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1、窗框异型材挤出机头设计摘 要塑料窗框具有传统窗框难以比拟的优异性能，是国家建设部推广使用的节能、环保型产品。目前已广泛用于各种建筑工程中，其发展空间很大，前景十分看好。本文是关于窗框异型材挤出机头的设计，设计主要包含两部分内容，一是80型推拉框挤出机头和定型模的设计,二是窗框异型材原材料配方的设计。其中挤出机头模具设计是该设计的重要内容，也是设计的难点。挤出机头模具的设计主要包括机头各部件外形和尺寸的设计以及定型模的设计。定型模的设计主要包括定型模腔的设计和定型模长度的设计。原材料配方设计主要包括PVC树脂型号、稳定剂、改性剂、润滑剂、着色剂、加工助剂和填充剂等的选取和分配比例。 关键词：PV
2、C-U，塑料异型材，窗框，机头，定型模Design of Extruder Head Mold of the Window Frame ProfilesABSTRACTPlastic window frames has excellent performance that traditional window frames difficult to compare. It is so energy-saving and environment-friendly as to becoming the product that ministry of our construction promot
3、es its use. For the present, plastic window frames has been widely used in all kinds of architectural engineering, it has a bright future. This article is about the design of sash profile extruder head. The design consists mainly of two parts. The first part includes sliding frame of 80 type extrude
4、r head and the design of stock mould. The second part includes the design of sash profiles raw recipe. Wherein the extruder head design is the important part of the design, but also the difficulty of the design. The design of the extruder die for the various components includes the shape and size of
5、 the head design and sizing die design. The design includes sizing die cavity shape length of the mold design and the design of the type. Formulation materials include the selection and allocation ratio of PVC resin model, stabilizers, modifiers, lubricants, colorant, processing aids and fillers and
6、 so on.KEY WORDS:：PVC-U， plastic profile， window frame， extruder head， stock mould前 言1第1章 概述21.1 塑料门窗异型材概述21.2 硬聚氯乙烯塑料窗的发展与现状21.2.1 硬聚氯乙烯塑料窗的性能和特点21.2.2 硬聚氯乙烯塑料窗的发展历史41.2.3塑料窗框异型材的发展趋势5第2章 塑料制件的结构设计及螺杆挤出机的选择72.1 80型推拉窗框横截面的设计72.1.1 设计原则72.1.2 外形和空腔设计72.1.3 壁厚设计72.1.4 圆角设计82.2 螺杆挤出机的选择9第3章 产品配方设计113.
