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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。在生产塑料门窗的型材时一般要加入: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。这些助剂的加入量是PVC 树脂的0. 1 %～10 % , 但它们各自所起到的作用是十分重要的, 可以说是缺一不可, 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, 不仅在配料中要称量准确,而且在混料过程中要混合均匀,达到物料的一致性。

1 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,如采用人工配料的传统物料处理方法已不能满足大批量生产的需要, 物料处理的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5000t/ a 以上的生产型材专业工厂, 它具有劳动强度低、生产环境好、避免人为误差的优点, 但投资大、系统维护费用高、系统清理困难、不适合配方尤其是色彩的变化。因而4000t/ a 以下生产能力的企业大多数采用人工配料、运输、混料的方式。人工配料最大的问题是劳动强度高,配料、混合中有粉尘污染,但它投资小,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, 从而构成一套完整的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套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。在塑料门窗型材生产的大型现代企业中, 配料技术中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方式。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 型材生产中采用得较多。分批次累加计重。
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,它的主要功能有: 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) 。接受其他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,包括各种助剂的检验、开包、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) 操作中应按所指定的操作程序和操作规程进行。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,不得聊天或做其他事。

(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。一般采用复核总重量的方法,所复核的总重量应在允许范围内。

(7) 注意操作场地的卫生环境, 通风, 照明条件。注意配料人员的身体健康。

2 混料工序

混料的过程是将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, 但混合的质量往往影响着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, 产生相互之间的摩擦力、剪切力使物料细化、升温, 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, 温度不断升高,表面呈现松软、多孔状将助剂吸附在表面达到均一化; 温度进一步升高, 颗粒表面熔化,颗粒的密度增大。过

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,又落回到叶轮中心,接着又被抛起。由于叶轮转速很高, 物料运输速度很快, 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的添加剂的吸收。高速混合机的混合效率较高, 所用时间远比Z型捏合机短, 通常一次混合时间只需8～l0min , 物料的温度随搅拌摩擦升高得很快, 经8～10min 温度升至120～140 ℃。一般通过控制物料温度来控制混料的时间, 出料温度控制在125～135 ℃。物料达到温度后迅速放入冷却搅拌机。物料进入冷混机后, 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进行有效的热交换, 降低物料的温度。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。这样保证混料工序连续性, 以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。目前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不够重视。实际生产中遇到的许多涉及产品质量的波动, 都是由于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:

2. 1 原料的准备

干混料的主要成分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。树脂的含水量必须符合生产要求, 否则会加大在高速混合时排水的难度。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。

2. 2 高速混合机中加料量的确定

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。当物料的体积为混合器空容积的50 %以下时, 摩擦生热较小, 达到预设的混合温度(如120 ℃) , 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, 混合效果变差, 升温速度也不再明显提高,同时,混合机电机的电流过大。

一般应将加料量控制在混合室空容积的50 %～70 %。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。

2. 3 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50 ℃以下时, PVC 结团的粉粒和较大的颗粒被摩擦、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。

树脂颗粒变大且均匀, 有利于干混料的流动, 对输送有利; 表观密度的提高, 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。同时考虑到料温在l00 ℃以上时有利于物料中的水汽排除。所以一般高速混合的温度设在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,这里指的是物料的实际出料温度, 在生产中应经常定期校正仪表显示, 以免造成质量事故。

2. 4 高速混合时的各种助剂加料顺序

硬PVC 配方的组分很多, 加料顺序应受到严格控制。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,以便与树脂及早混合均匀,在混合升温中发挥其稳定作用。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快接近出料温度时最后加入(如在85～100 ℃加入) , 以免干扰其他助剂的分散, 使树脂颗粒表面摩擦系数降低,自摩擦生热速度降低,而延长混合时间。

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。同时也可以减少对热混机的磨损。

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, 在搅拌中粉尘较大, 并容易随排气流失,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, 助剂的加料顺序应尽可能发挥助剂功效以避免助剂之间的相克相消、提高相辅相成效果,从而达到最佳效果。

建议的加料顺序如下(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 ℃高速转速下, 将稳定剂及皂类加到树脂中;

(3) 在80 ℃左右, 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,高转速下,加入填料;

(5) 在100 ℃, 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。

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为例) :

(1) 在启动电机前PVC 树脂和热稳定剂、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, 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, 高转速下, 加入外润滑剂(如蜡类) ;

(5) 在125 ℃, 低转速下排料送入转动着的冷混机中;

(6) 在45 ℃以下,从冷混机中排料;

(7) 过筛,计量,装袋,储藏待用。