【科普貼】PVC-U塑料管材發(fā)脆的原因分析（下）

一直以來塑料發(fā)脆是困擾一些企業(yè)正常運(yùn)營的因素，管材發(fā)脆無論從截面外觀上還是安裝認(rèn)同程度上都或多或少的影響著這些管材企業(yè)的市場(chǎng)份額和用戶信譽(yù)，管材發(fā)脆基本上在制品的物理、力學(xué)性能上得到充分體現(xiàn)。

本文將從配方、混料工藝、擠出工藝、模具和其他外界因素對(duì)造成PVC-U塑料管材發(fā)脆的原因進(jìn)行了論述、分析。

PVC管材變脆主要性征為：下料時(shí)崩口、冷沖破裂。

造成管材制品物理、力學(xué)性能差的原因有很多，主要表現(xiàn)為以下幾種：

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擠出工藝不合理

（1）物料塑化過度或不足。這與工藝溫度設(shè)定和喂料比例有關(guān)，溫度設(shè)定過高會(huì)造成物料過塑化，其組分中部分分子量較低的成份會(huì)分解、揮發(fā)；溫度過低其組份中各分子間沒有完全熔合，分子結(jié)構(gòu)不牢固。而喂料比例太大造成物料受熱面積和剪切增大，壓力增大，易引起過塑化；喂料比例太小造成物料受熱面積和剪切減小，會(huì)造成欠塑化。無論是過塑化還是欠塑化都會(huì)造成管材切割崩口現(xiàn)象。

（2）機(jī)頭壓力不足，一方面與模具設(shè)計(jì)有關(guān)（這在下面單獨(dú)描述）另一方面是與加料比例和溫度設(shè)定有關(guān)，壓力不足時(shí)，物料的密實(shí)度就差，就會(huì)造成組織疏松出現(xiàn)管材料脆現(xiàn)象，這時(shí)應(yīng)調(diào)整計(jì)量加料轉(zhuǎn)速和擠出螺桿轉(zhuǎn)速使機(jī)頭壓力控制在25Mpa-35Mpa之間。

（3）制品中的低分子成份未排出。制品中的低分子成分產(chǎn)生一般有兩個(gè)途徑，一是在熱混時(shí)產(chǎn)生，這在熱混時(shí)通過抽濕和排氣系統(tǒng)可以排出。二是部分殘存的和擠出受熱受壓時(shí)產(chǎn)生的水份和氯化氫氣體。這一般通過主機(jī)排氣段的強(qiáng)制排氣系統(tǒng)來強(qiáng)制排出，真空度一般在-0.05Mpa—-0.08Mpa之間，不開或過低，都會(huì)在制品中殘存低分子成份，造成管材力學(xué)性能下降。

（4）螺桿轉(zhuǎn)矩太低，螺桿的轉(zhuǎn)矩是反應(yīng)機(jī)械在受力狀態(tài)下的數(shù)值，工藝溫度設(shè)值的高低，喂料比例的多少都直接在螺桿轉(zhuǎn)矩值上得到體現(xiàn)，螺桿轉(zhuǎn)矩太低從某種程度上反應(yīng)出溫度偏低或喂料比例小，這樣物料在擠出程度中同樣得不到充分塑化，也就會(huì)降低管材的力學(xué)性能。根據(jù)不同的擠出設(shè)備和模具，螺桿轉(zhuǎn)矩一般掌握在60%-85%之間就能滿足要求。

（5）牽引速度與擠出速度不匹配。牽引速度太快會(huì)造成管材壁薄力學(xué)性能下降，而牽引速度太慢，管材受到的阻力大，制品處于高拉伸狀態(tài)，也會(huì)對(duì)管材的力學(xué)性能造成影響。

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模具設(shè)計(jì)不合理

（1）口模截面設(shè)計(jì)不合理，尤其是內(nèi)筋的分布和交界面角度的處理。這樣會(huì)造成應(yīng)力集中現(xiàn)象存在。需要改進(jìn)設(shè)計(jì)和消除交界面處的直角和銳角。

（2）模頭壓力不足。模頭處壓力大小是直接受模具的壓縮比，特別是模具平直段的長(zhǎng)度來決定的。模頭的壓縮比太小或平直段太短都會(huì)造成制品不致密，影響物理性能。模頭壓力的改變一方面可以通過改變模頭平直段長(zhǎng)度來調(diào)整流料阻力；另一方面在模具設(shè)計(jì)階段可選擇不同的壓縮比來改變擠出壓力，但必須注意機(jī)頭壓縮比要與擠出機(jī)螺桿的壓縮比相適應(yīng)；還可以通過改變配方，調(diào)整擠出工藝參數(shù)，增加多孔板來改變?nèi)垠w壓力的大小。

