【文章內(nèi)容簡介】 的進程；塑料異型材及門窗行業(yè)基本掌握了產(chǎn)品的一流制造技術。 隨著時代的發(fā)展，人們對于塑料門窗有了更多新的更高的要求，相應的 PVC 異型材擠出技術也有了更高的發(fā)展。目前，雙螺桿擠出機正在逐步替代單螺桿擠出機，成為塑料異型材擠出成型的主要機型。與單螺桿擠出機相比，雙螺桿 擠出機有很大的優(yōu)越性： （ 1）生產(chǎn)能力大，根據(jù)理論計算，在相同螺桿直徑下，雙螺桿擠出機產(chǎn)量能達到單螺桿擠出機的 4 倍。 （ 2）能耗低，雙螺桿擠出機的單位能耗僅為單螺桿擠出機的 1/3～ 1/2左右。 （ 3）產(chǎn)品質(zhì)量好，且在保證產(chǎn)品強度的條件下，原材料消耗下降約1/5～ 1/4。 （ 4）摩擦產(chǎn)生的熱量少。 （ 5）塑料所受的剪切比較均勻。 （ 6）螺桿輸送能力較大，擠出速度比較穩(wěn)定，塑料在料筒內(nèi)停留時間按較短。 （ 7）料筒自潔性能好。 （ 8）加料容易特別是 PVC 粉料。 現(xiàn)在， PVC 異型材的擠出傾向于粉料直接擠出。常用擠出 機為排氣式異向雙螺桿擠出機。異向雙螺桿擠出機的顯著特點是，它比同向雙螺桿擠出機的物料輸送能力和擠出能力強，在相同直徑下，擠出量比同向擠出機一般高 1 倍左右。物料在機內(nèi)的滯留時間比同向機短，并且剪切發(fā)熱小，物料分散充分、溫差也小，物料溫度分布十分均勻。對加工熱敏性塑料十分有利。因此，它最適宜加工熱穩(wěn)定溫度低的聚氯乙烯無毒配方，同時可減少穩(wěn)定劑用量 50%左右，不僅降低成本，而且有利于提高制品的物理性能，特別是沖擊強度的提高。 故此，本設計選用排氣式異向雙螺桿擠出機作為型材擠出主機，不僅洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） XII 有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量，而且省去 了單螺桿擠出機造粒工序，既節(jié)約能耗，由可以提高生產(chǎn)效率。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） XIII 第 3 章 產(chǎn)品配方設計 配方設計 目的 塑料異型材產(chǎn)品配方是按一定比例在樹脂中混入各種助劑而形成的復合體系。助劑的種類很多，具體有增塑劑、穩(wěn)定劑、增韌劑、加工助劑、著色劑、抗氧劑、填料等。配方設計是指選擇在樹脂中加入何種助劑，并確定其加入量大小的一個過程。配方設計主要實現(xiàn)下面幾方面的目的。 （ 1）改善樹脂加工性能。有些樹脂品種（如 PVC）加工性能很差，不加入適當?shù)奶砑觿╇y于進行常規(guī)的加工。 （ 2）改善樹脂的內(nèi)在性能。完全符合制品性能要求 的樹脂品種是很難找到的，即使有這樣的品種，不是價格過高，就是難于加工。因此，配方設計人員常選取性能最接近制品性能要求的樹脂品種，并對其進行適當?shù)母男裕怪_到完全滿足制品要求。 （ 3）降低成本。物美價廉是每一個配方設計者的首選目標，因此，樹脂及助劑在滿足制品需求性能的前提下，其價格愈低愈好。 配方設計原理 配方設計應考慮的因素 純 PVC 樹脂性能較差，加工十分困難。 PVC 是熱敏性樹脂，光熱穩(wěn)定性差，熔體粘度高，成型加工工藝范圍狹窄，加工性能不好，抗沖擊性能，尤其是低溫抗沖擊性能較差。