聚碳酸酯中空阳光板板材基本生产工艺流程
(2013-05-29 10:29:17)分类: PEEK等特种塑料 |
在运输和配料时一定要小心,在对其进行称重时也要非常小心。要将料装在干净、干燥容器中,以免它们受到污染。对所有容器、料仓、料斗、管道、阀门等要进行定期清洗和检查,特别是更换颜色时,要进行仔细清洗。所有设备其内表面必须平滑、光亮。这种设备的首选材料最好是不锈钢。
聚碳酸酯材料具有优异的电绝缘性能,因此在搬运和运输中,容易产生静电,应该及时消除。应将每批原料分开单独存放,以免彼此混杂而影响产品。
聚碳酸酯是一种能够吸收水分的树脂,它极易吸收空气中的湿气。在存放一定时间后,在有空气的情况下,聚碳酸酯会吸收一定的水分,从而达到平衡(视存放温度而定)。按重量计,水分的吸收量可达0.1%~0.35%。所吸收的水分不会影响聚碳酸酯的透明度,但会在挤出的板材上出现缺陷并影响物理机械性能。
水分的去除方法常用的有两种:颗粒预干燥,用除湿干燥机或者是烘干料斗;挤出排气,用排气式挤出机排除水分及低分子挥发物。
(2)加料挤出机料斗是一个安装在机筒进料口上给挤出器上料的小型存储器。它一般是用不锈钢材料制成的。其内部光滑,并经过抛光加工。颗粒料在挤出器料斗中应该平稳缓慢运动,这一点至关重要。若在料斗中加入了不同密度、不同几何形状或不同光滑度的物料,则较轻的复杂形状的物料会处于上层,经过一段时间后,可能形成一种分层现象。如果这种分层引起了挤出机的不规则进料,则在挤出板材时可能发生质量问题。如果所加的物料有可能形成分层现象,则应该使料斗中的料在保证正常生产条件下处于下限水平或着用人工搅拌,当然最好是使用带搅拌器的料斗。
因为挤出加工过程应该在绝对稳定的情况下运行:如果所挤出的物料的流速不稳定,无论你如何调整牵引速度,最终加工的产品其质量和厚度都不会稳定。
为避免在料斗中出现这种颗粒分层现象,最好采用多工位比率加料器,配合失重进料器。其中每种材料都是单独进给并受电脑控制。这样在料斗中的料始终处于最少的状况,就不会发生分层现象。建议至少配置三工位加料器:一个用于新的颗粒料,一个用于干净的回收料,一个用于色母料。
更合理的配置是再配置一个备用的加料器,用作颜色改变时可以快速切换。
(3)挤出过滤聚碳酸酯板材挤出时挤出机温度设定与产品的规格和要求的产量有关,也与挤出机的型号和制造商有关,表10-2是用挤出机OM 150生产10mm双层阳光板板材,产量要求350kg/h时推荐的温度值。
由于聚碳酸酯挤出时需要的温度比较高,接近300℃,所以一般都采用分阶段升温的办法,以减小突然升温引起机械部件损坏的可能性。通常是先把各段都设定在170℃开始升温,同时做好各种开车的准备工作,待温度升到170℃并经过1~1.5h的保温,各种准备工作也已经基本完成后,再按照工艺要求二次设定温度,二次升温。二次升温同样在达到温度后要进行1~1.5h的保温。
聚碳酸酯挤出的温度曲线与其他塑料材料正相反,加料段温度最高,以后呈递减趋势,因为加料段的短时高温(甚至可以高达320℃)不会损坏聚碳酸酯,而颗粒料经过高温区能够存储比较多的能量,将有利于树脂的塑化并提高产量。
共挤出的挤出机比较小,仅需很短的时间就能达到最后需要的温度,因此在整个开车准备阶段将把温度保持在170℃,然后在需要启动前几分钟,将温度升高到工艺要求值,对OM 35推荐值见表10-3。
在挤出过程中,熔融物料最后要经过一个缝隙尺寸小于1mm的模具。因此每个未塑化的固态粒子都可能卡在机头内部,从而使熔融聚碳酸酯的流动呈现非均衡状态。如果问题严重,就需要将模具拆下清理。同时在挤出物中经常有可能出现比较多的“黑点”,因此挤出聚碳酸酯板材使用过滤网是必须的。为了保证挤出生产的连续性,还需要采用液压自动换网装置。
