李曉軒
（寧夏青龍塑料管材有限公司，寧夏，750002 ）
摘要：本文通過設備、模具、材料配方、加工工藝溫度、冷卻水溫、定徑真空壓力、摩擦熱控制，擠出操作等方面的因素，分析了影響氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道生產(chǎn)質(zhì)量的主要影響因素和預防控制措施。
關(guān)鍵詞：氯化聚氯乙烯；加工；塑化；配方；工藝溫度；擠出模具；加工缺陷；影響因素；質(zhì)量
Chlorinated Polyvinyl Chloride (PVC-C) Pipe Processing
Analysis of Influencing Factors and Quality
Li Xiao Xuan
(Ningxia Qinglong Plastic pipe co. LTD,Ningxia,750002)
Abstract: This paper analyzes the main factors affecting the production quality of chlorinated polyvinyl chloride (PVC-C) pipes and preventive control measures through nine factors, including equipment, mould, material, formula, processing temperature, cooling water temperature, sizing vacuum pressure, friction heat control, extrusion operation, etc.
Key words: Chlorinated polyvinyl chloride; Processing;Plasticization; Formulation; Process temperature; Extrusion die; Processing defects; Influencing factors; Quality
氯化聚氯乙烯（PVC-C）管材(以下簡稱CPVC管材)是以氯化聚氯乙烯（CPVC）樹脂為主要原材料經(jīng)擠出工藝生產(chǎn)而成的熱塑性塑料管。根據(jù)應用領域不同，可分為高壓電力電纜護套管、冷熱水管材、消防用管材等。工業(yè)用氯化聚氯乙烯（CPVC）管材是其中主要的種類，是工業(yè)用塑料管材的替代升級產(chǎn)品，也是腐蝕性流體介質(zhì)輸送管道的理想產(chǎn)品，它是一種以氯化聚氯乙烯（CPVC）樹脂為主要材料，添加必要的抗沖改性劑、加工助劑、潤滑劑、抗氧劑等添加劑，以特殊的工藝配方設計混合成必要的干混料，經(jīng)擠出成型而成。
氯化聚氯乙烯管道產(chǎn)品技術(shù)于1958年由美國古立德公司(BFGoodrich)開發(fā)研制成功，該產(chǎn)品已經(jīng)有60余年的使用經(jīng)歷。在北美已經(jīng)有多年的應用案列和生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗，產(chǎn)品主要應用于陸地油田油水混合物分離、工業(yè)廢水處理、化學流體介質(zhì)輸送、造紙、生物工程、冷熱水輸送、消防供水等領域。該管道生產(chǎn)技術(shù)由于采用高氯含量氯化聚氯乙烯（CPVC）樹脂為主要材料生產(chǎn)，可以大幅度提高管道的耐熱性能和耐腐蝕性以及管道承受壓力能力，高氯含量提高了產(chǎn)品的阻燃性。
近年，我國多家企業(yè)已經(jīng)或正在進行該項目產(chǎn)品的研發(fā)及應用，產(chǎn)品主要是小口徑建筑冷熱水用氯化聚氯乙烯（CPVC）護套管材，主要用于建筑冷熱水供給、洗浴中心酒店浴場等用途。在工業(yè)領域和消防領域的應用尚處于研究試點應用和市場推廣階段。國內(nèi)部分企業(yè)積極參與標準的修、制定工作，預計明年工業(yè)用氯化聚氯乙烯管材修訂標準就會獲批發(fā)布，自動噴水滅火系統(tǒng)用氯化聚氯乙烯管道系統(tǒng)也將會獲批發(fā)布。
目前國內(nèi)氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道（以下簡稱氯化聚氯乙烯管）加工方面工藝技術(shù)還很不成熟，能規(guī)?；掷m(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的企業(yè)不到十家。產(chǎn)品質(zhì)量層次不齊，許多企業(yè)不具備生產(chǎn)制造的能力、研發(fā)能力、檢測手段也不完善，產(chǎn)品質(zhì)量把控存在許多不足。目前最主要存在如下制約因素影響著氯化聚氯乙烯管材的生產(chǎn)質(zhì)量：