但 是 PVC 體系同其他類材料比較，其物性指標和加工性能受各類添加劑、混煉技術和成型加工條件的影響較大，因而通過選 配各類助劑，調(diào)整不同配方和加工條件，即可獲得各項性能指標優(yōu)異的 窗 框 異型材。窗 框 型材能夠具有足夠的剛性、強度、良好的耐沖擊性，以及較好的加工性、光熱穩(wěn)定性，能夠保證制品尺寸穩(wěn)定，并在較寬的氣候條件下，保持長期的機械性能及色澤，配方的設計至關重要。配洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） XIV 方設計時應著重應考慮以下因素： （ 1）成型加工用的設備。 （ 2）成型加工方法和工藝對配方的要求。 （ 3）制品的性能、結構、用途、使用環(huán)境條件和期望的壽命。 （ 4）各類原材料的選擇及用量，各組分間的組合、相互影響及協(xié)同效應。 制品主要性能和原材料的關系 PVC 配方中加入的各種助劑有利于改善 PVC 或其成品的性能，不同助劑對其性能的影響方面是不同的，人們希望得到的性能與助劑的關系如下所述。 （ 1）拉伸強度：表征制品剛度。一般隨 PVC 樹脂分子量增加，填料含量的減少，填料粒度的微細，成型加工塑化程度良好而增加。隨抗沖擊改性劑用量增加而減少。 （ 2）沖擊強度、伸長率、彎曲模量：表征制品韌性。一般隨 PVC 樹脂分子量增加、抗沖擊改性劑用量增加、填料用量的減少（微細 CaCO3 除外）而增加。應注意潤滑劑的種類和用量有時也會影響制品的沖擊強度。特別在用 ACR 改性 PVC 體系中。如潤滑劑的選擇和配合不當，可使抗沖擊改性劑的作用全部失效。 （ 3）光穩(wěn)定性：表征制品耐候性及使用壽命。隨 PVC 樹脂分子量增加，分子結構中支鏈減少而增加。二鹽基亞磷酸鉛對紫外光有較強的吸收作用，其中亞磷酸陽離子抗氧作用也有助于其良好的耐候性，是已知在無碳黑存在情況下唯一具有良好電性能及耐候性穩(wěn)定劑。當它與金紅石型TiO2 并用時，可大大延長制品壽命。此外，在氣溫較高、紫外光照射較強地區(qū)，可微量添加紫外線吸 收劑如 UV53 UV9 等。 （ 4）加工性能： PVC 熔體粘度高，流動性不好，流動摩擦熱大，制品表面粗糙。 PVC 樹脂的分子量和結構、加工助劑、潤滑劑、抗沖改性劑及穩(wěn)定劑等各類助劑的添加，都會影響或改善其物料流動性能。配方最后確定要求配制的 UPVC 具有適宜的流動溫度和良好的成型加工性。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） XV 主原料和助劑的選擇及作用 （ 1） PVC 樹脂 PVC 樹脂是制造窗 框 異型材的基本材料，其用量約占 85%。制造異型材通常選用懸浮聚合 PVC 樹脂。其性能應滿足成型加工工藝和制品性能的要求。 PVC 樹脂平均分子量愈大，即聚合度 n 值愈大，材料機械性能愈高，耐低溫及耐熱性能愈好。但成型加工溫度愈高，流動性愈差，成型加工愈困難。綜合平衡各項性能，制造 PVC 異型材通常選用 K 值為 65～ 68，平均聚合度為 850～ 1000 的 SG5 型樹脂。表 31 為 SG5 型 PVC 樹脂的部分物化性能。 