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如何提高PVC-U異型材表面光亮度

1 前言 隨著塑鋼門(mén)窗在我國(guó)的大力推廣應(yīng)用，帶動(dòng)了異型材行業(yè)的蓬勃發(fā)展。與此同時(shí)，隨著人們對(duì)塑鋼門(mén)窗認(rèn)識(shí)的不斷加深，更多的用戶在選擇產(chǎn)品時(shí)已不僅僅局限于能滿足使用要求，對(duì) 產(chǎn)品的外觀及表面質(zhì)量的要求也變得越來(lái)越高。作為影響制品外觀質(zhì)量之一的表面光亮度已成了評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量及檔次的一個(gè)重要指標(biāo)。特別是隨著近幾年來(lái)高速擠出的發(fā)展，制品表面光亮度已越來(lái)越成為產(chǎn)品外觀質(zhì)量的一個(gè)重要制約因素。而由于制品光亮度受生產(chǎn)過(guò)程中中配方、原料、模具、工藝等多方面的影響，因而要想獲得較好的制品表面光亮度，必須綜合各制約因素的影響；通過(guò)各方面的合理控制及保證，才能使制品表面具有較高的光亮度。 
2 制品表面光亮度的影響因素
2.1 配方及原材料
合理的配方是保證聚氯乙烯加工性能獲得質(zhì)量?jī)?yōu)異異型材的前提。由于PVC樹(shù)脂性能較差，加工范圍較窄，成型條件極為苛刻，因而在配方中加入不同用量的穩(wěn)定劑、改性劑、潤(rùn)滑劑、填充劑等助劑，使其性能適應(yīng)加工及使用條件。而各種助劑的選用及含量，不僅關(guān)系到物料的加工性能及物化性能，而且最終對(duì)產(chǎn)品的外觀質(zhì)量保證有著極為重要的影響。比如，穩(wěn)定劑能提高聚氯乙烯加工的熱穩(wěn)定性，如果其在配方中的用量偏少就可能導(dǎo)致PVC加工過(guò)程中受熱分解，從而使制品表面呈現(xiàn)(淺)黃色，影響制品的表面光亮度。配方中的加工改性劑促進(jìn)物料塑化、改善加工流動(dòng)性的作用，如果其用量較低，物料的加工流動(dòng)性變差，易產(chǎn)生塑化不良而使制品表面粗糙、無(wú)光澤，降低了制品表面的光亮度。而配方中的潤(rùn)滑劑的選擇和配比特別是外潤(rùn)滑的用量對(duì)制品的外觀影響更為明顯，由于與PVC的相容性較差，用量過(guò)多不僅會(huì)在制品表面產(chǎn)生析出使表面變得粗糙出現(xiàn)條紋或云紋，而且過(guò)多的析出物粘附在模具的型腔內(nèi)壁從而會(huì)大大影響了制品表面的光亮度，這一影響在高速擠出生產(chǎn)時(shí)表現(xiàn)得尤為明顯；而潤(rùn)滑劑的用量不夠物料流動(dòng)性變差、塑化不良，同樣也會(huì)使制品表面光亮度下降。另外，某些廠家為提高型材表面的光亮度，還在配方中加入少量的熒光增白劑，但由于熒光增白劑的分子結(jié)構(gòu)所限，其在后期使用過(guò)程中一般會(huì)加速型材的老化，因此筆者認(rèn)為不適合推廣。
原材料對(duì)制品外觀質(zhì)量的影響亦不容忽視。制品表面出現(xiàn)的某些缺陷都會(huì)不同程度地影響到表面光亮度，而這些缺陷的產(chǎn)生往往與原料的質(zhì)量有關(guān)。如PVC的水分及揮發(fā)分的含量超標(biāo) ，就往往導(dǎo)致物料在加工過(guò)程產(chǎn)生過(guò)多的氣體不能完全排除而產(chǎn)生氣泡，影響了制品表面的光澤性；填充劑CaCO3的表面一般要經(jīng)過(guò)活性處理，以增加與聚合物的親合力，但如果其粒徑過(guò)大，活化度不夠，在制品表面分散不均勻，則同樣會(huì)使制品光澤性下降；配方中加人的抗沖改性劑CPE的殘留結(jié)晶度超過(guò)5%-10%時(shí)，則可能在加工過(guò)程中難以塑化而在制品表面上形成麻點(diǎn)，這都會(huì)使制品表面光亮度受到一定的影響。
2.2 模具設(shè)計(jì)與制造
模具是制品成型的關(guān)鍵部件，因而模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工精度對(duì)產(chǎn)品的表面光亮度有著直接的的影響。