7、1 配方设计目的113.2 配方设计原理113.2.1 配方设计应考虑的因素113.2.2 制品主要性能和原材料的关系123.2.3 主原料和助剂的选择及作用133.3 产品配方设计15第4章 挤出机头结构设计164.1 挤出机头设计的基本要求164.2 口模截面图的设计174.2.1 异型材的挤出中心的选取174.2.2 型材主体口模图形的设计174.2.3 内筋口模图形的设计184.2.4 口模图形中功能块的设计19第5章 分流支架的设计205.1 分流支架流道设计的的流量平衡原则205.2 分流支架流道的设计205.3 分流筋外形尺寸的设计21第6章 型芯和分流锥的设计236.1 内筋内
8、流道的设计236.2 内筋外流道的设计246.3 型芯分块安装246.4 型芯和分流锥外形设计24第7章 模腔的设计267.1 综述267.1 收缩段流道设计267.2 成型段流道设计27第8章 模头模板设计和强度校核288.1 模头模板的设计288.2 模头的强度校核28第9章 定型模设计309.1 综述309.2 定型模长度的设计309.3 定型模型腔的设计309.3.1 真空吸附面积和真空槽设计309.3.2 冷却水路设计319.3.3 定型模型腔尺寸计算31结 论33谢 辞34参考文献35外文资料翻译37中文翻译45前 言近年来塑料挤出成型模具的产量和发展水平十分迅速，高效率、自动化、
9、大型、精密、长寿命模具在模具总产量中所占比例越来越大。可以说，一个国家模具设计生产能力的强弱、水平的高低，影响着产品质量和经济效益的提高。目前发达国家模具标准化程度达到30%以上，我国模具标准化工作也有了很大进展，基本上配齐了主要模具类别的零件标准。模具标准化为塑料模具设计和制造带来极大方便，由于标准件可直接购买，因此模具设计制造者只需精心设计加工型腔，这使得塑料模具的设计和制造周期大为缩短，成本降低质量得到保证。本次毕业设计主要是针对80型塑料推拉框挤出机头（模头）的设计，设计中主要依据聚合物加工流变学和传热学等基础理论，来分析和计算挤出机头各零部件的形状和尺寸。采用CAD软件重点对挤出机头
10、各块模板进行了参数化设计。例如：本次设计中的成型板，分流支架板，以及型芯和分流锥都有详细的尺寸。在做异型材挤出模具设计时，根据实际情况，对没有标准或成熟理论支持的部件设计时，多采用了采用经验数据。第1章 概述1.1 塑料门窗异型材概述许多聚合物可以通过挤出成型工艺制成横向截面为非圆形、环形等常规形状的各种复杂形状的连续型体，通常称这种连续型材为塑料异型材。塑料异型材可以通过塑料挤出机由挤出工艺生产，其制品具有外观色泽鲜艳，光亮平滑，不需要油漆涂饰，耐腐蚀等特点。可以通过改变挤出机机头的形状，生产多种截面形状复杂的异型材制品。近年来，塑料异型材在建筑、家具、电器、汽车等领域得到了广泛的应用，尤其
11、在建筑业中用途最广，可用作塑料门窗框、门板、楼梯扶手、壁材、隔墙、屏风、线槽、地板条、密封条等建筑材料。其中，塑料门窗是塑料建材众多品种中的佼佼者，它是继木门窗、钢门窗、铝合金门窗之后的第四代新型建筑门窗，是人们至今寻觅到的较理想的门窗材料。塑料门窗异型材是以聚合物树脂为主，以各种助剂和增强材料为辅制成的一类新型材质的门窗。塑料门窗按材质可分为塑料包覆门窗（喷塑门窗）、组合塑料门窗和全塑门窗三大类。其中，全塑门窗是目前发展最快、技术最成熟、用量最大的一类，是塑料门窗发展的主流产品。全塑门窗是完全以塑料材料制造而成的，主要以由挤出成型的改性硬质聚氯乙烯（PVC-U）塑料中空异型材组装而成的塑料门
12、窗为主。1.2 硬聚氯乙烯塑料窗的发展与现状1.2.1 硬聚氯乙烯塑料窗的性能和特点1. 硬聚氯乙烯塑料窗的主要性能（1）隔热、保温性隔热、保温是塑料门窗的整体突出优点。原因是PVC-U塑料热导率极低，仅为钢材的1/4-1/5，铝材的1/4-1/3；塑料窗框异型材多为多腔室中空断面结构，各封闭的空气腔室进一步改善了它的热性能；型材侧面带有嵌固弹性密封条的凹槽，在此嵌装密封条，使成窗缝隙热的渗透量大大降低。由于上述原因，塑料窗框的隔热效果远远优于铝、钢、木窗。（2）物理性能塑料窗框的物理性能主要包括抗风压强度、空气渗透性（气密性）、雨水渗透性（水密性）、保温及隔声等性能。由于PVC-U材料的优良
