硬质PVC发泡装饰板材生产工艺配方参数

PVC技术及人才交流2022-08-21 09:25:07

硬质PVC发泡板材在现代家装中占有着重要的作用,那么优质的硬质PVC板材是怎样生产出来的呢?为您整理硬质PVC发泡装饰板材生产工艺配方参数,仅供参考,视具体生产工艺做具体调整。


一、什么是硬质PVC发泡板起源?

       这个时间应该说历史不长,在上世纪70年代研发的,真正产业化也是上世纪90年代。这个材料一出来,人们就称它为“未来的木材”,其化学成分是聚氯乙烯。由于硬质PVC低发泡制品的应用非常广泛,它几乎能替代所有用木材制作的产品。具有了与木材竞争的能力。

       硬质发泡的技术近几年发展也比较迅速,美国在发展硬质PVC发泡技术方面非常突出,投入大,产出高,开发出了很多新产品,使硬质PVC发泡制品在建筑装饰材料领域,家具用材料方面都实现了产业化。

       硬质PVC发泡制品的加工技术进步很快,无论是设备、模具还是配方工艺均有了发泡的要求。

       在PVC发泡制品中添加了木粉或者其他填充料,通过添加不同的填充料,赋予硬质PVC发泡制品不同的特性。提高该产品在替代各种建筑材料,装饰材料的应用范围。同时硬质PVC发泡制品表面装饰性好。

      硬质PVC低发泡材料与木质材料相比具有防潮、防腐、防虫、阻燃、可无需油漆、无毒无味等特点,还会防白蚁。该类产品不但可以节约木材,还可以有效改善人们的居住环境,是最佳的室内外建筑材料。 PVC低发泡材料能工地取代木材之外,而且也可以取代其他的建筑材料。首先它减少了原料用量,进而降低了产品的成本;降低了热导率,提高了保温性,隔热性;减少了热膨胀性。

 现在的PVC发泡形成规模的产品主要有硬质PVC自由发泡和结皮发泡实心板、中空各自板,硬质PVC发泡装饰型材、管材、硬质PVC发泡塑木制品等。在建筑、包装、家具工业等领域内,应用越来越广泛。

二、PVC发泡板

       PVC发泡板又称为雪弗板或安迪板,按制作工艺、外观和性能可分为PVC结皮发泡板和自由发泡板。

       PVC结皮发泡板采用塞卢卡工艺生产,表面结一层硬皮,光滑平整、硬度高、力学性能好,并且产品精度高、厚度误差小,对模具、配方、工艺、原材料要求严格。

        PVC自由发泡板,表面疏松,没有结皮,呈现细密凹凸状麻面,有利于印刷、喷涂、贴面,采用普通发泡模具即可生产,工艺过程相对容易控制。

三、PVC自由发泡与可控发泡之间的区别

       PVC直接发泡方法(也叫定向发泡),这种挤出发泡离不开自由发泡工艺法和可控发泡工艺法(也叫结皮发泡法、向内发泡法)

      对于自由发泡,含有发泡剂的熔体离开模口之后,开始自由膨胀在距模口一定距离内,通过定型装置获得所需形状,和发泡密度大小要求的发泡制品,这种发泡制品的横截面上的密度大致相同,周边有密实但很薄的外表皮包围。管材、板材、型材在适合的工艺条件下都可由自由发泡法成型。目前比较一致的观点是,自由发泡法应用往往限于较小截面的制品,截面积一般<3000平方毫米,主要是薄壁件。

      对于可控发泡法,定型装置与模口直接相连,其外轮廓与口模相同。这种定型形式的结果是,使含有发泡剂的熔体,一离开模口,就使整个挤出物表面被迅速冷却,阻止了挤出物表层泡孔的形成,和挤出物横截面上的任何外形尺寸胀大现象。同时模口内的模芯所产生的空腔在定型过程中被熔体形成的泡孔所充满,这种发泡制品横截面上密度变化很大,芯部密度低,外表层密度高。这种方法同样可以生产管材、板材和型材,而且强度结构等要比自由发泡好,所以常常用来制造满足不同要求的PVC低发泡结构材料,而且可控发泡允许PVC制品横截面积>3000m平方毫米,有的以超过30000平方毫米。

