我國塑料門窗技術發展了很多年，經過十幾年的技術攻克，技術已日趨成熟，但在擠出法生產低發泡聚氯乙烯中空異型材的研究工作方面尚未有突破性的進展。下面聚乙烯蠟小編分享低發泡硬質PVC門窗中空型材生產工藝。　

低發泡硬PVC中空異型材既要有非發泡型材的性能，其型材芯層又要有均勻的泡孔結構，相對密度在0.4以上。表皮上較硬的不發泡層，根據需要可制得0.5～1.2mm厚的皮層。這種低發泡材料握釘性能優良，可釘、可據、可刨、可粘、可焊，不碎不腐，素有"合成木才"之稱。　　

低發泡塑料型材的單位長度重量較之非發泡型材減輕10%～30%。成本的降低，價格的下降為加速推廣應用塑料門窗又提供了一個好的條件。　　

要獲得外觀和內在質量優良的硬PVC低發泡型材，必須合理設計原料配方、擠出工藝、機頭和定型模結構、擠出螺桿等以及了解它們之間的內在聯系。

1、配方設計　　

擠出法生產低發泡硬質PVC型材比非發泡型材原料配方設計難度大，僅通過配比來解決制品的質量問題遠遠不夠。配方設計雖有舉足輕重的作用，但必須掌握結皮可控發泡的工藝特點，才能得心應手地完成配方設計工作。其設計要點主要有：

1.1發泡劑的選用　　

實踐表明，化學發泡劑偶氮二甲酸胺(簡稱AC)用于生產低發泡硬PVC型材效果較好。這種發泡劑有較為狹窄且穩定的分解溫度(180～200℃)，發氣量為230～250ml/g。它與PVC樹指相溶性好，分散性優良，不影響塑料的原有性能。

AC發泡劑所釋放出的氣體以氮氣為主。氮氣對機械模具無腐蝕性，不易燃燒和爆炸，無毒、無劇烈的放熱反應。氮氣還對PVC樹脂溶解度小，氣體透過率小，擴散速度小，氣體流失小。AC發泡劑的這些優異性能為制得高效率閉孔泡沫體具備了最基本的條件。　　

發泡劑的用量直接影響制品的密度。在相同條件下，發泡劑濃度的增加，氣體體積分數增加，即制品發泡倍率增加，相對密度減小。　　

在相同條件下，發泡劑添加量的增加，發泡點遠離模唇不利發泡(Z=0為模唇口)。所以，發泡劑的加入量既要保證所需發泡體的相對密度，又要遵循擠出發泡工藝的特點。

1.2穩定劑　　

穩定劑能對AC發泡劑熱分解產生活化作用，影響發泡劑的分解溫度和發氣量。實驗證明，加入相同份量的各種穩定劑能促進AC分解溫度的降低，其影響力的順序是三鹽基性硫酸鉛>二鹽基性亞磷酸鉛>硬脂酸鉛>硬脂酸鋇>硬脂酸鈣。圖2曲線表示，當三鹽基性硫酸鉛濃度≥0.5份時，AC(用量0.7份)的分解溫度恒定于162℃；當硬脂酸鉛濃度≥0.5份時，分解溫度恒定于167℃。因此，在配方中選擇何種穩定劑顯得尤為重要。

實驗表明，穩定劑濃度增高，AC發泡劑發氣量則加大。應指出，在同一穩定劑體系中，AC用量越小，分解溫度升高，發氣量隨之降低。

1.3PVC樹脂　　

在擠出過程中PVC熔體的塑化溫度必須略低于AC發泡劑的分解溫度。PVC樹脂平均聚合度愈低，熔體塑化表現粘度所需的加工溫度也就愈低。因此，選擇平均聚合度較低P=800(K=62～65)的懸浮聚合聚氯乙烯樹脂為宜。

1.4其它主要助劑　　

為了提高制品的抗沖擊性能，并對光、熱均具有穩定作用，達到戶外使用的要求，配方中應加入CPE改性劑，有條件的可優選使用ACR。　　

輕質碳酸鈣要求粒度小，即作成核劑，又作填充劑加入配方中。

2、工藝設計

2.1　低發泡硬PVC型材擠出工藝流程　　

配方稱量→高速攪拌→低速冷混→錐雙螺桿擠出→機頭成型模→干式真空冷卻定型→濕式真空冷卻定型→牽引→鋸割→型材

2.2混料工藝　　

硬PVC低發泡配方擬定后，控制高速攪拌和低速混合冷卻的加料量、加料順序、混合溫度和混合時間等工藝條件，是保證干混粉料的質量關鍵。混料工藝不容忽視的有以下幾點。

(1)混合料體積是高速攪拌機容積的50%～70%時，投料量是最佳值，物料翻騰良好，升溫時間短。

(2)穩定劑與內潤滑劑宜早期加入，有助于PVC混合物凝膠化和均一化。

(3)外潤滑劑不宜在高速攪攔中早期加入。如果過早加入，PVC樹脂顆粒外層覆蓋外潤滑劑而減少其分子間的吸引力，降低了表現密度、均勻程度和凝膠化速率。

(4)為防止發泡劑受熱分解，高速混合時不宜加入發泡劑，可在低速冷卻混合時加入。

(5)加工助劑ACR易吸附穩定劑，影響塑料穩定效果。而穩定劑又會阻礙CPE助劑與PVC樹脂產生作用，影響作用的發揮。因此，CPE或ACP助劑不宜與穩定劑同時加入。

