一种大截面塑料挤出方法与流程

本发明涉及塑料加工工艺，特别涉及一种大截面实心塑料型材挤出方法。

背景技术：

大截面塑料型材挤出成型一般采用双段式成型方式，第一段为塑化段，完成物料的整体塑化(由粉态、固态变为熔融态)，第二段为推进段，依靠挤出螺杆推力完成物料进一步塑化并提供压力，将物料推入模具成型，保证连续挤出。熔融态物料在热模堆积，并通过热模挤压预成型，最终在冷却模具中冷却定型，得到制品。

大截面塑料挤出成型分为以下五个阶段：混料机混料、行星机塑化、单螺杆推进、热模挤压、冷模成型。针对特定配方可以通过混料温度、速度、时间的调节，使混料达到理想状态，通过行星机温度、螺杆转速的调节可以使物料满足塑化要求，通过单螺杆机各段温度调节、转速的调节使熔融物料以合理状态进入热模具，由于热模具是封闭模具内部流道较为复杂，不易调节，可调节参数只有热模保温温度，之后熔融物料进入冷模冷却定型，冷模可调节参数主要包括：冷模段总长度、预冷长度(冷却段距离热模距离)、冷却水温等。主要采用出口端制品情况对整体工艺参数调整进行评判，因此冷模定型段对出口制品的成型起到重要作用。

一般认为物料在进入冷模段之前处于熔融态，对定型不起决定性作用，同时一般认为冷模段物料状态如图1所示，熔融态塑料流体进入冷模后外表面与冷模接触位置开始降温固化，即在出模端物料与模具接触部位的物料首先由熔融态转化为凝固态，形成表面固化层，随着物料向前推进，表面固化层厚度增加，断面芯部熔融态物料面积减小，最终截面整体固化成型。随着物料的连续推进，连续成型。整个过程与一般塑料挤出成型工艺一致，但是由于成型制品截面大(整体截面，非中空截面)，难度与一般的塑料挤出工艺有本质不同，主要原因为制品截面尺寸大，表面冷却后，塑料是热的不良导体，致使内部物料难以冷却。挤出过程中为提高挤出速度，需要提供很大的背压，这样导致熔融态物料内部压力很大。过薄的表面冷却层，由于力学性能不足，导致被高压熔融态物料冲破，出现跑料等现象，使得大截面塑料制品不能成型，导致停机。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种大截面塑料挤出方法，以解决大截面塑料挤出成型过程中，由于熔融物料降温困难导致的挤出速度无法提升的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种大截面塑料挤出方法，包括以下步骤：

(1)混料阶段；

(2)塑化阶段；

(3)推进阶段；

(4)热模挤压，挤出速度为：3m/h；

(5)冷模成型；

其中，所述步骤(1)混料阶段加入的混料组分包括：塑料基体和导热填料。

进一步的，所述导热填料设置为绝缘性导热填料，所述绝缘性导热填料选自金属氧化物粉料。

进一步的，所述导热填料根据塑料基体类型的不同具有不同的临界添加量，所述塑料基体包括料聚乙烯、聚丙烯或尼龙中的一种或多种。

进一步的，所述塑料基体为高密度聚乙烯，以重量百分比计算，导热填料临界添加量为高密度聚乙烯含量的10～20％。

进一步的，所述导热填料采用包覆式颗粒填料的方式添加。

进一步的，所述导热填料包覆处理的方法是：在导热填料的外表面包裹适当厚度的塑料，形成芯层为导热填料，外层是塑料的立体球形结构。

进一步的，所述冷却模成型阶段中，冷却模具的冷模段的总长度为2m，预冷长度为0.4m。

进一步的，在执行步骤(1)后，将混合后的混料加入行星机中进行塑化，使得混料由固态转变为熔融态。

进一步的，在所述冷却模具的侧壁上设置有冷却介质通道，用于对模具内的物料进行降温。

相对于现有技术，本发明所述的大截面塑料挤出方法具有以下优势：

本发明所述的大截面塑料挤出方法可以从根本上改变冷却效率。通过调整物料配方，在其中加入导热材料，改变物料的导热效率，从而提高在相同冷却条件下的冷却层厚度，避免冒料，从而提高挤出速度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中冷模成型阶段物料状态变化；

图2为本发明实施例所述的冷模成型阶段物料状态变化；

图3为本发明实施例所述的包覆式导热填料颗粒的结构示意图；

1-第一界面，2-冷却介质通道，3-冷却模具，4-第二界面，5-熔融态物料，6-熔融态物料与模具第三界面，7-凝固态物料，8-导热填料，9-包覆层

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

对于现有技术中存在的大截面塑料挤出时，芯部物料难以冷却的问题，现有技术中常采用以下方式处理：一种是采用较低的挤出速度，保证熔体压力不足以冲破表层，或者通过增长冷却模具长度，对制品充分定型；还有采用降低冷却温度，提高冷却效率，使用液氮等冷却介质的方式对芯部物料进行降温。但是，在实际应用过程中通过有效提高冷却层厚度，增长冷却模具长度、改变冷却介质等方案只是一种被动冷却，不能充分解决芯部物料难以冷却的问题，导致挤出的大截面

