UPVC异型材及塑料门窗生产应用技术

1、UPVC异型材及塑料门窗生产应用技术12341、聚氯乙烯（UPVC）门窗用异型材原料有及配方51.1 对PVC门窗框材料的主要要求：1、具有足够的刚性、强度、良好的耐冲击性和耐寒性。2、较好的加工性、光稳定性。3、保证制品尺寸稳定，在较宽的气候条件下，保持长期的机械性能及色泽。4、广泛的适应性和安全性（耐燃烧性）。61.2 UPVC的加工性 纯PVC树脂性能较差，加工十分困难，PVC是热敏性树脂，光热稳定性差，成型加工工工艺范围窄，加工性能不好，抗冲击性能，尤其是低温抗冲击性能较差。71.3 为什么选择PVC树脂用于生产塑料门窗？1、配方成本，PVC产量第二高的通用型塑 料，价格较低。2、其它

2、树脂的劣势（价格、性能、可回收性、原料来源的方便性）。3、其物性指标和加工性能受各类添加剂、混炼技术和成型加工条件的影响较大，因而选配各类助剂，调整不同的配方和加工条件，即可获得各项指标优异的门窗异型材。81.4 PVC树脂制造门窗异型材基本材料，占配方中85%。制造型材选用悬浮法聚合PVC树脂，以满足成型加工工艺和制品性能的要求。平均分子量越大，即聚合度n值越大，材料机械性能越高，耐低温及耐热性能越好。但成型加工困难。综合平衡各项性能，制造PVC型材通常选用K值为65-68，平均聚合度为850-1000的SG-5型树脂。91.4.1 PVC树脂的合成PVC树脂是白色粉末，它是由氯乙烯单体（V

3、CM）经过聚合而制得的一种热塑性高分子聚合物，分子式为 （CH2-CHL）n 其中n表示平均聚合度，一般为500-2000氯乙烯单体的合成：乙炔法、乙烯法、氧氯化法等PVC树脂的合成：悬浮法、乳液法、本体法等方法。 树脂有紧密法和疏松法两种101.4.2 PVC树脂的结构、性能和用途1、结构：由氯乙烯单体（VCM）聚合而成，无定型大分子以头尾相连接起来。2、PVC树脂无毒、无臭，密度为0.94g/cm3。外观为白色粉末。3、PVC树脂在0-85度温度范围内属于玻璃态，85-175度属于高弹态，175-190度为熔融范围，无明显熔点，190-200度属于热塑性粘流态，200度以上分解。（不正常结

4、构的存在，高于100度，发生脱HCL，产生分解）。111.4.2 PVC树脂的结构、性能和用途4、PVC 含氯量高达56%，因而具有阻燃性和自熄性。5、PVC力学性能取决于聚合物分子量，分子量越大，则玻璃化温度越高，力学性能越好，耐寒性、耐热稳定性越好，但成型温度高，加工困难。6、PVC脱去HCL后，在主链上形成共轭双键，共轭双键是一种生色基团，要生成4-5个共轭双键就会变色，随着HCL的增加，颜色由浅变深，白色-黄色-玫瑰色-红色-棕色-黑色（碳化）。7、PVC的熔融温度接近分解温度，成型困难，用加入稳定剂的方法来防止其降解。121.5 塑料助剂塑料助剂是在塑料成型加工过程中，所需要添加的各

5、种辅助化学物质，因此也常称为添加剂，加入助剂的作用是改善塑料成型性能，提高制品的物理、化学性能和降低成本。131.5.1 抗冲击改性剂抗冲ACR（丙烯酸酯类）改善制品的耐冲击性、耐候性、耐寒性，加工性好，减少磨擦，加工范围宽，生产型材外观色白，光滑，细腻。为核-壳结构，但价格较高，钟渊公司 FM-22、FM-50和FM-55为代表产品。氯化聚乙烯（CPE）改善制品的低温耐冲击性，含氯量36%左右的效果最好，加工范围窄，为网络结构，加入量多，性价比差，效果较ACR差的多，但价格较低，国内目前主要应用CPE。141.5.2 加工助剂UPVC的难加工性： 表现在它的加工温度和分解温度比较接近，它的熔

