塑料門窗用膠條后共擠模具的設(shè)計(jì)

楊 寧

（連云港杰瑞模具技術(shù)有限公司，江蘇 連云港222006）

塑料門窗用膠條后共擠模具的設(shè)計(jì)

楊 寧

（連云港杰瑞模具技術(shù)有限公司，江蘇 連云港222006）

介紹了塑料門窗用膠條后共擠模具的設(shè)計(jì)過程，并提出了漸變?cè)鰤菏搅鞯?、增設(shè)預(yù)熱塊、螺釘點(diǎn)定位等設(shè)計(jì)思路。采用漸變?cè)鰤菏搅鞯烙行ПＷC了擠出壓力；增設(shè)預(yù)熱塊延長(zhǎng)了與塑料異型材復(fù)合位置的加熱時(shí)間，進(jìn)而提高了膠條與塑料異型材的黏結(jié)強(qiáng)度；采用螺釘對(duì)塑料異型材進(jìn)行點(diǎn)定位，使得擠出阻力減小，有效提高了擠出速度。生產(chǎn)實(shí)踐證明，此后共擠模具定位準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單，有效解決了塑料異型材定位不準(zhǔn)、膠條黏結(jié)不牢等問題。

后共擠技術(shù)；擠出模具；密封膠條；塑料門窗

0 前言

膠條后共擠技術(shù)是一種軟硬共擠技術(shù)，采用在線生產(chǎn)的方式，在門窗用塑料異型材生產(chǎn)成型末端即定型水箱后，將柔軟、特殊截面形狀的密封膠條通過共擠模具與硬質(zhì)異型材復(fù)合成一體的技術(shù)。膠條后共擠技術(shù)只對(duì)被復(fù)合的塑料異型材局部表面進(jìn)行加熱，將熔融的軟質(zhì)物料在擠出壓力下保持一定的形狀和尺寸與塑料異型材黏結(jié)，工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)；由于是熔融的軟質(zhì)物料與冷卻的硬質(zhì)塑料異型材復(fù)合，復(fù)合時(shí)不需要進(jìn)入定型模，使得定型過程容易控制，后共擠制品的形狀尺寸精確，同時(shí)也使模具的設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單，生產(chǎn)時(shí)廢品率低；膠條黏結(jié)強(qiáng)度可控，降低了產(chǎn)品的回收難度；對(duì)已有的硬質(zhì)塑料異型材模具只安裝后共擠部分，就可實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)、軟硬兩種方式型材的生產(chǎn)，應(yīng)用靈活，可投入較小的成本生產(chǎn)后共擠產(chǎn)品。另外，膠條后共擠制品減少了塑料門窗加工過程中“穿膠條”的工作量；因膠條和塑料異型材是同時(shí)生產(chǎn)，較好地解決了門窗使用過程中軟硬兩種材質(zhì)收縮不一致導(dǎo)致密封不好的問題，有效提高了門窗的密封性能［1－5］。

近幾年，膠條后共擠技術(shù)在門窗用塑料異型材上的應(yīng)用越來越廣泛，各大門窗異型材生產(chǎn)企業(yè)基本上都開發(fā)了膠條后共擠產(chǎn)品。但膠條后共擠技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還普遍存在2個(gè)問題：一是膠條和塑料異型材黏結(jié)不牢，尤其是后共擠產(chǎn)品存放或使用一段時(shí)間后膠條容易脫落；另一個(gè)是在復(fù)合擠出生產(chǎn)時(shí)，膠條復(fù)合位置尺寸小，塑料異型材不易定位［1－6］。

1 后共擠模具的結(jié)構(gòu)及成型機(jī)理

膠條后共擠模具一般由預(yù)熱塊、前擠出塊、后擠出塊、上擠出塊、定位/調(diào)節(jié)螺釘?shù)冉M成。預(yù)熱塊、前擠出塊沿?cái)D出方向上設(shè)置有加熱槽，熱空氣通過若干小孔與之連接并對(duì)塑料異型材與膠條復(fù)合處進(jìn)行加熱。后擠出塊設(shè)有漸變?cè)鰤菏綌D出流道。定位/調(diào)節(jié)螺釘安裝在上擠出塊上，對(duì)塑料異型材進(jìn)行定位。為了對(duì)共擠物料加熱和保溫，前共擠塊和后共擠塊一般會(huì)安裝有加熱板，而上擠出塊主要是起限位作用故不需要加熱板。