四、发泡板的生产

4.1、PVC发泡板示例参考


原料                                  配方1          配方2           配方3           配方4


PVC(700)                   100              100               100              100


复合铅盐稳定剂                4                  0                     0                  0


钙锌稳定剂                        0                  5                     0                  0


稀土环保稳定剂                0                  0                     0                  4.2


有机锡稳定剂                    0                  0                      2.2              0


发泡调节剂                        11.5            11.5               11.5             11.5


发泡剂AC                          0.7               0.7                 0.7                0.7


白色吸热发泡剂                 1.4             1.5                 1.4               1.4


316A(OA6)                   0.6               0.6                 0.65             0.6


60                                        0.8               0.78               0.8               0.8


PE蜡                                   0.55             0.55              0.58             0.55


轻质碳酸钙                         65                 65                  65               65


回料                                     40                  40                 40               40


4.2、原材料要求

PVC树脂:一般选用8型树脂,加工时凝胶化速度快,加工温度相对较低,产品质量稳定,密度容易控制。近年来很多厂家换成5型树脂。

稳定剂的选用:考虑到环保且效果好首选稀土稳定剂,但因价格相对高,没有推广开来,未来随着环保的要求力度加大,稀土稳定剂的市场将迎来光辉前景。钙锌稳定剂存在锌烧问题以及稳定效果略差用量也较少。目前应用最多的还是铅盐稳定剂,发泡板因模具横截面宽、流道长且黄发泡分解产热多,要求稳定剂含铅量高,稳定效果好,否则制品容易出现各种问题。

发泡剂的选用:发泡剂AC在分解过程中放出大量的热,容易导致断面中间发黄,这就要求配合一定量的白色发泡剂,分解起到吸收多余热能的作用,要求发泡剂目数要大,才能做到发泡均匀无大泡孔。

发泡调节剂:通过多年的研发和改进,发泡调节剂ACR的工艺技术越来越纯熟,性能质量越来越稳定,发泡板根据厚薄,薄板宜选用塑化快的,厚板应选用塑化慢溶体强度大的发泡调节剂。

润滑剂选用:遵循初期中期后期润滑兼顾原则,让物料在各个阶段均有润滑剂的保护,坚持长时间稳定生产而不析出结垢。

发泡助剂:生产中为改善发泡质量和泡沫结构可以少量添加发泡助剂氧化锌,为减少析出可以少量添加硅酸铝。

颜料:为达到更加美观的效果,可以添加钛白粉和荧光增白剂,为提高耐候性可添加抗氧化剂和紫外线吸收剂。

填充剂:选用轻质碳酸钙或重钙即可,无需使用活性钙,选用以高目数为主。

4.3、工艺要求

    混料温度125度左右,冷混50度左右,白发泡有条件可以在冷混时加入,料筒温度的设定一般由高到低,合流芯保证物料熔融流动即可,模具温度由中间往两侧升高。结皮发泡板为提高硬度可增加冷却模唇或者降低模板温度。

4.4、生产过程中遇到的问题判断解决

1.熔体强度不足会导致发泡片泡孔大,纵切面泡很长。判断方法:到三辊后面用手指按压包在中辊上的片材,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。
2.外滑太少,挤出机5区温度不易控制,易升温,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。
3.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。

4.内滑不足板面难以控制厚度,表现为板材中间厚两边薄。
5.内滑多,易出现合流芯温度高的现象。

6、板面发黄 。挤出温度过高或者稳定性不足,解决办法,降低加工温度,如果不见好转可调整配方,适当增加稳定剂和润滑剂,可逐一改变,容易很快找出问题所在,最快的速度解决问题;