6、体粘度大，流动性差，PVC在加工设备中停留时间较一般树脂长，易在设备和模具的死角结焦、分解；UPVC熔体热强度差，树脂间粘合力不高，容易产生熔体破裂，使制品外观变差，使用加工助剂可很好地克服UPVC加工中的各种缺陷。151.5.2 加工助剂什么是加工助剂？一类高分子聚合物，当以少量（1-5）份加到PVC配方中，能显著改善PVC的加工性能，且不致损害其他性能。其主要用于白色型材中。特征：丙烯酸酯类共聚物 丙烯酸酯类共聚物是应用于PVC加工中最广泛的一类加工助剂，因为它有其固有的特性1）与PVC有良好的相容性2） 有高分子量的柔性聚合物长链效果加速PVC的塑化，平衡扭矩有增大的倾向提高高温下的熔体

7、强度、弹性和伸长率提高型材的表面光泽度代表产品日本钟渊公司 PA-21和PA-40161.5.3 稳定剂塑料在贮存、使用及成型过程中，在各种外界因素（光、氧、射线）等作用下引起降解与交联，并使塑料性能变坏，以致于不能正常使用，为阻缓和控制这种破坏作用而加入的物质称为稳定剂，按所发挥的作用分为热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂热稳定剂：三盐、二盐 吸收产生的HCL光稳定剂：钛白粉（光屏蔽），二盐（光屏蔽、抗氧化）抗氧剂：双酚-A17稳定剂的稳定作用：捕捉PVC热分解产生的HCL，从而防止HCL的催化降解作用。铅盐类稳定剂主要按此机理作用，此外还有金属皂类，有机锡类等。取代PVC链上不稳定的原子，置换活泼

8、的烯丙基氯原子。金属皂类、有机锡类按此机理作用。与自由基反应，终止自由基的反应，有机锡类按此机理作用。与共轭双键加成作用，抑制共轭链的增长，有机锡类按作用机理。具有光稳定作用，能吸收、反射、屏蔽紫外光 。钛白粉18对稳定剂的一些要求：抗污染，主要是抗硫化物的污染，不致使产品日久变黄、发黑。应无色、无味、无臭、无毒、非迁移，价廉，和不影响PVC基本物理性能及流变性能等。在加工过程中抑制树脂发生交联，保持熔融粘度。19稳定剂的分类一、铅盐类稳定剂 是PVC最常用的热稳定剂，占70%。十分有效的稳定剂。 优点：热稳定性优良，具有长期热稳定性，电气绝缘性好，耐候性好，价格低。 缺点：分散性差，毒性大，

9、有初期着色性，不能加工透明制品，不能得到鲜艳颜色的制品，润滑性差，易产生硫污染。常用：三盐、二盐、复合铅盐20稳定剂的分类二、金属皂类稳定剂 用量仅次于铅盐类的第二大主稳定剂，热稳定性不如铅盐类，但兼有润滑性，一般不单独使用，常常是金属皂类之间或铅盐及有机锡等并用。（钙、锌稳定剂） 硬脂酸锌（ZnSt）无毒且透明，用量大时，易引起“锌烧”，制品变黑，常与Ba、Ca皂并用。 硬脂酸钙（CaSt）加工性好，热稳定能力低，无硫化污染，无毒，常与Zn皂并用。缺点：价格高21稳定剂的分类三、有机锡类稳定剂 热稳定剂中最有效的，在无毒和透明制品中应用最广泛的一类，其突出的优点为：热稳定性好，透明性好，大多