13、性能，塑料异型材具有的独特的多腔结构，精湛的挤出、组装工艺，以及通过嵌入钢质加强筋进行补强，使得塑料窗框具有一系列优良性能。（3）耐候性能通过优化配方、添加紫外光屏蔽剂和吸收剂，以阻止阳光中紫外线对窗框的老化破坏作用，大大提高了PVC-U塑料窗的使用寿命。（4）燃烧性能PVC-U塑料不助燃、不自燃、燃烧后能自熄，安全可靠。防火的安全性高于木门窗，其氧指数通常大于40%。但PVC-U型材燃烧时会变软，释放出的氯化氢会使人感到很强的窒息性气味。2. 硬聚氯乙烯塑料窗框的特点塑料异型材自诞生以来得到了快速的发展和应用，尤其近年来在建筑门窗领域的应用非常广泛，这一切与其独特的性能特点是分不开的。塑料异
14、型材的主要特点如下：（1）轻质 塑料异型材的密度在1.5g/cm3以下，个别的甚至只有0.9g/cm3。因此，其轻质的特点使其在建筑、汽车等领域的应用具有突出的优势。（2）环保 塑料产品具有可回收再利用的特点，对于减少资源消耗具有重要的现实意义，是国家提倡的节能环保材料，符合当今世界发展潮流。（3）节能 塑料异型材不但生产能耗低，为钢材的1/5，铝材的1/8，而且绝热性、气密性、水密性、隔音性等极佳。因此，在当今全球能源危机问题日益严重的今天，合理使用塑料异型材显得尤为重要。（4）美观、耐用 塑料异型材与铝材相比，具有色彩丰富、表面形式多样的优点。另外，塑料异型材本身的耐腐蚀特性使其具有防水耐
15、油、历久如新的优点。（5）成本低 塑料异型材密度小，单位质量的价格低于铝型材；且具有一定的弹性，运输、堆放过程中因变形而产生的损耗较小。另外，塑料异型材在安装时多采用扣、粘等安装形式，施工简便快捷，大大降低了安装成本。（6）开发周期短 塑料异型材从产品设计到样品生产，一般只需320天的时间。而且，塑料异型材还可以进行二次加工以满足使用过程中各种线型的需要。目前，世界上已开发出的众多异型材制品当中，以塑料门窗应用为最，而PVC门窗异型材在其中又占据了主导地位，约为塑料门窗总量的90%以上。1.2.2 硬聚氯乙烯塑料窗的发展历史总结欧洲塑料窗的发展，大体经历了如下四个阶段：用塑料外包覆钢架或木框，
16、实际上只起到了对芯材的防腐蚀作用。用PVC混合料挤出单腔室异型材制造的塑料窗，这种窗承受风压的能力和耐热变形性能都存在一定问题。挤出的PVC-U异型材（内部有塑料加强筋）为多腔室异型材，虽然其耐热变形性得到提高，但当承受较强的风压时仍存在一定问题，只能用作小面积窗体。挤出的多腔室PVC-U异型材内衬金属加强筋制成的整体窗，即目前各国通用的塑料窗。第四代塑料窗的开发成功，解决了PVC-U塑料门窗生产的一系列技术工艺问题。此后，确定了技术标准；安装施工技术规范；异型材有了专用原料和专用生产设备；小五金等配件不断改进完善；安装施工有了专用工具，塑料窗逐渐得到了人们的认可和欢迎。目前，塑料门窗在德国已
17、经形成了规模巨大、标准完善、技术成熟、高度发达的现代化产业。塑料窗因其有独特的节能、隔热、隔音和防腐的优点，在欧洲迅速推广应用。随之，塑料窗工艺技术和产品性能得到不断的改进和提高。与此相适应，塑料异型材挤出机、挤出模具、混合设备、门窗组装设备也应运而生，不断发展。同时，塑料窗配套产品的生产也获得长足进步。塑料窗产品标准和配套标准相继制定、发布和实施，由此，以联邦德国、奥地利为首的欧洲塑料门窗形成了一个完整的体系。20世纪80年代我国开始引进制造塑料门窗的设备和技术。追溯我国开发塑料产品的根源，主要有以下三点。首先，20世纪70年代末至80年代初期，我国PVC原料大量积压，价格很低，主要原因是没
