UPVC异型材及塑料门窗生产应用技术

UPVC异型材及塑料门窗生产应用技术1、聚氯乙烯（UPVC）门窗用异型材原料有及配方1.1对PVC门窗框材料的主要要求：1、具有足够的刚性、强度、良好的耐冲击性和耐寒性。2、较好的加工性、光稳定性。3、保证制品尺寸稳定，在较宽的气候条件下，保持长期的机械性能及色泽。4、广泛的适应性和安全性（耐燃烧性）。1.2UPVC的加工性纯PVC树脂性能较差，加工十分困难，PVC是热敏性树脂，光热稳定性差，成型加工工工艺范围窄，加工性能不好，抗冲击性能，尤其是低温抗冲击性能较差。1.3为什么选择PVC树脂用于生产塑料门窗？1、配方成本，PVC产量第二高的通用型塑料，价格较低。2、其它树脂的劣势（价格、性能、可回收性、原料来源的方便性）。3、其物性指标和加工性能受各类添加剂、混炼技术和成型加工条件的影响较大，因而选配各类助剂，调整不同的配方和加工条件，即可获得各项指标优异的门窗异型材。1.4PVC树脂制造门窗异型材基本材料，占配方中85%。制造型材选用悬浮法聚合PVC树脂，以满足成型加工工艺和制品性能的要求。平均分子量越大，即聚合度n值越大，材料机械性能越高，耐低温及耐热性能越好。但成型加工困难。综合平衡各项性能，制造PVC型材通常选用K值为65-68，平均聚合度为850-1000的SG-5型树脂。1.4.1PVC树脂的合成PVC树脂是白色粉末，它是由氯乙烯单体（VCM）经过聚合而制得的一种热塑性高分子聚合物，分子式为（CH2-CHL）n其中n表示平均聚合度，一般为500-2000氯乙烯单体的合成：乙炔法、乙烯法、氧氯化法等PVC树脂的合成：悬浮法、乳液法、本体法等方法。树脂有紧密法和疏松法两种1.4.2PVC树脂的结构、性能和用途1、结构：由氯乙烯单体（VCM）聚合而成，无定型大分子以头尾相连接起来。2、PVC树脂无毒、无臭，密度为0.94g/cm3。外观为白色粉末。3、PVC树脂在0-85度温度范围内属于玻璃态，85-175度属于高弹态，175-190度为熔融范围，无明显熔点，190-200度属于热塑性粘流态，200度以上分解。（不正常结构的存在，高于100度，发生脱HCL，产生分解）。1.4.2PVC树脂的结构、性能和用途4、PVC含氯量高达56%，因而具有阻燃性和自熄性。5、PVC力学性能取决于聚合物分子量，分子量越大，则玻璃化温度越高，力学性能越好，耐寒性、耐热稳定性越好，但成型温度高，加工困难。6、PVC脱去HCL后，在主链上形成共轭双键，共轭双键是一种生色基团，要生成4-5个共轭双键就会变色，随着HCL的增加，颜色由浅变深，白色-黄色-玫瑰色-红色-棕色-黑色（碳化）。7、PVC的熔融温度接近分解温度，成型困难，用加入稳定剂的方法来防止其降解。1.5塑料助剂塑料助剂是在塑料成型加工过程中，所需要添加的各种辅助化学物质，因此也常称为添加剂，加入助剂的作用是改善塑料成型性能，提高制品的物理、化学性能和降低成本。1.5.1抗冲击改性剂抗冲ACR（丙烯酸酯类）改善制品的耐冲击性、耐候性、耐寒性，加工性好，减少磨擦，加工范围宽，生产型材外观色白，光滑，细腻。为核-壳结构，但价格较高，钟渊公司FM-22、FM-50和FM-55为代表产品。氯化聚乙烯（CPE）改善制品的低温耐冲击性，含氯量36%左右的效果最好，加工范围窄，为网络结构，加入量多，性价比差，效果较ACR差的多，但价格较低，国内目前主要应用CPE。1.5.2加工助剂UPVC的难加工性：表现在它的加工温度和分解温度比较接近，它的熔体粘度大，流动性差，PVC在加工设备中停留时间较一般树脂长，易在设备和模具的死角结焦、分解；UPVC熔体热强度差，树脂间粘合力不高，容易产生熔体破裂，使制品外观变差，使用加工助剂可很好地克服UPVC加工中的各种缺陷。1.5.2加工助剂什么是加工助剂？一类高分子聚合物，当以少量（1-5）份加到PVC配方中，能显著改善PVC的加工性能，且不致损害其他性能。