表 31 擠出成型時常用塑料的壓縮比 項目 優(yōu)等品 一等品 合格品 粘數(shù) /（ ml/g） （或 K 值） （或平均聚合度） 118170 6866 11001000 雜質(zhì)粒子數(shù) /個 揮發(fā)物含量 /% 表觀密度 /（ g/ml） 篩余物 /% 篩 余物 /% 魚眼數(shù) /(個 /400m2) 100 樹脂增塑劑吸收量 /g 白度 ( 160℃， 10min 后 )/% 殘留氯乙烯含量 /(mg/kg) ≤ ≤ ≥ ≤ ≥ ≤ ≥ ≥ ≤ 16 90 20 20 74 8 30 90 40 19 10 90 80 （ 2）為了保證型材的使用壽命，且其各項技術指標如（硬度、拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲彈性模量、低溫落錘沖擊、維卡軟化點、簡支梁沖擊強度、氧指數(shù) ）都達到國標，須在選擇助劑時必須想到光熱穩(wěn)定性，抗老化性對型材的物理性能要求，以及生產(chǎn)過程的生產(chǎn)效率，并要兼顧配方洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） XVI 成本等因素，下面將不同助劑作簡要闡述。 穩(wěn)定劑 純的 PVC 樹脂對熱極為敏感，當加熱溫度達到 90℃以上時，就會發(fā)生輕微的熱分解反應，當溫度升到 120℃后分解反應加劇，在 150℃， 10min，PVC 樹脂就由原來的白色逐步變?yōu)辄S色 紅色 棕色 黑色。 PVC 樹脂分解過程是由于脫 HCl 反應引起的一系列連鎖反應，最后導致大分子鏈斷裂。 PVC門窗生產(chǎn)中一般使用硬脂酸金屬皂類穩(wěn)定劑。 潤滑劑 潤滑劑的作用是降低 物料之間及物料和加工設備表面的摩擦力，從而降低熔體的流動阻力，降低熔體粘度，提高熔體的流動性 ,避免熔體與設備的粘附，提高制品表面的光潔度等。于減低了摩擦，使 PVC 混合料能在較低溫度下加工。潤滑劑使用不可過多，否則會影響焊接強度。一般使用脂肪酸、石蠟及金屬皂類。 著色劑 著色劑除了使制品具有美麗的顏色外，還可提高耐光性，對延長型材的使用壽命起很大作用。型材中一般使用的著色劑為 TiO2，它具有屏蔽紫外線和反射紅外線的作用，可提高耐熱性和耐候性。 TiO2 分為兩種，金紅石型和銳鈦型。金紅石型光學穩(wěn)定性強，適于戶外使 用。鈦白在 PVC 塑料門窗型材中的使用量為 3～ 6phr。 加工改性助劑 由于 PVC 熔體延展性差，易導致熔體破碎； PVC 熔體松弛慢，易導致制品表面粗糙、無光澤及鯊魚皮等。因此， PVC 加工時往往需要加入加工助劑，以改善其熔體的缺陷。加工助劑為一類可以改善樹脂加工性能的助劑，其主要作用方式有三種：促進樹脂熔融、改善熔體流變性能及賦予潤滑功能。 填充劑 填充劑不僅可降低成本，還可提高其剛性和耐熱性，改善耐候性，增加尺寸穩(wěn)定性，有利于擠出成型，經(jīng)過反復試驗，使用輕質(zhì)活性 CaCO3 所生產(chǎn)的型材，其各項技術指標均優(yōu)于其它填 充劑所生產(chǎn)的型材。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） XVII 產(chǎn)品配方設計 （ 1）樹脂牌號的選擇 根據(jù)前述分析，本設計選用懸浮法緊密型 SG5 型 PVC 樹脂作為主原料。 （ 2）熱穩(wěn)定劑系統(tǒng)的確定 主熱穩(wěn)定劑采用 Ba/Cd 復合熱穩(wěn)定劑，輔助熱穩(wěn)定劑為亞磷酸酯和環(huán)氧大豆油。 （ 3）潤滑劑體系的配合設計 由于本配方采用的主熱穩(wěn)定劑為 Ba/Cd 復合熱穩(wěn)定劑，故潤滑劑選用石蠟烴類。本品采用固體石蠟作為潤滑劑。 （ 4）光穩(wěn)定體系的確定 PVC 塑料門窗異型材中的鈦白應選用金紅石型的，本設計選用上海躍江鈦白化工制品有限公司生產(chǎn)的 R288 型鈦白粉。 