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PVC型材生产工艺基础知识
配混料中应注意的问题
ＰＶＣ树脂在加工中要加入各种助剂以改善ＰＶＣ的性能，以适应加工和制品性能的需要。生产塑料门窗型材时一般要加入：热稳定剂、加工改性剂、冲击改性剂、润滑剂、光稳定剂、填充剂和色料等。虽然助剂的加入量是ＰＶＣ树脂的０．１％到１０％，但它们各自所起的作用是十分重要的，可以说缺一不可，而且加入量的变化对加工和最终产品的性能影响很大。因此，不仅配料中要称量准确而且混料过程中要混合均匀，达到物料的一致性。 物料的配制
ＰＶＣ物料的配制过程主要包括配料、热混、冷混、输送、贮藏。其方法有人工配料、人工运输的小规模生产方式和自动配料、自动输送的大规模生产方式。近几年，我国硬ＰＶＣ异型材挤出行业进入了高速发展期，企业的规模不断扩大，年产在万吨的企业，如采用人工配料的物料处理方法已不能满足大批量生产的需要，物料处理自动化已成普遍使用的方式。物料处理的自动化方式一般适合生产能力在５０００吨以上的型材生产专业厂，其劳动强度低，生产环境好，可避免人为的误差，但是投资大，系统维护费用高，系统清理困难，不适合配方的频繁变动，尤其是色彩的变化。生产能力４０００吨以下的企业多采用人工配料、运输、混料的方式。人工配料最大的问题是劳动强度高，配料、混合中形成粉尘污染，但投资小，生产灵活。
物料处理的自动化是指以电脑控制的自动配料系统为核心，辅以气力输送，再与热、冷混合机相组合构成一套完整的ＰＶＣ配料、混料生产线。这项技术从２０世纪８０年代中期引入我国，并在一些有一定规模的大企业中应用。这种技术的优点在于配料精度高、生产效率高、污染少，能满足大批量挤出生产的需要。目前我国已有一些工厂能生产这种电脑控制的自动配料系统。
配料是混料的前道工序。配料的关键就是一个“准”字。在塑料型材生产的大型现代企业中，配料大都采用了电脑控制的多组分自动称量计量系统。比较广泛采用的是称重计量方式，根据不同的称重方法，又可分为分批次累加计重、失重式计重和流动过程物料的连续计重三种。而分批次累加计重方式与混合工艺中要求的分批次加料混合的工作方式非常谐调，最适合ＰＶＣ的配混，所以在ＰＶＣ型材生产中采用的较多。分批次累加计重的原理示意图见图１。
图1 自动分批次累加计重的原理示意图 1-料斗 2-电动螺杆加料器 3-气动阀门 4-称重料斗 5-质量传感器 6-计算机控制系统 7-高速捏合机
自动称重控制器包括称重料斗、质量传感器和计算机控制系统，它是本系统的核心，其主要功能有：将传感器的电信号还原为质量数值显示在屏幕上输入计算机中；根据所设定的参数要求对系统中的电机、阀门等进行逻辑控制（控制每一种助剂的加入量）。接受其它部分的控制信号达到联动，或者将自身的称重数据及时送到主控计算机进行处理。
人工配料是中小型工厂使用的方法，由于配料工序是一个非常重要的生产环节，配料的准确性直接关系到正常生产和产品的质量，各个工厂都根据自己的实际情况制定了相应的操作工艺和质量控制措施。 人工配料工序应注意：
１、上岗前人员必须进行培训，考核合格后才能上岗，培训应包括技能和职业道德的培训。人员应保持相对稳定。 ２、每次操作前必须认真检查计量器具的准确度，定期进行计量鉴定。
３、做好操作前的准备工作，包括各种助剂的开包、检验、码放整齐、盛装袋的准备以及卫生环保器具、使用工具的准备。 ４、操作应按所指定的程序和规程进行。例如：采用几个配料员，每人负责１～３种助剂流水作业的方法，先称哪种再称哪种，称量的精度都应严格按操作规程执行。
５、操作过程中应该精神集中，不得聊天或做其它事。
