CN103786323A - 三层铝塑型材共挤工艺 - Google Patents

Abstract

一种三层铝塑型材共挤工艺，包括步骤：（1）共挤成型：由一台铝衬型材输送机将铝衬型材输送到成型模具的中心孔内；同时用两台挤出机分别挤出硬质塑料和微发泡塑料，并分别送入到成型模具的外层入口和中间层入口，在成型模具内完成铝衬型材被两层塑料层包裹的三层复合结构。（2）合层定型：复合结构受牵引拉力进入定型模体进行冷却定型。本发明的优点是：挤出成型过程中通过微发泡塑料中间填充，缓解硬质塑料对铝衬的压力。解决了硬质聚氯乙烯塑料直接与金属铝衬型材结合难以挤出成型的问题；把现有的微发泡塑料与金属铝衬直接结合成型后，既解决了现有复合型材表面硬度不够和发脆的问题，又使得外层硬质塑料与铝型材内衬牢固结合。

Description

三层铝塑型材共挤工艺

技术领域

本发明涉及一种三层铝塑型材共挤工艺，主要用于生产门窗框架使用的型材。

背景技术

现有技术中早先主要采用塑钢型材或铝型材，后来为了克服塑钢型材存在的强度不够和铝型材存在隔热性能差的的缺点，采用了共挤的铝塑复合型材，这种复合型材以铝型材为内衬，在其外面复合一层微发泡外表面结皮塑料层（聚氯乙烯塑料）。这种复合型材存在的主要缺点是，微发泡外表面结皮塑料层不可能做得很厚，所以其表面硬度不能满足使用的要求。另外，微发泡塑料外表面结皮会导致塑料层发脆，切割时掉块，所以采用微发泡结皮塑料层与铝型材内衬复合不是理想的复合结构。

发明内容

本发明目的是提供一种三层铝塑型材共挤工艺，以解决现有技术存在的塑钢型材强度不够，铝型材隔热性能较差，铝塑复合型材表面硬度不够和发脆问题。

本发明的技术方案是： 

本发明的优点是：

1、挤出成型过程中通过微发泡塑料中间填充，缓解硬质塑料对铝衬的压力。解决了现有的硬质聚氯乙烯塑料直接与金属铝衬型材结合难以挤出成型的问题。

2、外层硬质塑料包裹了型材内层，具有一定的硬度。把现有表面被硬质塑料包裹了的微发泡塑料与金属铝衬直接结合成型后，既解决了现有复合型材表面硬度不够和发脆的问题，又使得外层硬质塑料与铝型材内衬牢固结合。

3、新型铝塑填充共挤多层型材的成型工艺生产的型材，综合了两种不同材质的塑料型材和铝合金型材各自单独具有的优缺点，合二为一，既包含了硬质塑料型材优点，又包含了铝合金型材的优点。是理想的新型多层门窗专用型材。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图；

图2是本发明生产的三层铝塑复合型材的剖面图。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明一种三层铝塑型材共挤工艺，采用该工艺生产的三层铝塑型材，是在塑料型材和铝合金型材的基础上，采用复合挤出成型新工艺技术生产出来的新型共挤多层型材。该型材在挤出成型过程中，结合硬质塑料型材的挤出成型技术、结皮微发泡铝塑型材共挤成型技术，研发了硬质塑料挤出成型和微发泡塑料挤出填充成型有效结合包裹铝型材挤出成型新技术，顺利完成了硬质聚氯乙烯塑料和金属铝型材缓冲连接的成型过程。

参见图2，三层铝塑型材由铝衬型材3、微发泡塑料填充层2和硬质塑料层1组成，在铝衬型材3与硬质塑料层1之间填充有微发泡塑料填充层2。

所述的外层硬质塑料层1为一定厚度的硬质聚氯乙烯塑料，中间的微发泡塑料填充层2为微发泡聚氯乙烯填充塑料，内层为一定厚度的铝衬型材3。该型材的成型原理是：在成品铝合金内衬上采用硬质塑料型材挤出成型方法进行包裹时，在两者之间对接挤出填充微发泡塑料层，使三者合三为一成型为多层共挤型材。

