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3.2 加工应用特点3.2.1 加工设备及模具A、PVC加工设备PVC加工一般有两个阶段,第一个阶段是混料,第二个阶段是加工。
常用的混料设备有密炼机、高低混机组、有些场合使用开炼机进行后期混合。
不得不提出一点,使用高低混机组进行混料是PVC加工特有的,其它材料混料一般采用高混或者低混。
产品加工设备根据产品不同分别使用平板硫化机、单螺杆挤出机组、双螺杆挤出机组、双阶挤出机组、压延机组、注塑机等等。
虽然压延制品在PVC制品中占据的比例还可以,但由于所需投资量较大,不是生产的主流,目前生产仍然以挤出管材、吹塑、电线电缆、注塑制品为主。
在通用设备中,PVC使用的单螺杆挤出机要求使用突变型螺杆,目的是为了尽量减少PVC加工过程的剪切,降低PVC过热降解的几率。
在选用双螺杆加工时,硬质PVC应选用锥形双螺杆挤出机,这是由于硬质PVC较高的粘度决定的,需要挤出机具有一定背压,以提供向前推送物料更大的扭矩,而这一要求是平行双螺杆所无法提供的。
但并不是说平行双螺杆无法生产硬质PVC,但要冒螺杆折断的风险。
对于PVC生产还有一个选择,那就是使用双阶挤出机,双阶挤出机是采用双螺杆混料、单螺杆挤出的组合方式,将混合及增压挤出有机结合起来,是PVC生产的最佳选择。
特别是PVC电缆料生产,为了获得优异的材料,要求挤出机的螺杆L/D尽可能大。
注塑机方面,由于PVC的高粘度,并且由于PVC一般使用的高填充,生产PVC注塑制品的注塑机要求能提供比通用注塑机更高的背压。
所以,生产硬质PVC的注塑机大都是专用注塑机。
B、模具特点谈到PVC模具的特点,先谈谈挤出模具的特点,这里我们就不得不先谈谈PVC独特的熔融加工性。
高间规度的PVC,这里氯原子在碳原子的平面两侧交替排列,可以形成实际上不能熔融的结晶结构。
因此,在工业级的PVC里发现的一些小的间同立构规整序列和一些缨状微束结晶(图2.14),既在结晶高分子中存在许多胶束和胶束间区,胶束是结晶区,胶束间区是非晶区。
胶束是由许多高分子链段整齐排列而成,其长度远小于高分子链的总长度,所以一根高分子链可以穿过多个胶束区和胶束间区。
这种结构很象一团乱毛线被随机扎成若干束的情形(图2.15)。
图2.14 缨状微束 图2.15 缨状微束理解示意图这种结构会使PVC在加工过程中不能完全熔融。
由于PVC在加工过程中不能完全熔融,它的流动如同约千万个分子束状移动。
主要粒子流动单元直径约为1μm。
这一特性在聚合物世界中非常少见,多数聚合物的流动是完全熔融的分子。
这一特性在PVC挤出模具设计中有一些独特的优点。
其它聚合物在较低的熔融温度下的弹性回复和模口膨胀更大,而聚氯乙烯化合物的模口膨胀更小。
事实上,PVC化合物的模口膨胀非常低以至于有时将模腔开口处切割成所需的剖面的精确尺寸。
即在PVC粒子熔融时如果温度不太高,可能只熔融到初级粒子或聚结体的程度,则PVC熔体是一些微粒构成的。
这样熔体在管中流动时粒子不可能取向,出口也没有胀大。
而一般的熔体在管中流动时由于速度梯度而取向,出口时由于高分子的熵弹性,取向的高分子解取向而胀大。
有关说明示意图见图3.16所示。
图3.16、PVC加工过程粒子示意图 这就是说,PVC挤出模具设计不需要考虑熔体的离模膨胀,因此可以设计出更精准的模具结构。
注塑模具。
模具结构与通用注塑模具没有什么区别,区别主要在浇口及流道设计上,但应该注意:由于流动性问题,PVC很难成型大型注塑产品,因此,在进行材料选择的时候,即使PVC完全符合产品需要,但也不能选用其作为较大型注塑产品的材料。
PVC模具中所有常规的浇口都可以使用。
