軟硬共擠關(guān)鍵技術(shù)初探

摘 要：軟硬共擠技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新興異型材料復(fù)合成型技術(shù)，文章簡要分析和探討了材料選擇及共混改性技術(shù)、模具設(shè)計技術(shù)以及工藝參數(shù)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)對軟硬共擠成型的影響。

關(guān)鍵詞：軟硬共擠；模具設(shè)計；共混改性

前言

軟硬共擠技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新興異型材料復(fù)合成型技術(shù)，這里所說的軟硬共擠技術(shù)通常是指一軟一硬兩種性能的材料成為熱熔體后利用兩臺擠出機擠向同一成型模具，并在各自的流道內(nèi)流動，然后在擠出?？谥皡R合，而后定型冷卻，最終形成具有軟硬兩種材質(zhì)和功能的制品（見圖1），這種成型技術(shù)充分發(fā)揮了不同材料的特性，使產(chǎn)品得到特殊要求的性能，如防氧化和防濕能力、熱成型和熱粘合能力、良好的力學(xué)性能等，從而能夠提高產(chǎn)品的檔次，降低產(chǎn)品的成本，因此，軟硬共擠技術(shù)越來越廣泛應(yīng)用于異型件的成型生產(chǎn)中。

圖1 軟硬共擠工藝流程圖

在軟硬共擠技術(shù)中，材料選擇及共混改性技術(shù)、模具設(shè)計技術(shù)以及工藝參數(shù)設(shè)計是影響軟硬共擠成型的關(guān)鍵技術(shù)，文章簡要就上述關(guān)鍵技術(shù)進行一些分析和探討，不足之處還請讀者批評指正。

1 材料選擇及共混改性技術(shù)

軟質(zhì)材料和硬質(zhì)材料通常情況下熔點、熱穩(wěn)定性、表面能等性能有均會有差異，當(dāng)軟硬兩種材料分別由兩臺擠出機向一副口模擠出，由于各材料在其擠出機及進料流道的熔體壓力、流變特性不同將導(dǎo)致在口模中的流變特性不穩(wěn)定，無法實現(xiàn)雙組分的穩(wěn)定共擠出，導(dǎo)致軟硬兩種材料在熔融狀態(tài)很難粘結(jié)在一起，只有通過分子量調(diào)控技術(shù)、復(fù)合熱穩(wěn)定劑的研究與使用、耐熱基團的引入等技術(shù)，在各種材料中加入不同的組分，改變其分子結(jié)構(gòu)或聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，使軟硬兩種材料表面能相互接近，實現(xiàn)同一擠出模具溫度下不同材料都處于熔融狀態(tài)且不至分解，以滿足軟硬共擠的基本工藝要求。

2 模具設(shè)計技術(shù)

2.1 擠出模具設(shè)計

擠出模具是實現(xiàn)軟硬材料共擠成型的關(guān)鍵，它通常是由導(dǎo)流板、分流板、口模板、主流道、副流道、物流熔接段、分流芯組成。（見圖2）

共擠模具的設(shè)計要確保：（1）根據(jù)軟硬兩種材料的流變性設(shè)計不同的壓縮比，使軟硬兩種材料匯合時的壓力穩(wěn)定且基本相當(dāng)；（2）兩個流道的與口模聯(lián)結(jié)的出口要保障在口模中匯合處的夾角α角一般小于60℃，避免兩種材料匯合時相互嵌入；（3）硬料進料流道不宜長，一般在40-100mm之間選取。過長會造成硬料熔體阻力過大，物料停滯時間過長而分解，過短，會造成硬料熔體塑化不良而影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，我們建議先將軟硬共擠口模在不考慮軟硬共擠的情況下，按普通的口模設(shè)計方法進行設(shè)計，然后根據(jù)軟硬兩種材料流變特性的差異，利用計算機模流軟件模擬軟硬材料在口模中的流動情況，最終設(shè)計確定板板之間接口的幾何形狀、尺寸與軟硬材料分流道的長短、壓縮比、匯合后共擠出流道的長短等。需要指出的是，由于共擠模具內(nèi)軟硬共流體流道的長度對軟硬共擠異型材的撕裂強度影響很大，這種影響比軟硬各部分的接合表面積與撕裂強度的影響還要大，考慮到軟硬共流體流道的長度又受兩熔體在擠出模具內(nèi)互不干擾的限制，因此，我們在修模時要根據(jù)經(jīng)驗謹(jǐn)慎把握，否則會嚴(yán)重破壞擠出模具結(jié)構(gòu)。

2.2 定型模具設(shè)計

當(dāng)在軟硬共擠型坯進入的定型工序后，可根據(jù)其原材料、表面要求或形狀不同，采取不同的定型方式，如密閉真空定型、加壓定型、開放式滑動定型、中空內(nèi)定型等，其中密閉真空定型是軟硬共擠最常用的定型方式。但是共擠材料型坯不宜一進入定型模就開始真空定型，主要因為軟質(zhì)熱熔體與硬質(zhì)熱熔體從接合面處容易出現(xiàn)撕裂或堵?，F(xiàn)象，因此，建議在定型模軟質(zhì)熔體材料入口處加裝一個水冷裝置，讓冷卻水能夠連續(xù)均勻地通過軟質(zhì)型坯表面，使軟質(zhì)熔體材料表面產(chǎn)生一層硬化層，因此，建議進入定型模冷卻一段距離后再開始真空冷卻定型。

3 工藝參數(shù)設(shè)計

軟硬共擠對生產(chǎn)線的工藝溫度要求比較苛刻，特別是擠出模具溫度。如果擠出模具溫度過低，塑化不足，硬質(zhì)材料強度和表面光澤度不好，軟硬共擠部分打皺，機頭出料的持續(xù)穩(wěn)定性差；如果擠出模具溫度過高，軟質(zhì)材料熔體粘度低（PVC材料還會出現(xiàn)分解發(fā)泡現(xiàn)象），粘口模較嚴(yán)重，而且軟硬共擠型坯的撕裂強度明顯降低。因此，軟硬共擠必須仔細研究和調(diào)整適宜的模頭工藝溫度。此外，在定型階段還需注意摸索定型模具內(nèi)軟質(zhì)型腔部分水簾的大小及與抽真空口的相對位置、冷卻溫度、真空度、定型長度、牽引的速度等工藝參數(shù)相互之間的影響，最終獲得適合的定型參數(shù)，確保產(chǎn)品定型穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

通過對上述工藝的深入研究，貴州普利英吉科技有限公司基本掌握了影響軟硬共擠成型的關(guān)鍵技術(shù)，公司先后承接了貴陽某航空機電有限公司中高端轎車某新型無骨雨刮器擾流翼、貴州海爾電器有限公司冰箱風(fēng)道護板等產(chǎn)品的開發(fā)任務(wù)，并成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

作者簡介：陳興江（1965-），男，貴州織金人，高級工程師，漢族，畢業(yè)于南昌航空工業(yè)學(xué)院化工系，大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)任貴州省工程復(fù)合材料中心工程師、貴州普利英吉科技有限公司總經(jīng)理兼總工程師，長期從事高分子改型材料、新型化工材料的研究和開發(fā)工作。