第六课 塑料加工的基本原则和方法

第六课塑料加工的基本原则和方法1.塑料制品生产的基本路线1.1对目标产品性能和特点的研究和分析汽车配件中与燃油箱配套的油管，由于有耐油性和耐低温等特殊性能要求，原先普通采用特种橡胶作为原料进行生产。然而，近年来特别是西欧发达国家逐渐有采用PVC代替特种橡胶生产油管的趋势。与桑塔纳轿车配套的塑料燃油箱油管就是用PVC制造。塑料燃油箱油管以PVC树脂为主要原料，加入稳定剂、增塑剂、改性剂及润滑剂等各种助剂，经充分混和后由挤出机挤出成型而成。根据德国大众汽车公司本部的标淮．油管的主要性能指标如下：从表中可以看出，燃油箱油管与普通PVC软管相比有以下特点：1.在达到规定的邵氏硬度A时．油管的拉伸强度及断裂伸长率比普通PvC软管高(普通PvC软管在相同的邵氏硬度A时，拉伸强度在17—18MPa左右，断裂伸长率不大于250％)；2.耐寒性能好(普通Pvc软管在一40°C／24h时，表面有裂纹)；3.耐有机溶剂性能好(普通PvC软管中的低分子增塑剂易被有机溶剂抽出，使制品变硬，失出弹性，性能变劣)。因此．在选用油管的原辅材料时，不仅要考虑到它是软管．更应考虑到它比普通软管有更高的要求这一特殊性。1.2产品配方的选择1.2.1聚合物基体的选择PVC树脂具有优良的机械物理性能，在PVC中加入适量增塑剂后，使原来的刚性体变为柔性体，并能满足多种成型加工工艺的要求。由于聚乙烯、聚丙烯等结晶聚合物，在低温时结晶度变大，制品脆性提高，不宜在低温使用。聚苯乙烯的低温性能较差，因此选用聚氯乙烯树脂作为基体高分子材料。1.2.1.1选择树脂类型油管选用聚合度为1300(或2型)疏松型PVC树脂为主原料。PVC树脂分子量越高，各项性能指标如机械物理性能、热变形性能、耐寒性能、低温柔软性、弹性及与增塑剂的结合力等也越优良。但作为软管使用时，分子量不宜太高，否则制品刚性太强，不宜使用。所以，油管选用聚合度为1300PVC原料。1.2.1.2选择树脂牌号PVC树脂在聚合过程中又分为紧密型和疏松型，紧密型树脂类似于实心乒乓球型，不易塑化、吃料。疏松型PVC树脂，类似于棉花团型，易于塑化，加工性能较好，吸收增塑剂效率较高。选用疏松型PVC作为基体材料。1.2.2添加剂的选择1.2.2.1增塑剂的选择增塑剂的选用是油管配方的关键。CH2CHCln由于聚氯乙烯分子间作用力较强，因此在加工过程中，必须加入适当的增塑剂调节其加工工艺，另一方面，增塑剂的加入，是提高其制品柔软性的重要手段。(1)DOP(邻苯二甲酸二辛酯)与PVC相容性好，增塑效率高，光稳定性好，挥发性低，低温柔性好，是综合性能比较全面的增塑剂。但由于低分子增塑剂的分子链短．分子量低，强度低，耐溶剂性差，因而DOP不能作为主增塑剂。CCOOOOCH2CH2CHCH33CH2CH2CHCH33CH2CH3CH2CH3(2)由于在输油管路中应用，塑料制品长时间同油料相接触，所用油料多为低分子量的烷烃，因此对于增塑剂的抽出问题应重点考虑。聚合型增塑剂(又称聚酯型增塑剂)分子量大，分子链长，与PVC分于链结合牢固，因而强度高，且有挥发性小、耐迁移、耐抽出等优点，被称为“永久型增塑剂”。但聚酯型增塑剂的缺点是与PVC的相容性差。另外，它的增塑效率也差。经实验得知，加入40份左右的聚合型增塑剂便会饱和而有严重析出现象。因而，在配方中也不能全部使用聚合型增塑剂。(3)偏苯三酸三辛酯兼有聚合型和单体型增塑剂的优点。它一方面挥发性低，迁移性小，不易折出，接近于聚酯型增塑刑；另一方面，相容性好，增塑效率高，加工性优良，耐低温性好等，又类似DOP。因此，配方中用了一定量的偏苯三酸三辛酯由来弥补其不足。为了调节油管的硬度及增加耐低温性，配方中也使用了少量的DOS。由于这两种DOP和DOS增塑剂的用量较少，所以对油管的耐溶剂性能影响不大。DOS：癸二酸二辛酯1.2.2.2增韧剂CPE(氯化聚乙烯)。CPE结构上与PVC极为相似，与PVC的相容性好。另外，它的低温性能非常好。CPE不但可以用来改进PVC的韧性，减少它的脆性，提高抗冲击强度，而且用来改性软质PVC，能产生特殊效果。它能够适当调节油管的表面硬度，增加制品的韧性和低温柔软性而不降低强度。因此配方中加入了CPE来作为调节油管的互相牵制的几项性能的调节剂。1.2.2.3稳定剂二盐、三盐为主，有机锡类稳定剂起协同作用。