(6)冷卻混合時，物料會吸收空氣中的水分，故不宜過于冷卻。　　

綜上所述，制定較嚴格的熱冷混料工藝十分必要。其工藝流程如下。　　

將PVC樹脂投入高攪機中攪拌升溫至60℃→投入穩定劑，攪拌升溫到90℃→投入內潤滑劑、加工助劑、填料、著色劑→投入外潤滑劑→繼續攪拌升溫至120℃左右、下料→投入低速混合冷卻機中、加入發泡劑攪拌→攪拌冷卻至50℃左右→出料

2.3擠出工藝　　

低發泡硬PVC擠出，其工藝條件變化較為復雜。它是隨著擠出機螺桿結構、機頭和定型模結構、主輔材料的種類及其配比量等因素的不同，工藝參數有相當大的變化。況且結皮可控發泡工藝有其獨特的特點。

(1)物料在發泡之前必須在擠出機內完成塑化。

(2)熔體必須離模發泡，而口模壓力對發泡倍率影響最為強烈。

(3)推遲出模發泡時間，結皮較厚；出模速度快，結皮較薄。　　

影響發泡工藝的主要因素有四點，即擠出溫度、擠出停留時間、擠出速率和擠出壓力。　　

為了保證物料在擠出機內塑化均勻、熔體致密、達到最佳發泡狀態，控制擠出溫度至關重要，見表1實驗數據。

從上表知道，擠出溫度低時，含氣體的熔體由于混合不均，成核少以及分散不均勻而形成大氣泡，發泡密度大；當溫度升高到一定值時，物料混合均勻，塑化良好，氣體在熔體內溶解度增大且成核數量增多，因而獲得孔徑小密度小的發泡體；當溫度繼續升高，由于物料粘彈性降低，泡孔可因互相穿通而變大以及氣體由熔體中向外部表面擴散而使發泡體密度增加；當溫度超過一定值時，擠出熔體由于不能承受內部氣體的膨脹力很快崩塌。　　

根據錐雙螺桿的特性，有如下機身溫度供參考。第一區段：150℃；第二區段：175℃；第三區段：180℃；連續區段170℃。　　

為防止AC發泡劑分解氣體的逸出，擠出機排氣孔應堵塞。　　

我們在實際操作中，如果發現發泡體密度螺桿轉速的增加而加大，說明擠出溫度稍低(或正好)；如果擠出物完全不發泡，則說明擠出溫度低于發泡劑的分解溫度。　　

控制擠出速率能調控熔體離模低壓過飽和區的長短，它是對發泡成型優劣的關鍵之一。當低壓氣體過飽和區太短時，物料緊靠口模處發泡，徑向剪切力使表面破碎，形成粗糙的皮層；低壓氣體過飽和區太長時，產品易出現波浪形的表面。在通常情況下，擠出速率與螺桿轉速成正比。當螺桿轉速增加，低壓氣體過飽和區延長，發泡體趨于平整光滑的薄皮層。在實際生產中低壓氣體過飽和區一般控制在10～30mm為宜。

AC發泡擠在擠出過程中的滯留時間也直接影響著發泡體的密度和泡孔大小。從表2實驗數據可知，當滯留時間增加時，氣泡數增加，一旦達到最大值后又減小；而當滯留時間越長，發泡體密度越小，氣泡變粗。　　

機頭工藝參數的控制最為重要，著重體現在以下幾點。

(1)機頭溫度過高，發泡點遠離模唇口，導致氣體過早產生，熔體易產生脈動現象，同時，氣體被沿模壁的熔體流動撕破而使發泡體表面粗糙。

注：發泡劑AC：0.7份　擠出壓力：19MPa　　　　

擠出溫度180℃　模具尺寸：10.2×21mm　　　　

滯留時間：8mim　導入角：90°

(2)機頭溫度較低，則模唇口壓力增加，發泡點移向模唇，有利于離模發泡。

(3)模唇口壓力對制品發泡倍率起決定性作用，模唇口壓力降低則制品發泡倍率增加。在實際操作中，我們是通過控制牽引速度和冷卻定型溫度來控制模唇口壓力的。牽引、冷卻定型受阻，則發泡擠出成型極為困難。發泡倍率一般控制在1.7～1.8為宜。　　

