PMMA、PVC共挤产品的加工工艺及发展趋势

发布时间：2008年07月07日　查看次数：455

                                            北京东方昊炅科技发展有限公司   北京七彩润博科技发展有限公司
                                                                                        邓捷   庄和宽   郑光明

  一、概述
       随着全国经济的高速增长, 人民生活水平的日益提高，中国塑料制品工业已取得了世界瞩目的飞速发展。塑料制品的产量已位居亚洲第一位，世界第四位。在亚洲乃至世界的塑料制品工业的发展中起着重要的作用。其中建筑塑料的增长尤为显著，近年来，在国家大力发展化学建材政策的推动下，塑窗行业取得了长足的发展，“十五”期间，建筑业增加值预计每年在5000亿元以上，占国内生产总值的6%以上, 2005年，城市化水平达到35%以上，城镇新建住宅每年仍将以5亿m2左右的规模发展。各种建筑塑料管和塑料门窗的市场占有率将达到45%和20%，需要各种塑料管与门窗型材约300万吨,再加上高分子防水材料、装饰装修材料、各种保温材料以及其它建筑用塑料制品,总需求量约为600万吨。
        目前塑料管材和型材在建筑用管材及门窗中平均使用比例已分别超过30%和15%，2003年塑料管材和型材产量已达280万吨以上。2004年上半年塑料管材和型材产量都有新的增长，增幅最大的仍然是管材及相配套的管件。预计到2015年，全国的塑料门窗在市场上占有率将达到40％，未来10年尤其是2008年北京奥运会的召开，将使得塑窗建材行业面临着前所未有的契机。

 二、全国塑料门窗市场现状
        PVC门窗作为新型建筑材料被世界誉为20世纪乃至21世纪继木门窗、钢门窗、铝合金门窗之后的第4代门窗。塑料型材与门窗应用量在全国范围内仍有较大幅度增长。到2003年底全国型材生产线4000余条，总能力为300万吨，型材产量140万吨。塑料门窗生产企业近万家，生产能力超过3.3亿m2，塑料门窗产量超过1.54亿m2。
       “十五”期间塑料门窗，以推广PVC-U塑料为主。到2005年，塑料门窗在全国的建筑门窗市场占有率达到25%以上，到2010年塑料门窗在全国的建筑门窗市场占有率达到30%以上。如下图显示自1990年以来例年塑料型材产能与产量状况。

 三、化学建材的彩色化已成为必然趋势
       自2000年以来，随着彩铝门窗的兴起，白色塑料门窗由于色彩的单一其市场受到了彩铝门窗的强力打压。目前，无论是设计院、房地产开发商，还是房屋的最终消费者对彩色门窗的认知度都很高。因此，塑料门窗业内同仁已形成共识：为了适应门窗消耗市场需求，塑钢门窗的彩色化已成为必然趋势。       

        综合以上分析：化学建材的彩色化已呈快速发展趋势，而复合共挤技术因其工艺成熟，易于生产控制，制造成本适宜，制品性能优异等因素，正在脱颖而出，成为彩色化技术发展的主要手段。目前，主流PVC异型材加工企业如：实德、百龙、崂塑、中财、冰轮和维卡等，已经具备彩色化的能力，并已取显著的成绩。而化学建材的另一种类——合成树脂瓦产品，已形成以莱州“结力”和安徽“鸿路”为首的龙头企业且市场前景广阔。可以相信“十一五”之间，化学建材领域将以前所未有的速度快步迈向未来。

改性PMMA共挤材料特点及加工工艺
一、改性PMMA材料的性能
（1）PMMA材料的特点
        PMMA化学名称是聚甲基丙烯酸甲酯，俗称“有机玻璃”、“亚克力”，是一种高透明无定型热塑性材料，其分子量从１０几万——１００多万不等。可用于不同的领域，如光学纤维、镜片、航空航天材料、化学建材及日用品等。是通用性很强的工程塑料之一。由于其分子结构：
没有不稳定的“—C=C—”双键，且其对紫外光线的通过率仅为73%，所以本身就是一种耐候性和抗老化性优异的高分子材料。据有关资料显示，在PVC材料上仅共挤0.2mm厚度的透明PMMA层，就可使PVC基材的变色程度大大减缓，如附图：
（2）改性PMMA材料的特点
        为进一步强化聚甲基丙烯酸甲酯的耐候性、抗老化性、满足加工性和制品的物理性能，常用其他丙烯酸酯类，如丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯接枝改性强化。为满足被覆盖材料的保护及彩色化要求更需要用光泽度≥8级的颜料或染料进行着色、屏蔽。这种经改性处理的PMMA材料，才是可应用于复合共挤的改性PMMA。
        它已广泛应用于PMMA/PVC、PMMA/PC、PMMA/ABS和PMMA/ABS/PC/AS等的双层或多层共挤产品的制造。
（3）“七彩润博”牌PMMA共挤材料简介：
a.与PVC相近的溶度积参数：“七彩润博”改性PMMA的溶度积参数为9.0-9.8，（PVC树脂为9.4-9.6两者数值相近），相融性优异；
b.优于PVC树脂的熔融流动性：熔融指数≥4g/10min；
c.优于PVC材料的抗冲、拉伸强度和弹性模量：抗冲击≥45MPa，弹性模量≥2500MPa；
d.着色后的“七彩润博”改性PMMA，UV照射加速老化测试≥6000h，色泽变化ΔE<5，Δb<3；
e.高于PVC材料的硬度和维卡软化温度：U-PVC的维卡软化点是≥73℃，硬度是3H（ASTM D3363-92a），而“七彩润博”改性PMMA的维卡软化温度≥88℃，硬度≥4H；
f.有效地提高材料的抗划伤和使用温度：通体彩色U-PVC最大的日照积温是65℃-68℃，而复合彩色PMMA后的最大积温仅58℃-62℃。明显低于未共挤U-PVC材料暴晒时的表面积温。可适用于高原、高日照和沙漠等酷热夏季气候地区。并且可提高被覆盖材料的强度和减少收缩率；
g.选用透光率>93%的材料，具有亮光泽、哑光和可抛光等品质；
h.与PVC相似的膨胀系数，大大降低了不同种材料在热胀冷缩时的应力差。在零下35℃的使用条件下不断裂。
       如上所述，“七彩润博”改性PMMA能满足PVC材料的室内外多种使用条件。已广泛用于制造各类塑料制品。如：塑料门窗、护栏、合成树脂瓦、浴缸和航空航天材料等。

