PVC管材工艺设计

一.背景

　 生产PVC塑料型材的树脂是聚氯乙烯树脂(PVC)，聚氯乙烯是由氯乙烯单体聚合而成的聚合物，产量仅次于PE，居第二位。PVC树脂由于聚合中的分散剂的不同可分为疏松型(XS)和紧密型(Ⅺ)两种。疏松型粒径为0.1-0.2mm，表面不规则，多孔，呈棉花球状，易吸收增塑剂，紧密型粒径为0.1mm以下，表面规则，实心，呈乒乓球状，不易吸收增塑剂，目前使用疏松型的较多。

PVC又可分为普通级(有毒PVC)和卫生级(无毒PVC)。按合成工艺不同，PVC又可分为悬浮法PVC和乳液法PVC。根据国家标准GB／T5761-93《悬浮法通用型聚氯乙烯树脂检验标准》规定，悬浮法PVC分为PVC-SGl到PVC-SG8种树脂，其中数字越小，聚合度越大，分子量也越大，强度越高，但熔融流动越困难，加工也越困难。具体选择时，做软制品时，一般使用PVC-SGl、PVC-SG2、PVC-SG3型，需要加人大量增塑剂。例如聚氯乙烯膜使用SG-2树脂，加入50~80份的增塑剂。而加工硬制品时，一般不加或很少量加入增塑剂，所以用PVC-SG4、VC-SG5、PVC-SG6、PVC-SG7、PVC-SG8型。如PVC硬管材使用SG-4树脂、塑料门窗型材使用SG-5树脂，硬质透明片使用SG-6树脂、硬质发泡型材使用SG-7、SG-8树脂。而乳液法PVC糊主要用于人造革、壁纸及地板革和蘸塑制品等。一些PVC树脂厂家出厂的PVC树脂按聚合度(聚合度是单元链节的个数，聚合度乘以链节分子量等于聚合物分子量)分类，如山东齐鲁石化总厂生产的PVC树脂，出厂的产品为SK-700；SK-800；SK-1000；SK-1100；SK-1200等。
PVC粉末为一种白色粉末，密度在1.35-1.45g／cm3之间，表观密度在0.4-0.5g／cm3。视增塑剂含量大小可为软、硬制品，一般增塑剂含量0-5份为硬制品，5-25份为半硬制品，大于25份为软制品。PVC是一种非结晶、极性的高分子聚合物，软化温度和熔融温度较高，纯PVC一般须在160-210℃时才可塑化加工，由于大分子之间的极性键使PVC显示出硬而脆的性能。而且，PVC分子内含有氯的基团，当温度达到120℃时，纯PVC即开始出现脱HCl反应，会导致PVC热降解。因此，在加工时须加入各种助剂对PVC进行加工改性和冲击改性，使之可以加工成为有用的产品。

　　PVC树脂主要用于生产各类薄膜(如日用印花膜、工业包装膜、农用大棚膜及热收缩膜等)、各类板、片材(其片材可用于吸塑制品)，各类管材(如无毒上水管、建筑穿线管、透明软管等)、各类异型材(如门、窗、装饰板)，中空吹瓶(用于化妆品及饮料)，电缆、各类注塑制品及人造革、地板革、搪塑玩具等。

二.PVC管材生产工艺流程

2.1混合工艺

在高速混合时，助剂渗入PVC树脂的空隙，使助剂在树脂中均匀分散，考虑到温度在100℃以上有利于物料中水蒸气蒸出，所以一般热混机的温度设在100~120℃。为了让助剂充分地与PVC微粒接触，减少填充剂对助剂的吸附作用，应该在加入PVC树脂后即启动热混机，再按如下顺序投料：稳定剂、各种加工助剂、色料、填充剂。在实际生产中，大都是将原辅料全都投入后再启动热混机。热混机放出的混合料温度很高，需立即进行冷却，若散热不及时会引起物料分解和助剂挥发。冷混一般控制在料温40℃左右时出料。

2.2挤出成型工艺

挤出机螺杆分3个区段：加料段（送料段）、熔化段（压缩段）、计量段（均化段），这三段相应的对物料组成了3个功能区：固体输送区、物料塑化区、熔体输送区。

固体输送区的料筒温度一般控制在100~140℃ 。若加料温度过低，使固体输送区延长，减少了塑化区和熔体输送区的长度，会引起塑化不良，影响产品质量。

物料塑化区的温度控制在170~190℃。控制该段的真空度是一个重要的工艺指标，若真空度较低，会影响排气效果，导致管材中存有气泡，严重降低了管材的力学性能。为了使物料内部的气体容易逸出，应控制物料在该段塑化程度不能过高，同时还要经常清理排气管路以免阻塞。料筒真空度一般为0.08~0.09MPa。 熔体输送区的温度应略低一些，一般为160~180℃。在该段提高螺杆转速、减小机头阻力及在塑化区提高压力都有利于输送速率的提高，对于PVC这样的热敏塑料，不应在此段停留时间过长，螺杆转速一般为20~30r/min。

机头是挤出制品成型的重要部件，它的作用是产生较高的熔体压力并使熔体成型为所需的形状。各部分工艺参数分别为：口模连接器温度165℃，口模温度170℃、170℃、165℃、180℃、190℃。

2.3定型工艺

从机头口模挤出来的管状物要经过冷却，使它变硬而定型。定型一般用定径套进行外径定型和内径定型两种方式。其中外径定型结构较为简单，操作方便，我国普遍采用。外径定型的定径外套长度一般取其内径的3倍，定径套的内径应略大于（一般不超过2mm）管材处径的名义尺寸。管材的冷却方法有水浸式冷却和喷淋式冷却，较常用的是喷淋式冷却。真空冷却成型是借助于真空泵将真空槽抽成真空，使管坯外壁吸附在定型套的内壁上而达到冷却定型。真空定型的工艺条件一般为：真空度20.0~53.3kPa，水温15~25℃，真空槽中的水成雾状为最佳。若真空度偏小，导致管外径偏小，小于标准尺寸；反之，若真空度偏大，管径偏大，甚至出现抽胀现象。若水温过低，定型不完全，且会使管材脆性增大；若水温过高，则会造成冷却不良，致使管材易发生变形。

2.4牵引工艺

牵引装置的作用是给机头挤出的管材提供一定的牵引力和牵引速度，均匀地引出管材，并通过调节牵引速度调节管子的壁厚。牵引速度取决于挤出速度，一般牵引速度比挤出速度快1%~3%。