10、数无毒，缺点是价格高，无润滑性。 大部分为液体，少数是固体。 美式配方，有的有机锡稳定剂光稳定性较差，需要多添加钛白粉，以防止紫外线引起的降解。22稳定剂的分类四、稀土类稳定剂 我国开发的独特的稳定剂 优异的热稳定性能，与PVC树脂良好的相容性，起偶联作用，有利于异型材强度的提高，有增韧作用，无润滑性，应与润滑剂一起加入。 缺点：价格高，国内主要炒作概念，所谓的稀土稳定剂中检测含有大量铅。231.5.4 润滑剂为改进塑料熔体的流动性能，减少和避免对设备的粘附及摩擦作用，使制品表面光洁而加入塑料中的一类助剂，称为润滑剂。润滑剂可分为内润滑剂和外润滑剂。内润滑剂与聚合物有一定相容性，其作用是减少聚

11、合物分子间的内磨擦，对PVC粒子有较高的亲合力。分子中所带的极性官能团与PVC有较好的相容性，端部极易渗透到PVC粒子中，可降低粒子间磨擦，因而可促进塑化和物料输送，提高产量，但不影响塑化时间，添加量通常不受限制。HSt、CaSt。外润滑剂与聚合物相容性小，在成型过程中易从内部析出而粘附于设备接触的表面，形成一层润滑层，防止塑料熔体对设备的粘附。聚乙烯蜡、OPE、PbSt。润滑剂用量一般为1-2%，过多易析出，即起霜，影响外观和塑化。过少则起不到作用（有的润滑剂兼具内、外润滑性）。241.5.5 填料UPVC型材中一般都添加一定量填料碳酸钙，其作用主要是降低成本，增加熔体刚度，使熔融挤出物易于

12、定型。理想的碳酸钙填料应能改善制品的机械性能、冲击强度和刚度，降低配方成本，提高热熔体刚度，改善加工。251.5.6 颜料用于PVC型材中最重要的颜料是钛白粉，它是优良的紫外线及光稳定剂。金红石型钛白粉相对密度高，结晶结构最稳定，对易使PVC产生光降解波长的紫外线屏蔽效果最好，反之锐钛型钛白粉是不可用的，易使窗框变色。添加量4-5份。其它着色剂：群青、钛菁蓝、荧光增白剂。我们的产品：HCA和CIBA261.6 配方设计的原理1、制品的性能、结构、用途、使用的环境和期望的寿命。2、各类原材料的选择及用量，各组分间的组合与搭配、互相影响及协同效应。3、原料的来源和成本。4、成型加工用设备，成型加工

13、方法和成型工艺对配方的要求。各种原材料的毒性和环保的要求。271.7 UPVC门窗用型材配方设计应考虑以下几点良好的成型加工性具有足够的刚度、强度和耐冲击性耐热、耐寒、耐燃性离火自熄耐候性、耐久性及颜色牢固性制品的尺寸稳定性和表面光泽度281.8.1 PVC型材配方举例（1） PVC 100 CPE 8-10 CaCO3 8-10 复合稳定剂 3.5-4.5 TiO2 4-5 加工ACR 1-1.5 润滑剂 1-1.5 颜料 适量291.8.2 PVC型材配方举例（2） PVC 100 抗冲ACR 5-6 CaCO3 8-10 复合稳定剂 3.5-4.5 TiO2 4-5 加工ACR 1-1.

14、5 润滑剂 1-1.5 颜料 适量302、塑料型材加工工艺及条件312.1 塑料型材加工工艺流程配料混料上料塑化挤出定型冷却切割包装（粉碎）322.2 配料配料就是按配方称量各种原材料。以备混料环节使用。要求熟悉各种助剂的名称、品牌、代号、批次。熟悉其作用和用量。要求熟练掌握配料技术，做到准确投料，计量无误。现场工作环境整洁，无污染。332.3 混料（干混粉料的制备）挤出成型用UPVC干混粉料的制备，是将配方中的PVC树脂及其各类助剂、添加剂经正确计算和准备称量后，加入高速热混机内进行热混合，达到规定的时间和温度后，卸入混合机内冷却，得到有一定体积密度、均匀松散、易流动的粉状混合物，可供下道工