其主要用于白色型材中。特征：丙烯酸酯类共聚物丙烯酸酯类共聚物是应用于PVC加工中最广泛的一类加工助剂，因为它有其固有的特性1）与PVC有良好的相容性2）有高分子量的柔性聚合物长链效果加速PVC的塑化，平衡扭矩有增大的倾向提高高温下的熔体强度、弹性和伸长率提高型材的表面光泽度代表产品日本钟渊公司PA-21和PA-401.5.3稳定剂塑料在贮存、使用及成型过程中，在各种外界因素（光、氧、射线）等作用下引起降解与交联，并使塑料性能变坏，以致于不能正常使用，为阻缓和控制这种破坏作用而加入的物质称为稳定剂，按所发挥的作用分为热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂热稳定剂：三盐、二盐吸收产生的HCL光稳定剂：钛白粉（光屏蔽），二盐（光屏蔽、抗氧化）抗氧剂：双酚-A稳定剂的稳定作用：捕捉PVC热分解产生的HCL，从而防止HCL的催化降解作用。铅盐类稳定剂主要按此机理作用，此外还有金属皂类，有机锡类等。取代PVC链上不稳定的原子，置换活泼的烯丙基氯原子。金属皂类、有机锡类按此机理作用。与自由基反应，终止自由基的反应，有机锡类按此机理作用。与共轭双键加成作用，抑制共轭链的增长，有机锡类按作用机理。具有光稳定作用，能吸收、反射、屏蔽紫外光。钛白粉对稳定剂的一些要求：抗污染，主要是抗硫化物的污染，不致使产品日久变黄、发黑。应无色、无味、无臭、无毒、非迁移，价廉，和不影响PVC基本物理性能及流变性能等。在加工过程中抑制树脂发生交联，保持熔融粘度。稳定剂的分类一、铅盐类稳定剂是PVC最常用的热稳定剂，占70%。十分有效的稳定剂。优点：热稳定性优良，具有长期热稳定性，电气绝缘性好，耐候性好，价格低。缺点：分散性差，毒性大，有初期着色性，不能加工透明制品，不能得到鲜艳颜色的制品，润滑性差，易产生硫污染。常用：三盐、二盐、复合铅盐稳定剂的分类二、金属皂类稳定剂用量仅次于铅盐类的第二大主稳定剂，热稳定性不如铅盐类，但兼有润滑性，一般不单独使用，常常是金属皂类之间或铅盐及有机锡等并用。（钙、锌稳定剂）硬脂酸锌（ZnSt）无毒且透明，用量大时，易引起“锌烧”，制品变黑，常与Ba、Ca皂并用。硬脂酸钙（CaSt）加工性好，热稳定能力低，无硫化污染，无毒，常与Zn皂并用。缺点：价格高稳定剂的分类三、有机锡类稳定剂热稳定剂中最有效的，在无毒和透明制品中应用最广泛的一类，其突出的优点为：热稳定性好，透明性好，大多数无毒，缺点是价格高，无润滑性。大部分为液体，少数是固体。美式配方，有的有机锡稳定剂光稳定性较差，需要多添加钛白粉，以防止紫外线引起的降解。稳定剂的分类四、稀土类稳定剂我国开发的独特的稳定剂优异的热稳定性能，与PVC树脂良好的相容性，起偶联作用，有利于异型材强度的提高，有增韧作用，无润滑性，应与润滑剂一起加入。缺点：价格高，国内主要炒作概念，所谓的稀土稳定剂中检测含有大量铅。1.5.4润滑剂为改进塑料熔体的流动性能，减少和避免对设备的粘附及摩擦作用，使制品表面光洁而加入塑料中的一类助剂，称为润滑剂。润滑剂可分为内润滑剂和外润滑剂。内润滑剂与聚合物有一定相容性，其作用是减少聚合物分子间的内磨擦，对PVC粒子有较高的亲合力。分子中所带的极性官能团与PVC有较好的相容性，端部极易渗透到PVC粒子中，可降低粒子间磨擦，因而可促进塑化和物料输送，提高产量，但不影响塑化时间，添加量通常不受限制。HSt、CaSt。外润滑剂与聚合物相容性小，在成型过程中易从内部析出而粘附于设备接触的表面，形成一层润滑层，防止塑料熔体对设备的粘附。聚乙烯蜡、OPE、PbSt。润滑剂用量一般为1-2%，过多易析出，即起霜，影响外观和塑化。过少则起不到作用（有的润滑剂兼具内、外润滑性）。1.5.5填料UPVC型材中一般都添加一定量填料碳酸钙，其作用主要是降低成本，增加熔体刚度，使熔融挤出物易于定型。