塑料异型材表面光亮度的影响因素及解决措施

塑料异型材表面光亮度的影响因素及解决措施1前言生产外观光亮的塑料异型材是每个企业孜孜不倦追求的目标。光亮度实际上是塑料异型材挤出时产生的熔体膜。一般而言型材光亮度和物料塑化熔融是相辅相成的，也是衡量物料是否良好熔融塑化的表征。同时经良好塑化熔融的熔体从口模挤出，通过定型模时，如果口模和定型模设计不当，表面加工粗糙或严重磨损及被物料粘附，熔体物料经口模挤出，不仅成型困难，其已形成的表面光亮度在没有完全冷却以前，也会被磨损，遭受破坏。现将型材光亮度的影响因素和提高其光亮度的相关措施分别论述如下：2影响型材光亮度的因素物料是否良好熔融塑化，是否具有良好的光亮度，不仅和配方中有关原料助剂的质量和剂量相关，也和混料、挤出工艺、挤出机、模具相关。2.1配方中有关原料、助剂的影响影响塑料异型材熔融塑化和光亮度的原料因素主要包括：PVC树脂、稳定剂、加工助剂、润滑剂、碳酸钙及群青等。2.1.1PVC树脂的影响PVC树脂的影响主要表现在分子量和含水量上。塑料异型材生产主要采用SG5型或S-1000型树脂。如树脂选型不当，分子量过高，熔体粘度增加，流动性差，物料不易塑化，影响制品光亮度；分子量低，熔体粘度低，流动性好，但生产的制品强度、刚度、耐低温性能均会降低。树脂中含水量及挥发分含量超标，往往导致物料在混料或挤出加工中过多的气体不能完全排除，而产生气泡，亦影响制品的光亮度。2.1.2热稳定剂的影响PVC属于热敏性塑料，在100°C环境条件下即发生分解，150°C时分解会加速。其粘流温度和熔化温度远远大于其降解温度。单纯的PVC不可能通过熔融态进行挤出加工，必须添加足量防止其受热降解的热稳定剂。目前我国塑料异型材挤出使用的热稳定剂主要有铅盐类、有机锡类、钙、锌类、稀土类等。其中铅盐类稳定剂价格便宜，仍被业内大多数厂家所采用。但铅盐类稳定剂与PVC的相容性差，如和润滑剂配伍不好，对塑料异型材表面光亮度的影响类似于CaCO3。有机锡类热稳定剂与PVC有很好的相容性，可均匀分散到PVC中，促进物料塑化，改善制品表面光亮度。稀土稳定剂对非极性的有机碳氢化合物具有较小的相容性和一定排斥性，所以在型材挤出过程中，非极性的润滑剂易被排斥，逐步迁移至型材表面，在型材由口模进入定型模，真空定型过程中一部分被吸附在定型模表面，当定型模粘附物增加到一定程度时，不仅牵引阻力增大，也会影响型材光亮度。此外光亮度与稳定剂的剂量与粒度相关。如添加量不足，必然导致PVC加工过程中受热分解，使制品表面呈现浅黄色，影响制品的光亮度；粒径越小，在PVC中的分散越均匀，表面光亮度越好。2.1.3加工助剂的影响加工助剂多是有机聚合物，分子量较高，一般达120000以上，远远超过PVC树脂的分子量，粘度较高，在同样温度下可以加速塑化，显著改进树脂的加工性能。但其添加量一定要严格控制，如添加量过少，加工助剂在1.5份以下时，可能会造成物料在挤出机内的“滑壁”现象，不能使PVC很好的转变为粘壁体，物料得不到足够的剪切应力，不能很好塑化，易发生从加料孔或真空孔“冒料”现象，型材表面光亮度较差，各项物理性能检测也不合格；如添加量过大，加工助剂添加至2.5份以上时，易使熔体“过塑化”，在挤出模以前，将有部分物料分解，同样会使型材表面光亮度变差。2.1.4润滑剂的影响润滑剂在塑料异型材挤出生产过程中，是为了改善PVC熔体的流动性，减少物料内部分子之间以及物料与设备之间的表面摩擦而添加的助剂。润滑剂大致可分为内润滑剂和外润滑剂。