プラスチックの脆さは、常に一部の企業の通常業務を妨げる要因となってきました。パイプの脆さは、断面の外観と設置承認の両方の観点から、これらのパイプ会社の市場シェアとユーザーの評判に多かれ少なかれ影響を与えます。それは製品の物理的および機械的特性に完全に反映されます。
この論文では、PVC-Uプラスチックパイプの脆さの理由を、配合、混合プロセス、押出プロセス、金型およびその他の外部要因から議論および分析します。
塩ビパイプの脆性の主な特徴は、切断時の崩壊、冷間破断です。
パイプ製品の物理的および機械的特性が劣る原因は数多くありますが、主に次のとおりです。
無理な押し出し加工
(1) 材料の可塑化が強すぎる、または可塑化が不十分である。これはプロセス温度の設定と供給比に関係します。温度設定が高すぎると、材料が過剰に可塑化されてしまいます。分子量の低い成分の一部は分解して揮発します。温度が低すぎると、コンポーネント間に分子が存在しなくなります。完全に融合しているため、分子構造は強くありません。ただし、送り比が大きすぎると、材料の加熱面積やせん断が大きくなり、圧力が高くなるため、過可塑化が起こりやすくなります。送り比が小さすぎると、材料の加熱面積とせん断が減少し、可塑化が低下します。可塑化が過多であっても過少であっても、チューブの切断や欠けの原因となります。
(2) マシンヘッドへの不十分な圧力は、一方では金型の設計 (これについては後で個別に説明します) に関係し、他方では送り比と温度設定に関係します。圧力が不十分な場合、材料の緻密性が低下し、組織が緩む原因となります。チューブの材質は脆いです。このとき、ヘッド圧力が25Mpa～35Mpaになるように計量供給速度と押出スクリュー速度を調整する必要があります。
(3) 製品中の低分子成分を排出しません。一般に、製品中に低分子量成分を生成するには 2 つの方法があり、1 つは熱間混合中に生成され、熱間混合中に除湿および排気システムを通じて排出されます。 2つ目は、部分的に残留して押し出された水と、加熱時に発生する塩化水素ガスです。一般的には主機関の排気部の強制排気装置による強制排気となります。真空度は通常 -0.05Mpa ～ 0.08Mpa です。開管が開いていなかったり、低すぎると製品中に低分子成分が残留し、パイプの機械的性質が低下します。
(4) スクリューのトルクが低すぎる場合、スクリューのトルクは力の状態での反応機械の値であり、プロセス温度が設定され、送り比がスクリューのトルク値に直接反映されます。ある程度低すぎると、低温または小さい供給比が反映され、材料が押出の程度で完全に可塑化されず、パイプの機械的特性も低下します。さまざまな押出装置および金型に応じて、要件を満たすスクリュートルクは一般に 60% ～ 85% です。
(5) 牽引速度と押出速度が一致していません。引抜速度が速すぎると、管壁の機械的特性が低下し、引抜速度が遅すぎます。パイプの抵抗が大きくなり、製品は高張力状態になり、パイプの機械的特性にも影響します。
無理な金型設計
(1) 金型断面の設計、特にインナーリブの配置や界面角の処理に無理がある。応力集中の原因となります。設計を改善し、境界面の直角や鋭角を取り除く必要があります。
(2) 金型圧力が不足している。ダイにおける圧力は、金型の圧縮率、特に金型の直線部分の長さによって直接決まります。金型の圧縮率が小さすぎたり、直線部が短すぎたりすると、製品の緻密性が損なわれ、物性に影響を与えます。一方では、ダイの圧力を変更すると、ダイの平坦部の長さを変更することで流動抵抗を調整できます。一方、金型設計段階で異なる圧縮比を選択して押出圧力を変更することもできますが、ヘッドの圧縮比は押出機スクリューの圧縮比に合わせて調整する必要があることに注意してください。押出プロセスパラメータを変更し、多孔板を増やして溶融圧力を変更することも可能です。