理想的碳酸钙填料应能改善制品的机械性能、冲击强度和刚度，降低配方成本，提高热熔体刚度，改善加工。1.5.6颜料用于PVC型材中最重要的颜料是钛白粉，它是优良的紫外线及光稳定剂。金红石型钛白粉相对密度高，结晶结构最稳定，对易使PVC产生光降解波长的紫外线屏蔽效果最好，反之锐钛型钛白粉是不可用的，易使窗框变色。添加量4-5份。其它着色剂：群青、钛菁蓝、荧光增白剂。我们的产品：HCA和CIBA1.6配方设计的原理1、制品的性能、结构、用途、使用的环境和期望的寿命。2、各类原材料的选择及用量，各组分间的组合与搭配、互相影响及协同效应。3、原料的来源和成本。4、成型加工用设备，成型加工方法和成型工艺对配方的要求。各种原材料的毒性和环保的要求。1.7UPVC门窗用型材配方设计应考虑以下几点良好的成型加工性具有足够的刚度、强度和耐冲击性耐热、耐寒、耐燃性离火自熄耐候性、耐久性及颜色牢固性制品的尺寸稳定性和表面光泽度1.8.1PVC型材配方举例（1）PVC100CPE8-10CaCO38-10复合稳定剂3.5-4.5TiO24-5加工ACR1-1.5润滑剂1-1.5颜料适量1.8.2PVC型材配方举例（2）PVC100抗冲ACR5-6CaCO38-10复合稳定剂3.5-4.5TiO24-5加工ACR1-1.5润滑剂1-1.5颜料适量2、塑料型材加工工艺及条件2.1塑料型材加工工艺流程配料—混料—上料—塑化—挤出—定型—冷却—切割—包装（粉碎）2.2配料配料就是按配方称量各种原材料。以备混料环节使用。要求熟悉各种助剂的名称、品牌、代号、批次。熟悉其作用和用量。要求熟练掌握配料技术，做到准确投料，计量无误。现场工作环境整洁，无污染。2.3混料（干混粉料的制备）挤出成型用UPVC干混粉料的制备，是将配方中的PVC树脂及其各类助剂、添加剂经正确计算和准备称量后，加入高速热混机内进行热混合，达到规定的时间和温度后，卸入混合机内冷却，得到有一定体积密度、均匀松散、易流动的粉状混合物，可供下道工序直接挤出或造粒。2.3.1混料的设备制备UPVC干混粉料的设备，目前多采用由高速转动的热混合机和低速转动的冷混机组成的冷、热混合机组。备有温度和时间控制装置。2.3.2混料目的和基本原理1、混料的目的：是使两种或两种以上的组分互相分散，以获得组成均匀的混合物，原料混合的均匀程度直接影响到型材的质量。2、混合的基本原理：（1）对流作用：机械搅拌，向其它物料占有空间移动。（2）剪切作用：剪切力使物料达到均匀。（3）扩散作用：浓度高的向浓度低的地方迁移。2.3.3混料过程1、混料的工艺条件（1）混合速度：先低速、再高速（2）混合温度：热混110-120度出料，温度过高，物料分解，温度过低，混合不均匀。热量来源摩擦热为主，外加热辅助。冷混低于45度出料，目的是加速降温，并防止混合好的物料在降温时凝结成块。2.3.3混料过程2、混料的工艺条件（3）加料量：一般在热混锅容量的50%-70%之间，小于50%时，摩擦生热少，达到预定的时间长，大于70%时，混合效果差。（4）加料顺序：原则上稳定剂先加，影响分散的后加，易吸收润滑剂的组分后加，易分解的后加。A、PVC、CPE、ACR、稳定剂、内润滑一次加入B、外润滑（60-80度）以免影响分散C、填料、钛白粉（80-100度）以免吸收其它助剂，磨损设备但一般型材厂家做不到以上这几点，（增加设备和人力）基本是一次投料。2.4挤出成型加工UPVC异型材是通过挤出加工过程制得的。即：使PVC这类热塑性塑料，在一定温度、压力条件下熔融塑化，并不断向前推进，使其连续地经过一个型孔，成为特定断面形状制品。2.4.1UPVC异型材挤出生产线UPVC异型材挤出生产线主要由下述设备组成：挤出机、模头、冷却定型装置、牵引装置、切割锯（附有吸尘装置）、翻转台并附有真空加料、计量加料及自动控制等装置。2.4.1.1挤出装置双螺杆挤出机（绝大部分）特点：1、加料容易、挤出量高。2、物料分散、均化、塑炼效果好，排