PVC發泡制品加工的幾個關鍵因素
一、加工PVC發泡制品定型與冷卻系統至關重要
在擠出成型生產過程中，定型是固定擠出物形狀的裝置，定型尺寸一般按照比制品的最終截面按大約1%的收縮因素放大。由于發泡制品導熱率較低，定型裝置的冷卻能力要強，后續的冷卻長度要足夠。除了主要由泡沫密度所決定導熱率，定性裝置的冷卻裝置的長度還必須考慮到制品的橫截面，泡沫的穩定性和所需的牽引速度。
濕式真空定型模，真空水槽可為PVC低發泡型材的定型提供了滿意的效果，而真空噴淋箱和噴水槽適用PVC低發泡管材的擠出，擠出物在真空定型裝置中的冷卻效果更佳，因為壁面和定型模接觸更緊密，保證外形尺寸更精度，同時真空可阻止尚未固化的泡沫塌陷。
發泡制品的表面質量和表層密度，取決于定型裝置與模口之間距離的適當選擇和定型裝置的濕度。定型距離長會導致發泡時間延長。制品橫截面上泡孔大小的均勻，密度基本相同，在定型過程中，分布在表面的泡孔被抹平琦鴻，導致在表面區域的粗孔泡沫結構，其周圍是壓縮強度較低，薄而多孔的外表皮。
定型距離短，即短的發泡時間，與驟冷的定型裝置相結合，可以抑制泡孔的擠出物表面的形成。在這種情況下，制品顯現出表層泡孔細的泡沫結構，較厚的密實外表皮和光滑表面。如果定型裝置的冷卻能力強一些，會導致表面區域更高的密度、更厚的表面。
有些中空制品可以通過調節冷卻定型的位置和冷卻強度的大小，通過一種模具分別生產出自由發泡制品和結皮發泡制品適應不同的需求材料。
另外，由于定型模具產生摩擦力，因此所需牽引力不得不作為拉伸力由制品的實心外皮吸收，特別是在型材表面大，橫截面小的情況下，會超出制品的拉伸強度，導致制品斷裂無法正常牽引。
二、發泡劑種類和含量對PVC發泡及PVC木塑發泡制品的密度和氣泡尺寸的影響
在利用化學發泡（CFA）通過連續擠出工藝來生產PVC/木纖維復合材料的研究上已進行了大量的研究工作。下表是發泡劑的種類（吸熱型和放熱型）和添加量對PVC發泡及PVC木塑發泡樣品密度和氣泡尺寸的影響，分析可知：發泡劑在一定量內添加量多少對制品密度影響并不大，發泡劑的種類對氣泡尺寸影響很大。使用放熱型發泡劑所制備的發泡樣品，它的平均氣泡尺寸小于使用吸熱型發泡劑的發光樣品，這主要是由于放熱型發泡劑主要分解產物是N2，而吸熱型發泡劑主要分解產品是CO2，N2較CO2具有更低的溶解度、更高的分散率，從而可以形成較小的氣泡。當加入丙烯酸發泡調節劑后，發泡樣品的密度能進一步降低，這主要是由于發泡調節劑可以增強熔體強度，可以有效減少破泡現象產生，從而提高了氣體的利用率。
發泡機理：
在PVC發泡板制品中，加入超高分子量聚合物的目的：一是為了促進PVC的塑化；二是為了提高PVC發泡物料的熔體強度，防止氣泡的合并，以得到均勻發泡的制品；三是為了保證熔體具有良好的流動性，以得到外觀良好的制品。由于不同的發泡制品生產廠家的產品不同，所用的設備、工藝、原料及潤滑體系均有差異，因此我們開發了具有不同性能的發泡調節劑，以滿足用戶的不同需求。
1.發泡材料的定義
發泡塑料也叫泡沫塑料，是以塑料為基本組分，含有大量氣泡，可以說是以氣體為填充的復合材料。
2.發泡片材的分類
