使用大容量的储料罐放置干混料,在储料罐中加入均化管,在通过自重取料时将对大批量的干混料再进行一次均化作用,利于加工与产品质量的稳定。 

       5、 冷却速度对干混料的影响。 除了上述条件对混料质量的影响外,经验表明,冷却速率对干混料的表观密度影响也较大。冷却速率越快,产品的表观密度越大,更利于高速挤出。冷混的冷却水温度通常控制在13℃~15℃。

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