木塑复合材料WPC挤出技术问题浅析Word文档格式.docx

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1.混料和喂料

原料的生产工艺：

木纤维是吸水性较强的材料一般含水量在15%左右甚至更高，无机填料也达到5%左右，而水含量的高低是影响塑料特别是木塑生产稳定性和制品质量的天敌，如影响发泡倍率，制品的吸水率，制品的变形，制品的耐候性和其他物理性能。

所以水分最好控制在1%以内。

控制好合理水分的纤维和填料-----加入高混机里-----混到100度-----加入适量的偶联剂----混到110-115度----关掉变频器打开混合机大盖2-3分钟-----加入PVC,稳定剂及其他加工助剂------100度加入润滑剂发泡剂------120-125卸粉-----粉卸完后再混下一手料（最好混五手料清理一次混合机）-----粉在泠拌桶冷却到40度就可造粒或加入双螺杆生产（泠拌桶务必有循环泠却水）。

在混料是必须注意观察温度和时间如一般泠锅混第一手料在20-25分钟左右，热锅在12-15分钟左右（温度设定125度左右），如果时间有相差3分钟或更长那可能是感温线有问题或温控不准，或混合机牛角刀磨损严重。

这样会影响发泡倍率的稳定，颜色。

造粒时常要注意各温控温度是否准确，风机是否正常运转，电流的大小，粒子的粒径，表面，长度是否粘料，下料是否稳定，千万不能断料的情况发生。

混料工艺通过影响不同组分之间的接触与反应影响各组分的分散,进而影响材料性能。

混料时,应该选择合适的加料顺序、加料温度、加料时间。

由于木粉粉料蓬松,加料过程中容易出现“架桥”和“抱杆”现象。

加料不稳定会使挤出波动,造成挤出质量降低,因此必须对加料方式和加料量作严格的控制,一般采用强制加料装置或饥饿喂料,以保证挤出的稳定。

PVC/木粉复合材料挤出发泡成型一般分两步法和一步法两种工艺路线:

两步法即先造粒后成型;

一步法即省去造粒工序,采用表面改性后的木粉与PVC粉经高速混合后直接加料挤出。

研究表明:

母粒法（两步法）有利于提高PVC/木塑的力学性能。

2.成型温度

挤出工艺：

主要注意以下几方面

a,挤出机各段温度的设定，关键是压缩段，计量段，模具。

各温控的准确性如温控不准影响到发泡倍率和颜色。

发泡主要是压缩段和计量段温度的设定，成型主要是模具温度。

b,各段风机的正常运转。

c，主机电流的大小和稳定性。

如主机电流波动较大说明滑剂.加工助剂.纤维与PVC各组分之间分散不是很均匀或者是混料冷却时温度过高。

d,主机速度务必保持一样，因速度的快慢会影响到发泡倍率及颜色。

设定挤出成型温度应考虑到物料在挤出机机筒内的物理作用和化学反应。

加料段温度既要保证物料能够快速熔融,阻止分解气体的逃逸,又要防止发泡剂提前分解;

压缩段和计量段温度设定则需要考虑到化学发泡剂分解温度和分解速率,木粉烧焦和PVC分解等因素;

机头温度应使熔体保持良好流动性的同时,具有足够的熔体黏度,以维持机头内的熔体处于高压下,使之在机头内不发泡。

我认为在充分塑化的条件下,应采用低温挤出。

螺杆和成型模具等设备也应具有低温挤出特性,以保证泡孔有良好的形态和较小的直径。

加料段温度应控制在160℃以下,压缩段和均化段在160~175℃之间,机头和口模设在170℃以下。

3.螺杆转速

螺杆转速对挤出发泡的影响主要体现在以下几个方面:

一是影响挤出压力,转速越高,挤出机内压力越大,从而越有利于成核,成核的泡孔数目也越多,发泡率也就越高。

但压力过高时成核的泡孔生长受到抑制,影响泡孔的充分生长;

二是螺杆转速越高,剪切作用越强,剪切作用过强时容易使泡孔合并或破裂,影响发泡体质量和低密度泡沫塑料的形成;