用金属网对熔融物料进行过滤可以阻止未塑化的固态粒子以及尺寸只有几微米的“黑点”粒子进入模具,这些“黑点”粒子仅凭人的肉眼往往是看不见的。为保证较好的过滤效果,要采用“组合套件”过滤器,它由多层的叠加网组成。为避免网组件在边缘处断裂,出现停在模具内的金属线残段,通常用成卷的网。并有金属外围框架,以提高网边缘的强度。并且在过滤网切换时,金属网可能卷曲和发生折叠,金属外围框架可以使金属网保持平直。
在生产过程中压力增大,表示金属网正在发挥作用:异物被网阻住,物料被压缩。但是如果网前的压力太高,则网可能破损,这样就会失去了过滤能力。发生这种情况时,过滤器前压力会突然降低。在板材上会出现大量“黑点”、“冷疤”以及其他各种缺陷。
从液压换网器开始,熔融物料进入挤出机和模具之间的辅助裴置,如换网器、熔体泵、分配器等。这些辅助装置同样需要加热,其选用的温度将和物料熔融温度有直接关系。最好是将所有这些区域的温度控制在物料熔融温度,以避免热的熔融物料和冷壁之间产生“摩擦”而导致局部过热。
物料熔融温度要受各种因素影响,比如材料的黏度、挤出机螺杆设计、挤出机上设定的温度范围和生产线的生产能力,所以在开始生产时我们并不能准确地知道这个参数。
因此在所有区域设定同一个温度是最简便的办法,对于OM150,挤出能力为400kg/h,使用原料为Makrolon-KU-l-1243的挤出机来说,这个值大约是2800C,见表10-4。
在生产过程中,当所设定的物料熔融温度和实际物料熔融温度之间出现较大差异时,需要修正这个参数。
较好的齿轮泵,可以将挤出料流控制在公差小于1kg/h的范围内,从而生产出稳定且质量可靠的板材。熔体泵的唯一缺点是成本较高。并且其间熔融物温度会升高几摄氏度,为此,最好采用一个规格较大的泵,这样转动较慢,不会使聚合物产生过高热量。国外供应聚合物熔体泵的著名厂家有:ALFATECH、MAAG、LU-WA、MVV、OMP等。
在生产之前我们必须核定熔体泵参数,以确定熔体泵的转速。比如,一台直径为80mm的熔体泵当转速为1r/min时,每小时泵出12kg的聚碳酸酯。如果我们用80mm的熔体泵要想得到40kg/h的产量:溶体泵转速=400÷12=33.3r/min。如果这个转速是可以接受的,在开始生产时就以此来设定溶体泵的转速,然后根据情况适当调整。
挤出机和熔体泵是通过连接在熔体泵的进口处的压力传感器来控制的。如果熔体泵吸走的物料比挤出机提供的物料要多,压力设定值和实际压力之间的压力差值增量将使挤出机的转速增加,这样在熔体泵吸管处的物料量也将增加。如果熔体泵吸走的物料比挤出机提供的材料要少,实际的压力值大于设定值,将使挤出机的转速减少。为了维持正常运转,压力设定值必须足够高,以防止出现压力震荡,但也不能太高造成物料在泵前端的无用滞留时间太长,这会导致熔融物料过热。可以开始生产时将压力设定在3.5~4MPa.然后在挤出过程中检查熔体泵后面的压力是否稳定。当出现压力震荡时,可以增加或减少压力。
采用被称为熔融聚合物静态混合器的装置,可以使熔融物在很短的流程中就混合均匀,至少在静态混合器出口部分熔融物是均匀的,并且几乎与局部的温度以及螺杆转速无关。采用静态混合器,可以消除熔融物在流道壁上的黏附现象,因此颜色更换时问可以缩短。同时由于在模具的输入端产生等温流动,因此可以较低的压力挤出板材,有利于产品质量的提高。所以并不昂贵的静态混合器应用中却是非常有效的,国外有许多公司可以供应标准的静态混合器,如SULIER、I.C.I、ROSS等专业厂家。
(6)模具模具被安装在熔体泵出口,它接收由螺杆挤出并经由熔体泵稳压的熔融料流。模具的形状也就是将要挤出成形的板材形状,可以为实心板材,也可以为中空板材。复杂的、较重的模具需要有金属结构支撑。模具仅是机头的一部分,机头包括模具及其支撑、连接体、加热器、温控系统等。模具温度应该设定在物料的熔融温度范围内,并且中间设定温度比较低,向边缘区域逐渐升高。这样有利于提高模具边缘物料的流动速度,使沿模具横截面物料流速趋于一致。表10-5是OMIPA 2100模具温度设定的推荐值。
