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塑料管道“塑化”过程

作者:佳利工贸点击量:发布时间:2015-05-14

在塑料管道的加工过程中,“塑化”是核心技术,“塑化”质量的差异是形成产品质量及性能差异的主要原因。因此,无论是挤出成型加工还是注塑成型加工,其所有加工技术都围绕“塑化”而进行。

  一、螺杆设计

  生产塑料管材,挤出机是成型加工的重要设备。虽然塑料管材的加工过程相似,但必须根据树脂的不同采用不同的挤出机或不同的螺杆来生产各种不同的塑料管材。

  挤出聚烯烃一般采用单螺杆挤出机。聚烯烃树脂在螺杆的螺槽内由于螺杆的运动而产生挤压力,同时也受到物料在螺杆与料筒之间的运动而产生的摩擦力,这些力及由此而产生的热量使物料熔融塑化。

  单螺杆设计基本上是渐变或突变型的,渐变型螺杆即螺杆螺槽的深度从加料段至计量段逐渐变浅;突变型螺杆是指螺槽深度在加料段和计量段中不变,而在熔融段的螺槽深度突然变浅且螺距不变。

  塑料加工设备的技术进步,对于提高加工过程中“塑化”的质量是极其重要的。特别是挤出机的技术发展,在很大程度上是通过螺杆结构的改进来体现的,新一代的单螺杆挤出机的螺杆设计为屏障式螺杆,与屏障式螺杆设计相结合的是使用开槽喂料机筒。它有效地提高了塑化率。巴顿菲尔?震雄塑料设备公司的螺杆设计具有这方面的特点。

  生产PE-X即乙烯基三乙氧基硅烷接枝交联聚乙烯管材必须使用专用挤出机,常规的单螺杆挤出机会使聚乙烯(PE)在挤出机中发生部分交联(交联度达20%左右),PE-X专用挤出机的螺杆设计是在计量段后增加一段接枝段,有效地起到了PE在挤出机内的接枝作用。

  生产无规共聚聚丙烯(PP-R)管必须在使用PP - R专用料的同时使用PP - R专用挤出机。这种挤出机的螺杆料筒是通过先进的计算机模型精确计算并确定各段的压力分布、熔融速率及它的低温塑化能力来设计的。PP - R管在建筑用冷热水输送领域具有很好的市场前景,但是常规的单螺杆挤出机很难生产出符合标准的PP-R管。PP - R是一种性能很好的原料,如何使原料优良性能转化到产品上,这就要求在挤出过程中要有低的熔体温度及高的挤出量。

  生产硬质聚氯乙烯(UPVC)和氯化聚氯乙烯(Cpvc)塑料管应该使用双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的生产能力强,产品质量高。它使挤出技术有了较大的发展。

  双螺杆挤出机与单螺杆挤出机的不同之处就是在料筒内并列安装匹配的二根螺杆。

  双螺杆的螺杆旋转有同向和反向二种,反向旋转又有向内反向和向外反向二种。

  在反向旋转中,由于啮合处螺棱和螺槽存在速度差,所以在啮合间隙中的物料受到螺棱和螺槽的挤压和研磨使物料得到混炼和塑化。在同向旋转中,由于物料在啮合处受到较大的剪切力,所以混炼效果比反向旋转更好。应当指出它不适用于生产聚氯乙烯类的热敏性树脂。由于双螺杆啮合时物料相互擦离,它可互相剥离粘附在螺杆上的物料,起到自洁作用,这也是单螺杆挤出机无法比拟的。

  对于聚烯烃物料特别是分子量比较高的聚烯烃如高分子量高密度聚乙烯(HMWHDPE)及超高分子量聚乙烯(UHMWPE),为了避免物料在挤出过程中产生较大的热应力及熔体破裂,不宜使用双螺杆挤出机加工。近几年应用技术发展较快的塑料新材料如PE-X、PP-R等,也因为这些物料的熔体粘度对剪切应力敏感,所以不宜使用双螺杆挤出机生产。相对来说,在单螺杆的挤出过程中,不会产生强烈的剪切力,其熔融塑化过程,也就是物料形态的变化比较平缓,这对于控制或减小对聚烯烃类加工过程中的压力影响是十分有利的。

  生产塑料管件的主要设备为注塑机,其螺杆的结构也很重要。如注塑成型加工聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯管件必须采用PVC专用螺杆,而注塑料成型加工聚烯烃类塑料管件则可用通用型螺杆。

  二、模具设计

  塑料管材的成型是由模具、定径套及冷却装置来完成的。而生产塑料管材的模具是由分流支架、模体、芯棒、成型口模等部分组成的。模具设计合理与否,直接影响塑料管的成型和质量。

  常规塑料挤出机头的设计需遵守以下四条原则:

  1.所有熔融塑料物料所经过的流道应尽量光滑。为了防止锈蚀或其他气体和物质的腐蚀,表面应镀铬并抛光。

  为了有利于物料的流动,所有与流道有关的部件应尽量呈流线型,特别不能有死角存在,若稍有一点死角,也会造成物料的局部滞留而产生分解。

  2.模具的压缩比应合理,压缩比是指分流支架出口处与口模芯棒间的环形截面积之比。为了使制品密实,成型模具应有一定的压力,压力来自模具的压缩比和芯棒的定型平直段长度。

  3.在满足制品强度的条件下,机头结构应紧凑,机头与料筒的连接应严密,防止挤出时物料漏出,但它们的连接还应考虑到易于装拆。

  4.机头重要部位即料流经过处的部位的材料宜采用硬度较高的合金钢制成,其他部位可用硬度较高的碳钢。

  由于物料在支架处流过时受到的剪切力不同,接近支架处剪切力大于中心处,在支架区内,物料的流动有一定的速度差,如果模具压缩比太小或平直段太短,管内壁会留有支架痕迹线,严重时会留有纵向裂痕。

  聚烯烃类大口径管使用支架式模具,会形成管内壁因支架而产生的纵向凸条,所以一般生产大口径高密度聚乙烯管、燃气管及一些重要的新材料聚烯烃管使用微孔式机头。这种模具不用支架,克服了上述所发生的问题。

  对于PVC塑料管的挤出模具,目前仍采用常规的分流支架形式机头。对从欧洲进口的生产线中的成型模具进行分析,发现机头容量很大,模具压缩比大的超过50,它的突出优点是管材内在质量较好且配方成本低,在配方中除复合稳定剂(带润滑体系)外,几乎不用添加任何加工助剂。使用这种大容量的模具对挤出机的性能要求较高。物料在挤出机内的“塑化”均一性及挤出量的稳定性都要求达到理想状态。只有当国产挤出机的性能符合这一要求时,才能可靠地使用这种类型的模具。随着塑料加工技术的发展,塑料管的模具结构也在不断更新。低压缩比与长平直段的小容量加长模具能更好地适应各种不同档次的挤出机,也适合填充量含最较大的塑料管的生产。

  三、配方设计

  有些塑料加工树脂需通过配方来达到物料“塑化”的目的。因此,在塑料管材的加工技术中,“配方”是重要的内容之一。

  四、工艺参数的选择与控制

  设定合理的工艺参数,同样对物料的“塑化”相当重要。因为物料的“塑化”过程需要外界热量来帮助完成。只有合理的工艺温度,才能使“塑化”达到最佳状态。

  另外,加工工艺的控制,是塑料管道加工技术中一项重要的技术管理制度,它应该贯彻到每一个生产操作环节,这是加工技术的具体化表现。

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