谈PVC－U管材加工工艺及应用

摘要：通过分析温度对PVC-U管材生产应用的影响，说明温度对PVC-U管材的重要性，并和实际生产中的一些现象联系起来，希望对实际生产人员能有一定的参考作用。

温度对PVC-U塑料管材的影响体现在PVC-U塑料管材的整个生命周期中，从生产加工，产品贮存到使用，温度的不同直接决定了管材的使用寿命和使用强度。下面从塑料受温度的影响原理来说明温度对塑料管材的影响。

塑料制品是高分子聚合物，随温度的不同会呈现出玻璃态、高弹态和粘流态三种状态(这三种状态是不同于低分子物质的，低分子物质三态是固、液、气三态分明)，由于高分子物质的分子量分布和分散，所以三态之间相互转化时不是一个非常明确的温度值，而是一个比较宽温度范围(低分子物质三态转化有比较精确的熔点、沸点)。玻璃态下的塑料具有一定的强度，在常温下多数塑料处于玻璃态，我们通常是在这个温度下应用各种塑料；高弹态下，高聚物分子可以相对容易的伸展，塑料具有很好的弹性，可以进行一些简单的后成形加工(如扩口、弯曲)；在粘流态时，高聚物分子具有相对良好的流动性，可以进行复杂的加工如：挤出，注塑等等。

在我们的PVC-U管材挤出生产中，由于温度的不同，物料三态的变化为：在挤出机中，物料在螺杆末端(计量段)应达到粘流态，在机头中呈粘流态；离开口模后渐呈高弹态，接触定径套后，在表层迅速降温，温度降至玻璃化温度以下，冷却的部分表现出玻璃态，保持一定的形状，然后逐渐冷却，直至管材整体呈玻璃态；扩口工序，对管材加热，使扩口部分处于高弹态，利用它的弹性可以使模具轻松进入，并且管材不受损伤，然后加压冷却至玻璃态定型。

在整个生产过程中，只有熔温是直接测量物料温度，所以熔温反映的是物料的真实温度，而其它工序的各个温度只是通过设备温度间接的反映物料温度(挤出机机身、机头、加热炉)，温度显示值和物料温度存在一定的偏差。

1、混料混料过程分为热混和冷混，热混主要是使配方中各组分充分的进行物理混合，使其分散均匀，并排出其中的水蒸气。热混终止温度设置一般在110摄氏度以上，热量来源是靠高速混合机的高速旋转带动物料高速运动，物料与锅壁和搅拌桨摩擦生热，物料之间的摩擦生热，使温度上升。这个过程的温度设置主要考虑不要使用树脂分解，水分充分气化挥发，润滑剂类物质能够熔化并分散均匀。热混结束后，将物料排入冷混机中降温，当温度降到40摄氏度左右时将物料排出，如果没有这个冷却过程，热的物料堆积在一起，热量散发不出去，会造成物料过热分解。

2、挤出

挤出过程中涉及到温度的地方主要有机身和机头，在机身和机头部位，主要是吸热，具体的热量来源是，机身部位的摩擦热和外加热，机头部位的外加热。在挤出过程中，吸热过程与温度高低和受热时间有很大关系。

机身主要包括螺杆和机筒。螺杆通常分为三段，加料段、塑化段和计量段。

加料段：在喂料口位置，防止物料架桥通有冷却水；根据固体输送理论，为了实现大挤出量，要求螺杆有较大的输送能力，螺杆温度不宜高，现在的设备多数没有螺杆温度控制，螺杆只能靠不同部位之间的热传导和摩擦热来调节温度；即使机筒温度设的高，也只是反映机筒温度，而不是物料的实际温度。

塑化段：通过吸收各种热量物料温度上升，温度达到润滑剂熔点以上，润滑剂熔化后会有一定的粘连作用，物料形成一种非常疏松的块状物，在物料经过真空抽吸孔时，靠负压脱出其中的水分、挥发分，如果温度高(确切的应当是吸热量太多)，物料将变成一种坚实的块状物，则水分、挥发分将被包覆在块状物内部，不能靠负压脱出。若温度低(确切的说应当是吸热量不足)，其中的水分、挥发分不能充分气化排出，粉状的物料也将从真空孔被吸出，堵塞抽真空管道。