三是螺杆转速过高或过低,使停留时间过短或过长,容易发生提前发泡或发泡剂分解不充分等现象,不利于形成均匀细密的泡孔结构。

因此在其它影响因素不变的情况下,螺杆转速存在一个最佳值,一般在12~18r/min之间。

4.挤出压力

挤出压力不足会造成制品表面粗糙、强度低,而较高的挤出压力不仅能控制机头内的含气熔体不提前发泡,而且使机头口模内外压差大,从而使压降速率高,有利于气泡成核,成核的气泡数量增多,发泡率也随之增大,有利于得到均匀细密的泡孔结构。

但挤出压力过高对泡孔的生长不利。

要得到适宜的机头压力,可以通过调节螺杆转速、机头温度及口模形状来实现。

5.成型设备

单螺杆挤出机主要靠摩擦输送物料,混炼效果差,木粉在机筒中停留时间长,易烧焦,因此,在PVC/木塑复合材料挤出中受到较大的限制。

为了提高PVC/木塑的混合效果,用于PVC/木塑加工的单螺杆应该设混炼区,或者先造粒,然后用粒料挤出成型,但这个过程消耗了助剂,降低了PVC性能。

PVC发泡工艺控制关键点

塑料发泡成型分为三个过程：

气泡核的形成、气泡核的膨胀和泡体的固化。

对于添加化学发泡剂的PVC发泡片材来说，气泡核的膨胀对发泡片材的质量起决定性影响。

PVC属于直链分子，分子链较短，熔体强度低，在气泡核膨胀成气泡过程中，熔体不足以包覆住气泡，气体易溢出合并成大泡，降低发泡片材的产品质量。

提高PVC发泡片材质量的关键因素是提高PVC的熔体强度。

从高分子材料加工特性分析，提高PVC熔体强度的方法有多种，但最有效的方式是添加提高熔体强度的助剂和降低加工温度。

PVC属于非晶材料，随熔体温度的提高熔体强度降低，反之随熔体温度降低熔体强度提高，但降温的作用有限仅起到辅助作用。

ACR类加工剂都有提高熔体强度的作用，其中发泡调节剂最有效果。

熔体强度随发泡调节剂含量增加而提高。

一般而言，只要螺杆有足够的分散混合能力，添加高黏度的发泡调节剂对提高熔体强度效果更明显。

甲基丙烯酸甲酯树脂分子式C5H8O2；

CH2C（CH3）COOCH

挤出过程常见问题

在PVC发泡片材挤出过程中，碰到的问题基本可以归为4类，一是稳定性问题；

二是熔体强度问题；

三是润滑问题；

四是分散问题。

这四类问题特别是前三类问题会相互制约，交叉影响，从表面现象看有时很难立刻分清楚，要说方观察分析，找到问题根源才能根本解决。

稳定性不足，会影响整个板面，板面发黄，发泡片材脆性大。

熔体强度不足会导致发泡片泡孔大，纵切面泡很长。

判断熔体强度是否不足，最直接的办法是用手指按压口模出料，熔体强度好按压时能感觉到弹性。

若按压后很难弹起，说明熔体强度较差。

因为螺杆结构和冷却方式差别较大，很难判断温度是否合理，一般来说，在挤出机允许的负荷内，3—5区温度以低为好。

润滑剂分为外润滑剂和内润滑剂，外滑有利于脱模，对板材表面的光洁性有好处，外滑太少，挤出机4或5区温度不易控制，易升温，这会导致合流芯温度高，板材中间出大泡、串泡、发黄等问题，板材表面也不光滑；

