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PVC秸秆复合发泡材料成型工艺初探

作者: 来源: 日期:2018-3-6 11:33:48 人气:175
    秸秆是农业上的废弃物,也是一种宝贵的自然资源。目前我国秸秆利用率和利用水平都很低,绝大部分直接焚烧处理,这就造成了非常严重的环境污染,甚至对航空及高速公路交通的安全性产生严重的影响。聚氯乙烯(PVC)广泛应用于工业和日常生活中,是世界上产量仅次于聚乙烯的第二大塑料品种。废旧PVC的处理是解决“白色污染”的关键所在。

    PVC秸秆复合发泡材料就是将废旧PVC秸秆纤维、辅助填料、助剂、改性剂和发泡剂等原料按一定比例混合,经塑料成型设备加热熔融成的一种含有连续均匀分布微孔发泡的复合材料。该复合材料有效利用了秸秆和废旧PVC制得的产品与未发泡的PVC秸秆复合材料相比密度大幅降低,节省了大量原料,拉伸弹性模量和弯曲弹性模量也比未发泡的材料提高了不少,而且隔音、隔热性能较好。还可以通过调整配方设计、制造出软硬不同的仿木材料,例如仿红木的家具装饰板,器材包装的防震内衬等。木塑发泡材料的隔热保温、防震、抗震等特性使其在包装应用领域有着广阔的发展前景。

    目前PVC秸秆复合发泡材料的成型有模压成型、注射成型和连续挤出成型3种方法。这3种成型法所需的设备和工艺参数等都不相同,在成本控制、工艺路线设计上也不尽相同。

    1模压成型为了使材料中秸秆分散均匀、泡孔尺寸大致相同,一般在模压时采用两步成型法,即先把改性过的秸秆纤维和PVC及各种助剂进行造粒,再将粒子放入热压机中进行成型,其工艺流程见该种成型法制得的制品外观平滑、理化性能好,但是工艺复杂。

    11温度对制品的影响两步法成型工艺相同。软质PVC的模压温度一般选择在160°c,硬质PVC的温度一般在175°C左右。模压成型时不同秸秆纤维含量的材料对温度的要求也不一样,含量越高,所需的温度也相应提高,但不能过高,要防止发泡剂的提前发泡。在压制前,要先有一个预热阶段,温度可以选择在150~170C这样可以保证物料完全充满模腔和适当溢料,容易保证制品表面的质量及制品尺寸。在加压阶段,温度的影响相对较小,只要达到发泡剂的分解温度之上即可。脱模温度一般选择在80~100°C12时间和压力对制品的影响对于模压时间和压力,不同物料有不同的要求。

    模压时间的长短一般根据溢料的情况进行判断,对于流动性好的物料,模压压力可以选小点,相应的模压时间也较短,这是为了避免溢料过多造成制品表面不平整甚至出现空洞,影响制品的性能。加压以后还要进行保压,保压的目的是使模腔内的物料充分交融,这样制品的性能会有很大提高。

    2注塑发泡成型注塑机是制备PVC秸秆复合发泡材料的另一种设备,其工艺包括低压结构发泡和微孔发泡。低压结构发泡注塑出的制品表面致密,制造过程中模腔压力小、合模力小、生产成本低,因此在实际工业生产中被广泛采用,特别是在注塑一些小配件时优势更为明显。在制备PVC秸秆复合发泡材料时也经常采用两步成型法,首先将改性后的秸秆纤维与化学发泡剂、成核剂、交联剂等添加剂密炼混合,切成胶粒,再用双螺杆挤出机将胶粒与PVC共混挤出造粒,得到可发泡PVC粒料,最后用注塑机注射发泡成型14. 21注射时间和注射速率对制品的影响注射时间是影响发泡材料泡孔大小与分布均匀程度的重要参数,注射时间过长会造成沿型腔表面流动的熔体过早冷却,增加了流动阻力和能耗,从而减少了制品泡孔数目。而过高的注射速率会使熔料与型腔发生强烈的剪切作用而得到粗糙的表面。适当的注射速率是提高制品表面质量的关键所在。