６、严格配料质量的检验制度，应有专人负责逐件进行检验，不合格的一律不得送到混料工序使用。一般是复核总重，即总重量应在允许范围内。
７、注意工作场地的卫生、环境，通风，照明条件。注意配料人员的身体健康。 混 料 工 序
混料是将ＰＶＣ树脂与热稳定剂、改性剂、润滑剂、填充剂色料等助剂混合均一化的过程。使用的设备主要是高速捏合机、冷却搅拌机。过程并不复杂，但混合的质量直接影响正常生产和制品的质量。混合的过程是依靠机械力作用在物料上产生的相互之间的摩擦力、剪切力使物料细化、升温，使一些助剂熔化，包覆在ＰＶＣ树脂表面。ＰＶＣ树脂在剪切、摩擦作用下细化，在温度作用下表面呈现松软、多孔状，将助剂吸附在表面并达到均一化，温度进一步升高，颗粒表面熔化，颗粒的密度增大。过程如图２所示。
图2 PVC树脂和助剂混合状态示意图
1-PVC树脂 2、3-助剂
混合的过程是在高速混合机中进行的，高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动。同时，由于离心力的作用，物料被抛向混合室内壁，并且沿壁面上升，升到一定高度后，由于重力的作用，又回落到叶轮中心，接着又被抛起，如此往复。由于叶轮转速很高，物料运动速度很快，快速运动着的粒子间相互碰撞、摩擦，使得团块破碎，物料温度相应升高，同时迅速地进行着交叉混合，这些作用促进了组分的均匀分布和对已熔化成液态添加剂的吸收。
高速混合机的效率较高，所用时间远比Ｚ型捏合机短，通常一次混合时间只需８～１０分钟，物料温度随搅拌摩擦升高的很快，在８～１０分钟温度升至１２０～１４０℃，一般是通过控制物料温度来控制混料时间，温度控制在１２５～１３５℃出料，将物料迅速放入冷却搅拌机。 物料进人冷混机后，在缓慢转动的搅拌桨作用下，可进行径向和部分轴向的混合，使接触冷却夹套的冷料与远离冷却表面的热料相混合，进行有效的热交换，使物料的温度降低。料温降至４５℃以下时，即可由排料口出料。
冷混机的容积一般应为高混机的两倍以上。这样可保证混料工序的连续性，利于获得均一的干混料。 干混料制备过程应严格控制工艺参数。有的厂家往往仅注意原料的质量、配方，以及挤出成型加工过程的工艺控制，而对于混料制备工艺重视不够。实际生产中出现的许多产品质量波动，却都因干混料制备工艺控制不严或不合理造成的。 混合工序应注意以下问题： 原料的准备
ＰＶＣ树脂应有均匀的颗粒度，适当的相对分子质量范围，内部应多孔，质量应符合国家标准，应该使用疏松型树脂。树脂的含水量须符合生产要求，否则会加大在高速混合时排汽的难度。
各种助剂，特别是铅盐稳定剂和皂类稳定剂，颗粒应极细，有效成分的含量应稳定并合乎一级品的标准。助剂的含水量要低，否则应预先干燥处理。
高速混合机加料量的确定
高速混合机的加料量应能在保证混合温度的前提下，尽量提高生产效率。物料的体积为混合器空容积的５０％以下时，摩擦生热较小。当达到预设的混合温度（如１２Ｏ℃），需要ｌ５ｍｉｎ以上；加料量占５０％～７０％时，达到该温度则仅为８～１０ｍｉｎ；加料量在７０％以上时，混合效果开始变差，升温速度也不再明显，混合机电机电流过大。因此，将加料量控制在混合室空容积的５０～７０％为宜。例如：ＰＶＣ树脂的表观密度是０．４５；对于４００Ｌ的高速捏合机的加入量应是 ４００×７０％×０．４５ ＝１２６ｋｇＰＶＣ树脂。为了操作方便一般加入４袋（４×２５ｋｇ）树脂和所配合的各种助剂（２０～３０ｋｇ），总重量为１２０～１３０ｋｇ比较合适。 高速混合机出料温度的选择
