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1、PVC结皮发泡板材典型质量缺陷分析第40卷第3期2012年3月聚氯乙烯PolyvinylChlorideVo1.40,No.3Mar.,2012【加工与应用】PVC结皮发泡板材典型质量缺陷分析杨忠久(中国塑料加工工业协会专家技术咨询服务中心,北京102444)关键词PVC;发泡材料;质量缺陷;解决措施摘要论述了PVC结皮发泡板材出现破泡或串泡的原因及解决措施,板材表面的密度和硬度的影响因素和调整措施,以及板材发生弯曲与翘曲的原因与调整措施.中图分类号TQ325.3文献标志码B文章编号10097937(2012)03000905AnalysisontypicalqualitydefectsinP
2、VCcrustfoamboardsYANGZhongJiu(ExpertTechnicalAdvisoryServiceCenter,ChinaPlasticsProcessingIndustryAssociation,Beijing102444,China)Keywords:PVC;foammaterial;qualitydefect;solutionAbstract:Thispaperdiscussedthecausesoffoam-breakingorfoamcontinuinginPVCcrustfoamboardsandthecorrespondingsolutions,thefac
3、torsofinfluencingtheboardsurfacedensityandhardncssandthecorrespondingsolutions,thecausesofboardbendingorwarpingandthecorrespondingsolutions.PVC结皮发泡板材比较容易发生的质量缺陷有破泡,串泡,密度过低或过高,表面不平整,纵向或横向发生翘曲或变形等,其影响因素多,解决难度大.要得到质量优异的PVC结皮发泡板材,应从理论上了解上述典型质量缺陷形成的原因,并制定相应的防范和处理措施,力求将其消灭在萌芽状态.l破泡或串泡PVC结皮发泡板材截面产生破泡或串泡,从理
4、论上讲主要有2方面的因素:PVC熔体本身局部强度过低,破泡由外向里形成;PVC熔体周边压力偏小,局部泡孔发生膨胀,熔体强度减弱,破泡由里向外形成.在实际生产中,这2种破泡没有明显区别,有可能同时存在,大部分破泡都是第2种.PVC熔体本身强度过低与熔体周边压力偏小的影响因素很多,概括起来主要有7个方面,分述如下.1.1PVC树脂有资料介绍:生产硬质PVC发泡制品时,如采用乳液法PVC树脂,可得到泡孔均匀,表面光滑的制品,但制品的尺寸稳定性难以控制,且乳液法PVC树脂生产的成本较高;如采用悬浮法PVC树脂,制品的外观质量和泡孔均匀度稍差.综合考虑工艺,价格及性能等方面的因素,宜将两者按一定比例混用
5、,质量比可以为(80:20)(20:80)_1.PVC板材的横截面积较宽,从挤出机机头进入口模要分布到1.3m左右的宽度.要得到充分发泡的低密度PVC板材,采用的PVC树脂黏度不宜过高.为了有利于气泡的分散与膨胀,板材整个横截面压力应协调一致,因此对PVC熔体流动性的要求较高.若PVC树脂黏度过高,则熔体流动性差,PVC板材表面平整度难以保证,泡孑L不易扩张,*收稿日期20111121作者简介杨忠久(1949一),男,中国塑料加工工业协会专家,中国塑料加工工业协会异型材与门窗专委会专家顾问,沿海地区塑料门窗技术研究中心主任,中国塑料加工工业协会专家技术咨询服务中心主任.9鬻黧聚氯乙烯2012互