当模具达到设定温度后,要热紧固所有那些以前在冷状态下已经紧固的螺栓;一旦热紧固完成,以后就不需要再重复这项操作,除非模具又被拆散后重新组装过。也就是说,如果更换模具,需要热紧固的将只是分配器和模具之间的一个连接套。
热紧固必须使用力矩扳手,以控制紧固力矩的大小和一致性,这对热紧固操作非常重要。注意不要让未紧固的模具长时间地处于高温条件下,因为这样会产生冒料现象,一旦发生冒料,即使再紧固也不能消除冒料,此时严格讲模具已经报废或者至少需要大修。因此这件事情是非常重要的,必须书写在操作规程最注目的地方,并在工人培训中要特别强调。
这些缺陷也可能是由于真空泵气流不规则而引起的,对真空泵必须仔细进行调节,使气流在挤出过程中保持恒定,从而确保板材有完美的表面质量。真空度不能太高,因为在定型器进口侧,塑料仍是软的,过高的真空度会造成垫料坯难以引入定型器。在操作时还应该注意:熔融的树脂不应挤压定型器的金属表面。否则,熔融物可能被粘住,从而中断连续的生产过程,造成产品不合格。也即牵引速度的调整很重要,真空度不能太低。要能够确保空心板材的成型和表面光洁,冷却定型装置和模具是整个生产线最关键的产品成型部位,因此必须认真保持它们的清洁。
定型器的清理步骤如下:切断定型器的温控回路后,要等到冷却元件的温度低于80℃后才能开始清洗;断开定型器上的所有管路,用带液体清洗剂的10MPa、80℃的水冲洗每个真空回路的管道,当冷却元件的每个小孔中都流出了水流,才能够中止清洗,然后用清洁的压缩空气吹干管道,因为真空泵不能吸走剩余的水分;用干布擦去冷却元件表面上的油脂,如果需要的语,可以用无腐蚀性的肥皂水擦拭;清洗完毕后,调整定型板。
在生产刚开始时可能出现的主要产品缺陷如下。
①板材上出现折叠和波纹。这是由于过高的真空度或者是定型板温度过高引起的。可以降低真空度直到故障消失为止,并检查是否是由于挤出速度太快或是牵引速度太慢。
②垂直层出现气泡。这是由于流入模具的气流过量而引起的,因此必须减少进入模具的气流。如果减少了进入模具的气流而故障仍然存在,可以检查板材总厚度和模具位置。下定型板的位置必须低于模具下模唇边沿,下定型板略低于模具下模唇之间可起到补偿导致热板坯下垂的重力作用,但是过量的不对齐会导致板材上部分受到拉伸,到一定程度会使中空板的垂直肋被折起来。
③板材不均匀。模具的热稳定过程非常缓慢,在开始时由于中间隔板的作用,模具边上会有更多的物料。所以在开始时板材边上的重量要重一些,而板材中间会轻一些。在这个阶段最好不要急于调整,等到模具达到完全热稳定的状态后再对流量隔板进行必要调整。启动后大约需要30min模具才能达到完全热稳定的状态。
(8) 一次牵引
牵引机一般采用由多对辊(优先采用胶辊和主动型)组成的机械结构。所有牵引辊的外表面必须清洁干净,且不能用手触摸。若辊面很脏,则在牵引时,会在板材上留下“印迹”。从而损坏板材外表面。
牵引机装有安全紧急开关,并且装在很易被操作工看到且容易接触到的地方。
如果牵引机和冷却定型器之间存在应力,则可能在板材表面上生成波纹。这种情况必须避免,因为它可能在冷却定型器中引起一种交替的振动,在板材外表形成典型的密集条纹,而损坏板材的外表美观。为避免发生这种振动,可以调节冷却定型器中的真空度;减小牵引机和冷却定型器之间的距离;或在冷却定型器和牵引机之间安装一组支撑辊以改变振动的临畀频率。
太阳辐射的光谱由紫外线( UV)、可见光以及红外线组成。尤其是紫外线辐射,波长为300~400nm,能够穿透大气层照到地面,它的能量很高,因此对聚碳酸酯板材极为有害。对板材性能的主要影响有:降低透明度,提前变黄、变脆,失去表面光泽度。