18、有足够的产品来消耗，因而当时急需开发、研制出可大量使用PVC原料的产品。所以，经国内部分专家及技术人员赴国外考察和认真论证后，选定了PVC门窗这一具有发展潜力的产品。其次，当时人们已开始具有环保意识，“以塑代钢、以塑代木”的口号就是当时提出来的，作为新生的高科技产品，塑料门窗异型材具有很强的生命力。最后，众所周知，由于钢、木、铝门窗的保温、密封效果远不及塑钢门窗，因而使用塑钢门窗可以大量节约能源，符合国家大力提倡的节能号召，因此开发塑钢门窗就是大势所趋，更符合当时我国发展战略的总体规划。基于以上三点基本原因，塑料门窗于1980年被正式列入国家“六五”重大科技攻关项目，并于1989年成立了塑料异
19、型材及门窗制品专业委员会。从1994年起全国化学建材发展开始进入了推广应用阶段，中国塑协及其专委会曾多次召开塑料异型材及门窗制品的生产技术交流会和产品推广应用会。国家产业扶植政策力度的加大、从业人员的专业知识和技术水平的提高、国家扩大内需的需要，以及作为建筑业支柱行业之一的化学建材的持续高速发展等，对塑料门窗的数量、品种、规格、性能不断提出更多、更高的要求。我国塑料行业不失时机的抓住这一难得机遇，促使我国塑料异型材和门窗行业不断上规模、上水平，在过去的20多年中得到了飞跃性的发展、。1.2.3塑料窗框异型材的发展趋势从开始使用到现在聚氯乙烯窗框型材已经有几十年的历史了，用于制造窗框异型材用的原
20、料硬质聚氯乙烯使得型材的颜色几乎全部是白色的。造成这一事实的主要原因在于除白色以外的其它颜色的聚氯乙烯异型材都很容易发生褪色或变色现象。显然，这种白色PVC一统天下的现状远远满足不了人们在材料性能和建筑美学等方面的要求。因此人们始终没有放弃新的聚氯乙烯型材的研究开发工作。另外，PVC-U异型材生产过程中的粉尘和毒性以及PVC可能存在对环境的潜在危害等问题也不断引起人们的重视。随着经济的发展和技术的进步，聚氯乙烯以下的发展出现了一些令人高兴的趋势，主要表现在PVC-U异型材的改性研究和制品开发上1。PVC-U异型材的改进主要包括三个方面：首先是生产彩色（深颜色）的PVC-U异型材；其次是改进配方
21、和生产工艺；第三是改善PVC-U异型材与环境的协调性。第2章 塑料制件的结构设计及螺杆挤出机的选择2.1 80型推拉窗框横截面的设计2.1.1 设计原则推拉窗型材设计时，须研究和计算其窗型受力模式、承力大小、刚度高低，以选择最佳受力结构，充分发挥塑料具有的特性和功能。（1）推拉窗型材应具有良好的力学机械性能，如抗低温冲击、抗弯、抗压、导热系数、线膨胀系数及维卡耐热等物理性能。（2）推拉窗型材设计为满足密封、五金件安装、排水、配合等多种功能，设计带有沟、槽、凸起、内腔加强筋等结构，要考虑挤出机和挤出成型模具对型材设计的“制约”作用。（3）推拉窗型材设计要考虑用户的使用要求，如立面形式、最大窗型尺
22、寸、地区的温差，推拉窗应达到的气密、水密、抗风压强度和刚度及隔热等建筑功能。（4）推拉窗的施工安装力求简便，墙体与推拉窗联接部位结构设计要考虑塑料推拉窗窗框的热膨胀系数。2.1.2 外形和空腔设计本设计中80型推拉框的横截面结构主要借鉴于河北丰辉型材有限公司生产的HD-80推拉系列中的HD-80TLK结构。结构图如图2-1所示.2.1.3 壁厚设计壁厚尽可能均匀，这是异型材设计的一个基本原则。因为这样有利于实现型材挤出过程的稳定流动和冷却定型过程的均匀冷却，这是提高型材挤出正品率的前提。推拉框为构成窗子骨架的主型材，GB/T8814-2004门、窗框用硬聚氯乙烯（PVC）型材中对于主型材壁厚做
23、出了相关规定（表图2-1 80型推拉框横截面结构图2-1）。根据要求，本设计中推拉框的主要结构壁厚取3.0mm，分隔空腔的内筋厚度取2.0mm。表2-1 主型材壁厚分类（单位mm）项目A 类B 类C 类可视面非可视面2.82.52.52.0不规定不规定2.1.4 圆角设计制品应避免直角，弯角处弧度也不能太小。弯角处应按异型材的壁厚平滑圆弧过渡，以避免应力集中影响制品的强度。由于物料通过模具尖角处受到的阻力最大，容易使物料滞留，引起物料流动不均匀，以致难于保证与其它部位的相同挤出速度，所以，转角处的半径R不能太小。大的转角不仅有助于物料流动，使变形现象减少，而且可以减少转角处的应力集中。最理想的
