PVC-U塑料管材加工工藝及應(yīng)用范圍
溫度對(duì)PVC-U塑料管材的影響體現(xiàn)在PVC-U塑料管材的整個(gè)生命周期中，從生產(chǎn)加工，產(chǎn)品貯存到使用，溫度的不同直接決定了管材的使用壽命和使用強(qiáng)度。下面從塑料受溫度的影響原理來(lái)說(shuō)明溫度對(duì)塑料管材的影響。
塑料制品是高分子聚合物，隨溫度的不同會(huì)呈現(xiàn)出玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)三種狀態(tài)(這三種狀態(tài)是不同于低分子物質(zhì)的，低分子物質(zhì)三態(tài)是固、液、氣三態(tài)分明)，由于高分子物質(zhì)的分子量分布和分散，所以三態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)不是一個(gè)非常明確的溫度值，而是一個(gè)比較寬溫度范圍(低分子物質(zhì)三態(tài)轉(zhuǎn)化有比較精確的熔點(diǎn)、沸點(diǎn))。玻璃態(tài)下的塑料具有一定的強(qiáng)度，在常溫下多數(shù)塑料處于玻璃態(tài)，我們通常是在這個(gè)溫度下應(yīng)用各種塑料;高彈態(tài)下，高聚物分子可以相對(duì)容易的伸展，塑料具有很好的彈性，可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的后成形加工(如擴(kuò)口、彎曲);在粘流態(tài)時(shí)，高聚物分子具有相對(duì)良好的流動(dòng)性，可以進(jìn)行復(fù)雜的加工如：擠出，注塑等等。
在我們的PVC-U管材擠出生產(chǎn)中，由于溫度的不同，物料三態(tài)的變化為：在擠出機(jī)中，物料在螺桿末端(計(jì)量段)應(yīng)達(dá)到粘流態(tài)，在機(jī)頭中呈粘流態(tài);離開(kāi)口模后漸呈高彈態(tài)，接觸定徑套后，在表層迅速降溫，溫度降至玻璃化溫度以下，冷卻的部分表現(xiàn)出玻璃態(tài)，保持一定的形狀，然后逐漸冷卻，直至管材整體呈玻璃態(tài);擴(kuò)口工序，對(duì)管材加熱，使擴(kuò)口部分處于高彈態(tài)，利用它的彈性可以使模具輕松進(jìn)入，并且管材不受損傷，然后加壓冷卻至玻璃態(tài)定型。
在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，只有熔溫是直接測(cè)量物料溫度，所以熔溫反映的是物料的真實(shí)溫度，而其它工序的各個(gè)溫度只是通過(guò)設(shè)備溫度間接的反映物料溫度(擠出機(jī)機(jī)身、機(jī)頭、加熱爐)，溫度顯示值和物料溫度存在一定的偏差。
1、混料
混料過(guò)程分為熱混和冷混，熱混主要是使配方中各組分充分的進(jìn)行物理混合，使其分散均勻，并排出其中的水蒸氣。熱混終止溫度設(shè)置一般在110攝氏度以上，熱量來(lái)源是靠高速混合機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)物料高速運(yùn)動(dòng)，物料與鍋壁和攪拌槳摩擦生熱，物料之間的摩擦生熱，使溫度上升。這個(gè)過(guò)程的溫度設(shè)置主要考慮不要使用樹(shù)脂分解，水分充分氣化揮發(fā)，潤(rùn)滑劑類(lèi)物質(zhì)能夠熔化并分散均勻。熱混結(jié)束后，將物料排入冷混機(jī)中降溫，當(dāng)溫度降到40攝氏度左右時(shí)將物料排出，如果沒(méi)有這個(gè)冷卻過(guò)程，熱的物料堆積在一起，熱量散發(fā)不出去，會(huì)造成物料過(guò)熱分解。
2、擠出
擠出過(guò)程中涉及到溫度的地方主要有機(jī)身和機(jī)頭，在機(jī)身和機(jī)頭部位，主要是吸熱，具體的熱量來(lái)源是，機(jī)身部位的摩擦熱和外加熱，機(jī)頭部位的外加熱。在擠出過(guò)程中，吸熱過(guò)程與溫度高低和受熱時(shí)間有很大關(guān)系。機(jī)身主要包括螺桿和機(jī)筒。螺桿通常分為三段，加料段、塑化段和計(jì)量段。