6、导致发泡倍率低;若PVC树脂黏度过低,会导致PVC熔体强度过低,容易引发破泡.生产实践证明:生产PVC结皮发泡板材宜选用SG7型树脂,尽量不选用SG8型树脂,或将SG8型树脂与SG5型或SG6型树脂混合使用.1.2热稳定剂与挤出工艺PVC熔体良好的塑化是生产PVC结皮发泡板材的前提条件.如果热稳定剂存在问题,挤出温度过高,则容易导致PVC熔体局部降解,熔体强度降低,气泡过大而将熔体撕裂;如果挤出温度过低,PVC熔体欠塑化,则熔体强度很低,同样出现破泡.生产PVC结皮发泡板材时,一定要定期对热稳定剂进行180200的稳定性能检验.试验方法:在烘箱温度为180200时将样品与参照样同时放人烘箱,2
7、0或30min后取出,如样品和参照样颜色一致,说明热稳定剂的性能满足要求;如样品颜色泛黄,说明热稳定剂的性能不达标,需要增加用量.除保证PVC熔体在挤出过程中不发生降解外,热稳定剂还有另一个重要的作用,即调节发泡剂的分解温度1,通过增加热稳定剂的用量可降低发泡剂的分解温度.如果热稳定剂用量过多且熔体温度较高,会使发泡剂在挤出机内提前分解,发泡的气体从加料孔与真空孔逸出;如果热稳定剂用量过少且熔体温度较低,会使发泡剂发泡不完全.热稳定剂的用量还要根据PVC树脂的型号进行调整,如添加了SG8型树脂时,由于其塑化温度和分解温度较低,稳定剂的用量应适当增加.在挤出工艺方面,在保证PVC熔体良好塑化的前
8、提下,挤出机内的熔体温度一定要低于发泡剂分解温度,防止发泡剂在挤出机内过早分解;出口模时的熔体温度一定要达到发泡剂的分解温度,以利于充分发泡.挤出机温度的设定和控制还应根据排气孔处熔体和刚开机时熔体的成型形态及时进行相应的调整.在通过排气孔时PVC熔体应基本呈橘皮状态,螺杆底部不应有粉料流动;PVC熔体从口模挤出时表面应光滑,有一定的弹性,出口模时不应下垂.1.3发泡剂生产PVC结皮发泡板材时一般采用的发泡剂有放热型,吸热型,复合平衡型3种.偶氮二甲酰胺(ADC)发泡剂属于放热型发泡剂,其分解温度高(达232),远远超出PVC的加工温度,使用时需降低分解温度;其发泡率高(190】0260mL/
9、g),分解速度快,放热量大,但发泡时间短.因此,当ADC发泡剂用量过多时,发气量过大,会使气泡内压力增长过快,泡孔尺寸过大,破坏泡孔结构,使泡孔大小分布不均,甚至形成开孔结构,会在局部产生较大的气泡和空穴.生产PVC发泡制品时,发泡剂ADC不能单独使用,应与吸热型或复合平衡型发泡剂配合使用.碳酸氢钠属于吸热型发泡剂,虽发泡率较低,但发泡时间长,与ADC发泡剂配合使用可起到互补和平衡的作用.ADC发泡剂提高了碳酸氢钠的发气能力,而碳酸氢钠又使ADC发泡剂冷却,稳定其分解过程,均衡地释放气体,可抑制尺寸较厚的PVC结皮发泡板材内部过热降解,减少残留物析出,有增白作用.在不影响发泡率前提下,可适当增
10、加吸热型发泡剂的用量,减少放热型发泡剂的用量,以防止放热型发泡剂引发破泡.1232或BLA一616发泡剂属于复合平衡型发泡剂,分解时无诱导期,分解速率快,10min左右即可达到最大发气量,放气缓慢,无突发性,最大发气量达156mL/g,分解温度在PVC加工温度范围内,可用于尺寸较厚,形状复杂的PVC发泡制品,有利于消除破泡,保证发泡性能的稳定.1.4发泡调节剂在发泡过程中,发泡剂分解的气体在PVC熔体中形成气泡.这些气泡中,存在着体积小的泡孔向体积大的泡孔扩展的趋势.气泡的大小和多少不但与发泡剂的用量有关,还与PVC熔体强度有关.PVC熔体强度太低,气体扩散到熔体表面后容易逸出,且小气泡相互合
