塑料彩色型材共挤成型技术及设备

作者：魏本伟
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! C: q- l5 e. z, a/ i. t; g　    目前的彩色型材技术主要采用双色共挤技术(彩色副混合料和基料)、喷涂技术(在已加工好的型材一侧添加颜色)、覆膜技术生产成型，但其计量难度大，易发生色差，短期内即开始褪色。为此，有远见的厂家与美国GE塑料集团合作开发出彩色型材复合共挤技术及设备，填补了国内空白，为挤出废料的利用提供了一个经济有效的途径，同时降低了塑料异型材的生产成本。
: |2 S( Q* s- W! l8 K2 T& ~; z5 k, D塑料彩色型材共挤成型技术
4 g$ D7 ^" `* E* n7 X. d' n　　所谓异型材彩色复合共挤，即由两台挤出机的两种熔体（彩色PMMA或ASA与白色PVC材料）各经独立的流道在离开口模前不远处汇合，一种熔体以极薄的厚度与另一种熔体大面积复合，并一起被挤出模外，再经定型冷却。通常共挤层的厚度在0.2～0.6mm之间。9 @$ z0 U' M# h0 g/ h. r, ~
　　共挤材料加工主要考虑因素有：基材与共挤层材料的相溶性；基材与共挤层材料的流变性能；基材与共挤层材料的热膨胀系数；基材与共挤层材料的收缩率。表1为根据相关文献列出的相关数据对比：5 m- K/ k2 T6 n1 p  i

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　按照表二定的工艺参数，所生产的彩色型材经国家化学建筑材料测试中心进行耐侯性及其它项目测试，所有数据均合格，达到行业标准。表三为测试数据：, Y8 ]( t1 J$ }0 Z* l; `

