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PVC结皮发泡板破泡典型原因分析与应对丨嘉瑞模具

发泡塑料板材截面产生破泡或穿泡从理论上讲主要有两方面的因素:

一是因熔体本身局部强度过低,破泡是由外向里形成的;

二是因熔体周边压力偏小,局部泡孔发生膨胀,强度减弱,破泡是由里向外形成的。

在生产实践中,两种作用没有明显区别,有可能同时存在,大部分破孔都是局部泡孔不均匀膨胀后,熔体强度降低所致。熔体本身强度过低与熔体周边压力偏小的因素很多,概括起来,主要有以下几个方面。

一、分子量或聚合度过低

据有关资料介绍:PVC树脂一般根据其聚合方法可分为乳液法PVC和悬浮法PVC及本体PVC三种。

生产硬质PVC发泡产品时,如采用乳液法PVC树脂可得到泡孔均匀,表面光滑的制品,但制品的尺寸稳定性难以控制;

且乳液法PVC树脂生产的成本较高;

若采用悬浮法PVC树脂,产品的外观质量和泡孔均匀度稍差。

综合工艺、价格及性能等方面,宜将两者按一定比例混用,比例可以为80/20-20/80之间。板材成型横截面积较宽,从挤出机头进入口模要分布到一个相当于1.3米左右的宽度,要得到充分发泡的低密度塑料制品,采用的树脂粘度不宜过高,为了有利于气泡的分散与膨胀,板材整个横截面压力协调一致,对熔体流动性要求高。若PVC树脂粘度过高,熔体流动性差,板面平整度难以保证,泡孔不易扩张,导致发泡倍率低;反之,若PVC树脂粘度过低,又会致使熔体强度低,容易引发破泡。

生产实践证明:生产结皮发泡塑料板材宜选用SC-7性树脂,尽量不要选用SC-8型树脂,或采用SC-8型树脂与SC-5型或SC-6型树脂混用。

二、熔体热稳定性差,挤出温度设定或控制不当

熔体良好的塑化是发泡塑料板材制品的前提条件。如果热稳定剂存在问题,挤出温度过高,容易发生熔体局部降解且会因熔体强度降低,气泡过大而被撕裂;挤出温度过低、熔体欠塑化、强度很低,同样会出现破泡。发泡塑料板材生产时,一定要定期对稳定剂进行180~200度的稳定性能检验,不符合稳定性能要求的原料不得使用或经调整剂量,检验合格后再用。

除保证熔体在挤出过程中不发生降解外,稳定剂还有一个重要的职能,即调节发泡剂分解温度。如果稳定剂加量过多或过少致使发泡剂分解温度过低或过高,都不利于发泡。稳定剂应根据采用树脂的牌号进行调整,比如采用8型树脂,塑化温度较低,稳定剂应适当增加,以便物料塑化温度与发泡剂分解温度相吻合。但若稳定剂添加过多或熔体温度过高,又会致使发泡剂在挤出机内提前分解,致使发泡气体从加料孔与真空孔逸出,若稳定剂添加过少或操作温度过低,又会使发泡不完全。

挤出操作时,除保证熔体良好塑化外,挤出机内的熔体温度一定要低于发泡剂分解温度,防止发泡剂在机内过早分解;出口模的熔体温度一定要达到发泡剂的分解温度区域,以利于充分发泡。挤出温度的设定和控制,还应根据真空孔物料和开机时熔体成型形态,及时进行对应调整。确保物料在通过排气孔时基本呈橘皮状态,螺杆底部不应有粉料流动;熔体从口模挤出时表面应光滑,有一定的弹性,不得一出口模就下垂或截面结晶粗糙。

三、发泡剂添加不当

发泡塑料板材生产一般采用发热型、吸热型或吸热、放热复合平衡型三种不同发泡剂。偶氮二甲酸铵,亦称AC,属于偶氮基化活化物。AC发泡剂分解温度高,达232℃,远远超出PVC加工温度,使用时需降低分解温度。

放热型发泡剂发泡率高,约190-260ml/g,分解速度快、放热极大,但发泡时间短,突发性也强。因此当AC发泡剂用量过多时,发气量过大,会使气泡内压力增长快,泡孔尺寸生长过大,急剧释放气体,使泡孔结构破坏,泡孔大小分布不均,乃至形成开孔结构,会在局部产生较大的气泡和空穴。

生产发泡塑料制品时,放热型发泡剂AC不得单独使用,应和吸热型发泡剂配合使用或采用发热与放热平衡复合型化学发泡剂。无机发泡剂-碳酸氢钠(NaHCO3)属吸热型发泡剂,虽发泡率较低,但发泡时间长,和AC型发泡剂混用,可以起到互补和平衡的作用。放热型发泡剂提高了吸热型发泡剂的发气能力,吸热型发泡剂又使前者冷却、稳定其分解和均衡释放气体,抑制厚板内部过热降解,减少残留物析出,有增白作用。