7、板材中间发黄。主要原因是料筒芯部温度模具温度高有关,润滑剂用量也有关系,再次与白发泡剂有一定关系;

8、板面弯曲。料流不均或者冷却不到位,造成料流不均的因素一般有牵引波动大或者配方中内外润滑不均衡,机器的因素容易排除,配方调整一般在外润滑尽量少的前提下调整内润滑会有很好的效果,同时保证冷却均匀到位。

9、横切面出现泡孔或者泡分层。原因可归结为一点,就是熔体强度不够,造成熔体强度不够的原因有:

9.1.发泡剂过量或者发泡调节剂不够或者二者比例不协调,或者发泡调节剂质量问题。

9.2.塑化不良,加工温度低或者润滑过量。

10、板面厚度不均。出料不均,可调整模唇开度,如果流速太大可调整阻流棒,配方调整,一般内润滑多了中间厚,外润滑多了两边走料快.

11、交接班时易出现的板材厚薄纹路等的变化。主要原因,与混料有关,上一个班混料后,等下班次接班后混料中间间隔时间长,混料桶得到很好地冷却,第一锅混料预塑化好,与之前混料形成差异,在其他条件不变的情况下,易产生波动,可调整牵引、加工温度或通过管理得以解决。

12、发泡塑料板材截面产生破泡或穿泡两方面的因素:

A、是因熔体本身局部强度过低,破泡是由外向里形成的;

B、是因熔体周边压力偏小,局部泡孔发生膨胀,强度减弱,破泡是由里向外形成的。在生产实践中,两种作用没有明显区别,有可能同时存在,大部分破孔都是局部泡孔不均匀膨胀后,熔体强度降低所致。熔体本身强度过低与熔体周边压力偏小的因素很多,概括起来,主要有以下几个方面。 


      首先是分子量或聚合度过低


  PVC树脂一般根据其聚合方法可分为乳液法PVC和悬浮法PVC及本体PVC三种。生产硬质PVC发泡产品时,如采用乳液法PVC树脂可得到泡孔均匀,表面光滑的制品,但制品的尺寸稳定性难以控制;且乳液法PVC树脂生产的成本较高;若采用悬浮法PVC树脂,产品的外观质量和泡孔均匀度稍差。

     综合工艺、价格及性能等方面,宜将两者按一定比例混用,比例可以为80/20-20/80之间。板材成型横截面积较宽,从挤出机头进入口模要分布到一个相当于1.3米左右的宽度,要得到充分发泡的低密度塑料制品,采用的树脂粘度不宜过高,为了有利于气泡的分散与膨胀,板材整个横截面压力协调一致,对熔体流动性要求高。若PVC树脂粘度过高,熔体流动性差,板面平整度难以保证,泡孔不易扩张,导致发泡倍率低;反之,若PVC树脂粘度过低,又会致使熔体强度低,容易引发破泡。

      生产结皮发泡塑料板材宜选用SC-7性树脂,尽量不要选用SC-8型树脂,或采用SC-8型树脂与SC-5型或SC-6型树脂混用。


C、熔体热稳定性差,挤出温度设定或控制不当


   熔体良好的塑化是发泡塑料板材制品的前提条件。如果热稳定剂存在问题,挤出温度过高,容易发生熔体局部降解且会因熔体强度降低,气泡过大而被撕裂;挤出温度过低、熔体欠塑化、强度很低,同样会出现破泡。发泡塑料板材生产时,一定要定期对稳定剂进行180~200度的稳定性能检验,不符合稳定性能要求的原料不得使用或经调整剂量,检验合格后再用。 