根據發泡倍率不同，可以分為高發泡和低發泡，根據泡體質地的軟硬程度，可以分為硬質、半硬質、軟質泡沫塑料。根據泡孔結構可以分為閉孔泡沫塑料和開孔泡沫塑料。一般常見的PVC發泡片材屬于硬質閉孔低發泡片材。
3.PVC發泡板材的應用
PVC發泡片材有耐化學腐蝕、耐候性、阻燃性等優點，廣泛應用于多個方面，包括展示面板、標記、廣告牌、隔板、建筑用板、家具用板材等。
4.評價發泡片材質量的關鍵因素
對發泡材料來說，泡孔的大小和均勻程度是影響片材質量的關鍵因素。對低倍發泡片材，泡孔小而均勻，發泡片材韌性好，強度高，表面質量好。從降低發泡片材密度方面考慮，只有泡孔小而均勻才有進一步降低密度的可能性，泡大而散很難進一步降低密度。
5. PVC發泡工藝控制關鍵點
塑料發泡成型分為三個過程：氣泡核的形成、氣泡核的膨脹和泡體的固化。對于添加化學發泡劑的PVC發泡片材來說，氣泡核的膨脹對發泡片材的質量起決定性影響。PVC屬于直鏈分子，分子鏈較短，熔體強度低，在氣泡核膨脹成氣泡過程中，熔體不足以包覆住氣泡，氣體易溢出合并成大泡，降低發泡片材的產品質量。
提高PVC發泡片材質量的關鍵因素是提高PVC的熔體強度。從高分子材料加工特性分析，提高PVC熔體強度的方法有多種，但最有效的方式是添加提高熔體強度的助劑和降低加工溫度。PVC屬于非晶材料，隨熔體溫度的提高熔體強度降低，反之隨熔體溫度降低熔體強度提高，但降溫的作用有限僅起到輔助作用。ACR類加工劑都有提高熔體強度的作用，其中發泡調節劑最有效果。熔體強度隨發泡調節劑含量增加而提高。一般而言，只要螺桿有足夠的分散混合能力，添加高黏度的發泡調節劑對提高熔體強度效果更明顯。
6.加工助劑在PVC發泡片材中的作用
ACR類加工助劑有促進PVC熔融，提高表面光潔度，改善熔體的彈性，增強熔體的伸長率和強度的作用。有利于包覆氣泡，防止泡孔塌陷。發泡調節劑的分子量和用量對發泡片的密度都有很大的影響：隨著分子量的提高，PVC熔體強度提高，發泡片的密度可以做的更低，與提高調節劑的用量有相同的作用。但這一作用不具線性關系，繼續增加分子量或提高用量，對降低密度的作用不是非常明顯，密度將趨于恒定。
發泡調節劑和發泡劑之間存在重要的關系，發泡片的密度與發泡調節劑存在一平衡點，在這一平衡點之外，發泡片密度不受發泡劑含量的影響，維持恒定，也就是增加發泡劑用量不能降低密度，導致這一現象的原因是在一定量的發泡調節劑用量下，PVC的熔體強度是有限的，過量的氣體導致泡孔塌陷或合并。
7.常見問題
在PVC發泡板材擠出過程中，碰到的問題基本可以歸為4類，一是穩定性問題；二是熔體強度問題；三是潤滑問題；四是分散問題。這四類問題特別是前三類問題會相互制約，交叉影響，從表面現象看有時很難立刻分清楚，要說方觀察分析，找到問題根源才能根本解決。
穩定性不足，會影響整個板面，板面發黃，發泡片材脆性大 ；熔體強度不足會導致發泡片泡孔大，縱切面泡很長。判斷熔體強度是否不足，最直接的辦法是到三輥后面用手指按壓包在中輥上的片材，熔體強度好按壓時能感覺到彈性。若按壓后很難彈起，說明熔體強度較差。因為螺桿結構和冷卻方式差別較大，很難判斷溫度是否合理，一般來說，在擠出機允許的負荷內，3—5區溫度以低為好。 在發泡管材中要想獲得發泡均勻制品，也需要保證PVC物料有良好的融體強度。