所述的硬质塑料外层1采用硬质聚氯乙烯塑料（即未增塑的聚氯乙烯塑料），具有一定强度和隔热性能，对型材起到保护的作用。

所述的微发泡塑料填充层2采用微发泡聚氯乙烯塑料，比普通的发泡材料的强度高，能够很好地支撑硬质塑料外层1，并具有良好的隔热性能。

在所述的铝内层型材3的外表面设有多个燕尾槽4，所述的微发泡塑料填充层2充满该燕尾槽4以实现两层之间的牢固结合。而微发泡塑料填充层2与硬质塑料外层1之间本身具有良好的结合性能，在挤出的过程中便牢固地连结为一体。

在所述的铝内层型材3内设有多个腔体5，既保证了具有较高的强度，又利用空腔提高保温性能。 

参见图1，本发明的成型工艺主要包括共挤成型和合层定型两个过程：

1、共挤成型过程的成型方法是：两种不同材质的塑料（硬质塑料和微发泡塑料）粉料，各自从两台挤出机中塑化后挤出，两种料流从不同流道同步挤进同一成型模体，沿流道分层包裹在同步速度牵引运行的铝合金内衬上，共同挤出成型模头，完成共挤成型过程。

2、合层定型过程的定型方法是：两种材质不同的塑料分层包裹在铝衬上，在进入定型模时，硬质塑料层不能进行空间压缩，只能通过微发泡塑料中间填充，缓解硬质塑料对铝衬的压力，然后使成型后的复合层顺利进入定型模体内冷却定型。

新型铝塑填充共挤多层型材成型工艺技术：

新型铝塑填充共挤多层型材采用如下的填充共挤成型工艺技术和合层定型工艺技术生产制做。

1、填充共挤成型的方法：由两台挤出机加一台铝衬型材输送机，配合成型模具共同完成填充共挤成型。两种不同材质的塑料分别用两台挤出机进行挤出，两台挤出机中的一台为主、一台为辅，分别以一定角度摆放在型材挤出运行直线的两边，主挤出机完成硬质聚氯乙烯塑料的塑化挤出，辅挤出机完成微发泡聚氯乙烯塑料的塑化挤出。该型材的成型模具分为共挤成型模头和合层定型模体两个部分，成型模头有三个进口，两挤入塑料进口分别与两台主辅挤出机出料口对接；铝衬型材进口设计在成型模头的后面，与型材挤出运行方向成一直线。铝衬型材输送机相应地摆放在挤出模头的后面，与型材挤出方向成一直线。铝衬型材沿挤出运行直线方向从后向前输送，进入并通过成型模头。在成型模头出口铝衬型材被共挤层塑料包裹，完成填充挤出成型过程。

2、合层定型工艺方式：填充挤出后，铝衬型材被共挤双层塑料包裹后被牵引进入定型模体冷却定型。因成型后的高温塑料粘流体进入定型模体型腔内，受到的真空吸附和循环水流冷却，会与定型模腔壁产生摩擦阻力，所以需要牵引拉出。成型后的型材被牵引机履带夹紧，以一定速度沿挤出方向、匀速牵引拉出定型模体，完成定型过程。

3、填充共挤成型工艺操作步骤及原理、特点：

第一步：挤出硬质聚氯乙烯塑料：

成型工艺原理：按照现有技术的硬质聚氯乙烯塑料的挤出工艺操作步骤，操作挤出主机，挤出硬质聚氯乙烯塑料。因主挤出机摆放与型材挤出成型模头出口方向为成一定角度（一般为135°）。拐弯模头通过法兰用螺栓与挤出机头紧固连接。主料流在挤出模头内，沿成型流道分流、压缩、成型。在成型段与另一单独流道挤入的填充微发泡塑料分层相溶结合，共同挤出成型模头。挤出成型速度一般为1.0~1.5米/分钟。模头的内部形状根据型材的断面结构（如图2）进行设计，属于现有技术。