    22注塑压力对制品的影响低压发泡法所需注塑模具的模腔压力较低,一般为2~7MPa而普通注塑为30~6(MPa低压发泡的注塑一般采用欠注法,充模时间短,气泡的形成时间短,从而产生的气泡要小一些,而且气泡分布较均匀。如果注塑压力较高,则带有应力的熔体流经通道时会生成较多的泡孔;注塑压力小则生成的泡孔大,且分布不均匀。

    23模具温度对制品的影响模具温度的变化对制品的表面粗糙度、表层的厚度、生产周期等均有影响,尤其对泡孔的数量有很大影响。模具温度高,则制品的表面粗糙度低、表层较薄,但生产周期较长。在其它条件相同的情况下,熔体的等温充模和不等温充模对气泡的形成有较大的影响,不等温充模时熔体发泡产生的气泡数量要比等温充模时少,熔体充模后其中心部位产生的气泡较多15.因此,实际生产时可利用模具温度来控制泡孔大小和分布,甚至可在同一制品的不同部位借助这种方法实现局部控制,从而得到不同的密度。

    3挤出发泡成型目前工业化生产PVC秸秆复合发泡材料的成型设备主要有单螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机、同向(异向)旋转平行双螺杆挤出机。材料的成型可采用两步法和一步法两种工艺路线。两步法是最常用的工艺,即先将经干燥处理和表面改性的秸秆纤维与PVC置于高速混合机中,经充分搅拌后由单螺杆或双螺杆挤出机挤出造粒,该方法可提高秸秆纤维在PVC基体中的分散性,且造粒后加料也较容易,但会使整个工艺过程比较复杂。一步法即采用表面改性后的秸秆纤维与PVC粉经高速混合后直求很高。

    31温度对制品的影响挤出机各段温度是影响发泡率的重要参数,挤出成型温度的设定应满足PVC与助剂等物料在挤出机机筒内物理化学反应过程的需要。加料段的温度不应过高,要避免化学发泡剂在加料段内提前分解。挤出温度要求能使PVC等物料快速熔融;压缩段和计量段温度要足够高以保证化学发泡剂的正常分解和PVC的充分塑化,但温度设置也不能过高;机头温度对制品的质量影响最大,机头内的温度要使熔体保持良好的流动性,还要保证足够的熔体粘度,以维持机头内的熔体处于高压下。

    总的来说,挤出温度应根据PVC的熔融分解温度、发泡剂的分解温度及秸秆纤维的烧焦降解温度来设定。

    32挤出压力对制品的影响挤出压力直接影响制品的表面粗糙度、弯曲强度、发泡率等。较高的挤出压力不仅能控制机头内的含气熔体不提前发泡,而且还能使机头口模内外压差增大,从而使压降速率提高,有利于发泡率的提高,得到均匀细密的泡孔结构16.适宜的口模压力可以通过调节螺杆转速、口模温度及口模形状来实现。

    33螺杆转速对制品的影响螺杆转速对挤出压力、发泡体质量有很大的影响171.螺杆转速过高或过低会使停留时间过短或过长,容易发生提前发泡或发泡剂分解不充分等现象,不利于形成均匀细密的泡孔结构。因此挤出成型时,在其它影响因素不变的情况下要寻找一个最佳的螺杆转速。

    4成型设备发展趋势通过设计新型螺杆、新型混炼装置、优化螺杆组合等方法研制一步成型设备,降低成本和工艺难度。

    开发大型、宽幅、较厚的板材制品成套设备及成型技术,改善PVC秸秆复合发泡材料应用中存在的诸如密度、尺寸不能满足实际需要等问题,不断扩大该材料的应用领域。

    引进计算机模拟和控制技术181,从配方效果的模拟到设备各个参数的确定全部实现计算机专家决策,降低研发成本提高效率。

    接加,出造粒这s工髓c设备的要她h泡材料可以irigl机。i上Thttp://www.cnki.netbookmark1研制通用的设备,使各种塑料秸秆复合发5结语在PVC植物纤维复合发泡材料的成型过程中,因采用的植物纤维种类的不同和PVC型号的差异,不论采用何种成型工艺都有很多需要考虑和重视的问题,这些问题解决得好坏将直接影响制品的性能,因此有必要对加工工艺进行探讨。