外滑多，析出会变得严重，表现在模具内的结构和板材表面外滑的析出，也会表现为某些个别现象在板面上不定期的来回移动。

内滑有利于塑化和熔体的流动性，内滑不足板面难以控制厚度，表现为板材中间厚两边薄；

内滑多，易出现合流芯温度高的现象。

分散不好会带来板材表面不光滑的现象。

工艺温度控制问题：

上面提到的四个问题属于根本性问题，是基础，是深层次问题。

相对于上面四个问题，工艺温度控制则要直观得多，是表面问题，但温度控制不好，会诱发根本问题的出现。

提高加工工艺温度，材料稳定时间会降低，出现稳定性问题；

原有的润滑平衡会被打破，一般表现为外润滑不足，特别是后期外润滑，需提高外润滑添加量；

温度提高也会导致熔体强度降低，发泡片材泡孔增大，泡孔数量减少，片材发脆易断裂；

温度提高降低了熔体强度也会降低熔体粘度，粘度降低剪切分散能力降低，对分散能力不强的螺杆而言，有时会出现分散不均匀。

木塑复合材料质量隐患及其解决方案

1.木塑复合材料的含水量过高，由于木塑材料具有16%~21%的的孔隙度，因而易折易污染。

解决方案是在生产加工过程中严格控制温度和加工速度，减少含水量。

2.因为抗氧化剂用量不够，导致木塑板材容易被氧化，表面过脆、容易脱落。

解决方案为添加适量的抗氧化剂

3.生产加工过后的塑木材料出现褶皱，多出现于材料在快速冷却过程中。

解决方案是给木塑材料成品以充分的冷却、收缩、放置的时间，并且尽量不要为了提高产能而进行高速生产。

4.产品褪色，此现象是由于颜料不足或者打磨过渡造成的。

解决方案是减少打磨度或添加无机颜料及耐老化剂等。

5.木塑产品表面过于光滑。

解决方案是通过在材料表面印刷纹理、改变塑料含量来增加牵引力，并且使用质量较好的专门涂料来解决此类问题。

机头压力对木塑复合材料加工成型性能的影响

挤出机温度高，机头压力小，使挤出的型材不密实，因此导致制品性能的缺陷，破坏稻壳粉或木粉作为填充剂的优良性质，并且严重影响外观形象。

当机头压力较低时，制品表面出现条纹，并产生分段现象，挤出不成型，经常出现物料不成型而造成的物料堆积现象，得不到连续得外观质量好的制品，影响生产的连续性。

只要在压力许可的范围内，压力越高挤出制品越密实，挤出质量就越好。

对排气挤出机而言，机头压力与第二计量段的充满长度有关。

该段充满程度取决于供料量，当充满长度超过排气口时，挤出机的螺杆扭矩上升并且从排气口冒料，影响挤出的稳定，则挤出制品出现“波纹状”，即不稳定的压力使物料不能均匀地流过机头流道，这种时快时慢的熔体流动造成了挤出成型制品中存在着一段一段的裂纹，严重影响了制品的机械物理性能。

转速对木塑复合材料加工成型性能的影响

当机头温度下降时，机头压力升高，这时挤出物成型性较好，制品表面较光滑。

但机头压力很大时，机头挤出的物料得到很好的冷却，制品较硬，后面还没冷却的物料较软，顶不动前面的硬制品，导致物料大部分在排气口溢出，使机头处供料不均匀，挤出不稳定，制品表面出现分段的条纹，影响外观质量。

提高螺杆的转速,可增加挤出产量,降低生产成本与提高生产效率,是工业化生产的需要。

但是随着转数增加,物料在口模中逐渐向滑流过渡,如果滑流不顺利和受阻,就会出现制品质量问题。

继续增加螺杆转速,产量有一个突变的过程。

但此时物料由于受热历程的缩短和在口模中融合效果变差,挤出的片材就会有内部应力,出口模后造成了制品表面粗糙甚至破裂。

用较高的转速时，使物料来不及冷却好就被顶出来，这样就使制品的冷却不均匀，造成制品表面出现波纹，影响制品外观和挤出成型的质量，严重时造成制品不成型，使生产间断，严重影响了生产的连续性。

当转数很低时，物料以层流向前推进，物料可以得到充分冷却定型，挤出物出口模后制品表面光滑，外观质量较好，制品均匀，只是产量很低。

温度对木塑复合材料加工成型性能的影响

木塑复合材料在挤出加工过程中主要受机筒温度和机头温度的影响。

机筒温度主要对复合材料的混炼塑化效果具有决定性的影响。

机头温度则对挤出成型有重要的影响。

随着机筒温度的升高,复合体系的熔体表观粘度下降。

对于材料的挤出加工，升高温度有助于流动性增加，第1组实验将挤出机的温度设置的较高，但是温度升高导致木质纤维烧焦,造成粘度过低而不能产生足够的机头压力，挤出机的温度高使物料粘度下降，不利于冷却定型，易使制品表面出现熔接痕使制品表面粗糙,强度差,影响挤出质量,且挤出物在横截面上受热历程不均,出口模后由于熔体的弹性恢复作用而出现波浪形,影响制品的外观质量。