11、并会形成大气泡.而发泡调节剂的长分子链缠绕黏附在PVC的分子链上,形成一定的网状结构3,一方面促进物料塑化,另一方面提高PVC熔体强度,使发泡过程中泡孔壁能够承受泡孔内气体的压力.发泡调节剂可以使制品泡孑L小而多,泡孔结构更均匀,合理,大大降低制品的密度.如果发泡调节剂质量较差或用量不足,会导致熔体强度低,出现破泡或串泡.不同厂家生产的发泡调节剂分子质量,黏度有很大不同.当出现破泡或串泡时,更换分子质量更大的发泡调节剂或适当增加其用量,有时会产生明显的效果,但这样会导致熔体黏度过大,使得PVC熔体中的气泡无法扩展,使制品密度提高;另外,因熔体黏度过大,熔体流动性变差,导致EI模出料不均,影响板
12、材表面的平整度,甚至生产不长时间就出现口模糊料的现象,尤其是生第3期杨忠久:PVC结皮发泡板材典型质量缺陷分析鬟骥骥产厚度为10mm以下的PVC结皮发泡板材时更易发生.生产不同厚度的PVC结皮发泡板材时,发泡调节剂的用量也应有所不同.生产薄板时,为了降低板面黏度和弯曲应力,应适量减少发泡调节剂的用量;生产厚板时,为了消除破泡而适当增加黏度,应适量增加发泡调节剂的用量(0.30.5份),但应注意其用量不能增加过多,以免增加制品密度,影响有效生产时间.1.5碳酸钙当碳酸钙用量过多时,如果其颗粒过大,活性不好,形成团聚,在PVC树脂中的分散或与PVC树脂的结合不好,导致PVC熔体强度降低,则容易产生
13、破泡.在PVC结皮发泡板材的生产中,一定要严格控制碳酸钙用量,粒度与活性.当碳酸钙用量较大时,发泡调节剂的用量也应相应增加.1.6模具在PVC结皮发泡板材的生产中,根据所生产板材厚度的不同,配置的口模平直段长度和压缩比也有所不同.生产厚板时因发泡层较厚,有弹性变形空间,一般设计口模的平直段较长,压缩比较大,以便提高熔体压力和发泡率;生产薄板时因发泡层较薄,弹性空间小,刚性较大,一般设计口模的平直段较短,压缩比较小,以防止熔压过大.如果生产薄板时误用厚板口模,则会导致出口模料流阻力增大,出料不均,制品表面不平整,甚至板材被拉断;如果生产厚板时误用薄板口模,则会因出口模熔体压力偏小,泡孔增大而引发
14、破泡.因此,在生产PVC结皮发泡板材前,一定要选用正确的口模.此外,调整各段定型模板的间隙差也对消除破泡有一定作用.如果第1块定型模板与第2块定型模板的间隙差过大,因PVC熔体没有经过充分冷却,在定型模板压力下被挤压得更紧密,致使密度增加而产生破泡;如果第3块定型模板与第4块定型模板间隙差过大,因PVC熔体已充分冷却,没有压缩变形余地,导致第4块模板难以压到位,板材厚度增加.而适当增加第2块与第3块定型模板的间隙差,一方面可以有效防止发泡PVC熔体在没有冷却前发生破泡,另一方面第3块模板在一定温度下可以压到位,防止板材厚度过大.1.7其他其他影响因素有润滑剂用量过少,出料不均匀或局部缺料等.例
15、如,配方中外润滑剂太少,挤出机温度易超温,从而使合流芯温度偏高,导致板材中间出现大泡,串泡,颜色发黄,表面粗糙等.如果混料量过多,混料温度过低,混料时间过短,并且内润滑剂用量过少,易使干混料分散不均,流动性差;如果口模温度或口模调节螺丝(用于调节物料流量)设置也不当,就会导致从口模挤出时PVC熔体出料不均匀,局部缺料,引发气体从薄弱环节膨胀而破泡.因此,在混料和挤出生产过程中,一定要执行配方和工艺操作规程,并对破泡进行分析,针对破泡的原因采取相应的处理方法.如果破泡一直固定在同一位置,说明该部位PVC熔体压力过低,对口模调节螺丝或口模温度进行对应调整即可解决.在生产厚板时,适当降低螺杆温度,口