计量段：物料将逐渐压实，并建立压力，以克服机头阻力，摩擦热将成为主要的热量来源，在此阶段物料已不需要大量吸热，物料常常需要向外散热。机筒可以借助外设风机散热，所以机筒散热是最简单且有效的；而螺杆的散热问题则不易解决，因为无论是控温外循环油散热还是利用热管技术的内冷散热，都因螺杆的内部散热面积小，而制约了其散热功效，尤其在高速生产时，摩擦热大，产生的热量散不出去，会造成料温太高，影响管材内壁成形和物理性能。

熔温是一个非常重要的工艺参数，熔温在挤出机与机头的连接体处测量，熔温受挤出机中计量段的温度影响非常大，通常通过调节计量段的温度来控制熔温。测量熔温的热电偶直接与物料接触，所以，熔温反映的是物料的实际温度。

机头主要是使物料塑化的更加均匀，使物料压得更加密实，使物料由不规则流动变成规则的直线流动，并形成制品的形状。机头主要分为芯子和机头体，由于物料在机头的停留时间较长，所以温度不宜高。机头的温度、压力、口模长度直接影响着合料线的情况和产品的性能。在挤出过程中，由于挤出机的转数不同，当转数高时，在机筒部位的摩擦热量高，由于挤出速度快，物料在机头中的停留时间短，机头区的温度可以适当的设高一点；当转数比较低时，物料在机头中的停留时间长，机头的温度应当比转数高时低一点。

3、定径

物料离开口模后，进入定径套，在冷却水和真空的作用下定径，对于薄壁管材，由于管壁比较薄，所以内、外壁温差小，冷却造成的内应力还不大；对于厚壁管材，内外壁温差大，造成的内应力要大的多。并且壁越厚，内应力越大，较大的内应力将影响管材的性能。所以对于厚壁管材由于冷却时间长，内外壁的温差大，为防止造成太大的内应力，定径箱和喷淋箱之间应当有一定的间距，使冷却的外壁温度能够回升一点，然后再逐渐冷却。

热的管坯以一定的速度离开口模，牵引机以一定的速度牵引管坯进入定径套，这两个速度是不完全相同的，一般是牵引速度稍大。由于热的管坯离开口模时有一定的轴向分子取向，对于薄壁管材，管坯进入定径套后，迅速冷却，取向的分子链段被冻结，会产生较大的内应力，影响管材的性能。对于厚壁管材，进入定径套后，只有靠近表层的分子链段被冻结，深层的属于缓冷，取向的分子链段可以在热的状态下自由运动，降低轴向取向度。具体表现是管材的纵向回缩率在生产薄壁管材时，不易合格，厚壁管材则没有问题。

4、扩口

扩口过程是对已成形管材的后加工处理，所以应该在管材受热后，处于高弹态时进行加工。温度高时，由于塑料处于粘流态，不能承受大的变形，在扩口变形时会发生破裂现象。温度低时，会出现发白现象。

在连续生产时，由于扩口模具不能有效的降温，而生产中冷却时间又不能延长，会造成冷却不充分(尤其是厚壁管材)，在扩口完成后，尚未完全降至玻璃化温度以下，在放置时，由于重力(或受挤压)作用，温度高的部位会继续发生变形，容易造成扩口部位不圆。而在刚开始生产时，由于模具温度还很低(预热不充分)，当模具与管材内壁接触时，管材内壁温度下降，当低于玻璃化温度时，管材不能轻松发生形变，会发生墩管现象。

对于大口径管材的扩口，是水冷定型，模具上容易附有水珠，管材内壁接触水后降温，但由于大口径管材一般壁比较厚，挺度比较好，不会发生墩管现象，但大口径管材的扩口平直部位常常会发白；小口径管材扩口是风冷定型，模具温度常常会比较高，当刚开始生产时，模具温度比较低，小口径管材壁比较薄，挺度比较差，容易发生墩管。

5、贮存

管材在贮存时，应当远离热源，避免曝晒。尤其在夏季，地表温度可达50摄氏度以上，由于塑料的蠕变与温度和力有关，所以放在下层的管材容易变形(不能自己恢复)，造成安装困难。如果在高温下时间太长，也会使管材发生降解、变色。

6、应用

塑料管材与金属管材有很大的区别，使用时受温度影响很大，我们通常所说的管材多少Kg/cm2，或公称压力均是指在20摄氏度条件下，温度高时，则应当降低管材的使用压力或减少其使用年限。

一般规定管材的最高应用温度不高于其维卡软化温度减去25摄氏度，我国的国家标准GB/T10002.1-1996规定使用温度在0～45摄氏度，但在高于20摄氏度应用时，要按一定折减系数来计算最高应用压力。