研究结果表明，ＰＶＣ树脂颗粒在强力搅拌下，料温在５Ｏ℃以下时，ＰＶＣ结团的粉粒和较大的颗粒被磨擦，冲击颗粒粉碎变小，这时干混料的表观密度变化不大而树脂颗粒变小。料温在８０℃以上至１２０℃左右（随配方而变）时，ＰＶＣ树脂颗粒膨胀变大（玻璃化温度附近热膨胀系数较大），颗粒尺寸趋于均匀，颗粒的平均尺寸与未混合的ＰＶＣ树脂颗粒相近；同时，由于颗粒吸收了助剂，干混料的表观密度迅速增加。料温在１２０℃以上（具体温度随配方而变），树脂颗粒尺寸减小而干混料表观密度仍在提高，在显微镜下可看到部分颗粒或颗粒表层变成半透明状，说明颗粒内的孔隙在减小，内部结构趋于紧密。
树脂颗粒的变大和均匀有利于干混料的流动，对输送有利；表现密度提高，有利于挤出成型产量的提高和减小排气量，对提高制品的密实度有利。同时，料温在１００℃以上时，有利于物料中的水汽排除，所以高速混合的温度一般设在１１０～１３０℃。
使用液态稳定剂，同时物料含水率又很低时，热混温度可设置在较低的温度范围，如１０５℃，但不可低于９０℃。使用固态稳定剂或物料含水率稍高时，热混温度宜在１２０～１２５℃；助剂中含有促进塑化的加工改性剂和内润滑剂时，热混温度可取下限。助剂中有推迟塑化、降低摩擦的铅盐和外润滑剂较多时，宜取上限。但在实际操作中应特别注意仪表所显示的温度与实际物料温度的差别，应经常定期校正仪表显示，以免造成质量事故。 高速混合时各种助剂的加料顺序
硬ＰＶＣ配方的组分很多，加料顺序应严格遵守。所选择的加料顺序应有利于助剂作用的发挥，避免助剂的不良协同效应，还要有利于提高混合分散速度。
稳定剂宜在树脂加入后或与树脂同时加到热混机中，以便与树脂及早均匀混合在升温中发挥出稳定作用。 皂类稳定剂和内润滑剂宜随后加入，以便熔化，充分渗入树脂内部。
蜡类外润滑剂宜在料温接近出料温度时最后加入，如在８５～１００℃加入，以免蜡类干扰其它助剂的分散，避免树脂颗粒表面摩擦系数降低，自摩擦生热速度降低，延长混合时间。
填料对助剂有吸收作用，而且一般用量较大，应在加入外润滑剂之前或与外润滑剂一起加入。以使助剂先在树脂中得以分散，减少填料对助剂的吸收。同时也可减小热混机的磨损。
加工改性剂应在蜡类加入之前，稳定剂加入之后加入。抗冲击改性剂可与树脂一并加到热混机中，特别是对具有热分解倾向的改性剂，如ＣＰＥ。加工改性剂ＡＣＲ是较细的粉末，搅拌中粉尘较大也容易随排气跑掉，所以一般选择在高混后期，物料温度较高，粘度较大时加入，尽量减少损失。
液体的助剂应在搅拌进行中缓缓加入。
总之，助剂的加料顺序以应尽可能发挥助剂功效，避免助剂之间的相克相消，提高助剂的相辅相成效果为宜。 １、建议加料顺序如下：（铅盐稳定剂系列配方为例） （１）在低转速下将ＰＶＣ树脂加到混合锅中。
（２）在６０℃下，在高速转速下，将稳定剂及皂类加到树脂中。
（３）在８０℃左右，于高转速下将加工改性剂，内润滑剂、颜料以及抗冲击改性剂加到料中。 （４）在９０℃左右，于高转速下，加入填料。 （５）在１００℃，在高转速下，加入外润滑剂如蜡类。 （６）在１２５℃，低转速下排物料送入转动着的冷混机中。 （７）在４５℃以下，冷混机中排物料。 （８）过筛，计量，装袋，储藏待用。
２、简化的加料顺序如下：（铅盐稳定剂系列配方，２００Ｌ以下混合机人工加料） （１）在启动电机前将ＰＶＣ树脂和热稳定、抗冲击改性剂加到混合锅中，盖好盖。 （２）低速启动电机，正常后进入高速混合。
（３）在８０℃左右时，于高转速下将加工改性剂、内润滑剂、颜料、以及填料加到料中。 （４）在１００℃左右时，在高转速下加入外润滑剂（如蜡类）。 （５）在１２５℃时，低转速下排料送入转动着的冷混机中。 （６）在降至４５℃以下时，冷混机排料。 （７）过筛、计量、装袋，储存待用。
单、双螺杆挤出机结构特点和工作原理的差异
挤出成型工艺是聚合物加工领域中生产品种最多、变化最多、生产率高、适应性强、用途广泛、产量所占比重最大的成型加工方