總之，在擠出過程中必須保證氣體仍溶解在擠出機和機頭中。實踐表明，在擠出機內發泡劑分解氣體約占50%以上，在機頭內分解氣體約占40%，此時所獲得的泡孔結構較理想。因此，機頭進料部位溫度設定165℃，口模溫度設定150℃較好。

3　擠出機的選擇　　

眾所周知，錐形異向雙螺桿擠出機剪切發熱小，料溫低，溫度分布范圍小，料溫容易調控，可低溫擠出，適合于加工熱穩定性和流動性差的硬PVC制品，更適宜硬PVC低發泡制品的加工。　　

該類型擠出機的喂料區螺桿與機筒表面積大，傳熱好、物料受熱快，又容易壓縮，輸送效率高，可不經造粒，直接加工干混粉料，分散混合效果好。　　

使用錐形異向雙螺桿擠出機易于操作、工藝穩定，產品質量好。國產SJSZ-55型錐形異向雙螺桿擠出機即可滿足生產低發泡硬PVC門窗異形材的要求。

4　低發泡中空異形材機頭設計　　

硬PVC低發泡異型材擠出機頭的設計較為復雜，熔體離模特性除具有巴拉斯效應和速度分布重排外，還有熔體膨脹。各因素之間相互影響也較大，這就給低發泡型材模具的設計帶來一些特殊性，而且很難在理論上進行計算。目前設計基點仍是經驗和試模，試模費用占機頭成本的20%～50%。　　

低發泡機頭的基本結構與非發泡機頭相類似，設計原則基本雷同。除此之外，還應掌握如下設計規范。

(1)由于熔體內含有揮發性氣體，因此機頭流道絕不允許有急劇的擴大，否則氣體會在此產生急驟膨脹，造成制品厚度不均和密度不均等弊病。機頭流道應逐漸縮小至模唇口，流道內還應避免有停滯區和"死角"。機頭流道設計見圖3。

(2)由于含有氣體的熔體粘度低，易流過機頭，機頭結構設計應使熔體形成一定壓力。其機頭壓力一般在10～30MPa為宜。

(3)發泡機頭芯模支架比非發泡機頭芯模支架容易留下流痕，因而支架個數應盡可能的少。其位置也盡可能避開所需要外觀表面的位置。

(4)確定口模定型段的長度十分重要，一般長度較短，以便在口模處減少壓力，引發發泡。

(5)在經驗數據的基礎上，考慮到膨脹率較大，形狀變化也大的特點，低發泡硬PVC機頭尺寸有經驗公式，推薦如下：

1)口模截面高度尺寸

H=(0.5～0.65)H1

式中：H-口模截面高度尺寸

H1-型材截面高度公稱尺寸

2)口模截面寬度尺寸

W=(0.77～0.9)W1

式中：W-口模截面寬度尺寸

W1-型材截面寬度公稱尺寸

3)口模間隙尺寸

T=0.5h

式中：T-口模間隙尺寸

h-型材壁厚公稱尺寸

注：以上系數均為較小值，以便留有修模余量。寬高比為W1/H1=3～15，不在此列須修正。

4)口模定型段尺寸

L=(5～10)T

式中：L-口模定型段長度

T-口模間隙

5)為了得到均勻致密的發泡體和消除因分流器支架造成的結合縫，機頭壓縮比取(10～15)：1。

5　定型冷卻模的設計

定型冷卻模設置在離口模10～300mm處，它隨制品質量要求和牽引速度的變化而調整。從口模擠出的制品外表面與較冷的定型模內表面接觸抑制了發泡而形成了一層不發泡的硬質皮層，冷卻的快慢影響著皮層的厚薄。

低發泡定型冷卻要求較高，采用較先進的干式真空定型的濕式真空定型并用的方法，不但能保證制品結皮發泡和精度，也能保證型材不產生內應力，同時加強了冷卻效果，提高了成型速度。

目前，我國大多數生產非發泡型材工廠均采用的是干式真空定型方法。噴淋式真空定型技術由于有一定難度尚未得以推廣。這種濕式真空定型方法的原理是在密閉的水槽中供給噴淋冷卻水的同時，由水環式真空泵將空氣和冷卻水抽到槽外，使水槽內減壓。在水槽中安裝若干平板式定型模塊來定型型材泡沫體，通過處于減壓狀態的水槽后，由于發泡型材內部大氣壓的作用，在膨脹方向上保持形狀并進行冷卻。由于發泡型材導熱性差，所以冷卻定型水槽較長，一般長于2m以上，冷卻水要求在15℃以下。

型材表面可采用印刷、燙印、涂飾、貼合、壓花、包覆金屬、共擠復合等表面加工技術進行表面裝飾。

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文章來源：青島賽諾      編輯：青島賽諾 

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