       除保证熔体在挤出过程中不发生降解外,稳定剂还有一个重要的职能,即调节发泡剂分解温度。如果稳定剂加量过多或过少致使发泡剂分解温度过低或过高,都不利于发泡。稳定剂应根据采用树脂的牌号进行调整,比如采用8型树脂,塑化温度较低,稳定剂应适当增加,以便物料塑化温度与发泡剂分解温度相吻合。但若稳定剂添加过多或熔体温度过高,又会致使发泡剂在挤出机内提前分解,致使发泡气体从加料孔与真空孔逸出,若稳定剂添加过少或操作温度过低,又会使发泡不完全。 

         挤出操作时,除保证熔体良好塑化外,挤出机内的熔体温度一定要低于发泡剂分解温度,防止发泡剂在机内过早分解;出口模的熔体温度一定要达到发泡剂的分解温度区域,以利于充分发泡。挤出温度的设定和控制,还应根据真空孔物料和开机时熔体成型形态,及时进行对应调整。确保物料在通过排气孔时基本呈橘皮状态,螺杆底部不应有粉料流动;熔体从口模挤出时表面应光滑,有一定的弹性,不得一出口模就下垂或截面结晶粗糙。 


D、发泡剂添加不当 


发泡塑料板材生产一般采用发热型、吸热型或吸热、放热复合平衡型三种不同发泡剂。偶氮二甲酸铵,亦称AC,属于偶氮基化活化物。AC发泡剂分解温度高,达232℃,远远超出PVC加工温度,使用时需降低分解温度。 

放热型发泡剂发泡率高,约190-260ml/g,分解速度快、放热极大,但发泡时间短,突发性也强。因此当AC发泡剂用量过多时,发气量过大,会使气泡内压力增长快,泡孔尺寸生长过大,急剧释放气体,使泡孔结构破坏,泡孔大小分布不均,乃至形成开孔结构,会在局部产生较大的气泡和空穴。

生产发泡塑料制品时,放热型发泡剂AC不得单独使用,应和吸热型发泡剂配合使用或采用发热与放热平衡复合型化学发泡剂。无机发泡剂-碳酸氢钠(NaHCO3)属吸热型发泡剂,虽发泡率较低,但发泡时间长,和AC型发泡剂混用,可以起到互补和平衡的作用。放热型发泡剂提高了吸热型发泡剂的发气能力,吸热型发泡剂又使前者冷却、稳定其分解和均衡释放气体,抑制厚板内部过热降解,减少残留物析出,有增白作用。 

在不影响发泡率前提下,可适当多添加吸热型发泡剂,取代部分放热型发泡剂,以抑制多添加放热型发泡剂引发的破泡。1232或BLA-616发泡剂属放热与吸热平衡型发泡剂,分解无诱导期,分解速率快,10分钟左右即可达到最大发气量,放气缓、无突发,最大发气量达156mL。其分解温度介于PVC加工温度范围内,可用于尺寸较厚,形状复杂的制品动态成型过程,以利消除破泡,保证发泡性能的稳定。


E、加工调节剂质量差或剂量不足 


物料在发泡过程中,发泡剂分解的气体在熔体中形成气泡。这些气泡中存在着体积小的泡孔向体积大的泡孔扩展的趋势。气泡的大小和多少不但与发泡剂的添加量有关,还与聚合物熔体强度有关。强度太低,气体扩散到熔体表面后容易逸出,小气泡相互合并形成大气泡。而发泡调节剂的长分子链缠绕粘附在PVC的分子链上,形成一定的网状结构。一方面促进物料塑化,另一方面提高PVC熔体强度,使发泡过程中泡孔壁能够承受泡孔内气体的压力,不致因为强度不足而破裂。发泡调节剂可以使产品泡孔小而多,泡孔结构更均匀、合理,大大降低发泡体的密度。发泡调节剂质量差或加量不足会导致发泡体强度低,出现破泡或串泡。 

应该指出的是不同厂家生产发泡调节剂分子量、粘度有很大不同,当发泡制品出现破泡或串泡,采用其他方法处理无效时,另行更换发泡调节剂或适当增加剂量,往往会产生明显效果。但增加或更换分子量更大的发泡调节剂,会因粘度过大,使得熔体中的气泡无法扩展,而使产品密度提高。并会因熔体粘度过大,流动性变差,导致口模出料不均,影响板面平整,甚至生产时间不长,发生口模糊料故障,尤其是生产10mm厚以下板材时更易发生。