如果加工较小的部件,最好使用针尖型浇口或潜入式浇口;对于较厚的部件,最好使用扇形浇口。
针尖型浇口或潜入式浇口的最小直径应为1mm;扇形浇口的厚度不能小于1mm。
主流道要求尽可能粗短。
根据增塑剂的用量多少,PVC制品分为硬质PVC、半硬质PVC、软质PVC三大类。
不同硬度的PVC制品生产种类繁多,这里我们不可能面面俱到谈及,只能根据我们生产并熟悉的产品类型进行介绍。
仅对有代表性的PVC线缆料、PVC塑料玩具和塑料门窗料进行介绍。
3.2.2 软、硬质PVC特点及应用A、软质PVC的特点及应用 软质PVC大都采用高分子量PVC树脂生产,即大都采用SG4型及以上树脂生产。
软聚氯乙烯含有较多的增塑剂,它的柔软性、断裂伸长率、耐寒性增加,质地柔软,具有良好的气密性和不透水性。
虽然由于增塑剂的加入,电绝缘性有所降低,但仍然保持非常高的电绝缘性。
脆性、硬度、抗拉强度降低。
软质PVC主要应用在电线电缆、农用薄膜、包装薄膜、工业用膜、软管、人造革、塑料鞋等。
由于PE薄膜较PVC薄膜在加工及抗老化等方面的优势及树脂技术、加工技术的发展,PVC农用膜正在逐渐退出市场。
软质PVC的加工主要采用挤出、压延等加工手段,少部分采用注塑加工。
B、硬质PVC的特点及应用 硬质PVC生产大都采用低分子量PVC生产,基本都采用SG5及其以下等级PVC树脂。
硬聚PVC不含或含有少量的增塑剂,有较好的抗拉、抗弯、抗压性能,因此,可以单独做结构材料;比如建筑用瓦楞板、门窗、墙面装饰物等。
PVC优异的的耐化学性,可以做化工防腐材料使用;主要用作于防腐管道、管件、输油管、离心泵、鼓风机等。
聚氯乙烯的硬板广泛用于化学工业上制作各种贮槽的衬里等。
优异的电绝缘性能,适宜做绝缘材料;因此在插头、开关、插座上获得应用。
流体阻力小,实验证明,PVC-U管材的管壁非常光滑,对流体的阻力很小,其粗糙系数仅为0.009,其输水能力可比同等管径的铸铁管提高20%,比混凝土管提高40%,因此,PVC管道、管件曾风靡一时,但由于PVC管道的耐高、低温性能的问题,随着PPR、PEX、铝塑复合管等管材的开发使用,PVC管道已经退出了大部分应用领域,但由于价格因素,PVC管道在某些领域仍然有相当大的市场。
目前硬质PVC的用量占全部PVC产量的70%左右,但大都利用挤出加工技术进行产品加工。
由于PVC流动性太差的原因,PVC无法注塑大型制品,这也限制了PVC的一部分应用领域。
谈到这里,可能有人会感觉奇怪,为什么软PVC主要采用SG4及以上树脂,而硬质PVC主要采用SG5型及以下树脂,为什么要这么使用PVC树脂?这是因为:A、一般来说PVC的脱氯化氢温度与分子量大小无关,由于高分子量的PVC熔点较高,因此加工时需要加入更多的增塑剂才能将他的熔融温度降低到分解温度以下,过多的增塑剂加入则使制品硬度下降。
而低分子量PVC则相反,少加甚至不加增塑剂,只需要加入适量稳定剂就可以顺利加工。
B、从聚合角度说,在PVC聚合时,温度较高时分子间链间碰撞几率增加,向单体转移速率也增加,导致分子量降低,并且温度较高导致在初级粒子结合形成聚集体时发生熔融,导致初级粒子间空隙减小。
在吸收增塑剂时吸收较少。
吸收较少的增塑剂则容易导致反增塑作用产生,即在加入少量增塑剂时,虽然增加了大分子链的活动性,但增加了聚合过程中出现的间规PVC的结晶作用,但同时缺少更多的增塑剂去增塑无定型区,从而使制品变得比没加增塑剂更硬。
这两个作用的相互影响,决定了软制品基本都是高分子量PVC树脂生产的,而硬制品基本都是低分子量PVC树脂生产的。
当然,这种使用也不是绝对的,有时候从性能方面考虑也可能选择分子量大或小的树脂。