如图2～3所示，本发明提供了一种大截面塑料的挤出方法，包括以下步骤：

(1)混料阶段，混料组分包括塑料基体和导热填料，将塑料基体和导热填料加入至混料机中，搅拌；

(2)塑化阶段，

(3)推进阶段，采用单螺杆推进的方式完成物料的进一步塑化，并将物料推进至热模堆积；

(4)热模挤压，挤出速度为：2～4m/h

(5)冷模成型，冷却模具长度设置为：2m，冷却温度为：10℃；

优选的，热模挤压的挤出速度为3m/h。

在本发明的部分实施方式中，所述塑料基体包括聚丙烯、聚乙烯或尼龙中的一种或多种，具体可以根据塑料制品的性能选择。

在本发明的部分实施方式中，在执行步骤(1)后，将混合后的混料加入行星机中进行塑化，使得混料由固态转变为熔融态。

在本发明的部分实施方式中，大截面塑料为截面积大于200×200mm的塑料制品。

本实施例提供的大截面塑料的挤出方法，通过在配方中添加导热填料，改变混合物料的导热能力，使得在大截面塑料制品挤出的过程中，在正常的冷却温度和挤出速度条件下，即可控制物料由熔融态向凝固态的转变，且不会发生表面冷却层被高压熔融态物料冲破和跑料现象。

进一步的，由于该制品本身具有绝缘要求，添加的导热填料本身不能导电。在本发明的部分实施方式中，所述导热填料选自绝缘性导热填料。优选的，导热填料选自金属氧化物粉料，例如可以选择氧化铝、氧化镁等金属氧化物。

在本发明的部分实施方式中，所述的导热填料添加量根据塑料基体的不同选择不同的添加量进行调节。导热填料的添加量对冷模成型阶段中冷却层的导热效率影响很大，同时对制品性能也有一定的影响。导热填料的添加量高，导热效率好，但是过高的添加量会导致制品力学性能下降。添加量低，不能形成连续相，不能达到提高导热效率的作用。

从导热效率(可以通过热导值进行测量)方面出发，针对不同的塑料基体材料，导热填料的添加量存在临界值。在临界值以下一般认为导热填料不能形成连续相，进而不能形成有效导热通道。

在本发明的部分实施方式中，塑料基体为高密度聚乙烯(hdpe)时，以重量百分比计算，导热填料的临界值在10～20％之间。低于临界值之后，导热填料不能够形成连续相，几乎不能提高导热率。过高的导热填料填充量会影响制品的力学性能，成本上升。

由于采用金属氧化物(氧化铝、氧化镁等)作为导热填料，金属氧化物本身是一种陶瓷制品，具有很高的硬度。在塑化过程中，会对塑化设备螺杆产生很大的磨损，减少相关设备的使用寿命。在本发明的部分实施方式中，导热填料采用包覆式颗粒填料的方式添加，对导热填料进行包覆处理的方法是：在导热填料的外表面包裹适当厚度的塑料，形成芯层为导热填料8、外层为包覆层9的立体球形结构，优选的，包覆层9也为塑料。在塑化阶段中，塑料材质的包覆层9能够减少导热填料对螺杆的摩擦，进而对螺杆起到保护作用。

在本发明的部分实施方式中，所述包覆层塑料设置为聚丙烯。

在本发明的部分实施方式中，在冷却模具3的侧壁上设置有冷却介质通道2，用于对模具内的物料进行降温。由热模挤出的熔融态大截面塑料制品被推至冷却模具3中后，在冷却模具3的初始端物料和模具的界面形成第三界面6，第三界面6处物料呈熔融态，在冷却模具3的初始端中间部位为熔融态物料5；随着熔融态物料向冷却模具3出口端移动，在冷却模具3的出口端物料和模具界面形成第一界面1，第一界面1处物料呈凝固态；在冷却模具3内部位于出口端和初始端之间形成有第二界面4，第二界面4形成在靠近冷却模具3初始端的一侧，第二界面4处靠近模具侧壁一侧的物料呈凝固态，靠近冷却模具3中心部位的物料呈熔融态；在冷却模具3的出口端形成呈凝固态物料，由此使得，从热模挤出的熔融态物料在经过冷却模具3冷却后在冷却模具3的出口端全部形成为凝固态物料7。与现有技术中，冷却模具3的出口端物料芯部不能完全冷却凝固的挤出方式相比，本发明的实施方式通过导热填料的添加使得经过冷却模具3挤出的塑料制品芯部也能完全凝固定型，不会出现跑料、制品不能成型等问题，避免停机，同时提高大截面塑料制品的力学性能。

实施例

(1)在混料机中加入高密度聚乙烯和导热填料，其中，高密度聚乙烯的含量为60％wt，导热填料的含量为12％wt，其他为矿物填料，混合均匀后，加入行星机中进行塑化；

(2)行星机中的混合物料由固态转变为熔融态，行星机温度为180℃，

(3)采用单螺杆推进的方式将熔融状态的混合物料由行星机中推至热模具中；

(4)调节热模保温温度为150℃，之后熔融状态的混合物料进入冷模进行冷却定型，冷模段的总长度为2m，预冷长度为0.4，冷却水温为10℃，

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。