李曉軒
（寧夏青龍塑料管材有限公司，寧夏，750002 ）
摘要：本文通過設備、模具、材料配方、加工工藝溫度、冷卻水溫、定徑真空壓力、摩擦熱控製，擠出操作等方麵的因素，分析了影響氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道生產質量的主要影響因素和預防控製措施。
關鍵詞：氯化聚氯乙烯；加工；塑化；配方；工藝溫度；擠出模具；加工缺陷；影響因素；質量
Chlorinated Polyvinyl Chloride (PVC-C) Pipe Processing
Analysis of Influencing Factors and Quality
Li Xiao Xuan
(Ningxia Qinglong Plastic pipe co. LTD,Ningxia,750002)
Abstract: This paper analyzes the main factors affecting the production quality of chlorinated polyvinyl chloride (PVC-C) pipes and preventive control measures through nine factors, including equipment, mould, material, formula, processing temperature, cooling water temperature, sizing vacuum pressure, friction heat control, extrusion operation, etc.
Key words: Chlorinated polyvinyl chloride; Processing;Plasticization; Formulation; Process temperature; Extrusion die; Processing defects; Influencing factors; Quality
氯化聚氯乙烯（PVC-C）管材(以下簡稱CPVC管材)是以氯化聚氯乙烯（CPVC）樹脂為主要原材料經擠出工藝生產而成的熱塑性塑料管。根據應用領域不同，可分為高壓電力電纜護套管、冷熱水管材、消防用管材等。工業用氯化聚氯乙烯（CPVC）管材是其中主要的種類，是工業用塑料管材的替代升級產品，也是腐蝕性流體介質輸送管道的理想產品，它是一種以氯化聚氯乙烯（CPVC）樹脂為主要材料，添加必要的抗衝改性劑、加工助劑、潤滑劑、抗氧劑等添加劑，以特殊的工藝配方設計混合成必要的幹混料，經擠出成型而成。
氯化聚氯乙烯管道產品技術於1958年由美國古立德公司(BFGoodrich)開發研製成功，該產品已經有60餘年的使用經曆。在北美已經有多年的應用案列和生產技術經驗，產品主要應用於陸地油田油水混合物分離、工業廢水處理、化學流體介質輸送、造紙、生物工程、冷熱水輸送、消防供水等領域。該管道生產技術由於采用高氯含量氯化聚氯乙烯（CPVC）樹脂為主要材料生產，可以大幅度提高管道的耐熱性能和耐腐蝕性以及管道承受壓力能力，高氯含量提高了產品的阻燃性。
近年，我國多家企業已經或正在進行該項目產品的研發及應用，產品主要是小口徑建築冷熱水用氯化聚氯乙烯（CPVC）護套管材，主要用於建築冷熱水供給、洗浴中心酒店浴場等用途。在工業領域和消防領域的應用尚處於研究試點應用和市場推廣階段。國內部分企業積極參與標準的修、製定工作，預計明年工業用氯化聚氯乙烯管材修訂標準就會獲批發布，自動噴水滅火係統用氯化聚氯乙烯管道係統也將會獲批發布。