另外,还对机械特性也产生负面影响。因此,需要对板材表面进行额外的紫外线保护。在早期的聚碳酸酯空心板材中,是用辊筒涂层工艺往板材表面上涂上一薄层防紫外线涂层。如今,大部分的空心板材均通过先进的共挤出工艺进行紫外线保护,而且目前世界上各大聚碳酸酯板材生产制造商均在采用这种技术。该工艺过程的特征是:用紫外线吸收剂和作为载体的高黏度聚碳酸酯制作专用母料与聚碳酸酯板材料共挤出,在聚碳酸酯空心板材表面覆盖一薄层含有紫外线吸收剂的面层。这样处理后的产品是:基质为均匀的聚碳酸酯,其外层是掺进了保护性的紫外线吸收剂的聚碳酸酯薄层。德国专利规定,外层应该包含至少2%的紫外线吸收剂。这种紫外线保护层不存在外部影响下会与基质分开的危险,丽涂层板材则存在这个问题。
复合层的厚度视板材的要求而定,即它必须确保聚碳酸酯板材的使用寿命,因此必须考虑板材将要被使用的地理环境条件。由于在全球不同地区太阳辐射能量有很大差异,因此一般气候条件越苛刻,紫外线层就应越厚,板材的成本也越高。
将共挤出板材在氙耐天候试验装置中放置15000h,这相当于在温带气候带使用10年板材吸收的能量,这样就可以检验复合层的厚度设计是否合理。这种在IS0
4892-2标准规定的条件下,用氙耐天候试验装置进行加速的自然侵蚀试验,由于氙光谱的紫外线分布很接近太阳光谱,因此这种试验结果非常有实用价值。在采用紫外线配料时,使用在温带气候板材复合层的厚度,在板材表面
(11)涂覆防雾滴阳光板层复合层另外一种形式是用在温室用中空板材上,温室内外的温差造成了温室内潮湿的空气在采光材料的内表面形成冷凝水,或称结雾。结雾有两个害处:①它会形成一个个半圆形的凸面镜反射掉阳光,从而使温室内的透光率降低,这种现象在冬日的早晨和上午尤为明显。其后果是严重的,因为白天温室停止供暖,而阳光被结雾阻挡住不能大量进入温室,温室内温度不能很快上升,这对植物的生长影响很大。②它会滴落在植物上,造成花瓣和叶片的灼烧,还能带来由于潮湿引起的植物疾病和藻类霉菌。无论温室用的是何种覆盖材料(玻璃、薄膜、玻璃钢、PVC板、普通PC中空板等),都能够看到温室内部冷凝水滴藩的情景,严重时整个温室内如同下起了小雨,落在了花上、菜上和人身匕。防结雾阳光板在朝室内方向上有一层特殊处理的防结雾涂层,此涂层使阳光板内表面和冷凝水的表面张力大于空气/水的表面张力值,这就保证了冷凝水完全的扩散而沿板材流下。
美国SPS公司生产的DynaGlas Plus防结雾波浪板是目前世界上具有防结雾性能的产品之一,它不仅使用了防结雾涂层,还在板材结构设计上充分考虑了温室使用的要求,并已经过多年的实际应用考验。潮湿的空气在板的内表面不会形成水珠,而是呈水幕状沿板壁滑下,不阻挡阳光的射人。这样就能给温室内增加30%的可见光和45%的红外线能量传递,同时消除了由于潮湿引起的疾病。更由于DynaGlas Plus能阻挡100%的紫外线,从而使植物不被灼烧。
1700以200L的桶装供应,使用时用水稀释。模克隆⑧改性剂一防雾滴剂DPI-1700室温储存期至少有6个月,发生云状物析出应过滤后再用。
(18)包装在板材生产出来之后直至在发货之前,必须由质量管理人员对板材进行检查。只有得到他们的完全认可后,才可将板材包装件最后包装起来,运输到最终的目的地。
由于产品的价格较高,包装材料应该比较好,这种包装件第一层是波浪形硬纸板(瓦楞纸板),第二层是白色的低密度聚乙烯(LDPE)薄膜,薄膜厚度应不小于300)um。薄膜必须完全覆盖整个板材包装件,不仅在其顶部,而且所有侧面都应该覆盖。并用若干条板将薄膜固定在木质货架的四周。在确认包装件正确无误后,可将货物发送给客户。板材不能长时间存放在强烈阳光下,也不能被雨水浸泡,不能把包装打开。