16、模油温,第1块定型模板冷却水温等,也对消除破泡有一定的效果.2PVC结皮发泡板材密度和硬度的影响因素和调整措施PVC结皮发泡板材的用途不同,对表面密度和硬度的要求不同.例如,广告板对PVC结皮发泡板材的硬度要求不高,而制作橱柜,书柜等家具对表面硬度的要求就很高.因此,如何根据PVC结皮发泡板材的市场用途,有的放矢地调整发泡板材的密度和硬度,是值得认真研究的重要课题.2.1密度发泡率主要取决于口模唇和定型模板的间隙比.要想制得理想密度的PVC结皮发泡板材,发泡体的容积还应以略大于定型装置所提供的容积为基准2,从而使发泡体在定型装置的约束和规范下,既能保持完整形状,又能均衡地承受一定压力,得到的中
17、间层密度低,结皮层密度与硬度高,表面比较光亮.如果发泡体容积过小,充不满定型装置所提供的容积,制品则会出现表面不平整,局部缺料打褶等问题.如果未添加发泡调节剂,泡孔会发得较大,截面比较粗糙,出现破孔或穿孔等缺陷的概率也增大;如果发泡体过大,远大于定型装置提供的容积,则发泡困难,制品密度反而增高,在两侧定型板压力的共同作用下,中间层的泡孔消失.发泡体容积主要由发泡剂用量,熔体压力和口模唇间隙所决定.发泡剂用量过少或口模唇没有适宜间隙,都会影响发泡体容积.在发泡剂用量一定的条件下,口模唇间隙和发泡制品密度直接相关.生产实践表明:在板材厚度(即定型模板间隙)一定的前提下,调整口模唇间隙是提高或降低制
18、品密度11囊聚氯乙烯2012血的最有效措施.口模唇间隙越小,发泡倍率越大,制品密度越小.但口模唇间隙过小,发泡倍率过大时,随着熔体压力的释放会出现破泡,甚至可能因口模唇间隙过小而影响熔体的流动性;口模唇间隙越大,发泡倍率越小,密度越大.在口模唇间隙一定条件下,发泡剂用量不足时,没有足够气体形成更多的泡孔,泡孔大而稀疏,制品表面不平整;发泡剂用量过多时,与口模唇间隙过小所出现症状相似.如前所述,发泡调节剂不仅能有效消除破泡,也影响PVC结皮发泡板材的密度.发泡调节剂用量过少,PVC熔体强度减小,制品表面出现破泡,密度增加;发泡调节剂用量过多,熔体强度过大,气体无法扩展,同样增加制品密度.另外,发
19、泡调节剂的分子质量越大,其改性效果越好,相应的用量可减少.此外,内润滑剂用量过多也会使PVC熔体强度下降,密度增加.要使PVC结皮发泡板材有比较低的密度,除适宜的发泡剂与发泡调节剂用量,口模唇/定型模间隙比外,在生产工艺上还必须具备2个基本条件.(1)挤出机与口模腔能提供持续的高压力,使发泡剂不断溶解在PVC熔体中,熔体压力越高,发泡率越大,制品外表越密实.一般用于生产PVC结皮发泡板材的8o/156型锥形双螺杆挤出机的熔体压力以2022MPa为宜.口模唇油温在一定程度上也起到调控口模唇熔体压力和制品表面硬度的作用.口模唇油温低一些,对提高熔体压力和制品表面硬度有利.判断熔体强度是否合适,可用