圖1是雙腔推拉扇膠條后共擠模具簡(jiǎn)圖，這是一種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的后共擠模具。后共擠模具的組裝順序是：首先將預(yù)熱塊、前擠出塊用螺釘聯(lián)結(jié)，再將后擠出塊、上擠出塊先后用螺釘固定在前擠出塊上，最后將定位/調(diào)節(jié)螺釘擰入上擠出塊上方及側(cè)方的定位螺釘孔內(nèi)。復(fù)合擠出生產(chǎn)時(shí)，打開上擠出塊，將塑料異型材穿過后共擠模具。待塑料異型材生產(chǎn)穩(wěn)定后，將上擠出塊固定住，調(diào)整定位/調(diào)節(jié)螺釘，使塑料異型材預(yù)復(fù)合位置對(duì)準(zhǔn)預(yù)熱塊、前擠出塊上的加熱槽。熱空氣通過入口進(jìn)入預(yù)熱塊內(nèi)，沿通道通過若干個(gè)小孔到達(dá)加熱槽內(nèi)，對(duì)塑料異型材預(yù)復(fù)合位置預(yù)熱。同時(shí)熔融的膠條物料通過共擠料入口進(jìn)入后擠出塊上的漸變?cè)鰤菏搅鞯?，在后擠出塊末端與已局部微熔的塑料擠出塊復(fù)合。通過自然冷卻或水箱冷卻，帶膠條的塑料異型材制品最終成型。

圖1 后共擠模具的典型結(jié)構(gòu)Fig.1 Typical structure for the post co－extrusion die

2 后共擠膠條的設(shè)計(jì)

門窗膠條主要有玻璃密封用K型膠條和框扇密封用O型膠條。最早出現(xiàn)的膠條后共擠技術(shù)主要考慮為代替玻璃密封用的K型膠條，而且從模具加工難易以及節(jié)約材料成本考慮，后共擠膠條最為普遍的設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)化的K型膠條，如圖2（a）所示，但這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是膠條和塑料異型材每一處復(fù)合尺寸僅有2mm左右，生產(chǎn)時(shí)黏結(jié)強(qiáng)度不易保證。圖2（b）是在普通K型膠條基礎(chǔ)上，將膠條根部設(shè)計(jì)成燕尾狀，膠條深入到塑料異型材內(nèi)，兩者存在物理連接，黏結(jié)強(qiáng)度大大提高。這種膠條成本和普通K型膠條不相上下，黏結(jié)強(qiáng)度高，但不易剝離回收，同時(shí)膠條根部的燕尾結(jié)構(gòu)一般僅有1mm×1mm，生產(chǎn)加工時(shí)不易成型。圖2（c）將K型膠條的兩部分聯(lián)合在一起，增加了膠條和塑料異型材的黏結(jié)長(zhǎng)度，成型好且黏結(jié)強(qiáng)度高，已經(jīng)逐漸成為主流產(chǎn)品。

圖2 后共擠膠條的形狀Fig.2 The post co－extruded sealing strip

前邊介紹的3種膠條都是用于安裝玻璃的密封膠條，但隨著膠條后共擠技術(shù)被普遍接受，框扇密封用O型膠條的后共擠越來越受到關(guān)注。圖2（d）就是最新的一種膠條后共擠形式，其結(jié)合了K型和O型膠條的特點(diǎn)，既可用于玻璃密封又可用于框扇密封。

3 后共擠模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 后共擠流道的設(shè)計(jì)

膠條后共擠模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是共擠流道。膠條后共擠成型過程是熔融的膠條物料與冷卻的塑料異型材復(fù)合，二者熔合距離短，需要有合適的熔體壓力和共擠溫度進(jìn)行黏結(jié)復(fù)合。如果共擠溫度設(shè)定較低，熔體壓力偏低，擠出的共擠物料與塑料異型材接觸面之間形成的焊接熔池較淺，甚至不能形成熔池，兩種材料接觸處的高分子鏈段運(yùn)動(dòng)纏繞較少，因此分子間相互作用力較小，從宏觀上來講就表現(xiàn)為黏結(jié)強(qiáng)度較差。當(dāng)然過高的共擠溫度和熔體壓力也是無益的。如果共擠溫度設(shè)定較高，熔體壓力偏高，擠出的膠條雖然與塑料異型材接觸面之間能形成較深的熔池，但由于熔體溫度過高，導(dǎo)致部分共擠物料分解，熔體內(nèi)產(chǎn)生氣泡，微觀上表現(xiàn)為高分子鏈斷裂，造成強(qiáng)度降低，所以后共擠制品很容易撕裂，同時(shí)老化性能變差［6］。