潤滑劑，外滑有利于脫模，對板材表面的光潔性有好處，外滑太少，擠出機4區溫度不易控制，易升溫，這會導致合流芯溫度高，板材中間出大泡、串泡、發黃等問題，板材表面也不光滑 ；外滑多，析出會變得嚴重，表現在模具內的結構和板材表面外滑的析出，也會表現為某些個別現象在板面上不定期的來回移動。
內滑有利于塑化和熔體的流動性，內滑不足板面難以控制厚度，表現為板材中間厚兩邊薄；內滑多，易出現合流芯溫度高的現象。散不好會帶來板材表面不光滑的現象 。工藝溫度控制問題：上面提到的四個問題屬于根本性問題，是基礎，是深層次問題。
相對于上面四個問題，工藝溫度控制則要直觀得多，是表面問題，但溫度控制不好，會誘發根本問題的出現。提高加工工藝溫度，材料穩定時間會降低，出現穩定性問題；原有的潤滑平衡會被打破，一般表現為外潤滑不足，特別是后期外潤滑，需提高外潤滑添加量；溫度提高也會導致熔體強度降低，發泡片材泡孔增大，泡孔數量減少，片材發脆易斷裂；溫度提高降低了熔體強度也會降低熔體粘度，粘度降低剪切分散能力降低，對分散能力不強的螺桿而言，有時會出現分散不均勻。
四、硬PVC低發泡型材及其擠出成型設備選擇
1.擠出設備
硬PVC低發泡型材成型設備與一般型材生產設備沒什么區別。單、雙螺桿擠出機都可用于低發泡硬PVC門窗異型材的擠出加工，但以使用錐形異向雙螺桿擠出機為最好。這類擠出機的優點在于：喂料區螺桿與機筒表面積大，傳熱好、輸送效率高，不需造粒；剪切發熱小，料溫低，溫度范圍小，樹脂溫度易控，可低溫擠出。
除主機外，發泡擠出還要求輔機具有足夠的冷卻定型能力和較大的牽引能力。
2.模具
低發泡擠出模頭和一般型材模頭在結構上相似。但發泡材料的出口膨脹率大于非發泡材料，如普通截面的低發泡PVC，當其離開口模時，在寬度和厚度方面的膨脹率分別為10%-30%和60%-100%，因此，口模的斷面尺寸可按制品厚度的0.5-0.65和制品寬度的0.77-0.9的經驗數據計算。
為避免物料在模內發泡，模具的流道截面應逐漸縮小，在口模處達到極限，而且模具流道應盡量設計成流線型，以免流道中有滯料現象。另外，口模定型段的長度通常比普通型材的要短，一般取口模間隙的5-10倍，以減少口模處的壓力，引發發泡。依據經驗，擠出低發泡PVC的模壓縮比應為3-8。還有，為減少物料因分流梭分割后的熔合痕，分流錐上的分流梭應盡量少設。
3.冷卻定型模
設置在離口模10-300mm處，它隨制品質量要求和牽引速度的變化而調整。定型模的口模尺寸與模頭的口模尺寸應保持一致，以保證表皮在快速冷卻下形成光滑致密的皮層結構，而芯部會由于壓力降低和較慢的冷卻形成發泡的核層結構。
低發泡定型冷卻要求較高，若采用較先進的干式真空定型和濕式真空定型并用的方法，不但能保證制品結皮發泡和制品精度，也能保證型材不產生內應力，同時加強了冷卻效果，提高了成型速度。
- 上一篇：如何避免聚合物在加工過程中的降解？ 2022/6/27
- 下一篇：影響PVC塑化的幾點因素 2022/6/27