24、转角是使内外侧的转角半径R同心。一般圆弧过渡半径R应随型材壁厚来选取，壁厚在2mm以上者R取1.6mm，壁厚小于2mm者R取0.40.8mm。通常外侧转角R至少为壁厚的1/2，不小于0.4mm，内半径不小于0.25mm。2.2 螺杆挤出机的选择自20世纪80年代以来，我国塑料异型材、PVC塑料门窗行业发展迅速，拥有了世界第一位的产能规模和应用；原料、助剂、设备、模具、门窗附件等全部上下游产品完成了配套供应国产化的进程；塑料异型材及门窗行业基本掌握了产品的一流制造技术。随着时代的发展，人们对于塑料门窗有了更多新的更高的要求，相应的PVC异型材挤出技术也有了更高的发展。目前，双螺杆挤出机正在逐步替
25、代单螺杆挤出机，成为塑料异型材挤出成型的主要机型。与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机有很大的优越性：（1）生产能力大，根据理论计算，在相同螺杆直径下，双螺杆挤出机产量能达到单螺杆挤出机的4倍。（2）能耗低，双螺杆挤出机的单位能耗仅为单螺杆挤出机的1/31/2左右。（3）产品质量好，且在保证产品强度的条件下，原材料消耗下降约1/51/4。（4）摩擦产生的热量少。（5）塑料所受的剪切比较均匀。（6）螺杆输送能力较大，挤出速度比较稳定，塑料在料筒内停留时间按较短。（7）料筒自洁性能好。（8）加料容易特别是PVC粉料。现在，PVC异型材的挤出倾向于粉料直接挤出。常用挤出机为排气式异向双螺杆挤出机。异向双
26、螺杆挤出机的显著特点是，它比同向双螺杆挤出机的物料输送能力和挤出能力强，在相同直径下，挤出量比同向挤出机一般高1倍左右。物料在机内的滞留时间比同向机短，并且剪切发热小，物料分散充分、温差也小，物料温度分布十分均匀。对加工热敏性塑料十分有利。因此，它最适宜加工热稳定温度低的聚氯乙烯无毒配方，同时可减少稳定剂用量50%左右，不仅降低成本，而且有利于提高制品的物理性能，特别是冲击强度的提高。故此，本设计选用排气式异向双螺杆挤出机作为型材挤出主机，不仅有利于提高生产质量，而且省去了单螺杆挤出机造粒工序，既节约能耗，由可以提高生产效率。第3章 产品配方设计3.1 配方设计目的塑料异型材产品配方是按一定比
27、例在树脂中混入各种助剂而形成的复合体系。助剂的种类很多，具体有增塑剂、稳定剂、增韧剂、加工助剂、着色剂、抗氧剂、填料等。配方设计是指选择在树脂中加入何种助剂，并确定其加入量大小的一个过程。配方设计主要实现下面几方面的目的。（1）改善树脂加工性能。有些树脂品种（如PVC）加工性能很差，不加入适当的添加剂难于进行常规的加工。（2）改善树脂的内在性能。完全符合制品性能要求的树脂品种是很难找到的，即使有这样的品种，不是价格过高，就是难于加工。因此，配方设计人员常选取性能最接近制品性能要求的树脂品种，并对其进行适当的改性，使之达到完全满足制品要求。（3）降低成本。物美价廉是每一个配方设计者的首选目标，因
28、此，树脂及助剂在满足制品需求性能的前提下，其价格愈低愈好。3.2 配方设计原理3.2.1 配方设计应考虑的因素纯PVC树脂性能较差，加工十分困难。PVC是热敏性树脂，光热稳定性差，熔体粘度高，成型加工工艺范围狭窄，加工性能不好，抗冲击性能，尤其是低温抗冲击性能较差。但是PVC体系同其他类材料比较，其物性指标和加工性能受各类添加剂、混炼技术和成型加工条件的影响较大，因而通过选配各类助剂，调整不同配方和加工条件，即可获得各项性能指标优异的窗框异型材。窗框型材能够具有足够的刚性、强度、良好的耐冲击性，以及较好的加工性、光热稳定性，能够保证制品尺寸稳定，并在较宽的气候条件下，保持长期的机械性能及色泽，
29、配方的设计至关重要。配方设计时应着重应考虑以下因素：（1）成型加工用的设备。（2）成型加工方法和工艺对配方的要求。（3）制品的性能、结构、用途、使用环境条件和期望的寿命。（4）各类原材料的选择及用量，各组分间的组合、相互影响及协同效应。3.2.2 制品主要性能和原材料的关系PVC配方中加入的各种助剂有利于改善PVC或其成品的性能，不同助剂对其性能的影响方面是不同的，人们希望得到的性能与助剂的关系如下所述。（1）拉伸强度：表征制品刚度。一般随PVC树脂分子量增加，填料含量的减少，填料粒度的微细，成型加工塑化程度良好而增加。随抗冲击改性剂用量增加而减少。（2）冲击强度、伸长率、弯曲模量：表征制品韧