内润滑剂与PVC有一定的相容性，用来降低PVC大分子的内聚力和分子间的摩擦力，降低熔体粘度，如硬脂酸、单甘油酯等。外润滑剂与PVC的相容性较差，但可在设备与物料之间形成润滑膜，从而减少两者间的摩擦与粘附，如石蜡、低分子聚乙烯蜡等。配方中润滑体系是否适当，对塑料异型材表面光亮度有很大影响。在促进物料良好塑化和熔压的前提下，适量添加外润滑剂则会提高制品的表面光亮度，但过量的润滑剂也会造成制品出现斑纹、烧伤的痕迹、定型模析出物过多等多种缺陷。2.1.5碳酸钙的影响CaCO3是PVC异型材的填充料，可以降低生产成本，提高制品硬度、刚性，但它与PVC相容性差，在PVC基体中容易分散不均匀，因此必须选择合适的处理剂对CaCO3进行表面活化处理。CaCO3经活化处理后，能明显促进其在PVC中的分散性，其表面由亲水性变为亲油性，与PVC间呈现较好的相容性。如果碳酸钙活化处理不过关，不能完全被PVC树脂包裹，会影响型坯外观光亮度。由于活性碳酸钙吸油值较高，如果添加量过大，配方中的润滑剂被碳酸钙所吸收，型材表面光亮度也会降低。CaCO3的粒径对塑料异型材表面光亮度影响也很大，粒径越大，其表面光亮度越差；CaCO3的粒径越小，在PVC中的分散性越好，制品的表面光亮度相应越好。2.1.6群青的影响添加群青是利用配色上的消光原理来消除黄光（两者是互补色），通过遮黄来实现增白效果。但其在增白的同时，也减少了反射光的数量，在一定程度上减弱了制品的表面光洁度。荧光增白剂能吸收300nm〜400nm波长范围内的紫外光、然后以420nm〜500nm可见光的蓝色、紫色荧光形式发射出来，从而补充被材料吸收的蓝光、紫色光，增白的同时也增加了反射光的量，合理搭配群青和增白剂的应用比例，可以比较好的对制品进行增白、调色，又不降低异型材的表面光亮度。2.2混料和挤出工艺的影响2.1.1混料的影响混料的目的基本有两个：一是配方中的各组分在一定的剪切、摩擦作用下均匀混合，初步胶凝化；二是在高温条件下，使原料中的水分析出。如混料温度、时间不足，原料各组分不能由固体、单向、不均态向多相、均态、部份凝胶态转化，物料中水分析出不彻底，在挤出时真空排气的负担就会加大，物料的水分无法完全排出，熔融塑化则会受到影响，不能形成具有一定熔压的致密熔体，必然影响挤出制品的光亮度。2.1.2挤出工艺的影响挤出工艺对塑料异型材的表面光亮度有较大影响。好的挤出工艺可以使生产稳定性、可靠性得到保证。一般而言良好塑化的熔体结构紧凑，密实，品体细腻，外表不仅很光滑而且有一定亮度。选择挤出工艺条件时要考虑PVC与助剂的流变特性，加工温度要适宜。比如抗冲击剂CPE的加工温度范围较窄，当加工温度过高或过低时，它的网络结构会被破坏，造成“欠塑化”或“过塑化”，塑料异型材表面光亮度较差。在通常条件下，工艺温度偏低，物料塑化不良，制品表面发暗，品体粗糙。工艺温度偏高，物料产生过塑化甚至分解，制品表面产生无光泽的淡黄色相。挤出速度及压力一般受设备与模具的影响较大，不同的挤出速度往往需要对工艺温度作出调整，否则速度过慢，物料因在螺筒内停留时间长，而发生分解；速度过快，又会因物料内部产生过多的剪切摩擦热不能及时排出而使制品表面产生气泡。2.1.3口模和定型模的影响已经良好熔融塑化的型坯从口模挤出，通过定型模时是否能保持良好的光亮度和口模及定型模结构紧密相关。