成型工艺特点：硬质塑料挤出速度与型材挤出运行牵引速度成正比，与型材用料量成反比。型材挤出运行牵引速度取决于型材用料量，当型材用料量多时，真空冷却定型慢，挤出速度就需要慢点；当型材用量少时，真空冷却定型快，挤出速度就可以快点。型材的用料量由型材截面大小和厚度决定。型材截面大小根据不同型材（框、梃、扇等）断面形状而定，型材硬质塑料厚度一般为1~2毫米。硬质塑料的挤出量决定主挤出机的挤出速度。

成型工艺操作：设定控制好主挤出机各区段的工艺温度。根据型材挤出运行牵引速度的快慢，调节主挤出机的螺杆转速控制调整硬质塑料料流挤出速度，达到塑料料流挤出速度与型材挤出牵引速度相匹配。

第二步：挤出微发泡聚氯乙烯塑料

成型工艺原理：按照现有技术的微发泡聚氯乙烯塑料的挤出工艺步骤，操作辅挤出机，挤出微发泡塑料。因微发泡塑料是用来填充空间的，流道为支流道。挤出辅机沿型材挤出运行直线、相对主挤出机的另一侧放置。辅机机头与模头共挤流道，通过过度流道连接体连接。来自辅挤出机的微发泡高温粘流体料流，从成型模头的共挤流道挤入，沿共挤流道导向分布料流后，在模头出口前的成型段与主流的硬质塑料高温粘流体汇合为内外层，复合层料流从模头口挤出。

成型工艺特点：微发泡塑料填充挤出速度应与硬质塑料挤出成型速度相匹配。因为微发泡塑料是用以填充空间的填充料，在挤出成型过程中控制挤出填充量的大小是挤出成型的关键。填充挤出速度过快，填充量就会过大，进入定型模体时，会造成堵模现象；填充挤出速度过慢、填充量就会不足，进入定型模体后，会造成缺料现象。堵模和缺料都不能正常挤出成型。

成型工艺操作：设定控制好辅挤出机各区段的工艺温度。根据型材挤出运行牵引速度的快慢，结合主挤出机挤出硬质塑料的挤出速度，调节辅挤出机的螺杆转速控制调整微发泡塑料料流挤出速度，使微发泡塑料填充量既要填满又不多余。

第三步：输送铝衬

成型工艺原理：在共同挤出硬质塑料和微发泡塑料的同时，开启铝衬输送机。因铝衬型材的顺长方向与挤出方向一致，铝衬型材经输送机主动轮表面的橡胶材料夹紧，输送速度调至与型材牵引速度相同（1.0~1.5米/分钟），匀速进入并通过成型模头的单独直线通道。铝衬型材一般以6米长度为一节，每两节中间以一个尼纶连接件连接，依次连接用于挤出成型。

成型工艺特点：铝衬型材被塑料粘流体包裹，在定型模腔内，铝衬型材会受到挤压造成阻力，为保证分段连接的后段铝衬不会与前段铝衬脱接，所以需要输送。挤出成型过程中，铝衬的输送速度应与挤出速度同步。铝衬输送速度快，挤出速度慢时，铝衬会顶着型材受到阻力，与输送轮打滑，损坏轮子；铝衬输送速度慢，挤出速度快时，铝衬前后两节会脱接。 铝衬型材是通过输送轮夹紧后输送的，轮对铝衬型材的夹紧力要适宜，不能太大，也不能太小。夹紧力太大，铝衬型材会变形；夹紧力太小，铝衬型材会打滑滞停。

成型工艺操作：合理调整输送轮对铝衬型材的转速和夹紧力。通过调节输送机主动轮转速，调整铝衬型材的输送速度，使铝衬型材输送速度与牵引速度同步。根据挤出运行需要，调节输送轮对铝衬型材的夹紧力的大小。