目前國內氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道（以下簡稱氯化聚氯乙烯管）加工方麵工藝技術還很不成熟，能規模化持續穩定生產的企業不到十家。產品質量層次不齊，許多企業不具備生產製造的能力、研發能力、檢測手段也不完善，產品質量把控存在許多不足。目前最主要存在如下製約因素影響著氯化聚氯乙烯管材的生產質量：
1、生產設備不滿足加工氯化聚氯乙烯管的基本要求
氯化聚氯乙烯管的生產原材料主要是氯化聚氯乙烯（CPVC）樹脂。由於CPVC樹脂比普通PVC樹脂氯含量提高了24%，使得氯化聚氯乙烯的加工難度比普通UPVC困難得多。物料的粘度比普通UPVC粘度更高，物料流動性不好，物料與設備摩擦熱很高，加工電流，擠出機螺杆扭矩會更高，擠出過程會產生大量的摩擦熱，從而導致在擠出生產中會產生分解現象。因此，生產CPVC管材會對擠出機的螺杆料筒以及成型模具的接觸麵提出更高要求，否則就會粘附金屬表麵，造成物料滯留而分解刮料，逼迫停產。（如下圖）
目前國內部分企業都是利用過去生產UPVC管材的擠出機來生產CPVC管材。這與加工CPVC物料的本身特性不適應。CPVC物料的擠出生產必須嚴格控製塑化速度，設備模具工作麵要有防止螺杆、料筒及擠出模具表麵受釋放氯的腐蝕的抗腐蝕層。要有消除多餘摩擦熱的循環係統和溫度控製係統。一般采用進口擠出機能夠有較好設計配置，能夠有效控製生產方麵的溫度控製問題。
2、擠出模具設計、加工缺陷和後期保養問題製約CPVC管材的生產
氯化聚氯乙烯物料粘度高，易粘附金屬表麵。因此，擠出模具必須流道圓潤無死角，特別支架式模具的分流器支架，峰必須鋒利不得有死角，模具各部件連接縫隙必須無縫連接，口模、芯模、壓緊部件必須緊密無縫隙。芯模邊緣宜采用球麵圓潤過渡。
模具電鍍處理並拋光達到鏡麵光亮。日常使用保養不得造成劃傷或導致鍍鉻層腐蝕脫鉻。嚴重腐蝕或有死角會給生產造成很大麻煩。（如下圖）
3、材料不穩定，配方不合理會嚴重製約生產
氯化聚氯乙烯樹脂是采用水相懸浮法或紫外光誘導法生產的，不同企業生產技術指標都有差異。特別小產能企業，由於反應缶較小，產品批量較小，各項參數也有差異。因此，在擠出生產中，同一配方的混配料，生產工藝也會出現波動，如果設備模具和工藝溫度存在瑕疵，會給生產質量帶來各種缺陷。
與普通PVC-U管道生產不同，氯化聚氯乙烯管道生產工藝配方要求會更高。特別樹脂本身氯含量高，加工中容易出現粘料糊料現象。因此，配方設計中需要考慮控製塑化的時間，物料粘度，摩擦熱，以及物料的金屬剝離性。由於樹脂氯含量本身較高，配方中穩定劑的選擇非常重要，一般不會選擇複合型穩定劑。比如：複合鉛鹽穩定劑，複合鈣鋅穩定劑，有機係穩定劑等。一般選擇有機錫穩定劑。由於氯化聚氯乙烯本身材料性能會發脆，配方中需要添加一定量的抗衝改性劑。在化工行業裏麵工藝管道基本都是露天安裝使用。因此，需要添加足量的抗老化劑和光穩定劑等增加耐候性的輔助穩定劑。
由於配方中前期潤滑、後期潤滑以及內外潤滑劑的不匹配，會造成塑化質量不好，製品物理力學性能達不到要求，產品外觀質量不合格，內部粗糙，或外壁粗糙無光澤。配方設計不合理會造成擠出生產擠出機電流大，擠出機扭矩偏高，擠出效率低，物料在模具停留時間長，粘模掛料風險增加，生產故障率增大。
4、加工工藝溫度對製品性能的影響
由於氯化聚氯乙烯管材混配料材料本身加工溫度比普通PVC-U要高出10℃到15℃。因此擠出機各區段合理的工藝溫度設置十分重要。塑化段的溫度設置的偏低物料塑化不合格，管材外觀質量粗糙無光澤，製品落錘衝擊試驗不合格，水壓試驗不合格。溫度偏高，則塑化提前，物料早分解，擠出過程容易粘料，掛料生產出管材內壁有氣穴，斷麵有氣孔，製品物理力學性能不合格。
螺杆擠出段的溫度設置不宜過低也不宜過高，擠出段溫度過低塑化不均勻，製品性能不合格，外觀無光澤，溫度過高也會造成物料分解產生氣泡。