加料段：在喂料口位置，防止物料架橋通有冷卻水;根據(jù)固體輸送理論，為了實(shí)現(xiàn)大擠出量，要求螺桿有較大的輸送能力，螺桿溫度不宜高，現(xiàn)在的設(shè)備多數(shù)沒(méi)有螺桿溫度控制，螺桿只能靠不同部位之間的熱傳導(dǎo)和摩擦熱來(lái)調(diào)節(jié)溫度;即使機(jī)筒溫度設(shè)的高，也只是反映機(jī)筒溫度，而不是物料的實(shí)際溫度。
塑化段：通過(guò)吸收各種熱量物料溫度上升，溫度達(dá)到潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)以上，潤(rùn)滑劑熔化后會(huì)有一定的粘連作用，物料形成一種非常疏松的塊狀物，在物料經(jīng)過(guò)真空抽吸孔時(shí)，靠負(fù)壓脫出其中的水分、揮發(fā)分，如果溫度高(確切的應(yīng)當(dāng)是吸熱量太多)，物料將變成一種堅(jiān)實(shí)的塊狀物，則水分、揮發(fā)分將被包覆在塊狀物內(nèi)部，不能靠負(fù)壓脫出。若溫度低(確切的說(shuō)應(yīng)當(dāng)是吸熱量不足)，其中的水分、揮發(fā)分不能充分氣化排出，粉狀的物料也將從真空孔被吸出，堵塞抽真空管道。
計(jì)量段：物料將逐漸壓實(shí)，并建立壓力，以克服機(jī)頭阻力，摩擦熱將成為主要的熱量來(lái)源，在此階段物料已不需要大量吸熱，物料常常需要向外散熱。機(jī)筒可以借助外設(shè)風(fēng)機(jī)散熱，所以機(jī)筒散熱是最簡(jiǎn)單且有效的;而螺桿的散熱問(wèn)題則不易解決，因?yàn)闊o(wú)論是控溫外循環(huán)油散熱還是利用熱管技術(shù)的內(nèi)冷散熱，都因螺桿的內(nèi)部散熱面積小，而制約了其散熱功效，尤其在高速生產(chǎn)時(shí)，摩擦熱大，產(chǎn)生的熱量散不出去，會(huì)造成料溫太高，影響管材內(nèi)壁成形和物理性能。
熔溫是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)，熔溫在擠出機(jī)與機(jī)頭的連接體處測(cè)量，熔溫受擠出機(jī)中計(jì)量段的溫度影響非常大，通常通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)量段的溫度來(lái)控制熔溫。測(cè)量熔溫的熱電偶直接與物料接觸，所以，熔溫反映的是物料的實(shí)際溫度。
機(jī)頭主要是使物料塑化的更加均勻，使物料壓得更加密實(shí)，使物料由不規(guī)則流動(dòng)變成規(guī)則的直線流動(dòng)，并形成制品的形狀。機(jī)頭主要分為芯子和機(jī)頭體，由于物料在機(jī)頭的停留時(shí)間較長(zhǎng)，所以溫度不宜高。機(jī)頭的溫度、壓力、口模長(zhǎng)度直接影響著合料線的情況和產(chǎn)品的性能。
在擠出過(guò)程中，由于擠出機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)不同，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí)，在機(jī)筒部位的摩擦熱量高，由于擠出速度快，物料在機(jī)頭中的停留時(shí)間短，機(jī)頭區(qū)的溫度可以適當(dāng)?shù)脑O(shè)高一點(diǎn);當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)比較低時(shí)，物料在機(jī)頭中的停留時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)頭的溫度應(yīng)當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí)低一點(diǎn)。
3、定徑
物料離開(kāi)口模后，進(jìn)入定徑套，在冷卻水和真空的作用下定徑，對(duì)于薄壁管材，由于管壁比較薄，所以內(nèi)、外壁溫差小，冷卻造成的內(nèi)應(yīng)力還不大;對(duì)于厚壁管材，內(nèi)外壁溫差大，造成的內(nèi)應(yīng)力要大的多。并且壁越厚，內(nèi)應(yīng)力越大，較大的內(nèi)應(yīng)力將影響管材的性能。所以對(duì)于厚壁管材由于冷卻時(shí)間長(zhǎng)，內(nèi)外壁的溫差大，為防止造成太大的內(nèi)應(yīng)力，定徑箱和噴淋箱之間應(yīng)當(dāng)有一定的間距，使冷卻的外壁溫度能夠回升一點(diǎn)，然后再逐漸冷卻。
