聚碳酸酯板材挤出工艺的研究

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  [摘 要]主要阐述了聚碳酸酯板材挤出的工艺流程,各段工艺参数的变化对板材性能的影响。确定最佳工艺条件,保证挤出合格板材。
  [关键词]挤出 聚碳酸酯 板材
  中图分类号:X718 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)02-0352-01
  前言
  聚碳酸酯简称PC,是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料,具有优异的抗冲击性能、可成型性和良好的耐热性能而在飞机透明件上得以广泛应用。美国于二十世纪六十年代末开始研制并用于F-111、F-16、F-22、B-1B等飞机以及大型运输机的风挡、座舱盖、舷窗、灯罩等透明件。经过四十多年的使用表明,聚碳酸酯是高性能飞机不可或缺的航空透明材料。
  光学级聚碳酸酯板材性能优劣主要取决于原材料性能及板材制造工艺水平。目前国内还没有能力生产合格的光学级聚碳酸酯树脂,主要依赖进口,这就使板材制造工艺变得更加重要。板材成型分为挤出成型及注射成型,挤出成型相比注射成型具有稳定性高、连续性强等优点。
  PC板材的光学性能是目前挤出工艺的难点,挤出温度,压力,模具温度,环境洁净度等多方面因素只要有任何一方面调整不当,都有可能会造成板材的这种光学缺陷。在调整参数的同时,还要照顾到板材的平整度和力学性能等其他要求,具有一定的难度。
  下文针对进口新粒料、挤出后板材一次破碎料、二次破碎料作为原料挤出时各工段参数对比来摸索挤出工艺,确定最佳参数配置。
  1 主要原料
  Dow302-5;一次破碎料;二次破碎料
  2 试验设备
  幅宽1.2米国产PC挤出生产线,主要由破碎系统,干燥上料系统、挤出机筒、模具、三辊压光机、冷却支架、牵引机、剪裁机、液压升降堆料台等组成。
  3 挤出工艺流程简介
  聚碳酸酯的挤出过程,首先是依靠挤出机螺杆把物料经过输送、压实、并进一步熔融,使塑料处于完全均匀的塑化状态,然后在压力下通过口模挤出,经过成型机械的定型,冷却成成品。
  4 挤出过程中主要参数的设置及讨论
  挤出板材的质量是与原料性能、挤出成型设备及工艺路线等密不可分的,在工业化试验阶段,挤出设备及工艺路线已确定,原料性能及工艺微调对板材性能起决定性作用。针对不同原料,需调整机筒各段的温度、机头与模具的温度及螺杆转速、三辊温度与速度、牵引速度等多方面参数来保证挤出性能最好的板材。
  4.1 机筒温度
  机筒各加热段温度的选择要根据挤出机的结构特点、所用树脂等进行。一次破碎料是指经进口新粒料挤出板材后经水洗烘干后再破碎,得到的片状破碎料,二次破碎料同理。进口粒料的摩擦系数要小一些,同时生成的摩擦热也要小,而密度却要大一些。同时还需考虑熔融指数,来设定温度。若想挤出良好的板材,机筒温度的设定是关键,要根据机筒螺杆各个区段的功能,来合理的设定温度。
  4.2 机头温度
  机头是机筒与口模之间的连接部分,其温度控制的合理与否会直接影响到产品的质量。机头温度偏高,容易造成物料降解,还会引起跑料(溢料),产品出现气泡、焦化等现象,导致挤出生产不能正常进行。温度偏低,物料塑化不良,使机头压力上升,加工较困难,离模膨胀较严重,产品表面较粗糙;另外还会导致挤出机背压增加,设备负荷加大,如果温度过低,物料不能塑化,不但产品无法成型,还会造成设备损坏。
  4.3 口模温度
  口模是制品横截面的成型部件,PC挤出一般采用传统的“衣架式”口模。口模温度的高低会更直观的影响产品的质量。一般口模各区温度比机头各区温度稍低一些。口模温度的设定除需考虑所用的塑料配方体系外,还需考虑各区的温度匹配来控制物料流出量,进而使物料在辊筒上堆料均匀,使板材厚度均匀,不产生波纹。
  4.4 螺杆转速与挤出速率
  挤出速率是衡量挤出机生产能力的重要参数。螺杆转速则是控制挤出速率和产品质量的重要工艺参数。螺杆转速增加,机筒内物料压力增大,挤出速率增加,产量提高,同时加强对物料的剪切作用,提高料温,降低熔体粘度,有利于物料的充分混合与均匀塑化。但螺杆转速过高,会造成出模膨胀加大和口模内流动的不稳定,使制品的变形、弯曲。螺杆转速过低,挤出速率过慢,会造成物料在机筒内受热时间过长,会造成物料降解,使制品力学性能下降。试验证明PC板材挤出时螺杆转速在50~65转/分钟为最佳。
  4.5 三辊温度
  三辊是板材冷却定型的重要设备。如果压光辊温过低,板材不易贴在辊筒上面,板的表面无光泽或出现冷斑,板材容易产生内应力,发生翘曲变形,同时透明板的透明度会降低;辊筒温度过高,会使板、片材难以脱辊,表面容易出现横向条纹,同时影响效率,严重时会有析出物生成。实际操作中会把三辊温度控制在150~175℃之间。
  4.6 三辊与牵引的速度
  通过对三辊压光机的速度调节也可以对板材起到牵引拉伸作用。在板材刚刚挤出时,可利用三辊压光机将板材拉薄,以达到节省物料的作用直至板材通过牵引机达到稳定挤出。由于三辊对板材的光学性能及平整度起着重要作用,所以要求辊筒表面的洁净度,光洁度,公差,传热性能等有着较高的要求,这也是国产辊筒和进口辊筒价格差距悬殊的原因。在挤出生产过程中,我们要时刻保持辊筒的洁净度,才能保证板材具有优良的光学性能,并且依据挤出机的挤出速度来成比例的调整三辊转速。
  牵引机对板材有拉扯作用,其速度设置会直接影响产品的截面尺寸、尺寸公差,冷却效果、性能及外观等。牵引速度越快,板材越薄,冷却后的制品在长度方向的收缩率也越大。牵引速度越慢,板材越厚,且容易导致口模及三辊之间的堆料。牵引速度必须稳定且與挤出的速度相匹配,一般是牵引速度略大于挤出的线速度。正常生产时,牵引速度应比挤出线速度快1%~10%,以克服型材的离模膨胀。
  5 结论
  不同性能的原料在挤出各工段所需设置的相应参数差别较大,同种原料在各段也需要微调来实现最佳效果。挤出过程中最主要是控制板材光学缺陷的产生,要避免板材光学缺陷的产生,需要对挤出成型的机理、各种助剂在加工中所起的作用有一定的了解,熟悉设备和模具的性能,掌握成型工艺,并清楚了解各工艺参数对制品性能的影响。在查明原因排除缺陷的同时,应遵循先易后难的原则,尽量一次只调整一个工艺参数。另外挤出参数是受各方面因素的影响而变化的,所以有着不确定性,应当根据现象依靠经验来进行不断的调整,以达到挤出最优质的型材。
  参考文献
  [1] 精密挤出成型原理及技术化学工业出版社吴大鸣主编.
  [2] 挤出成型化学工业出版社张丽叶主编.
  [3] 塑料挤出成型化学工业出版社刘瑞霞主编.
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