第四步：牵引、切割

    成型工艺原理：在共同挤出硬质塑料、微发泡塑料和铝衬成型和定型的同时，开启共挤型材牵引机。牵引方向为型材挤出方向，牵引速度为型材挤出速度。型材挤出和定型是个连续过程，定型后的型材部分经牵引机履带表面的橡胶块夹紧，以一定的力量传递，牵引正在定型的型材部分。牵引就是克服定型时模腔对型材表面产生的摩擦阻力，将共挤型材连续体顺利从定型模体牵引拉出，实现型材定型后连续不断运行。牵引速度应与型材挤出速度相同（1.0~1.5米/分钟）。牵引后连续运行的型材，按照铝衬长度（一般为6米/支），在铝衬连接处分段切割，按段集中储备。

工艺特点：牵引是为了克服定型时定型模腔和型材表面的阻力，使型材正常挤出运行；切割是对连体型材进行分段，方便运输和满足使用要求。牵引速度应当与挤出速度相匹配。牵引速度快，挤出速度慢时，会造成型材塑料层缺料；牵引速度慢，挤出速度快时，会造成堵模。牵引速度应与挤出速度相匹配，才能顺利挤出成型和定型。牵引夹紧力应适宜，不能过大，也不能过小。夹紧力过大时，型材易变形；夹紧力过小时，型材易打滑。切割时，切缝应选在铝衬与铝衬之间的尼纶连接处。

工艺操作：根据挤出速度调牵引速度，使牵引速度与型材挤出速度同步。根据型材运行状态调整牵引型材的夹紧力，夹紧力要调到最佳状态，不能太大，也不能太小。

4、填充共挤成型工艺技术难点及解决方法：

    技术难点一：硬质聚氯乙烯塑料和微发泡聚氯乙烯塑料塑化温度有一定的差异，是填充共挤成型工艺的一大难点。

    硬质聚氯乙烯塑料和微发泡聚氯乙烯塑料，单独挤出成型时，各自塑化工艺温度不同。硬质塑料塑化温度在175—185℃，而微发泡塑料塑化温度在155—165℃。若各自按常规挤出设定塑化温度，使两种塑料共同挤入同一模头分层相融结合，塑化温度较低的微发泡塑料会受塑化温度较高的硬质塑料影响，导致温度过高分解，使熔体破碎甚至碳化，影响正常挤出。

    这就需要改变微发泡塑料的原有配方，增加热稳定助剂的用量（重量比由4%增加到6%），减少发泡剂的用量（重量比由4%减少到3.5%）。重新设计新配方份额比例，该比例使微发泡塑料的塑化温度提高（发泡率几乎不变），与硬质塑料的塑化温度非常接近，以达到共挤成型的目的，有效解决了不同塑料共挤成型的难题。

    技术难点二：合理调整微发泡塑料填充量是填充共挤成型工艺的另一大难点。

    填充微发泡塑料是多层共挤成型的关键。合理调整微发泡塑料填充量是填充共挤成型的难点。微发泡塑料的发泡程度在单一挤出时，可根据发泡程度相应调整挤出速度，达到型材最佳成型状态。微发泡塑料用于共挤填充时，因塑化温度要求与硬质塑料塑化温度接近，发泡密度还需控制在0.7~0.8（克/立方厘米）范围内。这就对辅挤出机微发泡塑料的成型工艺温度、速度和压力有了较高的要求。微发泡塑料填充量过大时，会对硬质塑料和铝造成过大压力，硬质塑料层面会凸起，铝衬会被压陷；微发泡塑料填充量不足时，会因缺料形成空隙，导致硬质塑料外层和铝衬内层分离。

    这就需要根据新配比用料，精准控制微发泡塑料的塑化温度（175—185℃），精确控制微发泡塑料的挤出速度（1.0—1.5米/分钟），精细控制进入共挤模头时的塑料熔体压力。使挤出的微发泡塑料既能填充满型材中间空隙，又不多余。

综上，本发明采用了一系列组合技术措施（包括增加热稳定助剂的用量，减少发泡剂的用量；微发泡塑料的发泡密度和挤出速度，等），解决了三层结构成型工艺的诸多技术难题，是本发明的重要技术创新。

    本发明与常规技术的比较以及研发思路：

    1、通用的塑料型材和铝合金型材，用于门窗制作有各自的优缺点。塑料型材易成型，表面坚硬光亮，具有一定的焊接强度，不导热，但强度不足易变形；铝合金型材具有一定的强度，但不隔热保温，成型后需要表面处理。

