PVC柔性母排料生产与母排挤出工艺研究

PVC柔性母排料生产与母排挤出工艺研究

胡益民

身份证号码：330382199412092633  浙江，温州 325000

摘要：本研究全面探讨了PVC柔性母排料的生产和挤出加工工艺，通过精心挑选PVC树脂、增塑剂和热稳定剂，运用正交试验方法对母排料的配方和挤出工艺参数进行了精确优化，对模具设计进行了细致的改进。

关键词：PVC；柔性母排；配方设计；挤出工艺；正交试验

引言：柔性母排作为一种新型的配电连接导体，以安装便捷、空间节省以及散热效果佳等优势，在工业配电系统中展现出广阔的应用潜力，该导体采用聚氯乙烯（PVC）这种通用的热塑性塑料进行制备，聚氯乙烯因其出色的物理和机械性能、阻燃性、电气绝缘性以及耐化学腐蚀性等特性，在电线电缆行业中已有广泛应用。

1 PVC柔性母排料的配方及挤出工艺设计

1.1 PVC树脂的选择

PVC树脂是制备柔性母排的基体材料，其品种和性能直接影响母排制品的综合性能。根据柔性母排对PVC树脂的要求，选用粒径分布均匀、热稳定性好、加工流动性佳的PVC糊树脂(K值为65~67)作为基础原料，所选PVC树脂兼具优良的物理机械性能与电气性能，有利于制备高性能柔性母排产品。

1.2 增塑剂的优化选用

PVC柔性母排料需要添加大量增塑剂，以改善PVC树脂的柔韧性，研究表明，邻苯二甲酸酯类增塑剂能够显著提高PVC材料的断裂伸长率，改善低温性能。但传统的邻苯二甲酸二辛酯（DOP）等增塑剂存在挥发性大、析出严重的缺陷，为此，选用线型结构的环保型增塑剂DOTP和DINP，既保证母排材料的柔韧性，又能大幅降低增塑剂的析出风险。
1.3 热稳定剂的筛选
　　PVC母排在长期使用过程中，容易发生热降解而老化，合理选用热稳定剂可延缓PVC材料的热降解进程，提高母排的使用寿命[2]。通过热老化试验和力学性能测试，优选出以液态有机锡、复合铅盐为主的复配型热稳定剂体系，有机锡热稳定剂具有低毒、无色、抗盐雾性强等优点；铅盐类热稳定剂价格低廉，且与有机锡具有良好的协同作用，能显著提升PVC母排材料的长期热稳定性。

2 PVC柔性母排料的制备

2.1 母排料配方的正交优化

为优化PVC柔性母排料配方，采用四因素三水平正交试验设计，以PVC树脂用量、复配增塑剂比例、复配热稳定剂用量、阻燃剂用量为因素，母排料的加工流动性、热稳定性、阻燃性及力学性能为评价指标，开展正交试验研究，通过极差分析等方法确定各组分最优配比，得到性能最佳的母排料配方。

2.2 母排料的混炼工艺

采用优化配方配制的PVC柔性母排料，在高速混炼机中进行混炼，为保证排料的均匀性与可加工性，混炼过程严格控制转速、温度、时间等工艺参数，通过正交试验优化混炼工艺，获得均匀、无析出、粘度适中的PVC母排混炼料。

2.3 母排料的造粒

为方便母排混炼料的输送与计量投料，需对其进行造粒处理，采用双螺杆挤出造粒工艺，通过优化螺杆转速、机筒温度、切粒刀转速等参数，制备表面光滑、尺寸均匀、热稳定性良好的PVC柔性母排粒料，为后续母排挤出加工奠定原料基础。

3 柔性母排挤出工艺的研究

3.1 挤出工艺参数的正交优化

柔性母排的挤出成型是将PVC粒料转化为具有特定截面形状的母排制品的核心步骤，在这个过程中，工艺参数的合理性直接影响到母排制品的表面质量和力学性能，主要的核心参数包括挤出温度、螺杆转速和牵引速度。

如果挤出温度设置得过低，PVC粒料的熔融将不充分，导致熔体流动性差，容易在模具中堵塞，从而使得母排表面粗糙，并产生气泡等缺陷，相反，如果温度过高，则会引发PVC的热降解，导致母排的力学性能下降，螺杆转速过低会导致PVC熔体在机筒中停留时间过长，容易发生热降解，而转速过高，PVC熔体受剪切力过大，分子链会发生断裂，同样会影响到力学性能，牵引速度是控制母排冷却速率和表面质量的关键，过慢的牵引速度会使母排表面产生卷曲，而过快的牵引速度则会导致冷却不充分，增加母排的内应力。

