CN102602006B - 大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法及其挤出成型设备 - Google Patents

大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法及其挤出成型设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法及其挤出成型设备，挤出成型方法包括以下步骤：1）挤出机挤出塑化阶段；2)板材模具成型阶段；3）三辊压光阶段；4）牵引冷却阶段；5）制品热处理阶段；挤出成型设备沿出料方向依次设置挤出机、板材模具、三辊压光设备、托架和牵引滚筒，所述挤出机的螺杆为镍基合金，其长径比为25～28∶1、压缩比为2.5-3，所述三辊压光设备为斜式的，三辊间中心轴线保持平行运行，压光设备配备加热与冷却装置；本发明能够实现大尺寸聚偏氟乙烯板材的挤出成型制作如不同厚度（1-20mm）且宽度大于1米的各种大规格PVDF板材，来满足用户的各种需求，填补市场空白。

Description

大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法及其挤出成型设备
技术领域
本发明涉及一种高分子材料的制作方法及设备，具体说是涉及一种大尺寸聚偏氟乙烯（PVDF）挤出成型方法及其挤出成型设备，主要用于通过挤出成型方法连续制作大尺寸聚偏氟乙烯（PVDF）板材。
背景技术
聚偏氟乙烯（PVDF）是氟塑料材料中，目前除聚四氟乙烯外，用量最大的一种高分子材料。聚偏氟乙烯（PVDF）制品具有强度高、刚性好、耐磨耗、抗蠕变、耐老化、耐腐蚀等特性，是氟塑料材料中性能较全面的材料。目前国内已有聚偏氟乙烯（PVDF）的模压、挤出、注射制品，但都尚未形成规模生产，只能生产小规格的产品。如现有的聚偏氟乙烯（PVDF）挤出方法，主要是通过普通的高分子挤出设备来完成，可是普通的高分子挤出设备存在抗腐蚀能力不强，而聚偏氟乙烯（PVDF）在熔融时腐蚀较强，现有高分子挤出设备难以满足要求；此外，由于聚偏氟乙烯（PVDF）材料存在导热系数低的缺陷，往往制品在加工过程中冷却速度慢，对于厚度大的制品，如冷却不当，内外温差大，易产生热应力。同时，聚偏氟乙烯（PVDF）粘弹体强度高，而板材在生产过程中受到运行辊筒的拉伸与三辊的压延，制品中也易产生内应力，如果后处理工艺不当，极易造成制品内部缺陷或产品变形。这些因素都影响聚偏氟乙烯（PVDF）的连续作业生产，所以很难生产出聚偏氟乙烯（PVDF）材料的大板。
但是另一方面，国内光伏太阳能、半导体设备、化工、冶炼设备、水处理设备因其防腐问题又急需大尺寸（宽度大于1米）的聚偏氟乙烯（PVDF）板材。大尺寸的聚偏氟乙烯（PVDF）板材与普通制品相比，具有优异的性能和明显的优势，可广泛应用在化工行业中的电解槽板、泵、阀、管及垫圈、衬里、耐腐蚀涂层等，特别是适用于制作环境保护、净化水处理等防腐设备方面，是钢材无法替代的一种防腐材料；还可用于电子、电气工业中的电线电缆包复、电缆护套及机械工业中的齿轮、轴承等；也可用于传感器工业中制作压电、热电等敏感元器件。用途十分广泛，前景非常看好。
为此我公司开始实施年产300吨挤出聚偏氟乙烯(PVDF)板材生产线技术开发项目，其目的是想实现连续挤出不同厚度（1-20mm）且宽度大于1米的各种大规格PVDF板材，来满足用户的各种需求，填补市场空白。本项目系化工环保型产品，按照“两型社会”的要求，主要针对目前聚偏氟乙烯(PVDF)板材规格尺寸小、无法批量供货、且成本高等致命问题，运用挤出新工艺，以获得一种无毒耐高温耐腐蚀高性能的环保型高分子材料——大尺寸聚偏氟乙烯(PVDF)板材。本项目研究对象是实现连续、稳定挤出：长×宽：3000×1500mm，厚度：1-20mm系列规格PVDF板材的设备选型与设备配套、工艺技术、制品后处理等技术问题。
发明内容
本发明的目的在于实现大尺寸聚偏氟乙烯（PVDF）板材挤出成型制作，如连续挤出不同厚度（1-20mm）且宽度大于1米的各种大规格聚偏氟乙烯(PVDF)板材，来满足用户的各种需求，填补市场空白，提出一种大尺寸聚偏氟乙烯（PVDF）板材挤出成型方法及其挤出成型设备。
本发明的解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种大尺寸聚偏氟乙烯（PVDF）板材挤出成型方法，包括以下步骤：