(3) シャントリブの収束不良による性能低下については、リブと外周面の長さ、リブと合流部のリブを適切に長くするか、圧縮比を高くすることで解決します。
(4) ダイスの吐出が不均一になり、パイプの肉厚が不均一になったり、緻密性が不均一になったりします。これにより、パイプの 2 つの面の機械的特性にも差が生じます。コールドパンチを受けながらテストに合格しないこともありましたが、これがまさにそれを証明しました。薄壁などの規格外のパイプについては、ここでは詳しく説明しません。
(5) サイジングダイの冷却速度。冷却水の温度には十分な注意が払われないことがよくあります。冷却水の役割は、パイプに張られた大きな分子鎖を冷却し、使用目的に合わせて整形することです。ゆっくりと冷却すると、分子鎖が十分な時間伸長して成形が容易になります。急冷すると、水温と押出管ブランクとの温度差が大きすぎて、製品が焼き入れされやすくなり、製品の低温性能の向上に役立たない。
高分子物理学の説明から、PVC の高分子鎖は温度と外力の作用によりカールと伸びのプロセスを経ます。温度と外力を取り除くと、高分子鎖は時間が経っても自由な状態に戻らず、ガラス状態になります。無秩序かつ無秩序な配置により、巨視的な製品の低温衝撃性能が生じます。
塩ビパイプの押出後の塑性加工技術を説明すると、温度や外力を取り除いた後に応力緩和処理を施した製品です。適切な冷却水温度は、このプロセスにとって有益です。冷却水温度が低すぎると製品内部の応力が解消されず、製品の性能が低下します。そのため、パイプ冷却は徐冷方式を採用し、成形品の反り、曲がり、収縮を防止し、内部応力による製品の衝撃強度の低下を防ぐことができます。基本的に水温は20℃に管理されています。
パリソンを急冷せずに緩やかに冷却するため、冷却サイジングスリーブに接続された水管を成形後部に接続し、サイジングスリーブ内の水の流れ方向がパリソンの移動方向と逆になるようにしています。サイジングスリーブの前面から排出されます。これにより、パリソンが焼き入れされず、低水温による過度の内部応力が発生し、パイプが脆くなり、プロファイルの耐衝撃性が低下します。フィラーを追加または削減する一方で、フィラーを増やすと、柔軟性に直接影響します。フィラーが多すぎると、パイプは冷間ブローされ、規格に達しなくなります。
フィラーが少なすぎるとチューブの寸法変化率が大きくなります。柔軟性指数を増減させる場合も同様で、耐衝撃性改良剤や加工助剤を増減させる必要があり、加工助剤の増減は剛性指数に直接影響します。
加工助剤が多すぎると、パイプの剛性指数が低下します。加工助剤が少なすぎると、プロファイルの剛性指数が増加します。定式化上、両者は相反する一体的な相互拘束因子であるが、剛性指数が向上するとは言えない。何の原理もなく加工助剤を増やしながらフィラーを増やすために柔軟性指数を維持するのは不合理です。したがって、剛性と柔軟性のバランスを達成するには、配合システムで最適な組み合わせポイントを決定する必要があります。
パイプの剛性と柔軟性指数に対する押出プロセスの影響
押出温度の設定は、材料の可塑化の程度に影響を与える要因の 1 つです。過可塑化された材料中の低分子ポリマーが分解および揮発し、分子間構造の変化を引き起こして剛性指数が増加し、柔軟性指数が低下します。材料の可塑化が不十分であったり、材料中の成分分子間の融合が十分でなかったりすると剛性指数が低下し、柔軟性指数が十分に発揮されなくなります。
スクリューのトルクと押出圧力はプロファイルの剛性に比例し、トルクと圧力が増加するにつれて増加します。
柔軟性指数はそれに反比例し、トルクと圧力が増加すると減少します。追加する必要があるのは、機械を始動したばかりの場合、個々のプロファイルは崩れていないことがわかりますが、内側のリブにわずかな気泡があることがわかり、これが新たな問題であることがわかります。
