工艺的本质是 “通过物理 / 化学手段控制聚合物熔体的流动与固化”,核心原理可归纳为 4 点:
1. 聚合物熔融与粘度匹配原理
挤出的前提是 “聚合物充分塑化(熔融)”,而层间结合的关键是 “两种熔体粘度相近”:
熔融原理:螺杆的 “输送段→压缩段→计量段” 通过机械剪切(螺杆与料筒的相对运动)和料筒加热,将固态颗粒转化为 “粘流态熔体”—— 例如 PP 在压缩段(料筒温度 170℃)开始熔融,在计量段(180℃)完全塑化,熔体粘度控制在 1000-5000Pa・s(粘度过低易漏流,过高易导致流道堵塞)。
粘度匹配原理:两种熔体在复合腔接触时,若粘度差异过大(如内层粘度 1000Pa・s,外层 5000Pa・s),会导致 “界面滑移”(外层熔体推动内层熔体偏移,出现偏心);只有粘度相差≤20% 时,界面处的分子才能充分扩散(如 PVC 与改性 PVC 的熔体粘度均控制在 2000-3000Pa・s),形成 “化学结合” 而非 “机械贴合”。
2. 同心流道的流体力学原理
模具流道的设计需遵循 “流体均匀分布” 原则,避免熔体流速不均导致壁厚偏差:
环形流道的速度分布:内层和外层流道均为 “环形截面”,熔体在流道内的流速呈 “抛物线分布”(中心流速快,靠近壁面流速慢)—— 通过调整流道的 “长径比”(流道长度 / 流道直径),可让熔体在到达复合腔前流速均匀(长径比通常取 10-15,确保流速偏差≤5%)。
同心度控制原理:模具芯棒(控制内径)需与口模(控制外径)严格同心(同轴度误差≤0.02mm),同时通过 “熔体压力平衡”(内层流道与外层流道的压力差≤0.5MPa),避免某一侧熔体压力过大导致管体偏心(如外层压力过大,会挤压内层向一侧偏移,出现 “单边厚、单边薄”)。
3. 冷却定型的尺寸控制原理
冷却过程本质是 “聚合物从粘流态→高弹态→玻璃态” 的相变过程,尺寸稳定性依赖 “收缩率控制”:
收缩率补偿:聚合物冷却时会发生 “体积收缩”(如 PP 的成型收缩率 1.5-2.5%,PVC 0.5-1.5%),因此模具口模的内径需比设计内径 “大收缩率对应的尺寸”(例如设计内径 4mm,PP 管的口模内径需设为 4.06-4.1mm),抵消冷却收缩。
内应力消除:若冷却不均匀(如管内壁冷却慢、外壁快),会产生 “内应力”(外壁收缩快,内壁收缩慢,导致管体向内壁弯曲)—— 通过 “梯度冷却”(定型套前段水温 30℃,后段 20℃),可减少内应力,避免管体变形。
4. 层间结合力的形成原理
双层管的层间结合力主要来自 “分子扩散” 和 “界面相容性”:
分子扩散:两种熔融态聚合物的分子链具有 “热运动能力”,在复合腔的缓流区,内层与外层的分子链会相互渗透(扩散深度通常为 10-100nm),形成 “扩散层”—— 扩散层越厚,层间结合力越强(需控制复合腔温度比两种材料的熔融温度高 5-10℃,促进分子运动)。
界面相容性:若两种材料为同类型聚合物(如内层 PP、外层 PP),分子结构相似,相容性好,结合力强;若为不同类型(如内层 PE、外层 PP),需在两种材料中添加 “相容剂”(如 PE-g-MAH(马来酸酐接枝 PE)),通过相容剂的 “桥梁作用”(一端与 PE 结合,一端与 PP 结合),提升层间结合力。