1）挤出机挤出塑化阶段：将适应板材挤出品级的聚偏氟乙烯(PVDF)原料经料斗送入挤出机的机筒内，通过螺杆对聚偏氟乙烯(PVDF)原料进行挤出加工；随着螺杆的旋转，被螺棱推动前进的原料受到很大挤压力；同时原料又受到机筒供热和螺杆的剪切作用，使得聚偏氟乙烯(PVDF)原料的物理状态，随之逐渐由玻璃态转变成高弹态，最后成为粘流态达到充分塑化，由于螺杆一直在稳定不停的旋转，则把塑化均匀的融体等压等量地挤入板材模具的模腔内；
2)板材模具成型阶段：将挤出机挤出的充分塑化的聚偏氟乙烯(PVDF)融体，经板材模具成型为板材坯料送入三辊设备中；
3）三辊压光阶段：将板材坯料导入压辊筒间定型、压光；
4）牵引冷却阶段：经三辊定型，压光的板材，经同步风冷装置冷却输入牵引滚筒中；在牵引力的作用下，实现锯边，按规格长度裁切成板材；
5）制品热处理阶段：为消除板材成型的过程中残留的内应力，提高制品物理机械性能。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（1）所述的挤出机螺杆为镍基合金制作的螺杆，其长径比为25～28：1，压缩比为2.5-3。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（2）挤出机将充分塑化的聚偏氟乙烯(PVDF)原料融体连续挤入板材模具的模腔内，通过调节模唇间隙达到板材需要的厚度，同时根据板材规格调节模唇间隙，可加工生产1-20MM厚度板材，适应范围之广，是一般挤板模具难以达到。
作为本发明的进一步改进，所述的挤出机塑化温度为200-240℃，所述的三辊压光设备的辊筒温度为150-195℃，所述的牵引滚筒的牵引速度为0.15-1.5米/分钟，与压制板材厚度适配。
作为本发明的进一步改进，所述的步骤（3）的三辊压光设备为斜式的，辊径为φ400～φ800mm，压辊采用42CrMoA优质合金钢材锻打制造，辊面需经淬火处理，表面硬度≥HRC55，镀铬抛光达到镜面，三辊间中心轴线保持平行运行，压光设备配备加热与冷却装置，适应不同规格厚度板材的压光。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（4）牵引冷却,因聚偏氟乙烯(PVDF)原料与其它氟塑料相比存在导热系数低的缺陷，加工成型时散热慢，本发明采用同步冷却，即托架上下设有冷却风板，聚偏氟乙烯(PVDF)板材从中间穿过，达到冷却的目地。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（5）热处理温度为100-140℃，保温时间为2-6小时，根据板材厚度适配。
本发明还提出一种大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型设备，沿出料方向依次设置挤出机、板材模具、三辊压光设备、托架和牵引滚筒，所述挤出机的螺杆为镍基合金，其长径比为25～28：1、压缩比为2.5-3，所述三辊压光设备为斜式的，辊径为φ400～φ800mm，压辊采用42CrMoA优质合金钢材锻打制造，辊面需经淬火处理，表面硬度≥HRC55，镀铬抛光达到镜面，三辊间中心轴线保持平行运行，压光设备配备加热与冷却装置。
作为本发明的进一步改进，所述的托架上下设有冷却风板，聚偏氟乙烯(PVDF)板材从冷却风板中间穿过，穿过时通过上下冷却风板吹出的冷风对聚偏氟乙烯(PVDF)板材进行冷却，达到冷却的目地。
综上所述，本发明能够实现不同厚度（1-20mm）且宽度大于1米的各种大规格聚偏氟乙烯(PVDF)板材，来满足用户的各种需求，填补市场空白。本发明的优点在于：
本发明是在充分研究聚偏氟乙烯(PVDF)材料的性能基础上，根据聚偏氟乙烯(PVDF)材料的特性所制定出的聚偏氟乙烯(PVDF)大板生产方法及设备，充分考虑由于PVDF熔融粘度高，导热系数低，制品在冷却过程易产品内应力，给挤出板材加工带来很多困难。解决了如下关键技术：
①挤出设备的关键技术
挤出设备是将聚偏氟乙烯(PVDF)原料在挤出机的料筒中加温熔融塑化，在螺杆挤压力的作用下，将熔体向前压缩，实现连续稳定挤出。由于聚偏氟乙烯(PVDF)熔融时腐蚀较强，挤出设备关键部件即螺杆与料筒的材质必须选用抗腐蚀性强、耐磨性能好、高温变形小的镍基合金材料制造。同时，聚偏氟乙烯(PVDF)熔融粘度高，导热系数低，为保证设备的安全运行和物料的均匀塑化，应合理选用螺杆的长径比（L/D）和压缩比（ｈ1/ｈ0）。
②三辊压光设备的技术关键
a、三辊压光设备有立式与斜式两种，通过试验确定适应聚偏氟乙烯(PVDF)板材压光的结构形式为斜式，且在三辊压光设备后面设有托架。