合理的流道設(shè)計(jì)如圖3所示，漸變?cè)鰤菏搅鞯涝O(shè)計(jì)在后擠出塊上。共擠流道深度逐漸變淺，這樣就不會(huì)因流道距離的加長(zhǎng)而使熔體壓力有所減小，可以保證熔融的膠條物料到達(dá)復(fù)合位置時(shí)還有足夠的壓力。漸變?cè)鰤菏搅鞯缽脑O(shè)置在后擠出塊右側(cè)的圓柱形物料入口開始，包括若干段為保持熔體壓力設(shè)計(jì)成斜度的半圓形流道，最后是貫穿后擠出塊的異形切割過渡至膠條形狀的流道。

圖3 后擠出塊上的共擠流道Fig.3 Runner in the post extrusion block

3.2 后共擠加熱方式的設(shè)計(jì)

膠條后共擠模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)塑料異型材與膠條復(fù)合部分進(jìn)行加熱。加熱的目的是將塑料異型材預(yù)復(fù)合表面瞬間微熔，熔融的膠條物料在一定壓力下，保持一定的形狀和尺寸與異型材表面黏結(jié)復(fù)合。一般采用專用的加熱吹風(fēng)槍，通過專門設(shè)計(jì)的熱氣通道對(duì)基材的黏結(jié)部位進(jìn)行定向加熱，微熔層的厚度可根據(jù)吹風(fēng)槍的風(fēng)量、溫度和型材的牽引速度等因素調(diào)節(jié)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)膠條和塑料異型材之間黏結(jié)強(qiáng)度的目的。由于共擠塊本身厚度有限及塑料異型材擠出速度日益增高，有效提高加熱效率才能保證黏結(jié)強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，筆者在前擠出塊的前端增設(shè)了預(yù)熱塊，相當(dāng)于將加熱的距離加長(zhǎng)；同時(shí)把普通單獨(dú)的加熱孔連接起來做成加熱槽，提高了加熱強(qiáng)度。

從圖4可以看出，預(yù)熱塊和前擠出塊在塑料異型材預(yù)復(fù)合位置加工有條狀凹槽。凹槽內(nèi)加工有若干個(gè)加熱孔，這些孔聯(lián)接至大的加熱管道。當(dāng)后共擠生產(chǎn)時(shí)，熱空氣通過大的加熱管道到小的加熱孔直至條狀凹槽，對(duì)塑料異型材膠條預(yù)復(fù)合位置進(jìn)行加熱。根據(jù)共擠膠條的大小、塑料異型材擠出速度，合理調(diào)節(jié)熱空氣的風(fēng)量大小，便可控制膠條的黏結(jié)強(qiáng)度。

圖4 熱空氣在預(yù)熱塊及前共擠出塊中的流動(dòng)路線Fig.4 Flowing path for heat air in the preheating block and front extrusion block

另外，后共擠模具對(duì)塑料異型材預(yù)復(fù)合位置的加熱方式也有采用加熱棒方式的，即在共擠塊和塑料異型材預(yù)復(fù)合位置下面打圓柱孔，孔內(nèi)放置加熱棒。這種方式是采用電加熱而非熱空氣加熱。兩種加熱方式都已實(shí)際應(yīng)用，各有利弊：熱空氣加熱方式風(fēng)量控制容易，溫度調(diào)節(jié)快，但熱風(fēng)槍容易壞；加熱棒加熱方式操作簡(jiǎn)單，但溫度調(diào)節(jié)過慢。

3.3 異型材在后共擠模具內(nèi)的定位方式

膠條在塑料異型材中的尺寸僅約2～8mm，所以后共擠模具和塑料異型材之間的定位就顯得至關(guān)重要。如果兩者定位不精確，膠條不能復(fù)合在微熔的塑料異型材表面，不易黏結(jié)，牢固度就會(huì)受到影響。但同時(shí)也不能對(duì)塑料異型材過定位，否則會(huì)產(chǎn)生過大阻力，嚴(yán)重時(shí)影響塑料異型材的正常擠出生產(chǎn)。前擠出塊、后擠出塊、上擠出塊多處設(shè)有臺(tái)階，用點(diǎn)接觸替代面接觸，一個(gè)原因就是為了減小與塑料異型材的牽引摩擦阻力，另一個(gè)原因是隔離熱傳導(dǎo)，減少熱量的損失，提高加熱效率［2］。