30、性。一般随PVC树脂分子量增加、抗冲击改性剂用量增加、填料用量的减少（微细CaCO3除外）而增加。应注意润滑剂的种类和用量有时也会影响制品的冲击强度。特别在用ACR改性PVC体系中。如润滑剂的选择和配合不当，可使抗冲击改性剂的作用全部失效。（3）光稳定性：表征制品耐候性及使用寿命。随PVC树脂分子量增加，分子结构中支链减少而增加。二盐基亚磷酸铅对紫外光有较强的吸收作用，其中亚磷酸阳离子抗氧作用也有助于其良好的耐候性，是已知在无碳黑存在情况下唯一具有良好电性能及耐候性稳定剂。当它与金红石型TiO2并用时，可大大延长制品寿命。此外，在气温较高、紫外光照射较强地区，可微量添加紫外线吸收剂如UV531
31、、UV9等。（4）加工性能：PVC熔体粘度高，流动性不好，流动摩擦热大，制品表面粗糙。PVC树脂的分子量和结构、加工助剂、润滑剂、抗冲改性剂及稳定剂等各类助剂的添加，都会影响或改善其物料流动性能。配方最后确定要求配制的UPVC具有适宜的流动温度和良好的成型加工性。3.2.3 主原料和助剂的选择及作用（1）PVC树脂PVC树脂是制造窗框异型材的基本材料，其用量约占85%。制造异型材通常选用悬浮聚合PVC树脂。其性能应满足成型加工工艺和制品性能的要求。PVC树脂平均分子量愈大，即聚合度n值愈大，材料机械性能愈高，耐低温及耐热性能愈好。但成型加工温度愈高，流动性愈差，成型加工愈困难。综合平衡各项性能
32、，制造PVC异型材通常选用 K值为6568，平均聚合度为8501000的SG-5型树脂。表3-1为SG-5型PVC树脂的部分物化性能。表3-1 挤出成型时常用塑料的压缩比项目优等品一等品合格品粘数/（ml/g）（或K值）（或平均聚合度）118-17068-661100-1000杂质粒子数/个挥发物含量/%表观密度/（g/ml）筛余物/% 0.25mm筛余物/% 0.063mm鱼眼数/(个/400m2)100树脂增塑剂吸收量/g白度( 160，10min后)/%残留氯乙烯含量/(mg/kg)160.400.452.0902020748300.400.422.0904019-10900.500.4
33、08.080-（2）为了保证型材的使用寿命，且其各项技术指标如（硬度、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲弹性模量、低温落锤冲击、维卡软化点、简支梁冲击强度、氧指数）都达到国标，须在选择助剂时必须想到光热稳定性，抗老化性对型材的物理性能要求，以及生产过程的生产效率，并要兼顾配方成本等因素，下面将不同助剂作简要阐述。稳定剂纯的PVC树脂对热极为敏感，当加热温度达到90以上时，就会发生轻微的热分解反应，当温度升到120后分解反应加剧，在150，10min，PVC树脂就由原来的白色逐步变为黄色-红色-棕色-黑色。PVC树脂分解过程是由于脱HCl反应引起的一系列连锁反应，最后导致大分子链断裂。PVC门窗生产中一
34、般使用硬脂酸金属皂类稳定剂。润滑剂润滑剂的作用是降低物料之间及物料和加工设备表面的摩擦力，从而降低熔体的流动阻力，降低熔体粘度，提高熔体的流动性,避免熔体与设备的粘附，提高制品表面的光洁度等。于减低了摩擦，使PVC混合料能在较低温度下加工。润滑剂使用不可过多，否则会影响焊接强度。一般使用脂肪酸、石蜡及金属皂类。着色剂着色剂除了使制品具有美丽的颜色外，还可提高耐光性，对延长型材的使用寿命起很大作用。型材中一般使用的着色剂为TiO2，它具有屏蔽紫外线和反射红外线的作用，可提高耐热性和耐候性。TiO2分为两种，金红石型和锐钛型。金红石型光学稳定性强，适于户外使用。钛白在PVC塑料门窗型材中的使用量为
35、36phr。加工改性助剂由于PVC熔体延展性差，易导致熔体破碎；PVC熔体松弛慢，易导致制品表面粗糙、无光泽及鲨鱼皮等。因此，PVC加工时往往需要加入加工助剂，以改善其熔体的缺陷。加工助剂为一类可以改善树脂加工性能的助剂，其主要作用方式有三种：促进树脂熔融、改善熔体流变性能及赋予润滑功能。填充剂填充剂不仅可降低成本，还可提高其刚性和耐热性，改善耐候性，增加尺寸稳定性，有利于挤出成型，经过反复试验，使用轻质活性CaCO3所生产的型材，其各项技术指标均优于其它填充剂所生产的型材。3.3 产品配方设计（1）树脂牌号的选择根据前述分析，本设计选用悬浮法紧密型SG-5型PVC树脂作为主原料。（2）热稳定