b、目前用于PVC、PP、PMMA板材压光设备，其辊径为φ400～φ800mm，能否适应PVDF板材压光辊的辊径，需通过试验和经验总结才能确定其技术参数。
c、PVDF板材强度高，因此，压光设备的压辊应采用42CrMoA优质合金钢材锻打制造，辊面需经淬火处理，表面硬度不能低于HRC55，还需镀铬抛光达到镜面，要求加工精度高，制造难度大。
d、三辊压光设备在生产过程中，由于生产工艺需要，必须配备加热装置，且可控可调，控温准确。
e、辊筒转速可控，既要与挤出机挤出速度协调，又要与牵引机牵引速度相匹配。既能实现单机调节又能实现同步调节。
f、设备运行平稳、速度可控。三辊间中心轴线运行时必须保持平行，能适应不同规格厚度的板材压光。
③ 制品冷却及后处理工艺技术关键。
本发明采用同步冷却，在三辊压光设备后面设有托架，并在托架上下设有冷却风板，聚偏氟乙烯(PVDF)板材从中间穿过，穿过时通过上下冷却风板吹出的冷风对聚偏氟乙烯(PVDF)板材进行冷却，达到冷却的目地。
附图说明
图1为本实施例的挤出成型工艺流程图；
图2为本实施例的挤出设备示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1所示，一种大尺寸聚偏氟乙烯（PVDF）板材挤出成型方法，包括以下步骤：
1）挤出机挤出塑化阶段：将适应板材挤出品级的聚偏氟乙烯(PVDF)原料经料斗送入挤出机的机筒内，通过镍基合金螺杆对聚偏氟乙烯(PVDF)原料进行挤出加工；随着螺杆的旋转，被螺棱推动前进的原料受到很大挤压力；同时原料又受到机筒供热和螺杆的剪切作用，使得聚偏氟乙烯(PVDF)原料的物理状态，随之逐渐由玻璃态转变成高弹态，最后成为粘流态达到充分塑化，由于螺杆一直在稳定不停的旋转，则把塑化均匀的融体等压等量地挤入板材模具的模腔内；
2)板材模具成型阶段：将挤出机挤出的充分塑化的聚偏氟乙烯(PVDF)融体，经板材模具成型为板材坯料送入三辊设备中；
3）三辊压光阶段：将板材坯料导入压辊筒间定型、压光；
4）牵引冷却阶段：经三辊定型，压光的板材，经同步风冷装置冷却输入牵引滚筒中；在牵引力的作用下，实现锯边，按规格长度裁切成板材；
5）制品热处理阶段：为消除板材成型的过程中残留的内应力，提高制品物理机械性能。
作为本实施例的进一步改进，所述步骤（1）所述的挤出机螺杆为镍基合金制作的螺杆，其长径比为25～28：1、压缩比为2.5-3。
作为本实施例的进一步改进，所述步骤（2）挤出机将充分塑化的聚偏氟乙烯(PVDF)原料融体连续挤入板材模具的模腔内，通过调节模唇间隙达到板材需要的厚度，同时根据板材规格调节模唇间隙，可加工生产1-20MM厚度板材，适应范围之广，是一般挤板模具难以达到。
作为本实施例的进一步改进，所述的挤出机塑化温度为200-240℃，所述的三辊压光设备的辊筒温度为150-195℃，所述的牵引滚筒的牵引速度为0.15-1.5米/分钟，与压制板材厚度适配。
作为本实施例的进一步改进，所述的步骤（3）的三辊压光设备为斜式的，辊径为φ400～φ800mm，压辊采用42CrMoA优质合金钢材锻打制造，辊面需经淬火处理，表面硬度≥HRC55，镀铬抛光达到镜面，三辊间中心轴线保持平行运行，压光设备配备加热与冷却装置，适应不同规格厚度板材的压光。
作为本实施例的进一步改进，所述步骤（4）牵引冷却,因聚偏氟乙烯(PVDF)原料与其它氟塑料相比存在导热系数低的缺陷，加工成型时散热慢，本实施例采用同步冷却，即托架上下设有冷却风板，聚偏氟乙烯(PVDF)板材从上下冷却风板中间穿过，穿过时通过上下冷却风板吹出的冷风对聚偏氟乙烯(PVDF)板材进行冷却，达到冷却的目地。
作为本实施例的进一步改进，所述步骤（5）热处理温度为100-140℃，保温时间为2-6小时，根据板材厚度适配。
作为本实施例的进一步描述，所述的大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法对应不同厚度的板材，工艺参数如下：
本发明还提出一种大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型设备，沿出料方向依次设置挤出机1、板材模具2、三辊压光设备3、托架4和牵引滚筒5，所述挤出机1的螺杆为镍基合金，其长径比为25～28：1、压缩比为2.5-3，所述三辊压光设备3为斜式的，辊径为φ400～φ800mm，压辊采用42CrMoA优质合金钢材锻打制造，辊面需经淬火处理，表面硬度≥HRC55，镀铬抛光达到镜面，三辊间中心轴线保持平行运行，压光设备配备加热与冷却装置。