1、生產(chǎn)設備不滿足加工氯化聚氯乙烯管的基本要求
氯化聚氯乙烯管的生產(chǎn)原材料主要是氯化聚氯乙烯（CPVC）樹脂。由于CPVC樹脂比普通PVC樹脂氯含量提高了24%，使得氯化聚氯乙烯的加工難度比普通UPVC困難得多。物料的粘度比普通UPVC粘度更高，物料流動性不好，物料與設備摩擦熱很高，加工電流，擠出機螺桿扭矩會更高，擠出過程會產(chǎn)生大量的摩擦熱，從而導致在擠出生產(chǎn)中會產(chǎn)生分解現(xiàn)象。因此，生產(chǎn)CPVC管材會對擠出機的螺桿料筒以及成型模具的接觸面提出更高要求，否則就會粘附金屬表面，造成物料滯留而分解刮料，逼迫停產(chǎn)。（如下圖）
目前國內(nèi)部分企業(yè)都是利用過去生產(chǎn)UPVC管材的擠出機來生產(chǎn)CPVC管材。這與加工CPVC物料的本身特性不適應。CPVC物料的擠出生產(chǎn)必須嚴格控制塑化速度，設備模具工作面要有防止螺桿、料筒及擠出模具表面受釋放氯的腐蝕的抗腐蝕層。要有消除多余摩擦熱的循環(huán)系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。一般采用進口擠出機能夠有較好設計配置，能夠有效控制生產(chǎn)方面的溫度控制問題。
2、擠出模具設計、加工缺陷和后期保養(yǎng)問題制約CPVC管材的生產(chǎn)
氯化聚氯乙烯物料粘度高，易粘附金屬表面。因此，擠出模具必須流道圓潤無死角，特別支架式模具的分流器支架，峰必須鋒利不得有死角，模具各部件連接縫隙必須無縫連接，口模、芯模、壓緊部件必須緊密無縫隙。芯模邊緣宜采用球面圓潤過渡。
模具電鍍處理并拋光達到鏡面光亮。日常使用保養(yǎng)不得造成劃傷或?qū)е洛冦t層腐蝕脫鉻。嚴重腐蝕或有死角會給生產(chǎn)造成很大麻煩。（如下圖）
3、材料不穩(wěn)定，配方不合理會嚴重制約生產(chǎn)
氯化聚氯乙烯樹脂是采用水相懸浮法或紫外光誘導法生產(chǎn)的，不同企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)指標都有差異。特別小產(chǎn)能企業(yè)，由于反應缶較小，產(chǎn)品批量較小，各項參數(shù)也有差異。因此，在擠出生產(chǎn)中，同一配方的混配料，生產(chǎn)工藝也會出現(xiàn)波動，如果設備模具和工藝溫度存在瑕疵，會給生產(chǎn)質(zhì)量帶來各種缺陷。
與普通PVC-U管道生產(chǎn)不同，氯化聚氯乙烯管道生產(chǎn)工藝配方要求會更高。特別樹脂本身氯含量高，加工中容易出現(xiàn)粘料糊料現(xiàn)象。因此，配方設計中需要考慮控制塑化的時間，物料粘度，摩擦熱，以及物料的金屬剝離性。由于樹脂氯含量本身較高，配方中穩(wěn)定劑的選擇非常重要，一般不會選擇復合型穩(wěn)定劑。比如：復合鉛鹽穩(wěn)定劑，復合鈣鋅穩(wěn)定劑，有機系穩(wěn)定劑等。一般選擇有機錫穩(wěn)定劑。由于氯化聚氯乙烯本身材料性能會發(fā)脆，配方中需要添加一定量的抗沖改性劑。在化工行業(yè)里面工藝管道基本都是露天安裝使用。因此，需要添加足量的抗老化劑和光穩(wěn)定劑等增加耐候性的輔助穩(wěn)定劑。
由于配方中前期潤滑、后期潤滑以及內(nèi)外潤滑劑的不匹配，會造成塑化質(zhì)量不好，制品物理力學性能達不到要求，產(chǎn)品外觀質(zhì)量不合格，內(nèi)部粗糙，或外壁粗糙無光澤。配方設計不合理會造成擠出生產(chǎn)擠出機電流大，擠出機扭矩偏高，擠出效率低，物料在模具停留時間長，粘模掛料風險增加，生產(chǎn)故障率增大。
4、加工工藝溫度對制品性能的影響
由于氯化聚氯乙烯管材混配料材料本身加工溫度比普通PVC-U要高出10℃到15℃。因此擠出機各區(qū)段合理的工藝溫度設置十分重要。塑化段的溫度設置的偏低物料塑化不合格，管材外觀質(zhì)量粗糙無光澤，制品落錘沖擊試驗不合格，水壓試驗不合格。溫度偏高，則塑化提前，物料早分解，擠出過程容易粘料，掛料生產(chǎn)出管材內(nèi)壁有氣穴，斷面有氣孔，制品物理力學性能不合格。