2.2.1 機(jī)頭的流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
異型材機(jī)頭流道設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則就是要使機(jī)頭各流道部分的截面間隙的料流阻力平衡和流量對(duì)稱，口模處橫斷面的物料流速一致。而由于中空異型材的特殊流動(dòng)行為及斷面的復(fù)雜性，實(shí)際口模截面各點(diǎn)的流速很難趨于一致，內(nèi)筋的流速往往較外壁稍慢，這種流速的差異加之在定型模冷卻速率的不同就導(dǎo)致了制品對(duì)應(yīng)處往往產(chǎn)生一凹痕，從而在制品表面上形成一“暗痕”。同時(shí)，內(nèi)筋的厚度應(yīng)盡量控制在不超過(guò)外壁厚的2/3，由于內(nèi)筋的冷卻相對(duì) 外壁的滯后性而產(chǎn)生一定的后收縮從而會(huì)在制品的表面形成一“收縮痕”。不管是“暗痕” 還是“收縮痕”，都會(huì)使制品的表面看上去有一條 “不光亮帶”，從而影響了制品表面的光亮度，這一點(diǎn)在高速擠出時(shí)顯得尤為明顯。
2.2.2 模具型腔表面精度
從口模出來(lái)的料坯經(jīng)定型模的冷卻，吸附成型為具有相應(yīng)形狀和尺寸的制品。同時(shí)通過(guò) 定型模的接觸摩擦使制品具有了一定的表面光澤，因此模具型腔表面的加工精度也決定了制品表面的光亮度。一般來(lái)說(shuō)，精加工完的型腔表面都要進(jìn)行衍磨拋光處理，其表面粗糙度應(yīng) 控制在Ra0.2mm以上。為進(jìn)一步保證制品的表面光亮度，許多模具廠家對(duì)模具的材質(zhì)選擇都有較高的要求，并對(duì)模具的型腔進(jìn)行表面電鍍處理，這一方面會(huì)相應(yīng)提高制品表面的光亮度，另一方面也大大提高了模具的耐磨性，延長(zhǎng)了模具使用壽命。
2.2.3 定型模的水氣路結(jié)構(gòu)
定型模的水氣路設(shè)計(jì)要充分保證制品的均勻冷卻和吸附。而正是由于水氣的冷卻和吸附才使制品與定型模型腔發(fā)生了接觸摩擦，因此制品冷卻得是否充分均勻，真空吸附力的大小都將便制品與型腔的摩擦力發(fā)生變化，從而導(dǎo)致制品表面光澤性的不一。顯然，制品冷卻得越充分均勻，真空吸附力越大，制品表面光亮度越高。當(dāng)然隨真空吸附力的增大，阻力也會(huì) 相應(yīng)增加，這在生產(chǎn)中要適當(dāng)控制。由于型坯剛離開(kāi)口模時(shí)比較柔韌，光亮度較高，為盡可能保留這種較高的光亮度，應(yīng)使型坯進(jìn)人定型模時(shí)盡快地發(fā)生冷卻、吸附。為此現(xiàn)有部分模具廠家在定型模設(shè)計(jì)時(shí)，為提高型材使用的可見(jiàn)面亮度，在定型模的人口處預(yù)設(shè)了一寬10mm 的“亮度保持板”，其上設(shè)有單獨(dú)的水氣路。實(shí)踐證明，這對(duì)提高制品表面光亮度有一定的作用。
2.2.4 定型模(水箱)應(yīng)變量的設(shè)計(jì)
為使型腔面與型坯的流動(dòng)變化狀態(tài)相吻合，保證制品表面的平整度，模具廠家在設(shè)計(jì)定型模(水箱)時(shí)一般在模板上設(shè)有一定的應(yīng)變量，其應(yīng)變量所對(duì)應(yīng)的圓弧面如何與型坯的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)相一致，便成為設(shè)計(jì)定型模的關(guān)鍵。圓弧的大小、形狀設(shè)計(jì)的不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致型坯各部分與定型模(水箱)的接觸摩擦不一樣，從而使制品接觸摩擦較大處表面亮度較高，而摩擦較輕處對(duì)應(yīng)部分就會(huì)發(fā)暗，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)表面凹凸不平現(xiàn)象，使制品表面光亮度明暗不一。
2.3 擠出工藝