作为本实施例的进一步改进，所述的板材模具包含有一个可以调节的模唇，可通过调节模唇间隙达到板材需要的厚度，同时根据板材规格调节模唇间隙，可加工生产1-20MM厚度板材。
作为本实施例的进一步改进，所述的托架4上下设有冷却风板6，上下冷却风板6间隙的大小根据板厚所确定，聚偏氟乙烯(PVDF)板材从冷却风板6中间穿过，达到冷却的目地。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法，其特征在于，沿出料方向依次设置挤出机、板材模具、三辊压光设备、托架和牵引滚筒，所述挤出机的螺杆为镍基合金，其长径比为25～28：1、压缩比为2.5-3，所述三辊压光设备为斜式的，辊径为φ400～φ800mm，压辊采用42CrMoA优质合金钢材锻打制造，辊面需经淬火处理，表面硬度≥HRC55，镀铬抛光达到镜面，三辊间中心轴线保持平行运行，压光设备配备加热与冷却装置；包括以下制作步骤：
1）挤出机挤出塑化阶段：将适应板材挤出品级的聚偏氟乙烯(PVDF)原料经料斗送入挤出机的机筒内，通过螺杆对聚偏氟乙烯(PVDF)原料进行挤出加工；随着螺杆的旋转，被螺棱推动前进的原料受到很大挤压力；同时原料又受到机筒供热和螺杆的剪切作用，使得聚偏氟乙烯(PVDF)原料的物理状态，随之逐渐由玻璃态转变成高弹态，最后成为粘流态达到充分塑化，由于螺杆一直在稳定不停的旋转，则把塑化均匀的融体等压等量地挤入板材模具的模腔内；
2)板材模具成型阶段：将挤出机挤出的充分塑化的聚偏氟乙烯(PVDF)融体，经板材模具成型为板材坯料送入三辊设备中；
3）三辊压光阶段：将板材坯料导入压辊筒间定型、压光；
4）牵引冷却阶段：经三辊定型，压光的板材，经同步风冷装置冷却输入牵引滚筒中；在牵引力的作用下，实现锯边，按规格长度裁切成板材；
5）制品热处理阶段：为消除板材成型的过程中残留的内应力，提高制品物理机械性能。
2.如权利要求1所述的一种大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法，其特征在于，所述步骤（2）挤出机将充分塑化的PVDF融体连续挤入板材模具的模腔内通过调节模唇间隙达到板材需要的厚度，同时根据板材规格调节模唇间隙。
3.如权利要求1所述的一种大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法，其特征在于，所述的挤出机塑化温度为200-240℃，所述的三辊压光设备的辊筒温度为150-195℃，所述的牵引滚筒的牵引速度为0.15-1.5米/分钟，与压制板材厚度适配。
4.如权利要求1所述的一种大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法，其特征在于，
所述步骤（4）托架上下设有冷却风板，聚偏氟乙烯板材从冷却风板中间穿过，达到冷却的目地。
5.如权利要求1所述的一种大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法，其特征在于，所述步骤（5）热处理温度为100-140℃，保温时间为2-6小时，根据板材厚度适配。
6.如权利要求1-5任一权利要求所述的一种大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法，其特征在于，所述的大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法对应不同厚度的板材，工艺参数如下：
。
7.一种适用于如权利要求1-5任一权利要求所述的大尺寸聚偏氟乙烯板材挤出成型方法的挤出成型设备，其特征在于，沿出料方向依次设置挤出机、板材模具、三辊压光设备、托架和牵引滚筒，所述挤出机的螺杆为镍基合金，其长径比为25～28：1、压缩比为2.5-3，所述三辊压光设备为斜式的，辊径为φ400～φ800mm，压辊采用42CrMoA优质合金钢材锻打制造，辊面需经淬火处理，表面硬度≥HRC55，镀铬抛光达到镜面，三辊间中心轴线保持平行运行，压光设备配备加热与冷却装置。
8.如权利要求7所述的挤出成型设备，其特征在于，所述的托架上下设有冷却风板，聚偏氟乙烯(PVDF)板材从冷却风板中间穿过，达到冷却的目地。
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聚偏氟乙烯树脂性能和加工应用;张士林等;《工程塑料应用》;20051231;第33卷(第4期);参见第67页2.1，67页左栏最后1段，68页2.2 *

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