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6 y1 t( S# w" \, R, M" i) s7 X彩色型材共挤技术的特点及应用$ K7 u9 N# T$ i  t2 f6 W4 M% x
　　共挤单螺杆挤出机是用于加工复合挤出制品的专用塑料成型设备，具有安全、可靠、故障率低等特点。可与各种型式的塑料型材挤出生产线匹配，进行型材复合共挤，还可进行管材标识线的挤出加工。通过更换特殊设计的不同螺杆，可用于软、硬PVC、PE、PMMA、ABS、ASA等材料的成型挤出。& \/ u, s$ E+ H& b+ `
　　PMMA与ASA二者都具有着色性好，色彩丰富，表现光泽好，耐候性优良等优点。但相对而言，ASA比PMMA具有更多的优良性能：加工过程中热稳定性好。焊角强度高（PMMA脆性大，尤其在装配过程及应力状态下）；色泽自然；耐侯性高，耐热性可达91℃；与PVC加工过程中，ASA与PVC的相溶性、流变性能、热胀系数更接近。
! m7 r" ^+ R7 V; [8 t, Q塑料彩色型材复合共挤设备  r+ z6 i+ a5 y
　　该公司目前开发的异型材彩色复合共挤设备主要由一条塑料异型材生产线、一台共挤单螺杆、一台复合共挤模具及抛光(消光)装置组成。这些新的复合共挤技术，必须要求设备与之匹配，其中特别是机头、共挤机和冷却定型装置。, c  C: l8 m! @' R+ b5 L! \, @1 V. ?
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1、 塑料异型材生产线
$ l$ Q* e' I' C  _  n　　根据塑料异型材截面的大小，采用不同规格的生产线。其中主机可选用锥形双螺杆挤出机、异向平行双螺杆挤出机或单螺杆挤出机。8 \% T; d9 [' i. D
　　2、复合共挤模具
$ y- D& n, X/ P4 m+ e. V　　机头是复合共挤模具的核心，机头设计必须使基材与共挤层在定型段具有相同流速，同时具备一定的压缩比，以保证共挤型材挤出时粘接良好、共挤层厚度均匀。共挤流道口模间隙，最好在0.2～0.4mm之间，图二是共挤机头示意图。
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1 N/ M7 U7 r4 p　　对于冷却定型模具，因两种复合材料在玻璃态下硬度不一样，所以要求型腔板硬度适当提高，同时适当延长定型模长度，提高共挤面的冷却效率。% L! y. e2 F9 E% K* C5 X, C
　　3、共挤单螺杆。8 p+ g4 v+ k3 z7 s( \7 ?+ s
　　共挤单螺杆是复合共挤的主要设备。由于型材截面的复杂性和多样性，共挤面可能出现在上下左右四个方向，所以要求共挤机在各个方向都能灵活调整。进料段必须设有水冷却装置，水量大小应能控制，过大会造成共挤料熔融不好，过小造成进料困难，扭矩增大，烧坏电机。
# J$ {2 _; [* l　　另外，不同的共挤料，应配不同的螺杆：对于PMMA，因从温度升高到熔点之前，无明显的软化温度范围，所以应配等距突变螺杆；对于ASA,因从玻璃化温度到粘流温度的温度范围较大，一般选用等距渐变螺杆；对于PE,应选用分离型结构螺杆。0 Q2 o' A- T, i" P# r- D: e& d
　　对于共挤机产量的选择：因共挤层较薄，最厚厚度不超过型材断面壁厚的1/4，一般厚度在0.2-0.6mm之间，故选择产量在10～15kg/h之间的规格就可满足实际生产需要。5 G: L" c& e. T; f/ |
　　4、干燥机
6 w/ ~% B! s* @+ o$ {　　为保证挤出时有一个较好的共挤表面，共挤料必须烘干，烘干时间不能小于6~8小时，烘干温度为80～85°C。/ x8 @" p; x1 D5 r# t5 g" y- v' Z
　　5、抛光装置
. N5 [0 L! x8 z& f* s　　因模具厂家设计各异，共挤型材经定型冷却后，共挤面可能出现轻微划痕，影响型材表面美观，所以建议使用抛光装置，经抛光处理后，表面质量基本解决，完全达到使用要求。
+ g8 k+ [3 D0 A/ b6 O　　其它事项
: M* z! u* l1 D* {5 w$ ^! \$ n1 x) S　　1、试车时，应先调主料，在主机模具达到要求后，再共同调试。共同调试时，保持主机工艺参数不变，调节共挤机的温度与转速，使共挤料的粘度接近于基料的粘度，使流动截面保持稳定。9 P' ~9 c% e* [- z& B8 ]& S" H
　　2、熔体在机筒内停留时间不宜过长，不要超过15min。1 |# I! E% g3 y, H* _
　　3、组装门窗时，传统焊缝一般固定在0.2到2毫米之间。焊接彩色共挤型材时，如采用传统技术，型材的白色底料被挤冒出焊接缝，与彩色表面料混合在一起，清角后露出白色型材，极不美观。人们希望焊接缝越小越好，无缝为最好，较小的焊缝可以提高彩色共挤型材表面的美观度，也有利于彩色共挤型材的应用和推广。所以建议采用平行焊接技术，考虑到兼顾较高的焊接角强度和较小的焊缝限定，在平行焊接时还可以有一些技术选择。例如：彩色面的焊缝限定可调到0mm，白色面的焊缝限定可调到2.0mm，以取得最佳的外观和最优的角强度的一个妥协的二维最优值。7 n; z; `4 f, V, c4 _0 R- O8 X
　　生产中易出现的问题及解决办法% J2 @" q, \# P3 x; J* v9 a
　　1、型材共挤表面不亮，甚至出现划痕
. s' j. G& M1 K1 q' D- [" W　　定型模设计不合理，可通过修改模具或抛光工序处理。' E8 i1 T. }  L  y/ A
　　2、型材共挤表面凹陷
6 V/ I  k2 \8 ^1 {　　定型真空度过底，增大真空度
0 h+ D: |$ K1 `9 M$ e　　3、型材断面尺寸不合格
6 [4 w6 U, }9 u( w; y$ t5 {　　定型模具结构不合理或定型真空度过低，可通过修改模具或增大真空度解决。
( I+ @# U2 S  C# Q' v　　4、共挤机进料少
. U) ^/ Z# q  f2 v6 F7 `4 }# |　　加料口处温度过高，增大冷却水的流量。3 x* p, k8 L+ E4 f( a6 M: `: P5 g
　　5、共挤机扭矩过大
7 k8 w. x- I+ K" F0 [. Z3 O. Y6 [　　加料口处温度过高，增大冷却水的流量。* a) y) K% i) j- |) H9 E5 c
　　6、共挤层粘接不良' k& @7 v/ ?* ^8 v* D  w0 f
　　口模结构不合理，可增加合流后的距离或增大压缩比。9 \! {1 o# J2 W+ E+ t# M( N
　　7、共挤层壁厚不均
" F+ w, b; J/ q2 @' E  y8 D! U　　基料与共挤料融体粘度差别太大，可调整共挤机温度，使二者融体粘度接近。从世界潮流来看，塑料制品的生产已从单一技术向着复合技术方向发展。特别是挤出成型技术中，由原来用单一塑料挤出发展到用多种（或同种）塑料共挤出复合材料（包括复合管、板、膜和异型材等），即复合共挤技术，例如正在发展的多色共挤出、多层复合挤出、复合异型挤出等，复合共挤材料有许多优良的特性，可使塑料制品的用途更加广泛。. v: l' q* M% ~  K
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　　参考文献" u+ R  g6 g/ p  p# Z4 x
　　［１］张杰峰、王越、程海章，浅谈异型材彩色复合共挤模具设计，2002年全国塑料门窗行业年会暨展览会专辑