15、序直接挤出或造粒。342.3.1 混料的设备制备UPVC干混粉料的设备，目前多采用由高速转动的热混合机和低速转动的冷混机组成的冷、热混合机组。备有温度和时间控制装置。352.3.2 混 料目的和基本原理1、混料的目的：是使两种或两种以上的组分互相分散，以获得组成均匀的混合物，原料混合的均匀程度直接影响到型材的质量。2、混合的基本原理： （1）对流作用：机械搅拌，向其它物料占有空间移动。 （2）剪切作用：剪切力使物料达到均匀。 （3）扩散作用：浓度高的向浓度低的地方迁移。362.3.3 混 料 过 程1、混料的工艺条件 （1） 混合速度：先低速、再高速 （2） 混合温度：热混 110-120度出

16、料，温度过高，物料分解，温度过低，混合不均匀。热量来源摩擦热为主，外加热辅助。 冷混 低于45度出料，目的是加速降温，并防止混合好的物料在降温时凝结成块。372.3.3 混 料 过 程2、混料的工艺条件 （3）加料量：一般在热混锅容量的50%-70%之间，小于50%时，摩擦生热少，达到预定的时间长，大于70%时，混合效果差。 （4）加料顺序：原则上稳定剂先加，影响分散的后加，易吸收润滑剂的组分后加，易分解的后加。 A、PVC、CPE、ACR、稳定剂、内润滑一次加入 B、外润滑（60-80度）以免影响分散 C、填料、钛白粉（80-100度）以免吸收其它助剂，磨损设备但一般型材厂家做不到以上这几点

17、，（增加设备和人力）基本是一次投料。382.4 挤出成型加工UPVC异型材是通过挤出加工过程制得的。即：使PVC这类热塑性塑料，在一定温度、压力条件下熔融塑化，并不断向前推进，使其连续地经过一个型孔，成为特定断面形状制品。392.4.1 UPVC异型材挤出生产线UPVC异型材挤出生产线主要由下述设备组成：挤出机、模头、冷却定型装置、牵引装置、切割锯（附有吸尘装置）、翻转台并附有真空加料、计量加料及自动控制等装置。402.4.1.1 挤出装置双螺杆挤出机（绝大部分）特点：1、加料容易、挤出量高。2、物料分散、均化、塑炼效果好，排气性能好，适合粉料直接挤出。 3、容积性好，流率对口模压力变化不敏感

18、，挤出稳定性好，适合挤出大断面复杂的制品。 412.4.1.1 挤出装置双螺杆挤出机特点： 4、物料在挤出机内停留时间短（剪切热小）加工温度较低，便于控制，适合PVC类热敏性塑料加工。 5、自清洗效果好。 6、单位输入功率产量高，比功率消耗低。 7、缺点：一次性投资高，结构复杂、维修困难。422.4.1.1 挤出装置模头作用： 1、使物料由螺旋运动变为直线运动。 2、产生必要的成型压力，保证制品密实 3、使物料通过模头进一步塑化。 4、通过模头成型所需断面形状和尺寸的异型材432.4.1.2 冷却定型装置 该装置包括真空定型和水冷却两部分，190度左右的UPVC熔融型坯从模头出口后，立即进入冷

19、却定型模，模内抽真空，使型材外壁和定型模具表面贴紧，并用水通过定型模进行冷却定型，对真空吸附要求吸附力在而且均匀，定型套分型面要求密封性好，特别是筋与棱角处吸附要好，以保证型材外观和尺寸精度及表面质量。442.4.1.3 牵引装置异型材挤出型坯进入定型套后，由于真空吸附力和磨擦力作用，必须配置牵引力牵伸，才能保证正常的挤出，同时也保证型材壁厚、尺寸公差，性能及外观要求，使型材挤出速度和牵引速度相匹配，通常采用履带式牵引机，其夹紧面较宽，型材受力较均匀，牵引速度稳定。452.4.1.4 切割装置为使挤出异型材满足运输、储存和装配的要求，需将型材切割成一定长度，一般选用行走式圆锯，这种结构除了垂直

