摘要：高分子材料是一种新型材料，其加工工艺是广大科研工作者研究的重点。挤出成型是高分子材料成型中常用的一种工艺。基于此，本文深入研究了挤出成型工艺中温度和速度对材料成型的影响。
关键词：高分子材料；挤出成型；温度；速度
PVC发泡型材是一种具有卓越的仿木性能新型材料，具有很大的开发潜力。目前大都采用挤出成型工艺制得，本文就以PVC发泡材料挤出成型为例，深入分析了挤出成型过程中螺杆转速和模口温度对PVC板材泡孔结构和力学性能的影响。
1口模温度对材料成型的影响
在挤出成型过程中，要严格控制各段的温度，尤其是口模的温度。本次试验中将口模的温度从168℃逐渐降低，分别设定为165℃、162℃、159℃、156℃这几个温度值来研究板材的性能。
1.1口模温度对泡孔结构的影响
将不同口模温度条件下的发泡样品的照片放大后观察，随着口模温度的逐渐降低，泡孔数量逐渐增多，泡孔尺寸也变得更加均匀，且平均泡孔尺寸逐渐变小。这说明口模温度越低，物料的熔体强度越大，能及时限制泡孔的长大，防止泡孔合并或破裂。
1.2口模温度对力学性能的影响
1.2.1拉伸性能
口模温度对微发泡板材拉伸性能的影响如图1所示，可以看出材料的拉伸强度和断裂伸长率都随着口模温度的升高而降低。物料挤出口模后，外压力下降，气体迅速膨胀，口模温度越高，PVC的熔体强度越低，不足以包住气体，从而导致泡孔迅速长大或破裂，使得泡孔变大，制品表面粗糙，力学性能下降。另外，口模温度越高，模头压力越低，成核数也就越少，相应的样品的泡孔直径就越大，因此，制品的拉伸强度也就越低。
1.2.2弯曲性能
口模温度对微发泡板材弯曲性能的影响如图2所示，口模温度越高，得到的发泡制品的弯曲强度越低。这说明，口模温度的降低有利于提高制品的弯曲强度。
1.2.3冲击性能
口模温度对微发泡板材冲击性能的影响如图3所示，当口模温度降低时，发泡制品的冲击强度逐渐提高。这说明口模温度的降低有利于提高制品的冲击强度。
由上述可以看出，口模温度越低，发泡制品的泡孔结构和发泡制品的拉伸、弯曲、冲击性能均有所提高。但是，口模温度越低挤出加工稳定性越差，口模压力波动范围越大。综合考虑，温度控制在159℃为最佳状态。
2螺杆转速对材料成型的影响
实验将螺杆转速分别设定为5.5r/min、7.0r/min、8.5r/min、10r/min，来研究螺杆转速对微发泡板材制品性能的影响。
2.1螺杆转速对泡孔结构的影響
通过对比不同螺杆转速下板材泡孔结构的电镜照片，我们发现，转速为5.5r/min时，泡孔很散乱，大小也各不相同；转速8.5r/min时，泡孔有轻微撕裂的痕迹；转速为10r/min时，泡孔有明显被撕裂的现象，且已发黄，发生部分降解；转速在7r/min时，基本能达到一个平衡。
2.2螺杆转速对力学性能的影响
2.2.1拉伸性能
螺杆转速对板材拉伸性能的影响如图4所示，发泡制品的拉伸强度和断裂伸长率均随着螺杆转速的增加先增大后减小。这是由于随着螺杆转速的增加，螺杆的剪切作用加强，有利于聚合物超临界均相体系的形成，同时剪切速率提高使气泡成核密度增加，泡孔分布更加均匀。但过度剪切又会使其发生降解，实验中当转速升到10r/min时，制品表面发黄，开始发生降解，从而导致拉伸性能急剧下降。
2.2.2弯曲性能
螺杆转速对微发泡板材弯曲性能的影响，随着螺杆转速的增加发泡制品的弯曲强度先增大后减小，转速在7r/min时制品的弯曲强度最大。这是由于当螺杆转速较低时提高转速，可加强混合作用，促进均相体系的形成，之后继续提高转速，剪切作用太强使其发生降解，且转速高时挤出机出料太快，熔体与接触时间短，不利于均相体系的形成，从而导致制品的性能下降。
2.2.3冲击性能
实验结果显示，随着螺杆转速的增加，发泡样品的冲击强度先增大后降低，在转速为8.5r/min时达到峰值，制品的冲击强度在转速为10r/min时急剧下降，这说明PVC对剪切很敏感，转速在10r/min剪切强度大，发生降解，冲击强度大幅下降。
综合上述，得出以下结论：随着螺杆转速的提高，制品的泡孔结构和力学性能都会有一定的改善。但转速过高又会缩短物料在机筒中停留时间，不利于聚合物均相体系的形成。同时考虑到PVC热稳定性差的因素，因此，将7r/min确定为得到综合性能优良发泡制品的最佳螺杆转速。由此次实验可以看出，高分子材料挤出成型过程中温度和速度对于材料成型的影响是十分显著的，在实际加工过程中需要综合考虑各项因素，选择最佳的工艺条件，以获得良好的材料制品。
参考文献：
[1]胡军，周南桥.连续挤出成型PVC微孔塑料的研究现状[J].塑料科技，2010，09：81-85.
[2]胡军.连续挤出成型微发泡PVC板材的配方设计与工艺探讨[D].华南理工大学，2011.
作者：樊小会