20、手指按压El模与压模板之间的熔体表面,如果按压后熔体能立即弹起,说明熔体强度较好;反之,说明熔体强度差.(2)出模唇口后的熔体压力应降得很低,使PVC熔体一离开模头就气熔两相分离,在较小的阻力下立即形成大量气泡.2.2硬度一般情况下,发泡体容积越大,其受到的压力越大,制品结皮层的厚度,硬度和光亮度也就越大.但过大的熔体压力还会引发堵料,挤出不稳定,制品表面不平整等故障,影响生产的正常进行.因此,发泡体容积只能略大于定型装置所提供的容积.除此之外,PVC结皮发泡板材的硬度是由定型装置和口模唇之间轴向间距以及定型装置的冷却强度所决定的.在确保冷却定型装置和口模唇无间隙的情况下,主要靠调节冷却水温度
21、或流量来调节冷却强度.12尤其是定型装置第1块定型模板的冷却温度极为重要,直接关系着结皮层的硬度,厚度与光亮度.采用经冷冻机处理过的冷冻水有利于提高冷却强度.PVC结皮发泡板材结皮层的厚度,硬度,光亮度对于其密度来说往往是矛盾的关系.在定型模板间隙一定时,发泡率越高,密度越低,硬度也越低.要增加结皮层的硬度与光亮度,可减少口模唇间隙与定型模板间隙的比值;此外,结皮层的光亮度还与外润滑剂和定型装置表面的光亮度有关,但与结皮层的硬度和厚度无关.如果发泡容积与定型模板间隙不匹配,发泡剂用量过多或定型模间隙过小,则板材截面会出现中间密实,两侧疏松的现象,此时可适当提高第1块定型模板间隙,以增加发泡空间
22、,调整发泡方向,减少定型模板对板材截面中心的压力,并加大冷却水量,使外皮进一步冷却,在密度基本保持不变的前提下提高制品表面的硬度.其次,PVC结皮发泡板材的密度和硬度往往同时受多个因素的影响和制约.比如,提高第1块定型模板的冷却水温度或口模油温可降低密度,但此时若不提高牵引速度,则会导致口模内PVC熔体膨胀,出料加快,由于没有相应的空间进行延伸,制品表面会出现纵向褶皱;反之,降低第1块定型模板冷却水温度或口模油温可提高硬度,但此时若不降低牵引速度,则会导致口模出料减慢,制品两侧表面因缺料而出现横向凹坑.用调整牵引速度来调整PVC结皮发泡板材的密度和硬度时,如果不对应调整给料速度和口模温度,会出
23、现表面缺料或给料过多等问题.因此,调整第1块定型模板冷却水温度或口模油温时,牵引速度也要进行相应的调整.总之,调整PVC结皮发泡板材的密度和硬度时,应综合考虑,不可顾此失彼.3PVC结皮发泡板材发生弯曲与翘曲的原因与调整措施翘曲度是评价PVC结皮发泡板材的一项重要的外观质量指标.QB/T2463.21999硬质聚氯乙烯低发泡板材塞路卡法中规定:当板材厚度>5mm时,其翘曲度应10mm/m当板材厚度<5mm时,其翘曲度应5mm/m.但对于橱柜,酒柜,卫生洁具等家具而言,即使有一些微小的翘曲,在大面上也会导致家具严重走形.一般企业对翘曲度的检验要求相应也比较严格.PVC结皮发泡板材发生
24、弯曲或翘曲变形的原第3期杨忠久:PVC结皮发泡板材典型质量缺陷分析鬻鬻因比较简单,主要是由PVC熔体内应力不均造成的.在定型模板和牵引装置的冷却,定型,拉伸约束下,PVC熔体的翘曲变形体现不出来,但在牵引完以后,PVC熔体处于自由状态时,其内应力得以释放,翘曲变形才表现出来.PVC结皮发泡板材的翘曲变形主要表现在横向与纵向2个方向.横向翘曲变形主要是因El模横向给料量或温度设定不均,口模油路,定型模板水路局部堵塞导致PVC熔体冷却不均所致,由给料多,熔体压力大,温度高的一面向给料少,熔体压力小和温度低的一面弯曲.纵向翘曲变形主要是由于口模与定型模上下不对中,口模与定型板或定型板之间不在一个水平