36、剂系统的确定主热稳定剂采用Ba/Cd复合热稳定剂，辅助热稳定剂为亚磷酸酯和环氧大豆油。（3）润滑剂体系的配合设计由于本配方采用的主热稳定剂为Ba/Cd复合热稳定剂，故润滑剂选用石蜡烃类。本品采用固体石蜡作为润滑剂。（4）光稳定体系的确定PVC塑料门窗异型材中的钛白应选用金红石型的，本设计选用上海跃江钛白化工制品有限公司生产的R288型钛白粉。根据前述分析，最终确定UPVC窗框异型材挤出配方，如表3-2所示。表3-2 窗框用异型材配方成 分用量（质量分数）PVC（SG-5）CPE（35%）ACR-201ACR-401EVACaCO3（活性轻钙）Ba/Cd复合热稳定剂环氧大豆油亚磷酸酯TiO2（金
37、红石型）固体石蜡1003.00.52.02.04.02.51.00.54.00.5总计120第4章 挤出机头结构设计4.1 挤出机头设计的基本要求在塑料异型材挤出成型过程中，对于由挤出机挤出的熔融的模塑料，挤出机头起着稳流、分流和成型3种作用。通过挤出模头流道被挤出的模塑料型坯，必须经过气隙后，被牵引进入定型模进行定型和坑却，才能最终成为塑料异型材产品。根据模塑料的粘弹性特性，要完成这样一系列挤出成型工艺要求，对于与模塑料直接作用的挤出机头流道设计，应该有以下一些基本要求：要有正确的出口截面形状。需要注意的是从挤出机头挤出的异型材型坯的截面形状，不是产品的最终截面形状，最多是近似形状。要让型材
38、坯料均匀的挤出。即在模头出口处，料流截面上各部分的平均流速相等。否则，在同样的牵引力下，离开模头后的型坯各部分的形状就会发生不一样的变化，这样就很难保证要求的型材产品截面形状。需要产生适当的背压。从挤出稳定性考虑，让挤出机工作在其产量范围的适中部位是合理的。对于PVC-U塑料异型材挤出成型，其背压一般不低于35MPa。流道的变化应尽量平缓。流道壁面曲线应呈流线型，不能有突变。引起料流方向改变的扩张或收缩角的半角的角度，一般要求不大于12。要让型材坯料在离开模头之前要有这足够的纯剪切流动过程。即模头流道出口前都要有一段做够长的平直段，但是，平直段长度也绝不是越长越好。模头流道出口前的平直段流道的
39、压力降的理论计算，可以作为平直段流道长度选择的一个依据。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，以至出现挂料现象，这一点对于PVC塑料更加重要。4.2 口模截面图的设计4.2.1 异型材的挤出中心的选取异型材的挤出中心即挤出系统中心线与挤出中的异型材截面的交点。挤出模头安装后，其中心线应该是挤出机的挤出系统中心线的延长线。本设计中选择推拉框横截面外形的中心作为异型材的挤出中心，这样的选择会较有利于实现整个模头流道均衡的分流，对于提高模头的出料稳定性是大有好处的。4.2.2 型材主体口模图形的设计可将复杂的型材截面图形分解为相对简单的型材主体和具有特定功能的功
40、能块区。本设计中的模头及口模图形如图4-1所示。图4-1 模头及其口模图形口模截面图是挤出模头流道出口的截面形状，是由挤出机头的型芯（包括型芯镶件）和口模板两种零件构成。口模图形确定了型芯的外形和口模板的内腔尺寸，是基础模头上最关键的尺寸。定义以下参数：离模膨胀比 = （5-1）牵伸比 =（5-2）冷却收缩率 =（5-3）上述各式中a0，b0，c0为挤出型坯离开口模时的尺寸，a,b,c,为型坯离开口模并承受某一方面作用后的尺寸。型坯挤出机头后受牵引经过气隙进入定型模中，至少会将受到3种不能忽略的作用：离模膨胀、拉伸变形和冷却收缩作用.对于平缝口模中熔体的流动可以看做是一维流动，其挤出型坯的离模
41、膨胀也是一维的，只发生在型坯壁厚方向。挤出物收牵引作用产生的形状和尺寸的变化遵循几何相似规律，在均匀冷却的条件下，型坯的冷却收缩也是线性的。经过推导计算，型材壁厚A0与口模出口缝隙高度A之间关系满足以下关系式:A0=0A-(0-h)h （5-4）式中h为型材壁厚，0=为口模缝隙中心线之间的距离变形系数，h=为口模缝隙高度变形系数。本设计选用的HD-80推拉系列中的HD-80TLK结构及尺寸如下：4.2.3 内筋口模图形的设计内筋是指中空型材主体内部起分腔作用的分割筋，与型材主体内部的功能块。内筋口模图形设计应考虑两个方面的问题：内筋与外壁连接位置的确定和内筋挤出的缝隙高度及形状的设计。对于内筋