擠出工藝是影響制品塑化的一個(gè)重要因素，而物料的塑化度又直接影響了制品表面的光亮度。工藝溫度偏低，物料塑化不良，制品表面粗糙、發(fā)暗；反之，工藝溫度偏高，物料產(chǎn) 生過(guò)塑化甚至發(fā)生分解，制品表面產(chǎn)生無(wú)光澤的(淺)黃色相。擠出速度及壓力一般受設(shè)備與模具的影響較大，不同的擠出速度往往需對(duì)工藝溫度作出相應(yīng)的調(diào)整，否則，速度過(guò)慢，物料因在螺筒內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)而發(fā)生分解，同樣會(huì)使制品表面呈現(xiàn)黃色相；速度過(guò)快，又會(huì)因物料內(nèi)部產(chǎn)生過(guò)多的剪切摩擦熱不能及時(shí)排出而使制品表面產(chǎn)生氣泡。因此在生產(chǎn)過(guò)程中，工藝溫度、擠出速度及壓力的合理設(shè)置與調(diào)整是保證物料塑化良好，從而獲得質(zhì)量?jī)?yōu)異具有光滑細(xì)膩表面的一個(gè)關(guān)鍵。擠出機(jī)的工藝溫度通常分為機(jī)身溫度與模具溫度二個(gè)部分。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一般根據(jù)物料的塑化狀況及制品的內(nèi)外表面光亮度來(lái)調(diào)整相應(yīng)的溫度。模具溫度的高低對(duì)制品的外觀質(zhì)量影響較大，適當(dāng)提高口模溫度有利于提高制品的表面光亮度。因此，在國(guó)外高速擠出的模具加熱區(qū)一般都將口模出口前的成形段單獨(dú)設(shè)立一加熱系統(tǒng)，目的就是提高出口時(shí)的物料溫度，使物料的外觀更加光滑、細(xì)膩，增加制品表面光亮度。
3 提高制品表面光亮度的途徑
3.1 優(yōu)化配方設(shè)計(jì)，保證原材料質(zhì)量
穩(wěn)定劑、加工改性劑等助劑在配方中的配比要保證PVC良好的熱穩(wěn)定性、加工流動(dòng)性；潤(rùn)滑劑(特別是外潤(rùn)滑劑)的用量要合理，以盡可能地減少擠出過(guò)程中的析出現(xiàn)象，保證物料良好的塑化狀態(tài)。對(duì)原材料的質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)，建議盡可能地選擇規(guī)模較大、設(shè)備完善、質(zhì)量穩(wěn) 定的廠家進(jìn)貨，并在原料進(jìn)廠后進(jìn)行人廠檢驗(yàn)。
3.2 從模具設(shè)計(jì)和制造方面保證制品表面光亮度
機(jī)頭的流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能地保證口模截面處各部分的物料流速一致，內(nèi)筋的速度不能與外壁相差過(guò)大(一般不超過(guò)15%)，并且厚度不宜超過(guò)外壁厚的2/3；模具的型腔表面要達(dá)到足夠的加工精度，表面粗糙度一般要在Ra0.2mm以上，建議對(duì)定型模表面進(jìn)行電鍍處理；定型模的水氣路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證冷卻充分、均勻，吸附力足夠，并可在定型模入口處設(shè)置“亮度保持板”，以提高型材使用可見(jiàn)面的亮度；定型模應(yīng)變量的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能地與物料的流變狀態(tài)及生產(chǎn)速度相吻合。
3.3 合理調(diào)整擠出工藝，提高制品表面光亮度
實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)物料的塑化狀態(tài)合埋地調(diào)整工藝溫度、速度及壓力，保證物料的良好塑化，并在此基礎(chǔ)上適當(dāng)提高口模溫度。如果在口模成形段出口處設(shè)一單獨(dú)加熱區(qū)(一般長(zhǎng)約10mm)來(lái)獨(dú)立控制溫度，則對(duì)提高制品表面光亮度會(huì)更加有利。
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