经常出现物料不成型的现象，造成生产不连续。

因此，在满足物料塑化质量的基础上，应尽量降低挤出机温度。

机头口模到冷却定型的机头过渡段的温度控制对挤出制品质量的影响十分显著。

如果此段温度过低，木塑复合材料的粘度增大，流动困难，流道壁面处的料流就会过早冷却固化，使物料不能充满机头流道，难以挤出成型；

若将此段的温度升高，则挤出制品表面质量有很大改善。

物料通过过渡段进入定型段流道流动时呈熔融状态，为使分子得到充分定型，机头的温度应该分段控制，即温度逐渐降低。

可见，对于木塑复合材料的挤出成型而言,机头温度是非常关键的，它直接影响着挤出成型的质量。

挤出工艺与挤出机的对应关系

挤出机剪切性能高低由挤出机的螺杆结构所决定。

但挤出质量优劣与挤出效率高低，还在于挤出工艺与挤出机剪切性能相适应。

否则低剪切挤出机采用过高挤出速度挤出，难以生产挤出高质量型材制品，高剪切挤出机在过低挤出速度下运行，难以有效发挥挤出效率。

不同剪切性能挤出机都有一定的工艺控制范围，是有限度的。

业内倡导的挤出工艺路线为“马鞍型”即加热区设定温度要高一些，恒温区设定温度要低一些，保温区设定温度要高一些。

但不同剪切性能挤出机在不同挤出速度下运行，“马鞍型”的“鞍”与“座”高低是完全不同的。

在塑料异型材挤出时，要最大限度发挥不同剪切性能挤出机的挤出效率，建立螺杆加热区（供料段、压缩段）与恒温区（熔融段、计量段）所需热量与所供热量的平衡是关键所在。

依据挤出机剪切性能特点，不同剪切性能挤出机，挤出不同规格塑料异型材，应分别采取不同的挤出工艺，以适应制品质量性能的需求。

塑料异型材挤出，物料由玻璃态转化为熔融态共计有两种热源，一种是由电加热器提供的外加热，一种是由螺杆在旋转过程中对物料压延、摩擦、剪切产生的热量。

在开机生产时，物料的熔融主要以外加热为主，在正常生产阶段，物料的熔融主要以螺杆对物料压延、摩擦、剪切产生的内热为主。

具有关资料表明：

在型材挤出中，内热所占挤出机所供热量的比例，设定温度参数；

对于低剪切挤出机，由于给料段、压缩段压缩比较小，；

排气孔冒料是低剪切挤出机塑化不良的表征；

挤出机螺杆与螺筒间隙；

如发现物料在排气孔“过塑化；

对于高剪切挤出机，由于给料段、压缩段压缩比较高，大致在65％以上。

外加热温度控制系统主要是通过电器仪表元件实施温度设定与显示。

当显示温度超过设定温度指标参数时，加热圈即刻断电，停止加温，并由螺杆油冷装置与螺筒风冷装置进行强制冷却；

当显示温度达不到设定温度指标参数时，加热圈就一直不间断工作。

由于内热主要受挤出机螺杆特性、加料与挤出速度的制约，不受外加热温度控制系统的影响。

当低剪切挤出机挤出速度过高时，即使供料段与压缩段外加热圈工作频率提高，间歇时间很短，其显示温度亦可能达不到设定温度；

即使熔融段与计量段外加热停止工作并启动螺杆与螺筒冷却装置运行，显示温度仍可能远远高于设定温度。