熱的管坯以一定的速度離開(kāi)口模，牽引機(jī)以一定的速度牽引管坯進(jìn)入定徑套，這兩個(gè)速度是不完全相同的，一般是牽引速度稍大。由于熱的管坯離開(kāi)口模時(shí)有一定的軸向分子取向，對(duì)于薄壁管材，管坯進(jìn)入定徑套后，迅速冷卻，取向的分子鏈段被凍結(jié)，會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，影響管材的性能。對(duì)于厚壁管材，進(jìn)入定徑套后，只有靠近表層的分子鏈段被凍結(jié)，深層的屬于緩冷，取向的分子鏈段可以在熱的狀態(tài)下自由運(yùn)動(dòng)，降低軸向取向度。具體表現(xiàn)是管材的縱向回縮率在生產(chǎn)薄壁管材時(shí)，不易合格，厚壁管材則沒(méi)有問(wèn)題。
4、擴(kuò)口
擴(kuò)口過(guò)程是對(duì)已成形管材的后加工處理，所以應(yīng)該在管材受熱后，處于高彈態(tài)時(shí)進(jìn)行加工。溫度高時(shí)，由于塑料處于粘流態(tài)，不能承受大的變形，在擴(kuò)口變形時(shí)會(huì)發(fā)生破裂現(xiàn)象。溫度低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象。
在連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，由于擴(kuò)口模具不能有效的降溫，而生產(chǎn)中冷卻時(shí)間又不能延長(zhǎng)，會(huì)造成冷卻不充分(尤其是厚壁管材)，在擴(kuò)口完成后，尚未完全降至玻璃化溫度以下，在放置時(shí)，由于重力(或受擠壓)作用，溫度高的部位會(huì)繼續(xù)發(fā)生變形，容易造成擴(kuò)口部位不圓。
而在剛開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)，由于模具溫度還很低(預(yù)熱不充分)，當(dāng)模具與管材內(nèi)壁接觸時(shí)，管材內(nèi)壁溫度下降，當(dāng)?shù)陀诓ＡЩ瘻囟葧r(shí)，管材不能輕松發(fā)生形變，會(huì)發(fā)生墩管現(xiàn)象。
對(duì)于大口徑管材的擴(kuò)口，是水冷定型，模具上容易附有水珠，管材內(nèi)壁接觸水后降溫，但由于大口徑管材一般壁比較厚，挺度比較好，不會(huì)發(fā)生墩管現(xiàn)象，但大口徑管材的擴(kuò)口平直部位常常會(huì)發(fā)白;小口徑管材擴(kuò)口是風(fēng)冷定型，模具溫度常常會(huì)比較高，當(dāng)剛開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)，模具溫度比較低，小口徑管材壁比較薄，挺度比較差，容易發(fā)生墩管。
5、貯存
管材在貯存時(shí)，應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離熱源，避免曝曬。尤其在夏季，地表溫度可達(dá)50攝氏度以上，由于塑料的蠕變與溫度和力有關(guān)，所以放在下層的管材容易變形(不能自己恢復(fù))，造成安裝困難。如果在高溫下時(shí)間太長(zhǎng)，也會(huì)使管材發(fā)生降解、變色。
6、應(yīng)用
塑料管材與金屬管材有很大的區(qū)別，使用時(shí)受溫度影響很大，我們通常所說(shuō)的管材多少Kg/cm2，或公稱(chēng)壓力均是指在20攝氏度條件下，溫度高時(shí)，則應(yīng)當(dāng)降低管材的使用壓力或減少其使用年限。
一般規(guī)定管材的最高應(yīng)用溫度不高于其維卡軟化溫度減去25攝氏度，我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10002.1-1996規(guī)定使用溫度在0～45攝氏度，但在高于20攝氏度應(yīng)用時(shí)，要按一定折減系數(shù)來(lái)計(jì)算最高應(yīng)用壓力。