在不影响发泡率前提下,可适当多添加吸热型发泡剂,取代部分放热型发泡剂,以抑制多添加放热型发泡剂引发的破泡。1232或BLA-616发泡剂属放热与吸热平衡型发泡剂,分解无诱导期,分解速率快,10分钟左右即可达到最大发气量,放气缓、无突发,最大发气量达156mL。其分解温度介于PVC加工温度范围内,可用于尺寸较厚,形状复杂的制品动态成型过程,以利消除破泡,保证发泡性能的稳定。

四、加工调节剂质量差或剂量不足

物料在发泡过程中,发泡剂分解的气体在熔体中形成气泡。这些气泡中存在着体积小的泡孔向体积大的泡孔扩展的趋势。气泡的大小和多少不但与发泡剂的添加量有关,还与聚合物熔体强度有关。强度太低,气体扩散到熔体表面后容易逸出,小气泡相互合并形成大气泡。而发泡调节剂的长分子链缠绕粘附在PVC的分子链上,形成一定的网状结构。一方面促进物料塑化,另一方面提高PVC熔体强度,使发泡过程中泡孔壁能够承受泡孔内气体的压力,不致因为强度不足而破裂。发泡调节剂可以使产品泡孔小而多,泡孔结构更均匀、合理,大大降低发泡体的密度。发泡调节剂质量差或加量不足会导致发泡体强度低,出现破泡或串泡。

应该指出的是不同厂家生产发泡调节剂分子量、粘度有很大不同,当发泡制品出现破泡或串泡,采用其他方法处理无效时,另行更换发泡调节剂或适当增加剂量,往往会产生明显效果。但增加或更换分子量更大的发泡调节剂,会因粘度过大,使得熔体中的气泡无法扩展,而使产品密度提高。并会因熔体粘度过大,流动性变差,导致口模出料不均,影响板面平整,甚至生产时间不长,发生口模糊料故障,尤其是生产10mm厚以下板材时更易发生。

生产不同厚度板材时,加工调节剂剂量也应视情况有所不同,同一配方,薄板没有泡孔,厚板出现泡孔时,可适当多添加0.3-0.5份加工调节剂,仅以消除破泡为基准,微量添加,切忌不计后果,盲目多加,以免增加制品密度,影响有效生产时间。

五、碳酸钙加量过多、粒度过大、活性不好

CaCO3加量太多时,虽然能形成更多气泡核,但如果碳酸钙加量过多或颗粒过大,活性不好,形成团聚,在树脂中分散或与树脂截面结合不好,导致熔体强度降低,熔体中气泡扩展时容易产生破泡。

发泡塑料板材生产一定要严格控制碳酸钙剂量、粒度与活性。当碳酸钙加量过大时,发泡调节剂也应相应增加。

六、模具使用不当

结皮发泡塑料板材生产,根据制品厚度不同,配置的口模平直段长度和压缩比也有所不同。厚板口模因发泡层较厚,有弹性变形空间,一般设计的口模平直段较长,压缩比较大,以便提高熔压和发泡倍率;薄板口模因发泡层较薄,弹性空间小,刚性较大,一般设计的口模平直段较短,压缩比较小,以防止因熔压过大。

如果使用不当,生产薄板,误用厚板口模,则因出口模料流动阻力增大,出料不均,造成表面不平整、熔体强度降低,甚至板材被拉断,生产周期减短;生产厚板,误用薄板口模,则会因出口模熔压偏小,使泡孔增大而引发破泡。

不同厚度结皮发泡塑料板材生产前,一定要正确选用口模。

七、板材截面发泡或出料不均匀,局部缺料

板材截面发泡或出料不均,局部缺料影响因素较多,贯穿于混料与挤出全过程。例如配方组分不合理,外滑太少,挤出机5区温度易超温,从而致使合流芯温度高,板材中间出现大泡、串泡,发黄,板材表面粗糙等缺陷;单锅混料量过多,混料温度太低、混料时间过短,内滑添加过少,易致使混合料组分分散不均。

流动性差及挤出生产过程中口模温度或螺栓调节不当,都会导致熔体从口模挤出时,出料不均匀,局部缺料,引发发泡熔体从薄弱环节膨胀而破泡。因此在混料和挤出生产过程中一定要执行配方和工艺操作规程,并对破泡进行对应分析,分别采用不同方法处理。如果破泡一直固定在同一位置,说明该部位熔体压力过低,采用口模螺栓或温度进行对应调整,即可解决。

除以上对应措施外,调整各段定型模板间隙差也对消除泡孔有一定作用。

如果第一块定型板与第二块定型板间隙差过大,会因没有经过充分冷却熔体在定型模板压力下被挤压的更紧密,致使密度增加并会产生破泡;

如果第三块模板与第四块模板间隙差过大,因经过充分冷却熔体,模板间已没有压缩变形余地,导致第四块模板难以到位,板材厚度增加。而适当增加第二块与第三块模板间隙差,一方面可以有效防止发泡熔体在没有冷却前发生破泡,另一方面第三块模板在一定温度下,也可以压到位,防止板材厚度加大。

其次,生产厚板时,适当降低螺杆温度、口模油温、第一块定型装置冷却水温等,也对消除破泡有相应效果。


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