同时由于反映显示温度的测温点（热电偶）安装在挤出机螺筒壁上，与螺筒内物料有一定距离，仪表显示温度与物料实际温度在不同工况下则有一定梯度，存在不同对应关系。

一般情况下加料段与压缩段物料即存在外加热，又存在剪切热，为双向加热，显示温度基本等同于物料温度；

熔融段与计量段物料显示温度未达到设定温度时，亦为双向加热。

当显示温度超越设定温度时，热量开始由内向外传递，可称之为逆向传热，显示温度低于物料温度。

由此可知低剪切挤出机挤出速度较高时，螺杆熔融段、计量段物料实际温度不仅高于设定温度，也高于显示温度。

因此当显示温度在设定温度区域运行时，设定温度参数基本等同于物料温度，是物料塑化熔融的控制目标与依据。

当显示温度偏离设定温度区域运行时，显示温度可假定为物料温度，即取代设定温度成为物料塑化熔融的控制目标与依据。

设定温度只是增加或减少外供热的调控手段。

对于低剪切挤出机，由于给料段、压缩段压缩比较小，所提供的内热远远满足不了玻璃态物料塑化要求，故给料段、压缩段温度设定应高一些，因配方不同，大致在190～200℃左右，尽管在提高挤出速度情况下，显示温度依然偏低，但提高设定温度的目的，是为了供料段、压缩段电加热圈，一直不间断工作，只要显示温度在180～185区间，物料紧包裹于螺杆，处于微熔状态，不出现排气孔冒料现象，可视为正常；

熔融段、计量段设定温度应低一些，因配方不同，大致在165～175℃左右，尽管在提高挤出速度情况下，显示温度依然偏高，但降低设定温度的目的，是为了熔融段、计量段电加热圈适时停止加热，并启动螺杆油冷与螺筒风冷对物料进行冷却，只要显示温度在180～185℃区间，挤出型坯截面未出现气孔、麻点等症状，可视为挤出速度正常。

反之即使给料段、压缩段温度设定的再高，加热圈不间断工作，排气孔物料疏松，呈豆腐渣状，未包裹住螺杆，从螺筒排气孔出现冒料现象；

熔融段、计量段设定温度再低，电加热圈已停止工作，螺杆油冷与螺筒风冷一直对物料进行冷却，挤出型坯已出现气孔、麻点等症状，可视为挤出速度已到极限，应及时降低挤出速度或加料与挤出速度。

排气孔冒料是低剪切挤出机塑化不良的表征。

但并非排气孔冒料都是低剪切挤出机所造成的。

导致排气孔冒料主要有以下原因：

①加料速度过快，所增加的剪切热不足于平衡所增加的给料量需要的热量，导致的塑料塑化不良；

②挤出速度过快，所增加的剪切热不足于平衡物料在给料段与压缩段停留时间减少而损失的热量，导致的塑料塑化不良；

③配方采用CPE抗冲改性剂时，加工助剂添加量偏少，物料摩擦性能差，到排气孔时塑化不良；

④配方中润滑剂过量，物料在挤出机内移动挤出速度过快，到排气孔时塑化不良；

⑤挤出机螺杆与螺筒轴向间隙过大，漏流严重或螺杆给料段、压缩段温度过高，导致物料“过塑化”，已转化为熔体的物料经历了压缩段第一次压力高峰后，到排气孔时应力释放，体积膨胀，粘附在螺棱端面，随螺杆转动被排气段螺筒刮落在排气孔管壁上，积累到一定程度从排气孔溢出。