20、进锯运动外，还有横的行走进锯。462.4.1.5 翻转装置主要作用是支承制品，使制品定向，保证制品平直并将其堆积成垛。一般采用气动翻板式。47484950512.4.2 挤出工艺 挤出工艺参数 扭矩 喂料速度 背压 真空排气 螺杆转速 牵引速度 真空定型 温度52 2.4.2.1 扭矩扭矩是螺杆径向受力大小的标志，它表征螺杆在转动过程中需要克服阻力的大小，可衡量机械能转化为热能的程度。扭矩增大，物料吸收的剪切磨擦热大，有利于塑化，但太大或突然增大容易堵模。 扭矩小，对物料塑化不好。一般影响扭矩大小的因素有： 螺杆转速增大，扭矩增大 上料速度加快，扭矩大 物料温度低，扭矩大532.4.2.2 喂

21、料速度喂料速度与螺杆转速相匹配，螺杆转速增大，喂料速度也随之增大，扭矩增大，易堵模。喂料速度过小，供料不均匀，挤出量不够。不能正常成型。542.4.2.3 真空排气设于螺杆的压缩段与均化段之间，作用是排出原料中水蒸气和少部分分解产生的氯化氢气体。552.4.2.4 背压（熔体压力）背压为螺杆纵向受到后退力大小的标志，加工中背压越大，物料越密实。562.4.2.5 螺杆转速螺杆转速是控制挤出量大小、剪切塑化效果及力学性能的重要参数。转速过高，扭矩增大，剪切热大，塑化好，挤出速度高，产量大。冲击和拉伸等性能提高，但太高易产生堵料现象，冷却跟不上，剪切热过多而导致物料分解。572.4.2.6 牵引速

22、度作用： 1、保证熔体顺利地挤出口模 2、克服制品与定型模之间的阻力 3、调整型材的壁厚及外形尺寸在具体确定牵引速度时，需要考虑： 1、牵引速度与冷却相匹配 2、牵引速度与挤出速度相匹配582.4.2.7 真空定型其作用是使新挤出型坯紧贴在定型模具上。以利成型。真空度太小，制品不饱满，收缩痕大 真空度太大，牵引阻力大，易产生堵料592.4.3 温度 螺杆温度 料筒温度 连接体温度 机头温度 冷却温度602.4.3.1 螺杆温度 在螺杆芯部通油循环以控制温度，一般控制在90-125度之间。A、开机前循环油的作用是加热B、开机后和正常生产时，循环油的作用是冷却，目的是防止螺杆温度过高，物料与螺杆之

23、间磨擦力小，造成物料粘附螺杆，而其过热分解，剪切作用减少。612.4.3.2 料筒温度作用是为料筒内的物料塑化提供热能一般设置在160-180度之间对于不同设备，根据设备情况，具本考虑622.4.3.3 连接体温度连接体为物料离开螺杆塑化区，再进入机头分流梭的过渡段。一般设置在170度左右，太高易使物料分解，产生黄线。632.4.3.4 机头温度为熔体驶过连接体到口模的一段温度，其作用是赋予熔体良好的流动性，以保证物料顺利地流过狭小的口模，成型制品。一般控制在180-205度之间，机头温度过高，物料易分散，跑料。机头温度过低，塑化不好，熔体粘度大，机头阻力大。642.4.3.5 冷却温度冷却的作用是使物料从粘流态迅速平稳地过渡到玻璃态，成型为稳定的制品。冷却效果的好坏，对制品的影响很大，型材生产中易产生的毛病有一半以上与冷却效果有关，冷却效果不好，制品易产生弯曲、变形，收缩痕大等问题，冷却效果太好，在定型套中来不及定型就已冷却，难以定型。一般要求冷却水在18度以下。653、异型材性能评估和质量控制663.1 异型材的性能评估一、异型材的挤出质量 丙酮浸渍法：分析异型材塑化质量的优劣及挥发物的含量 将挤出的异型材试样浸渍于无水丙酮中，待完全浸透后观察其表面，如出现任何起毛、脱层、破裂现象，说明异型材挥发物含量高，塑