为了获得性能优异的PVC柔性母排，本研究采用了四因素三水平正交试验，以母排的拉伸强度和表面粗糙度为考察指标，对挤出温度（A）、螺杆转速（B）、牵引速度（C）和模具温度（D）等工艺参数进行了优选。试验结果如表1所示。

表1 正交试验结果

通过极差R的分析，可以看出，挤出温度对母排性能的影响最为显著，其次是螺杆转速和牵引速度，模具温度的影响相对较小，根据各因素的k值分析，最佳的挤出温度为180℃，螺杆转速为40r/min，牵引速度为1.0m/min，在这些参数组合下，制备的PVC柔性母排具有最佳的综合性能，其拉伸强度可达31.7MPa，表面粗糙度低至1.15μm。

3.2 模具结构的优化设计

除了工艺参数外，母排挤出模具的结构设计也是影响母排成型质量的关键因素，传统的柔性母排挤出多采用鱼尾状分流模具，存在流道截面收缩急剧、压降大、流动阻力高等问题，容易导致母排熔体充填不均匀，表面产生拉痕、气泡等缺陷。

针对PVC柔性母排的特点，优化设计了渐缩式分流模具，该模具的主流道采用阶梯状渐缩结构，将母排熔体均匀分配到各分流道，与传统的鱼尾状模具相比，渐缩式分流道的收缩更为缓和，熔体流动阻力显著降低，有利于提高母排的表面质量和成型效率。

模具流道尺寸的设计也是保证母排成型质量的关键，流道截面积过大，熔体流速慢，易产生熔体积聚；截面积过小，又会导致熔体压力骤增，流动不畅，经过反复计算和模流分析，本研究优化了模具流道的宽度和厚度尺寸，既保证了母排的均匀充填，又最大限度降低了挤出机的负荷。

在模具成型区还设计了多组冷却水道，沿母排截面周向布置，通过调节冷却水的温度和流量，可以精确控制母排的冷却速率，既防止母排表面硬化开裂，又保证其尺寸稳定性，优化设计的渐缩式分流模具，在提高母排表面质量的同时，还将母排的合格率从原来的85%提升至98%以上。

3.3 母排制品性能测试与评价

采用优化的配方体系和精细化的挤出工艺，制备出系列PVC柔性母排样品，并对其力学性能、电气性能和阻燃性能进行测试评价，结果如表2所示。

表2 PVC柔性母排性能测试结果

由表2可知，经配方和工艺优化的PVC柔性母排各项性能指标均优于标准要求，尤其在力学强度和阻燃性能方面表现突出，母排的拉伸强度可达32.5MPa，断裂伸长率高达235%，能够承受较大的弯曲变形而不发生断裂，母排在垂直燃烧试验中表现出优异的阻燃自熄性能，燃烧时间不到10s，达到最高的UL94 V-0级别。

优异的力学和阻燃性能，源于PVC柔性母排精细化的配方设计和模具成型工艺，增塑剂的合理选用和掺量控制，保证了母排基体的柔韧性；科学筛选的阻燃助剂与PVC基体具有良好的相容性，在赋予母排优异阻燃性能的同时，并未削弱其力学性能，此外，在母排挤出成型过程中，模具温度和冷却速率的精确控制，既消除了母排的内应力，又最大限度保留了PVC分子链的取向结构，从而获得高强度、高韧性的母排制品。

结语：

本文从配方设计和挤出工艺两方面，系统开展了PVC柔性母排生产制备的研究，通过优化PVC基体树脂、增塑剂、热稳定剂等的用量与种类，获得了高性能的母排专用料配方体系，采用正交试验优选混炼和挤出成型的工艺参数，并对挤出模具结构进行了合理设计，最终制备出力学性能优异、阻燃性能突出、绝缘性能稳定的PVC柔性母排产品，系统的配方设计和精细化的工艺控制，是保证PVC柔性母排产品质量稳定性的关键。

参考文献：

[1]康永,艾江,杨高峰.绝缘阻燃型聚氯乙烯柔性母排的性能影响因素分析[J].橡塑技术与装备,2017,43(6):47-51.

[2]赵旭.绝缘阻燃型聚氯乙烯柔性母排的制备及性能研究[J].橡塑技术与装备,2017,43(10):11-14.