如：口模平直段过短，不能使从口模挤出的熔体形成足够的熔压，定型模与口模设计的放量尺寸不匹配，型材从口模挤出后离模膨胀过大或定型模入口尺寸过小，不能顺利进入定型模，物料阻力过大，在定型模内受到二次压缩，会使塑料异型材表面光亮度和性能降低；反之口模设计的流道压缩比过小，致使型坯进入定型模时，不能紧密贴紧定型模；定型模入口尺寸过大，型材通过定型模阻力过小，物料没有受到定型模内壁足够的牵制，物料在未完全定型的情况下由牵引机带动而被拉伸，也会使塑料异型材的表面质量降低。同时口模和定型模外观质量对型坯的光亮度影响较大。熔体物料通过口模和定型模时，贴着口模和定型模表面滑动，若口模和定型模表面抛光不好或严重磨损及被物料粘附，势必引起型材表面光亮度严重下降。3提高型材光亮度的相关措施3.1物料良好熔融塑化是提高型材光亮度的前提条件物料是否能良好熔融塑化，主要和配方中某种助剂质量、剂量以及和工艺、挤出机剪切性能是否相对应相关。熔体在挤出机内的摩擦和润滑的平衡，型坯所需热量和挤出机各段所供热量的平衡，使物料得以良好熔融塑化，不仅可以有效提高型材型材力学性能，也可以有效提高其光亮度。尽管配方影响型材挤出熔融塑化和光亮度的因素很多。但最常见的是稳定剂和碳酸钙。某公司曾发生两次典型的型材光亮度问题，一次是2005年，经过多次调整工艺，更换配方中某种原料，仍无济于事。后经过更换稳定剂，型材光亮度才恢复正常。究其原因，主要是热稳定剂中润滑剂出现问题。选用什么热稳定剂一定应和挤出机剪切性能相配套。否则，低剪切挤出机如选用中期内润滑剂含量低的稳定剂，则会导致计量段显示温度跑高，物料过热分解；高剪切挤出机如选用前期内润滑剂含量低的稳定剂，势必会出现物料在排气段“粘壁”症状，型材外观粗糙，光亮度降低。一次是2006年，经更换多家热稳定剂后，型材光亮度仍未好转。后更换碳酸钙后，型材光亮度才得以恢复。经检查，主要是碳酸钙活性不好，致使树脂不能完全包裹碳酸钙所致。碳酸钙的活性处理不好，碳酸钙颗粒之间易相互吸引，产生凝聚倾向，以原生态粒子的凝聚体形态存在，分散性不好，不但会使制品脆性增大，断裂延长率、低温抗冲击、拉伸冲击、焊接性能等技术指标降低，加工性能劣化，还会产生消光现象，影响制品光亮度。因此作为异型材生产厂家最好应备用两家以上的热稳定剂、碳酸钙产品，一旦制品光亮度发生问题，及时予以更换，往往是解决光亮度的最佳措施。润滑剂是能防止物料的“过塑化”，使塑料异型材具有较好的表面光亮度的加工类助剂。但一般复合热稳定剂内均添加有一定比例的润滑剂。经挤出实践，如能适应熔融塑化要求，不必再另行添加润滑剂。反之可依据挤出型材存在的外观质量症状，更换稳定剂品种或适量对应添加润滑剂。润滑剂品种和剂量的选择尤为重要。在挤出不同过程润滑剂发挥不同作用。如挤出机1、2段过热，除降低1、2段挤出温度外，可增加前期内润滑剂，如3、4段过热，除降低3、4温度外，可增加中期内润滑剂，型坯外观不光滑，除提高口模温度外，可增加后期外润滑剂。PE蜡是一种较为常见的外润滑剂，在加工过程中熔体压力作用下，很容易从混合料中析出，移析到表面，PE分子取向排列，极性基团向着金属表面，通过物理吸附和化学键，形成一个润滑剂分子层，可以减少聚合物和设备表面的摩擦，提高型材表面光亮度。增加高熔点后期外润滑剂尽管对塑料异型材的表面光亮度发挥重要的作用。但在物料良好塑化熔融条件下，仅仅为提高型材光亮度而添加润滑剂无疑是错误的。其结果虽然能提高型材外观光度，却导致物料塑化不好，熔压偏低，型材光而不亮，物理性能很差。经挤出实践证明，采用某种配方生产,当PE蜡用量为0.2份，型材性能完全合格，但表面光亮度较差，将其用量加大到0.4份时，型材挤出塑化良好，性能检测合格，表面较光亮。