根據(jù)前述分 析，最終確定 UPVC 窗框 異型材擠出配方，如表 32 所示。 表 32 窗框用異型材配方 成 分 用量（質(zhì)量分 數(shù) ） PVC（ SG5） CPE（ 35%） ACR201 ACR401 EVA CaCO3（活性輕鈣） Ba/Cd 復合熱穩(wěn)定劑 環(huán)氧大豆油 亞磷酸酯 TiO2（金紅石型） 固體石蠟 100 總計 120 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） XVIII 第 4 章 擠出機頭結構設計 擠出機頭設計的基本要求 在塑料異型材擠出成型過程中，對于由擠出機擠出 的熔融的模塑料，擠出機頭起著穩(wěn)流、分流和成型 3 種作用。通過擠出模頭流道被擠出的模塑料型坯，必須經(jīng)過氣隙后，被牽引進入定型模進行定型和坑卻，才能最終成為塑料異型材產(chǎn)品。根據(jù)模塑料的粘彈性特性，要完成這樣一系列擠出成型工藝要求，對于與模塑料直接作用的擠出機頭流道設計，應該有以下一些基本要求： ① 要有正確的出口截面形狀。需要注意的是從擠出機頭擠出的異型材型坯的截面形狀，不是產(chǎn)品的最終截面形狀，最多是近似形狀。 ② 要讓型材坯料均勻的擠出。即在模頭出口處，料 流截面上各部分的平均流速相等。否則，在同樣的牽引力下，離開模頭后的型坯各部分的形狀就會發(fā)生不一樣的變化，這樣就很難保證要求的型材產(chǎn)品截面形狀。 ③ 需要產(chǎn)生適當?shù)谋硥骸臄D出穩(wěn)定性考慮，讓擠出機工作在其產(chǎn)量范圍的適中部位是合理的。對于 PVCU 塑料異型材擠出成型，其背壓一般不低于 3~5MPa。 ④ 流道的變化應盡量平緩。流道壁面曲線應呈流線型，不能有突變。引起料流方向改變的擴張或收縮角的半角的角度，一般要求不大于 12℃。 ⑤ 要讓型材坯料在離開模頭之前要有這足夠的純剪切流動過程。即模頭流道出口前都要有一段做夠長的平直段，但是，平直段長度也絕不是越長越好。模頭流道出口前的平直段流道的壓力降的理論計算，可以作為平直段流道長度選擇的一個依據(jù)。 ⑥ ⑥ 流道壁表面需要十分光滑，而且要求粗糙度一致。不能有缺陷，更不能有死角和毛刺，以至出現(xiàn)掛料現(xiàn)象，這一點對于 PVC 塑料更加重要。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） XIX 口模截面圖的設計 異型材的擠出中心的選取 異型材的擠出中心即擠出系統(tǒng)中心線與擠出 中的異型材截面的交點。擠出模頭安裝后，其中心線應該是擠出機的擠出系統(tǒng)中心線的延長線。本設計中選擇推拉框橫截面外形的中心作為異型材的擠出中心，這樣的選擇會較有利于實現(xiàn)整個模頭流道均衡的分流，對于提高模頭的出料穩(wěn)定性是大有好處的。 型材主體口模圖形的設計 可將復雜的型材截面圖形分解為相對簡單的型材主體和具有特定功能的功能塊區(qū)。 本設計中的模頭及口模圖形如圖 41 所示。 圖 41 模頭及其口模圖形 口模截面圖是擠出模頭流道出口的截面形狀，是由擠出機頭的型芯（包括型芯鑲件）和口模板兩種零件構成 。口模圖形確定了型芯的外形和口模板的內(nèi)腔尺寸，是基礎模頭上最關鍵的尺寸。 定義以下參數(shù)： 離模膨脹比 ? = 。aa （ 51） 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） XX 牽伸比 i =。bbb （ 52）