螺桿擠出段的溫度設置不宜過低也不宜過高，擠出段溫度過低塑化不均勻，制品性能不合格，外觀無光澤，溫度過高也會造成物料分解產(chǎn)生氣泡。
螺桿溫度開機時需要螺桿內(nèi)部溫度提升，幫助加熱軟化螺桿周圍的物料，防止料硬強制擠出損壞螺桿。當物料擠出正常后螺桿溫度需要設置低點兒，防止摩擦熱過高或摩擦熱失控，造成物料分解。
模具溫度的設置影響物料流動以及制品外觀光澤。一般模具一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)溫度需要保證物料的熱量平穩(wěn)，物料保持粘流態(tài)。模具前套溫度影響管材外表面平整度和光澤，會影響分流物料的合模效果，溫度過低管材內(nèi)壁拼縫線明顯，液壓實驗受影響。溫度過高會造成物料粘模或出現(xiàn)黃線。
口模溫度的設置影響管材外觀質(zhì)量，溫度過低管材擠出外表無光澤甚至粗糙，溫度過高會造成物料粘模或出現(xiàn)分解黃線，影響生產(chǎn)繼續(xù)進行。
5、冷卻水溫、定徑套內(nèi)徑、定徑真空壓力對制品幾何尺寸的影響
氯化聚氯乙烯管道工藝配方由于很少添加甚至不添加碳酸鈣等填充劑，物料的收縮率比較大。因此，在擠出生產(chǎn)中產(chǎn)品性能受冷卻水溫的影響較大。
冷卻水溫過低（水溫小于20℃）會造成管材收縮率變大，管材尺寸，特別是外徑達不到標準要求。冷卻水溫低于15℃就會影響到管材的低溫沖擊性能，使管道沖擊脆性突出，影響后期使用安全。一般要求冷卻水溫保持在30℃，而且逐步冷卻為好。否則易造成材料表面結(jié)晶加快內(nèi)應力釋放緩慢后期力學性能不穩(wěn)定。
冷卻水溫過高，會造成制品幾何尺寸，特別是外徑超標。影響管材與管件粘接施工。
定徑套內(nèi)徑尺寸匹配對制品幾何尺寸影響較大。定徑套內(nèi)徑較大會造成管材外徑偏大，影響管道安裝施工，甚至無法插入管件承口。定徑套內(nèi)徑較小會造成管材外徑偏小，造成管道安裝施工粘結(jié)質(zhì)量不好，易出現(xiàn)接頭滲漏，影響工程質(zhì)量。
擠出生產(chǎn)定型箱的真空壓力大小影響管材幾何尺寸。真空壓力偏大會造成管材外徑超標，影響管材施工安裝質(zhì)量，甚至會造成插口插不進承口。如果定型箱真空壓力偏低就會造成外徑偏小，管材橢圓，也會造成管道粘接質(zhì)量不好甚至無法粘接，影響施工質(zhì)量。
6、擠出操作與摩擦熱控制對制品性能的影響
氯化聚氯乙烯管材擠出生產(chǎn)過程中，操作規(guī)范是非常重要的環(huán)節(jié)，特別開機操作決定著后期生產(chǎn)能否持續(xù)和產(chǎn)品質(zhì)量能否保證的問題。在擠出開機操作中首先是準備工作。包括擠出機的檢查、模具的檢查、擠出機排氣系統(tǒng)檢查、螺桿油溫循環(huán)系統(tǒng)檢查、擠出機料筒擠出區(qū)域冷卻系統(tǒng)檢查、真空定型箱水泵真空泵的檢查、配套定徑套的選型再檢查等。每一個環(huán)節(jié)都不可省略。否則都會因為疏忽大意而造成開機失敗。
擠出機檢查主要檢查擠出機各區(qū)段加熱器是否正常工作，擠出機真空泵是否卡死、真空管路是否堵死、真空壓力表是否顯示正常。擠出機螺桿油溫循環(huán)系統(tǒng)是否能正常工作。料筒四區(qū)冷卻管路是否暢通。擠出機喂料系統(tǒng)是否正常工作。
模具檢查主要檢查模具工作面的電鍍層是否完好，有沒有鍍鉻層脫落現(xiàn)象。如果有此類現(xiàn)象該模具就不能用于生產(chǎn)，需要更換模具。檢查模具加熱圈是否完好，否則需更換加熱圈。特別芯模加熱圈和芯模冷卻銅管是否完好。
開機升溫需要分階段進行，保證每一階段的溫度達到要求、恒溫時間達到時間要求。切不可時間及溫度不到就硬擠出，損壞設備。在擠出過程中隨時依據(jù)擠出物料狀態(tài)、外觀和擠出機電流大小、扭矩大小來調(diào)整工藝溫度和擠出喂料速度。當擠出物料擠出模具后及時測量管坯厚度及外觀檢查。當其它都正常后隨時注意芯模溫度變化，當生產(chǎn)正常后芯模溫度持續(xù)升高，應及時通過開通芯模溫度控制氣冷閥門來控制芯模溫度?？刂颇Σ翢?，防止摩擦熱過高造成管內(nèi)壁分解發(fā)黃甚至粘模。
結(jié)束語
氯化聚氯乙烯管材擠出成型加工終會受到各種因素的影響。在生產(chǎn)各因素的控制方面，一定要做好準備和檢查工作，防止某一個因素的不符合造成生產(chǎn)無法持續(xù)進行，造成后期產(chǎn)品質(zhì)量不符合標準要求。
參考文獻
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