螺杆溫度開機時需要螺杆內部溫度提升，幫助加熱軟化螺杆周圍的物料，防止料硬強製擠出損壞螺杆。當物料擠出正常後螺杆溫度需要設置低點兒，防止摩擦熱過高或摩擦熱失控，造成物料分解。
模具溫度的設置影響物料流動以及製品外觀光澤。一般模具一區、二區、三區溫度需要保證物料的熱量平穩，物料保持粘流態。模具前套溫度影響管材外表麵平整度和光澤，會影響分流物料的合模效果，溫度過低管材內壁拚縫線明顯，液壓實驗受影響。溫度過高會造成物料粘模或出現黃線。
口模溫度的設置影響管材外觀質量，溫度過低管材擠出外表無光澤甚至粗糙，溫度過高會造成物料粘模或出現分解黃線，影響生產繼續進行。
5、冷卻水溫、定徑套內徑、定徑真空壓力對製品幾何尺寸的影響
氯化聚氯乙烯管道工藝配方由於很少添加甚至不添加碳酸鈣等填充劑，物料的收縮率比較大。因此，在擠出生產中產品性能受冷卻水溫的影響較大。
冷卻水溫過低（水溫小於20℃）會造成管材收縮率變大，管材尺寸，特別是外徑達不到標準要求。冷卻水溫低於15℃就會影響到管材的低溫衝擊性能，使管道衝擊脆性突出，影響後期使用安全。一般要求冷卻水溫保持在30℃，而且逐步冷卻為好。否則易造成材料表麵結晶加快內應力釋放緩慢後期力學性能不穩定。
冷卻水溫過高，會造成製品幾何尺寸，特別是外徑超標。影響管材與管件粘接施工。
定徑套內徑尺寸匹配對製品幾何尺寸影響較大。定徑套內徑較大會造成管材外徑偏大，影響管道安裝施工，甚至無法插入管件承口。定徑套內徑較小會造成管材外徑偏小，造成管道安裝施工粘結質量不好，易出現接頭滲漏，影響工程質量。
擠出生產定型箱的真空壓力大小影響管材幾何尺寸。真空壓力偏大會造成管材外徑超標，影響管材施工安裝質量，甚至會造成插口插不進承口。如果定型箱真空壓力偏低就會造成外徑偏小，管材橢圓，也會造成管道粘接質量不好甚至無法粘接，影響施工質量。
6、擠出操作與摩擦熱控製對製品性能的影響
氯化聚氯乙烯管材擠出生產過程中，操作規範是非常重要的環節，特別開機操作決定著後期生產能否持續和產品質量能否保證的問題。在擠出開機操作中首先是準備工作。包括擠出機的檢查、模具的檢查、擠出機排氣係統檢查、螺杆油溫循環係統檢查、擠出機料筒擠出區域冷卻係統檢查、真空定型箱水泵真空泵的檢查、配套定徑套的選型再檢查等。每一個環節都不可省略。否則都會因為疏忽大意而造成開機失敗。
擠出機檢查主要檢查擠出機各區段加熱器是否正常工作，擠出機真空泵是否卡死、真空管路是否堵死、真空壓力表是否顯示正常。擠出機螺杆油溫循環係統是否能正常工作。料筒四區冷卻管路是否暢通。擠出機喂料係統是否正常工作。
模具檢查主要檢查模具工作麵的電鍍層是否完好，有沒有鍍鉻層脫落現象。如果有此類現象該模具就不能用於生產，需要更換模具。檢查模具加熱圈是否完好，否則需更換加熱圈。特別芯模加熱圈和芯模冷卻銅管是否完好。
開機升溫需要分階段進行，保證每一階段的溫度達到要求、恒溫時間達到時間要求。切不可時間及溫度不到就硬擠出，損壞設備。在擠出過程中隨時依據擠出物料狀態、外觀和擠出機電流大小、扭矩大小來調整工藝溫度和擠出喂料速度。當擠出物料擠出模具後及時測量管坯厚度及外觀檢查。當其它都正常後隨時注意芯模溫度變化，當生產正常後芯模溫度持續升高，應及時通過開通芯模溫度控製氣冷閥門來控製芯模溫度。控製摩擦熱，防止摩擦熱過高造成管內壁分解發黃甚至粘模。
結束語
氯化聚氯乙烯管材擠出成型加工終會受到各種因素的影響。在生產各因素的控製方麵，一定要做好準備和檢查工作，防止某一個因素的不符合造成生產無法持續進行，造成後期產品質量不符合標準要求。
參考文獻
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