生产不同厚度板材时,加工调节剂剂量也应视情况有所不同,同一配方,薄板没有泡孔,厚板出现泡孔时,可适当多添加0.3-0.5份加工调节剂,仅以消除破泡为基准,微量添加,切忌不计后果,盲目多加,以免增加制品密度,影响有效生产时间。 


F、碳酸钙加量过多、粒度过大、活性不好


CaCO3加量太多时,虽然能形成更多气泡核,但如果碳酸钙加量过多或颗粒过大,活性不好,形成团聚,在树脂中分散或与树脂截面结合不好,导致熔体强度降低,熔体中气泡扩展时容易产生破泡。 

发泡塑料板材生产一定要严格控制碳酸钙剂量、粒度与活性。当碳酸钙加量过大时,发泡调节剂也应相应增加。


G、模具使用不当 


结皮发泡塑料板材生产,根据制品厚度不同,配置的口模平直段长度和压缩比也有所不同。厚板口模因发泡层较厚,有弹性变形空间,一般设计的口模平直段较长,压缩比较大,以便提高熔压和发泡倍率;薄板口模因发泡层较薄,弹性空间小,刚性较大,一般设计的口模平直段较短,压缩比较小,以防止因熔压过大。 如果使用不当,生产薄板,误用厚板口模,则因出口模料流动阻力增大,出料不均,造成表面不平整、熔体强度降低,甚至板材被拉断,生产周期减短;生产厚板,误用薄板口模,则会因出口模熔压偏小,使泡孔增大而引发破泡。 不同厚度结皮发泡塑料板材生产前,一定要正确选用口模。


H、板材截面发泡或出料不均匀,局部缺料 


   板材截面发泡或出料不均,局部缺料影响因素较多,贯穿于混料与挤出全过程。例如配方组分不合理,外滑太少,挤出机5区温度易超温,从而致使合流芯温度高,板材中间出现大泡、串泡,发黄,板材表面粗糙等缺陷;单锅混料量过多,混料温度太低、混料时间过短,内滑添加过少,易致使混合料组分分散不均。

      流动性差及挤出生产过程中口模温度或螺栓调节不当,都会导致熔体从口模挤出时,出料不均匀,局部缺料,引发发泡熔体从薄弱环节膨胀而破泡。因此在混料和挤出生产过程中一定要执行配方和工艺操作规程,并对破泡进行对应分析,分别采用不同方法处理。如果破泡一直固定在同一位置,说明该部位熔体压力过低,采用口模螺栓或温度进行对应调整,即可解决。除以上对应措施外,调整各段定型模板间隙差也对消除泡孔有一定作用。如果第一块定型板与第二块定型板间隙差过大,会因没有经过充分冷却熔体在定型模板压力下被挤压的更紧密,致使密度增加并会产生破泡;

如果第三块模板与第四块模板间隙差过大,因经过充分冷却熔体,模板间已没有压缩变形余地,导致第四块模板难以到位,板材厚度增加。而适当增加第二块与第三块模板间隙差,一方面可以有效防止发泡熔体在没有冷却前发生破泡,另一方面第三块模板在一定温度下,也可以压到位,防止板材厚度加大。

其次,生产厚板时,适当降低螺杆温度、口模油温、第一块定型装置冷却水温等,也对消除破泡有相应效果。

13、 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。

五、PVC发泡板加工的六个要点

PVC发泡板加工特性与木材加工大致相同,只须避免工作温度过高造成烧焦得情形,另外加工后所产生的切屑,可收集回收再制造降低成本。在中空发泡板裁切时有一点须要注意,因中空的间距为23㎜的设计,方便组装,如未注意在裁切时大都以多片重叠一次切割,造成间距都不同;可利用制具以插销的方式定位,方便加工,现在我们了解一点关于PVC发泡板表面加工的常识。