25、线上,由受力大的一侧向受力小的一侧弯曲;或由于各道定型模纵向上下冷却不均,由温度高的一面向温度低的一面弯曲.PVC结皮发泡板材发生翘曲变形的原因虽然简单,但由于板面宽幅较大,且PVC流动性较差,微小的应力不均都会从板面平整度上体现出来,因此处理难度较大.为了使整个横向PVC熔体出料均匀一致,在设定和调整口模横向间隙与各区温度时,需要根据PVC的流动性,随偏离口模中心距离大小,口模间隙和温度渐次提高.如果口模唇中间间隙过小或口模唇两侧间隙过大,口模唇中心温度偏低而两侧温度偏高,会导致中间熔体流速过低,两侧熔体流速过高,也会产生板材中间低,两侧翘的弯曲现象.值得注意的是,口模前后共有2道调节螺丝,
26、以定型台方向为基准,前调节螺丝的作用主要是调整板材厚度.在开机前调节螺丝都已经设定好,当挤出不均匀时,一般很少通过调节螺丝来调整.如果温度和挤出压力都稳定后,板材厚度仍有波动,才考虑通过调节螺丝调整口模唇间隙.调整幅度要尽量小,最大不应大于1mm,以防止调节螺丝咬死.后调节螺丝(即调整节流棒的螺丝)的作用主要是在总体流量不变的前提下,调整板材整个横截面熔体的局部压力和流量.当板材发生局部缺料或给料过多时,一般用该调节螺丝进行调整.调整时不能单个螺丝大范围调整,在波动区域内至少得小幅度调整3个以上调节螺丝.调整幅度要与PVC熔体流动性相适应,不可过大,否则口模长时间处于受热状态下,调节块容易产生
27、塑性变形.当某一处缺料调整正常后,又在其他部位出现缺料,说明整体给料量不足,应通过提高给料速度,增加给料量来解决.如果采取上述措施后,PVC熔体流动仍然存在规律性波动或出料不均匀的情况,则可能是挤出机转速不稳定或分配器芯棒引起的.口模唇间隙是随模具压力和温度变化而变化的.在生产中由于涨壳变形作用,口模唇的实际开启度可能大于预设值或最终调节值.在生产正常后可使用测量工具对口模唇间隙进行测量,以供再次开机时参考,可方便,快捷地启动.口模各区温度一般是开机前设定好的,只要能正常生产,一般不轻易改动.虽然调整口模温度可以增加或减少熔体流量,但在定型冷却过程中,过大的温差又会产生温差效应,影响板面横向的
28、平整度.值得注意的是,如果热电偶未安装到位或存在故障,不能反映实际温度,也会影响板材平整度,实际生产中可用温度计进行校正.PVC结皮发泡板材的生产装置共有4道定型装置,各道定型装置的上下模板冷却水都可独立进行控制和调整,这样就为调整板材纵向翘曲或弯曲创造了条件.根据板材纵向翘曲和弯曲的情况,可进行对应的调整.但由于定型装置采取的是逆向换热,调整阀门一般设置在冷却水出口,调整反应比较滞后.每次调整幅度不可过大,调整后应等待几分钟,根据调整的效果再次调整,以免温度发生太大波动.PVC结皮发泡板材翘曲的原因还有:定型模,牵引滚筒的油缸压力不均,物料析出黏附在口模流道局部,定型模腔局部不光滑.因此,生
29、产时要注意定型模,牵引滚筒的油缸是否给进到位并及时进行调整;停机时,一定要对口模流道和定型模腔进行认真的清理.PVC结皮发泡板材的翘曲与混料及配方也有一定关系.比如,混料温度不均或混料时间偏短导致出料不均;配方中内外润滑不平衡或外润滑剂用量不足;再生废料用量过多;因粉碎,研磨,二次混料而损失了部分润滑剂,导致熔体分散性差,发生不稳定流动.这些因素都不同程度地影响PVC结皮发泡板材的翘曲,在此不再一一赘述.参考文献1王贵斌.硬质聚氯乙烯制品及工艺M.北京:化学工业出版社,2008:290.E2杨忠久.结皮发泡PVC塑料板材生产技术和质量影响因素J.新型建筑材料,2009(9):6973.3杨安昌,陈方,翟步荣.塑料异型材制品缺陷及其对策M北京:化学工业出版社,2006:197199.编辑:杨彬13