    2、现有采用微发泡聚氯乙烯塑料表面结皮技术共挤的铝塑型材，具有良好的隔热保温性能、塑料易成型和较好的金属强度，但存在三大缺点。

（1）、表面结皮层硬度不足，易划伤、损伤；

（2）、结皮后的塑料层难以应力消除，使塑料层发脆，在切割使用时崩裂掉块；

（3）、微发泡塑料焊接强度低，不能满足门窗制作要求。

    3、硬质塑料和金属铝两者结合起来做型材是比较完美的，但硬质塑料和铝合金不能直接包裹挤出成型。因为硬质塑料挤出模头后为一定厚度的环状塑料层，周边料流不可能完全分配均匀，如果直接包裹铝合金内衬成型、定型时，会导致两种不合理现象：

    其一、料流多的地方会在进入定型模时堵积，造成堵模现象；

    其二、料流少的地方会在进入定型模后缺料，造成表面沟壕。

    综合分析以上情况，研发出填充微发泡塑料共挤多层型材成型技术。

    填充微发泡塑料共挤多层型材成型技术，采用了现有塑料异型材挤出成型技术；结合了现有表面结皮微发泡包裹铝衬共挤成型方式，克服了结皮微发泡包裹铝衬共挤型材存在的三大缺点。解决了硬质塑料层不能直接结合金属铝成型的难题。

    微发泡塑料填充挤入硬质塑料外层和铝合金内衬中间，可以通过调节填充量的大小，来缓解硬质塑料和铝合金内衬之间的相互压力，使包裹在铝衬外面的双层塑料，既能充满定型模内腔，成型平整光滑的型材表面，又不因料流过量而堵模，顺利成型和定型。

Claims (9)

1.一种三层铝塑型材共挤工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）共挤成型：由一台铝衬型材输送机将铝衬型材输送到成型模具的中心孔内；同时用两台挤出机分别挤出硬质塑料和微发泡塑料，并分别送入到成型模具的外层入口和中间层入口，在成型模具内完成铝衬型材外包裹微发泡塑料填充层和硬质塑料层的三层复合结构；

（2）合层定型：从成型模具输出的三层复合结构，受牵引拉力进入定型模体进行冷却定型。

2.根据权利要求1所述的三层铝塑型材共挤工艺，其特征在于，所述的铝衬型材经输送机主动轮表面的橡胶材料夹紧，输送速度与型材牵引速度为1.0~1.5米/分钟。

3.根据权利要求1所述的三层铝塑型材共挤工艺，其特征在于，所述的硬质塑料层和微发泡塑料填充层分别采用硬质聚氯乙烯塑料和微发泡聚氯乙烯塑料，成型温度为175—185℃。

4.根据权利要求3所述的三层铝塑型材共挤工艺，其特征在于，所述的微发泡聚氯乙烯塑料内加入的热稳定助剂的重量比为6%，加入的发泡剂的重量比为4%。

5.根据权利要求3所述的三层铝塑型材共挤工艺，其特征在于，所述的微发泡聚氯乙烯塑料的发泡密度为0.7-0.8克/立方厘米。

6.根据权利要求3所述的三层铝塑型材共挤工艺，其特征在于，所述的微发泡聚氯乙烯塑料成型时的熔体压力为20-25wpa，填充量为型材塑料用量的70-80%重量比，温度为175—185°C。

7.根据权利要求1所述的三层铝塑型材共挤工艺，其特征在于，所述的三层铝塑型材包括铝衬型材、微发泡塑料填充层和硬质塑料层，在铝衬型材与硬质塑料层之间填充有微发泡塑料填充层。

8.根据权利要求7所述的三层铝塑型材共挤工艺，其特征在于，在所述的铝衬型材的外表面设有多个燕尾槽，所述的微发泡塑料填充层充满该燕尾槽实现牢固结合。

9.根据权利要求7所述的三层铝塑型材共挤工艺，其特征在于，在所述的铝内层型材内设有多个腔体。

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