1.可依照设计图使用雕刻机成型,再选用表面是要贴美耐板或烤漆;但中空发泡板需注意如表面为凹凸不平只能选用真空覆模方式材质选用2㎜PVC板。

2.弯曲成型只适用於实心发泡板,中空发泡板并不适用;加工方法为利用上下模具,在木模表面覆上铝板并将实心发泡板加热到塑化温度70~90℃之间,利用上下模直接押出形状发泡板表面并不会有任何变化。

3.自粘PVC在押出制造时可将表面依照需求提供印刷不同纹路的木纹,可节省不必要的加工程序。

4.可将PVC发泡板表面烤漆处理,而总类又依照加工方式不同可分为一般烤漆、钢琴烤漆、陶瓷烤漆;在钢琴烤漆加工时都会加上抗UV成分,避免表面颜色产生变化;在表面硬度上又以陶瓷烤漆为优具防刮伤的优点。

5.再来就是常见的加工方式,在表面贴上水晶板(一般为单面有色压克力板)、美耐板及美耐眀纸,在封边的部分,一般加工大都自动封边机为主,而自动封边机又分为滚轮式及履带式两种,但如使用中空发泡时建议使用建议使用与表面贴覆材料相近的颜色,避免纸贴上后产生收缩时,有明显色差。

6.钻孔可利履带式封边机,较不易造成表面封边后有凹凸不平情形产生,压力的调整也是相当的重要;发泡板的颜色也用NC机器直接加工钻孔。材料本身可依照用途所需将密度降低增加发泡板本身空气含量,达到隔热、隔音效果提加成本降低的效果,例如15㎜发泡板密度降低本身的重量与同体积10㎜发泡板重量一样。目前已有厂商将发泡板利用真空成型运用於台面成型或大型机台外罩,但运用於台面成型有一缺点,为表面耐模度不佳易磨损。

六、PVC发泡板产品检测方法:

(1)板侧边:切口平整,孔隙细密,无针孔,无粗大孔眼,掉粉不严重,无蜂孔,开料纤维自脱落,不蹦口。 注:出现上述情况要留心了,后序做成品工序麻烦。
(2)板面:手感光滑平整,机械纹理不明显,表面颜色无色差,乳白色,表面无污点,无明显小坑,无针孔,无粗大孔眼,裂缝。注:非乳白色的发泡板渗入回收废弃板,不属于环保板,环保板不含铅(含量小于欧美标准)。
(3)密度算法:密度=重量(克)/长*宽*厚(厘米)。
(4)板重量算法:重量(克)=长*宽*厚度(厘米)*密度。
(5)厚度测量:卡尺立放表面时,接触紧密无缝隙,左右厚度均匀,左中右测量,偏差是否很大,厚度偏差正负0.2MM为正常。

七、PVC发泡板物理性能

      硬质聚氯乙烯低发泡板材 自由发泡法,按  QB/T 2463.1-1999标准 生产,下面外观与物理性能,具体见下表:

八、PVC发泡板规格与特点:

发泡板产品规格:一般为1220*2440mm,1560*3050mm,2050*3050mm

产品厚度:1-33mm

产品密度:0.35-0.9


产品特点:
1. 制品不透明,表面亚光,可印刷。
2. 具有隔音、隔热、保温,吸音、隔热、防震等性能。
3. 具有阻燃性,能离火自熄。
4. 防潮、防霉、不吸水、耐酸碱。
5. 加入色母料后,产品可制成多种颜色。

6. 经耐候配方制成后,其色泽可长久不变,不易老化。
7. 可像木材一样进行钻、锯、钉、刨、粘等加工,使用一般木材加工工具即可施工。

8. 成品可进行二次热成型及折叠加工,可与其他PVC材料直接粘接。
9. 质地轻,储运、施工方便。

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