PVC卷帘窗型材挤出机头的设计

　　聚氯乙烯(PVC)卷帘窗是一种装饰与防护相结合的新产品结合的新产品，可以同时取代防盗网和厚窗帘，是一种新型的建筑节能产品。PVC卷帘窗的主要优点有[1]：(1)具备隔热、隔音、防腐、阻燃、防盗、防晒等性能;(2)质优价廉，与铝合金卷帘窗型材相比，其成本仅是后者的25%~40%;(3)美观大方，优雅和谐;(4)环保节能，属于新一代绿色装饰建材。由于PVC卷帘窗具有上述诸多优点，近年来成为国内外研制和推广应用的热点。

　　PVC卷帘窗型材是一种形状复杂、尺寸精度要求高的复杂异型材，在挤出生产中要采用流线形异型材挤出机头。本文研制开发的PVC卷帘窗型材挤出机头，可以较好地满足PVC卷帘窗型材的生产要求。

　　of 1 PVC卷帘窗型材

　　图1是一种典型的PVC卷帘窗型材。该型材的结构特征：其横截面外形上部中心向上伸出后又向右弯曲成半圆形，右侧壁弧形下方左弯曲成近似半圆形，并与较大弧形的左侧壁下方构成近似开口圆。型材中部空腔内有3条加强筋。根据卷帘窗的高度，确定卷帘窗型材的数量，然后将型材上部之圆形端头插入另一型材下部之开口圆内。如此，一个扣一个，构成卷帘窗板。其优点是强度高、刚性好、不变形、耐磨、使用寿命长。

　　S图1 PVC卷帘窗型材

　　Fig.1 PVC roller shutter profile

　　an2 机头设计

　　PVC卷帘窗型材挤出机头按流道功能和结构特点可分为六个流动区域。

　　(1)多孔板 多孔板的作用是滤去熔体中的杂质和异物，并能增加剪切应力。另外，多孔板还可以进一步均匀塑化物料，稳定熔体的平行流动。此区域的流道为一圆管形流道。

　　(2)稳流区 稳流区的作用是将由挤出机螺杆形成的熔体旋转流动变为稳定的平行流动。这一

　　段流道的形状并不复杂，但其重要性不容忽视，它是型材稳定挤出和型材质量的保证。此区域为一截顶圆锥形流道。

　　(3)分流扩张区 分流扩张区的作用是实现熔体截面形状由挤出机出料口的圆形向制品形状的逐步转变。实际上这种转变在稳流区就已缓慢进行，形成机头内的流线型流道。这样的流道易于熔体流动，但对于成型条件要求较为严格。对于具有复杂断面形状的异型材，更应采用流线型流道。此d区域为一鱼尾形环流道。$$分页$$

　　(4)分流支架 对于中空的异型材，分流支架是必不可少的。分流支架上的分流筋使型芯和锥环形分流支架固定在正确的位置上。此区域的流道为一被分流支架筋隔成若干段的矩形环流道。

　　(5)压缩区 为了消除分流支架产生的合流缝和熔体内存在的非平行流动，熔体流道的压缩角不宜太大，否则会使内应力增大，造成挤出不稳定，使制品表面粗糙，外观质量降低。此区域为一窄楔形环流道。

　　(6)定型区 定型区是一高剪切区，熔体在此得到充分的松弛，进一步消除因分流支架而产生的合流缝，减少由于分流、变截面等原因产生的内应力。此区域为一等截面流道。此次设计的PVC卷帘窗型材挤出机头的结构如图2所示。

　　2.1 口模设计

　　口模是制品横截面的成型部件。物料离开口模时，出现明显的挤出胀大，这是由于熔体离模膨胀的黏弹效应等造成的。因此模口的截面形状要取近似制品的截面形状，其具体尺寸的确定要综合考虑物料的离模膨胀、冷却收缩以及牵引拉伸等因素。从口模设计角度看，增加成型段长度、减小入口端的收敛角，可以减小膨胀比;从加工工艺角度看，适当降低剪切速率、提高加工温度，并适当给以牵伸力，可以减小膨胀比。