 二、改性PMMA材料的加工工艺
        通常PMMA的熔融温度为220—240℃。若与不同类别的高分子材料共聚，就会降低其熔融温度。如：由丙烯腈－苯乙烯－丙烯酸酯共聚的高分子化合物ASA的熔融温度是190－210℃。其熔融温度随三者单体共聚时的比例而变动。由于其共聚物中耐候性优异的丙烯酸酯成份的减少，其耐候性能、光泽度和硬度亦随之下降。而用于与MMA改性共聚的是丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯类及其同系弹性体，所以其熔融温度、硬度和光泽度均变化不大。同时加强了对波长为270nm－400nm紫外光的吸收，可保持优秀的耐候性、耐老化性、耐腐蚀性和耐化学环境污染能力。改性PMMA的最佳熔融温度仍在220℃－240℃之间，分解温度在270℃左右。大大提高了其加工适应性和与其他材料的互溶性，有利于提高制品的各项物理强度。

        尽管改性PMMA是一种优秀的复合共挤材料，但要取得优质的复合共挤产品仍需采用合适的加工设备和正确的加工工艺，并使之最优化。要点如下：
1.使用前充分干燥：改性PMMA为亲水性（极性）高分子聚合物。吸水率0.4%，和常用的工程塑料（ABS、PC、PS等）一样，用前必须在温度80℃到90℃和充分通风的条件下干燥，使其含水率<0.1％。否则将造成制品表层无光泽、沙眼、起泡和波纹等现象。严重时会出现成片密集的沙粒状，俗称“鲨鱼皮”状态，使制品抗老化性及物理强度下降。
2.选用挤出量匹配的共挤机：在与PVC材料复合共挤时，根据制品的用途，PMMA层的厚度应控制在0.05mm—0.5mm间，宽度在0.01mm—12M之间。
（1）生产宽度大于1M的板材：应选用Φ60mm—Φ100mm以上口径的共挤机；
（2）生产0.5M—0.9M的板材：应选用Φ40mm—Φ45mm口径的共挤机；
（3）生产< 0.15M的宽幅材料：应选用Φ40mm—Φ45mm口径的共挤机；
（4）生产PVC异型材主材：应选用Φ35mm—Φ40mm口径的共挤机；
（5）Φ30mm或以下口径的共挤机仅适用于辅材或主材低速挤出。选过大或过小口径的机型，常造成挤出量波动、表层厚度不易控制或熔体破裂，表面波纹等缺陷，应引起足够重视。


 三、加工工艺的最优化
        通常，优质产品的制造是优质材料、合适的设备和优化的工艺三者间的结合。设备、原料是满足工艺优化的条件，而工艺的最优化才是生产出优质制品的主要因素。
复合共挤制品的生产主要有以下几个步骤：
a.开机前的准备工作：
（1）充分干燥PMMA原料；
（2）清理机器及模具和定型水套。要求做到无划伤、缺痕、光滑和洁净；
（3）彻底清洁水箱及冷却系统，入水口处无杂质，尤其是沙粒等硬物。此措施是减少共挤层划痕的关键；
（4）设置合理的工艺温度，对Φ30mm—Φ40mm的共挤机，工艺可按下表所列参数设置：
各区温度平衡后，并保持30分钟以上即可进行共挤生产。
b.开机操作：待上述准备工作完成并确认无误后，方可开机操作。
（1）缓慢启动共挤机至口模处有共挤料溢出；
（2）停下或降低共挤机转速，防止PVC材料倒流入分配器合流区；
（3）开动主挤出机，先调试基材的挤出；
（4）主材调试正常后，缓慢提高共挤机转速，仔细调试复合层厚度。使复合层厚度均匀、平整。
c.生产中异常现象及解决措施：（略…）因加工设备，原料的差异，上述建议不能满足工艺要求，欲需详细指导请及时联系我们。


 四、改性PMMA材料的选择
         改性PMMA共挤原料是一种要求极高的技术密集型产品。目前，皆由国外著名PMMA生产商提供或按其授权在国内生产。所提供的产品有：（1）严谨的技术资料；（2）产品质量及成品使用年限保证承诺书；（3）提供完善的售后服务。使用者应该认真按上述三原则辨别，避免误用低价劣质材料，才能生产出让用户放心的优质PVC共挤产品。