当将其用量加到0.6份时，因润滑剂过多，形成一层隔离膜，混合料与设备之间出现打滑现象，型材挤出困难，物料得不到塑化应有的剪切应力，物料塑化不好，性能检测不合格。如果熔体塑化不好，即使再添加润滑剂都于事无补。反而会致使润滑剂析出严重，堵塞口模和定型模，影响型材光亮度，甚至导致生产中断。工艺和挤出机剪切性能是否相对应，对型材熔融塑化和光亮度影响很大。低剪切挤出机和高剪切挤出机，挤出工艺有很大不同。采用低剪切挤出机挤出时，一定要提高加料段、压缩段设定温度，降低熔融段、计量段设定温度，使显示温度尽量在设定温度的区域运行，并采用挤出速度对应调整，切忌盲目提高挤出效率。否则会出现前两段因物料塑化不好，出现冒料，堵塞真空孔，后两段因熔体“过塑化”型坯外观泛黄，内筋发泡，光亮度降低。采用高剪切挤出机挤出时，加料段、压缩段设定温度不宜过高，熔融段、计量段设定温度不宜过低，否则会出现物料在排气孔螺杆处粘壁，挂料，型坯外观泛黄或“欠塑化”光亮度亦会降低。由此推论，除采用相对应挤出工艺外，低剪切挤出机，宜适量添加加工助剂和中期内润滑剂，高剪切挤出机适量宜添加前期内润滑剂，可在保证挤出制品内在质量和外观光亮度的前提下，进一步提高挤出效率。从工艺上讲，适当提高口模温度可以提高制品表面光亮度。但提高口模温度会使型坯脱模后膨胀率增加，进入定型模困难。定型模水温越低，真空度越大，型坯进入定型模以后，冷却的越充分，真空吸附越大，制品的光亮度越高。但定型模温度过低，型坯冷却过快，会导致内应力增加，影响制品机械性能；真空度过大，会使型坯牵引力增加，同样影响制品机械性能。因此提高口模温度、降低定型模水温、增加其真空度一定要使型坯能顺利挤出，机械性能不受影响为基准，不能顾此失彼。另外严格混料工艺操作，定时检查热电偶是否被包裹或损坏？随时观察挤出机真空孔是否正常，排气孔是否被堵塞？并及时加以疏通，均是保障型材熔融塑化和光亮度的必要措施。值得指出的是：物料冷混是一个放热过程。物料在放热反应时势必要排出其分子间的水份。冷混罐工作一定时间，要及时清理冷凝在罐壁内的水份。否则因混合料水份超标，在挤出时，真空排气的负荷将会加大，如真空排气不彻底，会影响型材内在质量和外观光亮度。大型生产企业一般采用自动输料装置，混合料从混料罐输送至挤出机的过程都是在密闭状态下进行的。一些小型生产企业采用人工输送，混好料需要重新装袋。如装袋后敞口堆放，在阴雨天气或潮湿环境条件下，混合料堆放过程中则会从新吸附大气中水分，致使混合料水份超标，这两点往往被人所忽视。3.2提高口模和定型模设计、加工精度和定期维护保养是提高型材光亮度的保证因素如果从试模开始某种型材较其他型材光亮度有较大的差距，一般是模具设计不当所致。口模设计时一定要根据不同结构型材截面，正确设计口模外锥和分流锥尺寸和锥度，料流分配合理，实现型材各截面所需物料与模具所供物料的平衡，并依据整个挤出系统的压力情况，确定合理的压缩比与定型段长度，使型坯离模膨胀达到设计尺寸要求，从而保证塑料异型材的致密程度及物化性能指标。同时定型模的设计要充分考虑到与口模的放量匹配问题，物料离升口模后膨胀而进入定型模，通过其冷却定型作用使异型材逐步定型，得以尽可能小的压缩和延伸，保证挤出制品有良好的表面质量。在口模模唇部位设置科学的增亮结构，也可极大地提高塑料异型材的成型效果和表面光亮度。其次定型模的真空定型系统中，与型材直接接触的真空槽务必要有良好的过渡和