（3）對(duì)于因分流筋匯合不良造成的性能下降應(yīng)適當(dāng)增加筋與外表面、筋與筋匯流處的長(zhǎng)度，或者增大壓縮比來解決。

（4）口模出料不均勻，造成管材壁厚薄不一致，或者密實(shí)度不一致。這也就造成了管材兩個(gè)面之間的力學(xué)性能上的差別，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)有時(shí)冷沖一面合格一面不合格，也恰恰證明了這一點(diǎn)。至于壁薄等非標(biāo)管材這里就不再多說。

（5）定型模的冷卻速率。冷卻水溫往往沒有引起足夠的重視，冷卻水的作用是將管材拉伸的大分子鏈及時(shí)冷卻定型，達(dá)到使用目的。緩慢的冷卻可以使分子鏈有足夠的時(shí)間舒展，有利于定型。而急速冷卻，水溫與擠出管坯的溫差太大，制品受驟冷不利于制品低溫性能的提高。

從高分子物理學(xué)解釋，PVC大分子鏈在溫度、外力的作用下，發(fā)生卷曲、拉伸過程，當(dāng)溫度、外力撤出后，大分子鏈沒有及時(shí)恢復(fù)自由狀態(tài)而處于玻璃態(tài)，大分子鏈雜亂無序排列，造成宏觀上制品低溫沖擊性能低。

從塑料加工工藝學(xué)解釋PVC管材在擠出后，制品撤去溫度、外力后有應(yīng)力松弛過程。適宜的冷卻水溫有利于這個(gè)過程。冷卻水溫過低，制品中的應(yīng)力沒有來得及消除，造成制品性能下降。所以管材冷卻采用緩冷方式，并可防止成型后的制品翹曲，彎曲和收縮現(xiàn)象，可以防止由于內(nèi)應(yīng)力作用而使制品沖擊強(qiáng)度降低。一般水溫控制在20℃。

為了使型坯柔和地冷卻而不致驟冷，將連接冷卻定型套的水管接在定型的后部，讓水在定型套中流動(dòng)方向與型坯運(yùn)動(dòng)方向相反而從定型套前排出。這樣也不致于造成因水溫過低造成型坯驟冷、產(chǎn)生過大內(nèi)應(yīng)力，使管材脆化，型材的抗沖擊性能下降。加或減少填料，而增加填料又直接影響其柔性指標(biāo)。填料過多，管材便會(huì)出現(xiàn)冷沖不達(dá)標(biāo)。

填料過少，管材便會(huì)出現(xiàn)尺寸變化率大。相同的是增加或減小柔性指標(biāo)，必然要增加或減小抗沖改性劑或加工助劑，而增加或減小加工助劑又直接影響其剛性指標(biāo)。

加工助劑過多，則管材剛性指標(biāo)下降；加工助劑過少，則型材剛性指標(biāo)上升，在配方中這兩者是一個(gè)既矛盾又統(tǒng)一的相互制約的因素，但不能說要提高剛性指標(biāo)卻又要保持柔性指標(biāo)便可以在增加填料的同時(shí)又無原則增加加工助劑，這是不合理的。所以在配方體系中要確定一個(gè)較佳結(jié)合點(diǎn)，以達(dá)到其剛性和柔性的平衡。

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擠出工藝對(duì)管材剛性和柔性指標(biāo)的影響

擠出溫度設(shè)定的高低是影響物料塑化程度的因素之一，物料過塑化物料中的低分子聚合物分解，揮發(fā)，造成分子間結(jié)構(gòu)變化會(huì)增大剛性指標(biāo)和降低柔性指標(biāo)。物料塑化不足，物料中各組分的分子之間還沒有充分溶合會(huì)降低剛性指標(biāo)，同時(shí)柔性指標(biāo)得不到充分展現(xiàn)。

螺桿轉(zhuǎn)矩和擠出壓力與型材的剛性指標(biāo)成正比，隨轉(zhuǎn)矩和壓力升高而增加。

柔性指標(biāo)則與其成反比，隨轉(zhuǎn)矩和壓力的升高而降低。需要補(bǔ)充的是，在剛開機(jī)擠出時(shí)偶然會(huì)發(fā)現(xiàn)個(gè)別型材沒有崩口現(xiàn)象，但卻發(fā)現(xiàn)其內(nèi)筋已有輕微氣泡，這又是一個(gè)新問題。

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