前两种排气孔冒料均和挤出机剪切性能差有关，第三种与第四种排气孔冒料主要与配方有关，第五种排气孔冒料主要与挤出机磨损及剪切性能高有关。

在判断排气孔冒料原因时，应综合考虑，不可盲目而定。

如属于试验配方发生的排气孔冒料应调整配方；

如属于挤出机磨损，应调整

如发现物料在排气孔“过塑化”应调整加料挤出速度比；

前三种排气孔冒一般表现为扭距升高，后两种排气孔冒一般表现为扭矩降低。

对于高剪切挤出机，由于给料段、压缩段压缩比较高，所提供的内热已能满足玻璃态物料熔融的需要，故一般情况下，给料段、压缩段设定温度比低剪切挤出机设定温度要低一些。

依据物料在螺筒排气孔的具体形态而定。

不但要注意排气孔是否冒料，而且要注意排气孔物料是否“过塑化”；

同样道理，由于熔融段、计量段压缩比较低，剪切热少，故一般情况下熔融段、计量段设定温度比低剪切挤出机设定温度要高一些。

亦按型料，而且要注意排气孔物料是否“过塑化”；

亦按型坯在口模出口的形态而定。

不但要注意型坯截面是否出现气孔，还要注意型坯是否“欠塑塑化”。

高剪切挤出机比低剪切挤出机设定温度曲线相对比较平缓。

高剪切挤出机挤出最常见的问题不是排气孔冒料，而是由给料段与压缩段剪切热过高，导致物料在排气孔出现挂料“粘壁”症状。

开机一段时间，型坯出现黄线，难以正常生产。

因此应尽降低该两段设定温度，减少外供热量或调整配方，适量增加润滑剂或减少加工助剂。

如果效果不显著或配方润滑剂与加工助剂的变化导致型材质量变化，以及同时采用不同剪切性能挤出机生产，同一的混料、储料、输料系统，不可能为高剪切挤出机单另配料，只有降低挤出速度，在较低挤出效率区间运行。

由此也可以提醒企业在增加或更新挤出机时，最好购置挤出机螺杆结构与性能一致或相近的机型。

在挤出过程中，物料由玻璃态转化为熔融态的过程，除搞好物料塑化所需热量与所供热量的平衡，使物料完成理想的塑化外，熔压也是一个十分重要的控制指标。

由于物料在挤出过程中受口模阻力、螺杆各段压缩比的影响，本身不是以常压存在的。

不同口模，螺杆各段压缩比基本是恒定的，不可变的。

螺杆各段压缩比也只是对各段螺杆物料压力进行分配与调整，不可能增加或减少熔体在挤出过程中的总压力。

总压力调整主要依靠挤出速度、给料与W挤出速度比等工艺方法进行。

调整挤出速度、给料与挤出速度比不仅是调整挤出温度的重要措施，也是调整调整熔体压力与挤出效率的主要措施。

在挤出速度不变前提下，提高或降低给料速度，给料段螺杆物料容积发生变化，排气段物料容积保持不变，故给料段、压缩段随压缩比变化，其熔压随之提高或降低；

在给料速度不变前提下，提高或降低挤出速度，给料段螺杆物料容积亦发生变化。

排气段物料容积依然不变，故给料段、压缩段随压缩比变化，其熔压随之提高或降低；

给料速度随挤出速度同步提高或降低，由于给料段螺杆物料容积不变，仅是因速度增加或减少，导致的熔压变化。

由此可知：

前两种情况，随熔体容积变化，熔体压力同步变化，变化较大；

后一种情况因熔体容积不变，熔体压力变化较小。

因此低剪切挤出机或高剪切挤出机在温度调整时，都要注意物料熔压变化情况，挤出型坯应在保证既不“欠塑化”又不“过塑化”前提下，尽量提高熔压，从而确保型材具有较好光洁度、密实度、尺寸变化率与冲击性能。

不论高剪切挤出机还是低剪切挤出机运行一段时间，螺杆与螺筒轴向间隙磨损增加后，出现漏流现象，当仍在允许范围内，都存在一个工艺与配方调整问题。

一般在不影响制品物化性能与外观质量的前提下，可以通过适当降低挤出速度、设定温度或适当减少润滑剂，增加填料，以减少熔体流动性的方法进行处理。

当然停机调整螺杆与螺筒轴向间隙，进行抛光处理，保持物料原有流变状态，无疑是最有效的解决措施。

关于机头与过渡段、口模温度控制情况，由于低剪切挤出机与高剪切挤出机剪切性能的差别主要在螺杆结构，与机头、过渡段、口模等关系不大。

同时机头、过渡段、口模设定温度仅仅是为熔体物料改变流动方向、调整物料截面物料流速和提高制品外观光洁度服务的。

故两种不同剪切性能挤出机在温度控制上，没有大的区别。

主要依据出口型坯的形态与外观色泽进行调整。

采用高剪切或低剪切挤出机时应与挤出型材规格相配套。

高剪切挤出机剪切产生热量多、挤出量大，如果挤出型材规格过小，受口模与定型模线速度的制约，牵引速度又不能过高，使挤出效率得不到有效发挥，也不能有效利用挤出机自身机械能所转化的热能，达到节能的目的；

低剪切挤出机剪切产生热量少，挤出量小，如果挤出型材规格过大，挤出速度提高时，制品质量难以保证。

因此在挤出机配置模具时，高剪切挤出机应配置大规格型材模具，低剪切挤出机应配置小规格型材模具。

以确保在相近的工艺条件下，挤出所供热量与所需热量的平衡。

不论采用