　　2.1.1 成型段长度

　　当异型材壁厚均匀一致时，各截面均可视为一狭缝形口模，其口模成型段长度可按下式计算[2]：

　　L =(ΔP /2K )(W /6Q )H 2n +1 ( 1)

　　式中，L ——口模成型段长度，mm;

　　ΔP ——压力降，Pa;

　　K ——表观稠度，Pa􀀀s;

　　Q ——体积流率，mm3/s;

　　W ——缝隙当量宽度，mm;

　　H ——缝隙当量高度，mm;

　　n ——非牛顿指数。

　　当异型材各部分厚薄要求不一致时，情况就要复杂得多。现设厚、薄两部分的当量高度与当量宽度分别为H 1、H 2和W 1、W 2，则这两部分之口模成型长度L 1和L 2必不相等，根据式(1)推导，它们之间有如下关系：

　　L 1/L 2=(W 1/W 2)(H 1/H 2)2n +1 ( 2)

　　当采用经验设计时，可以取L /H =35~45，因此本设计的成型段长度取58 mm。$$分页$$

　　T2.1.2 径向尺寸

　　确定异型材口模径向尺寸是一大难题。因为离模膨胀、成型牵引及工艺条件波动等因素的影响，致使口模间隙H 不可能是异型材壁厚h 。中空异型材高度g 、宽度b 与其相应的口模径向尺寸G 、B 亦均有差别。由于理论计算难度很大，在工程实际中多凭经验确定。对于RPVC可以这样选取：L /H =35~45，h /H =1.10~1.20，b /B =0.80~0.93，g /G =0.90~0.97。

　　2.2 流道设计

　　流道直接决定挤出制品的形状和质量。PVC卷帘窗型材形状复杂，只有正确设计流道，保证物料在流道中均匀分配，才能充满口模，得到需要的e制品截面形状。流线型流道能使口模各处的料流速度一致，保证制品具有合格的截面形状。

　　(1)分流器及其扩张角　物料通过分流器，料层变薄，这样便于均匀加热，以利于物料的进一步塑化。当异型材截面高度小于机筒内径，而宽度大于机筒内径时，机头过渡体过渡内腔的扩张角应控制在70°以下。扩张角过大，料流阻力大，熔体容易分解;扩张角过小，不利于对机头中的熔体均匀加热，机头体积也会增大。本设计选取扩张角为70°。

　　(2)压缩比　压缩比是分流器支架出口处截面积与异型材口模流道截面积之比。其值与塑料特性有关，对于RPVC，一般在3~6之间选取。

　　(3)收敛角　熔料离开分流器支架后，应能很好地熔合形成异型材型坯。因此，应有一收敛角(亦称压缩角)。本设计选取收敛角为21°。ch生产复杂异型材的难点是保证口模出料速度均匀一致，速度的 大值和 小值往往出现在型材几何结构较复杂处，所以为了获得较为均匀一致的出口速度，对于料流速度较快的地方，可以设置阻流筋或者对其形状稍加改动;对于料流速度较慢的地方，可以调整成型段长度，将成型段长度缩短，即减小流动阻力，使料流速度增大。在压缩角相同的情况下，预成型段越长，越容易获得比较均匀的出口流速，但是较长的预成型段会造成较高的压力，从而增加能量消耗;在预成型段长度相同的情况下，压缩角越大，越不利于出口流速的均匀，但是过小的压缩角和过小的压力降不能保证将物料顺利挤出，因此压缩角应限定在一个合理的范围内。$$分页$$

　　3 结语

　　PVC卷帘窗型材是一种形状复杂、尺寸精度要求高的复杂异型材，生产中要采用流线型的异型材挤出机头。本文研制开发的PVC卷帘窗型材挤出机头，结构合理、操作简单，能生产出符合尺寸要求的PVC卷帘窗型材。

　　参考文献：

　　[1] 王洪武,谢雁,陈中一. PVC卷帘门窗型材挤出技术[J]. 塑料科技, 2007, 35(3): 58-60.

　　[2] 申开智. 塑料模具设计与制造[M]. 北京: 化学工业出版社,2006.nology, Qingdao 266061, China