1.2.2.4润滑剂金属皂类润滑剂物料名称PVC聚酯型增塑剂偏苯三酸三辛酯DOPDOSCPE稳定剂润滑剂重量分数1002810581521.2输油PVC管的应用配方：1.3生产流程及工艺参数混合、熔融和均化作用输送和挤压过程拉伸和吹塑冷却和固化高分子聚合物加工所采取的基本步骤：物料的混合捏合机高速捏合机管道式捏合机双辊塑炼机密炼机挤出机制品一次成型制品的后处理原料的准备初混合塑炼挤出成型注射成型压制成型压延成型其他成型方法铸塑成型模压烧结成型传递模塑泡沫塑料成型中空吹塑成型热成型拉幅薄膜成型冷成型制品二次成型物料称量捏合挤出造粒挤出冷却牵引卷曲物料捏合8-10分钟，物料在100-105°C出料，不要超过110°C。高速搅拌机捏合造粒时挤出机所使用的温度为；第1段110一115℃，第2段125—130℃，第3段l35-140℃，第4段145一150℃。模头温度为145℃。双螺杆挤出机挤出造粒挤出机及模具所使用的温度为：第1段115—120℃，第2段130一135℃，第3段140-145℃．第4段150一155℃，模体160一165℃，模口170一175℃。单螺杆挤出机挤出冷却油管的冷却及牵引示意图2聚合物混合的基本原理混合、捏和、塑炼都属于塑料配制中常用的混合过程，很难对三者下一个明确的定义，以将它们区别开来。在这里混合是指粉状固体物的混和。捏和是指液体和粉状(纤维状)固体物料的浸渍与混合，塑炼则指塑性物科与液体或固体物料的混合而言。在这三种混合过程中，混合和捏和是在低于聚合物的流动温度和较缓和的剪切速率下进行的，混合后的物科备组分本质基本上没有什么变化，而塑炼是在高于流动温度和较强的剪切速率下进行的，塑炼后的物科中各组分在化学性质或物理性质上会有所改变。混合过程一般是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的。1．扩散利用物料各组分的浓度差，推动构成各组分的微粒从浓度较大的区域中向较小的区域迁移，以达到组成均一的目的。但对固体物料之间除非在较高温度下才有此作用，一般都不甚显著；而在聚合物熔体中的扩散是一个比较慢的过程，对在挤出机中的混合影响很小。只有固体与液体、液体与液体之间的扩散才较大，若物料层很薄，虽则扩散速度很小，但却很显著。2．对流两种物料相互向各自占有的空间进行流动，以期达到组成均一，机械力的搅拌，是使物料作不规则流动而达到对流混合的目的。一舱不论对任何一种聚集状态(指粉或粒状)的物队要使其组成均一，对流作用总是必不可少的方法。3．剪切依靠机械的作用产生的剪切力，促使物料组成达到均一，这种混合方法可用图说明。物科块在力(F)作用下，上平面和下平面发生了相对的平行移动，结果物料块变形，被偏转和拉伸，在这个过程中体积没有变化只是截面变细，向倾斜方向伸长，从而使表面积增大，分布区域扩大，因而进入另外的物料块中，占有空间的机会加大，渗进别的物科中可能性增加，因而易达混合均匀的目的。在挤出机中的混合主要是靠剪切作用来达到的，剪切的混合效果与剪切力的大小和力的作用距离有关，剪切力大和剪切时作用力的距离越小，混合效果也越好，受剪切作用的物料被拉长变形越大，越有利于与其它物料的混合。但在混合过程中，水平方向的作用力仅使物科在自身的平面(层)内流动，如果作用力与平面具有一定角度则在垂直方向产生分力，则能造成层与层间的物料流动，从而大大地增强了混合效果。故在生产中最好能不断作90°角度的改变，即希望能使物料连续承受互为90°角度的两个方向剪切力的交替作用，以提高混合效果。通常在塑性物料的塑炼混合中，主要不是直接改变剪切力的方向，而是变换物料的受力位置来这这一目的的。当聚合物流体在流动过程中，受到螺槽的阻碍，而改变方向，导致聚合物流体在螺槽中的产生环流（横流），它对聚合物的混合、热交换都非常有利，但对整体聚合物熔体的流率影响不大。必须指出，在实际混合中，扩散、对流和剪切三种作用通常总是共同作用，只是在一定条件下，其中的某一种占优势而已；但不管那种作用，除了造成层内流动外还应造成层间流动，才能达到最好的混合效果。而对塑科的配制来说，在初混合过程中，许多原料多为粉状原料，即使在温度较高的情况下进行，其熔体粘度仍是很高的，因此其扩散作用极小．这时的混合主要依靠对流作用来完成，在高速混合机、捏合机或管道式捏合机等中的捏合就是这样完成的。而塑炼过程所用的双辊塑炼机、密炼机、挤出机等则主要靠剪切作用来完成混合过程。对目标产品性能和特点的研究和分析产品配方的选择生产流程及工艺参数聚合物基体的选择相关添加剂的选择增塑剂稳定剂润滑剂填料色料固化剂树脂类型树脂牌号生产设备工艺流程温度时间压力转速塑料制品生产的基本路线：作业1.PVC加工过程中，聚氯乙烯分解的基本机理是什么？主要采用的稳定剂是什么？为什么经常和润滑剂配合使用？经常使用的润滑剂是什么？2.简述塑料制品加工过程中，基本的生产路线和设计思路以及选择相关助剂的基本原则？