42、与外壁连接位置的确定可采用中心线之间的距离不受离模膨胀影响的原则，以内筋中心线的交点与其相邻外壁中心线之间的距离来确定口模图形中内筋与外壁连接位置。但是对于一些与外壁拐角连接的内筋，由于冷却过程比较复杂，处理这些影响的办法是预留偏移量，即在口模图形中按照型材成型后，内筋连接点可能的最终位置与设计的位置的偏差，在相反的方向按该偏移量移动内筋连接点，致使内筋连接点发生偏移后的位置，正好在型材设计的位置上。而此处的偏移量目前只能采用经验数值。对于内筋口模图形缝隙的设计主要考虑型坯空腔内部的交叉内筋最终冷却后发生的偏移量，以及内筋缝隙高度的设计值均采用经验数值。4.2.4 口模图形中功能块的设计对于大
43、部分异型材的功能块来说，其形状是没有什么几何规律可循，其在流道出口前的平直流道也不能看做一维流动，挤出型材的离模膨胀在各个方向上是不等的，因此成型非常复杂，前文推导公式不可用。对于本设计功能块的口模设计也采用经验数值。第5章 分流支架的设计5.1 分流支架流道设计的的流量平衡原则分流支架结构是针对中空型材（本设计中的窗框异型材就是真空型材）设计的，为保证型芯和分流锥在模头流道中悬空，以形成异型材的空腔，所以要有分流筋支撑型芯和分流锥，这样就形成了由分流筋分开的若干个分流道，成为分流支架的一个特征。但是实际上分流支架流道还有另外一个要求，即在口模图形基础上扩大流道截面使分流支架流道在向成型段流道
44、过渡时有一个明显的收缩过程。这样有两个作用：一是使得经分流筋分流后再会合的熔料在收缩流道中，对流动有稳定作用。二是可以通过控制收缩角来调节模头各部分的出口流量，实现均匀挤出。流量平衡设计原则，即所谓“避免横向流动”的设计原则，是假设在模头流道内料流中有一个主导的流动方向，完全忽略其他方向的流动，料流的分布有垂直于挤出方向的一系列横截面所决定。每一横截面又被细分为许多部分。然后，通过横截面几何尺寸的调整，使得横截面上各部分的料流流量在模头流量中的百分比相同。流量平衡的设计原则可归结于如下公式： = 式中，Qi为型材上每一特定部分所对应的流量；Si为该部分型材的截面面积；Q为模头总流量；S为型材横
45、截面总面积模头的成型段主要为截面形状与口模形状一致的平直流道，对于异型材的型材主体，其流道为缝隙高度一致的平缝流道，各流动路径的压力损失相等。这样，对于向成型段供料的分流支架流道，能够流量平衡的向成型段供应料流就显得尤为重要。否则，流量再分配引起的横向流动还是要在成型段发生，这样对于模头出口料流的稳定非常不利的。5.2 分流支架流道的设计分流支架流道为平行于挤出方向的平直流道，内侧边界一般选择与口模图形的内侧边界一致，也就是和模头中型芯的外形一致。这样设计的最大好处是，从分流锥经分流支架到型芯，有多块模板组成的流道的内侧尺寸一致，可以直接用线切割的方法获得，这样大大方便了机械加工，也有利于保证
46、多快模板装配的精度，获得平滑链接。分流支架流道的外侧边界一般是在型材主体的口模图形基础上，将口模图形的外侧边界向外平移约35mm形成。形成分流支架分流道分流筋布置，追求分布和受力的均匀性。但是，复杂的异型材结构和有限的结构空间，使这种追求很难做到完美。更重要的是，分流筋的布置将分流支架流道分割成若干个分流道，我们必须让这些分流道符合流量平衡设计原则。这样，除了分流筋位置要因此而进行调整外，还要考虑在流道中设置阻流筋等措施。分流支架分流道的外侧边界的拐角一般取25mm，这样做主要也与流量平衡设计有关。根据流量平衡设计原则，分流支架的流量平衡计算，首先要在模头流道挤出方向的投影图中，用分流支架流道的分流筋中心线的投影线，将口模图形划分成不同的部分，各部分分别于一个分流支架的分流道相对应，如图5-1所示。图5-1 与分流支架各分流道截面相对应的口模图形各部分5.3 分流筋外形尺寸的设计分流筋一般与流道壁垂直相交，这样设计方便加工，对于流道中的剪切流动的干扰也最小。