塑料異型材定位的方式多種多樣，使用較多的3種方式如圖5所示。圖5（a）是采用限位塊進(jìn)行定位，限位塊中間設(shè)置有凹槽，松開螺釘時(shí)，限位塊可以滑動(dòng)；當(dāng)塑料異型材定好位后，將螺釘擰緊即可。圖5（b）是對(duì)塑料異型材高速擠出、可視面要求高時(shí)采用的定位方式。調(diào)節(jié)位置同限位塊一樣，其特點(diǎn)是與塑料異型材接觸的部位是可以滾動(dòng)的圓柱輥，在定位的同時(shí)減小了對(duì)塑料異型材的阻力，保護(hù)了塑料異型材的表面質(zhì)量。圖5（c）是目前采用最多的定位方式，在塑料異型材水平和垂直方向上各用1個(gè)螺釘進(jìn)行定位和調(diào)節(jié)。這種定位方式對(duì)于模具加工和生產(chǎn)操作都非常簡(jiǎn)單實(shí)用。需要注意的是，定位/調(diào)節(jié)螺釘端部需做拋光處理，否則會(huì)對(duì)塑料異型材表面產(chǎn)生劃痕。

3.4 后共擠冷卻方式的設(shè)計(jì)

膠條經(jīng)后共擠模具復(fù)合在塑料異型材后，可以采用自然冷卻和水箱噴淋冷卻兩種方式。根據(jù)膠條截面的大小、成型難易以及塑料異型材擠出速度等因素選擇冷卻方式。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)一般采用自然冷卻。

4 結(jié)論

（1）采用漸變?cè)鰤菏搅鞯?，有效保證了擠出壓力，使熔融的膠條物料和塑料異型材有良好的黏結(jié)，提高了膠條的黏結(jié)強(qiáng)度；

（2）增設(shè)預(yù)熱塊，其上設(shè)有密集并且定位準(zhǔn)確的加熱槽對(duì)塑料異型材進(jìn)行加熱，延長(zhǎng)了塑料異型材復(fù)合位置的加熱時(shí)間，提高了膠條的黏結(jié)強(qiáng)度；

（3）采用螺釘對(duì)塑料異型材進(jìn)行點(diǎn)定位，同時(shí)擠出塊型腔加工成臺(tái)階，使得擠出阻力減小，生產(chǎn)時(shí)定位簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，有效提高了擠出速度；

（4）經(jīng)多種塑料異型材和多個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)踐驗(yàn)證，按照本文思路設(shè)計(jì)制作的后共擠模具生產(chǎn)膠條后共擠制品時(shí)定位快捷方便，操作簡(jiǎn)單，膠條成型飽滿，黏結(jié)牢靠，制品長(zhǎng)時(shí)間存放和使用膠條都不會(huì)脫落。

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［6］ 曾總結(jié)，常 波.PVC－U提高塑料異型材后共擠膠條黏結(jié)強(qiáng)度的研究［J］.化學(xué)建材，2006，22（1）：16－18.Zeng Zongjie，Chang Bo.Study of Enhancement of Bonding Strength of Post Co－extruded Colloidal Strips for Plastic Profile［J］.Chemical Materials for Construction，2006，22（1）：16－18.

Design of Post Co－extrusion Die for Sealing Strip in Plastic Door and Window

YANG Ning
（Lianyungang Jari Tooling Technology Co，Ltd，Lianyungang 222006，China）

The design of post co－extrusion die for sealing strip in the plastic door and window was introduced.Using gradient pressurized runner，installing preheating block to extend the heating distance，and dot location by screws were discussed.Using gradient pressurized runner effectively ensured the extrusion pressure.Installing preheating block prolonged the heating time for the bonding position，which could improve the bonding strength.Dot location by screws decreased the extrusion resistance，and effectively improved the extrusion speed.Production practices proved that the co－extrusion die was simple for operation，exact for location，solved the problems of the plastic profile location，and improved the bond strength of sealing strip.

post co－extrusion；extrusion die；sealing strip；plastic door and window

TQ320.66＋3

B

1001－9278（2012）05－0112－04

2011－12－31

聯(lián)系人，yangning716＠163.com

（本文編輯：李 瑩）