近年來，彩色塑料門窗逐漸取代白色塑料門窗，成為了塑料門窗市場的主流產(chǎn)品。其中，采用pmma（聚甲基丙烯酸甲酯）、asa（丙烯腈/苯乙烯-丙烯酸酯）彩色原料與pvc-u（硬質(zhì)聚氯乙烯）基料進(jìn)行復(fù)合共擠，生產(chǎn)出的塑料異型材在制作成門窗后，因裝飾層具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、耐侯性和耐熱性，且色彩更加光艷、靚麗，從而改變了白色塑料門窗和通體彩色塑料門窗固有的質(zhì)量缺陷，在彩色塑料門窗產(chǎn)品中*，得到了快速發(fā)展。
然而，在低溫條件下，彩色共擠異型材的裝飾面存在不耐沖擊的缺陷，并且在采用無縫焊接時，由這種材料制成的塑料門窗的焊縫易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。在白色塑料異型材的主體上共擠一層厚度僅為0.2mm的裝飾層，為什么會對塑料異型材的抗沖擊性能和焊接性能造成影響？本文針對這種情況進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理措施。
共擠彩色塑料異型材共擠層沖擊破裂的原因分析
1.pmma與asa共擠料的低溫脆性大于pvc-u基料
玻璃化溫度（通常用tg表示）是高聚物的一項重要技術(shù)指標(biāo)，可用于衡量高聚物的脆性。硬度（可用洛氏硬度hrc表示）是檢驗材料抗變形能力的一項性能指標(biāo)，硬度越高，材料抗變形的能力越強(qiáng)，同時也就越脆。
pmma的玻璃化溫度與硬度比pvc-u基料的更高，屬于高硬的脆性材料。同時，pmma具有缺口敏感性，在應(yīng)力下容易開裂。asa的玻璃化溫度、硬度雖然低于pmma，但高于pvc-u基料，脆性也比pvc-u大。因此，在低溫環(huán)境和外力沖擊的條件下，共擠材料便容易發(fā)生破裂。
2.pmma與asa共擠料的塑化溫度高于pvc-u基料
在熔融溫度和流變性能方面，pmma、asa兩者和pvc-u基料的差異較大。通常，pvc-u基料的熔融溫度僅在185℃左右，而pmma的熔融溫度為220~240℃，asa的熔融溫度為190~210℃，并隨著丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸酯3種單體共聚時的配比而變化。
一般來說，將兩種不同類型的聚合物材料在同一個模具中復(fù)合擠出，會產(chǎn)生界面的不穩(wěn)定性流動。當(dāng)型材擠出后，共擠面和基料之間會聚集較大的截面與拉伸應(yīng)力取向，使共擠面的尺寸變化率和差值遠(yuǎn)大于非共擠面。該因素也導(dǎo)致在低溫環(huán)境下，型材承受外力沖擊時，更容易發(fā)生破裂。
3.pmma、asa共擠料與pvc-u基料的線膨脹系數(shù)有差異
線膨脹系數(shù)是指溫度每變化1℃時材料長度變化的百分率。pvc-u基料的線膨脹系數(shù)為5×10-5/m·k，pmma的線膨脹系數(shù)為6×10-6~8×10-6/m·k，asa的線膨脹系數(shù)為9×10-5/m·k。通常，線膨脹系數(shù)不同的材料經(jīng)共擠組合為一體后，在一定的溫度作用下，相互界面之間因為線膨脹的差異，會積聚相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力越大，則抵抗外力沖擊的性能也就越小。
4.pmma、asa共擠料的黏度大于pvc-u基料
pmma、asa共擠料熔體的黏度大于pvc-u基料熔體。兩種黏度不同的聚合物熔體在復(fù)合流道中流動時，黏度較低的聚合物熔體有把黏度較高的聚合物熔體包覆在中間的趨勢，低黏度熔體向高剪切區(qū)流動，從而在共擠出界面上產(chǎn)生不穩(wěn)定的流動。表面共擠型材的共擠方式是在生產(chǎn)單色型材的模具基礎(chǔ)上，增加共擠流道，在單色型材的表面覆合一層只有0.2~0.3mm厚的彩色共擠料，其厚度僅為pvc-u基料厚度的8.69％~13.6％。由于兩種不同厚度的料層流動屬于不對稱流動，因此隨其體積流量的增大，壓力損失減少，高黏度熔體被低黏度熔體包圍，并隨黏度比的增大而加快。在不對稱流動中，兩種熔體除共有流動界面外，另一界面均與模具壁接觸、摩擦。而界面流動狀態(tài)不僅與熔體黏度、壓力損失及流率有關(guān)，還與機(jī)頭的流道長徑比有關(guān)。長徑比越大，高黏度熔體被低黏度熔體包圍的速度和范圍越大。由此可見，兩種不同黏度的聚合物在口模內(nèi)存在流動差異，影響了共擠層的厚度和兩相界面之間的粘接強(qiáng)度，在低溫和外力作用下，便容易遭受破壞，從而產(chǎn)生破裂。
從以上幾點分析可以看出，共擠彩色型材承受外力沖擊容易產(chǎn)生破裂，除了共擠料屬于硬脆性材料外，主要是因為共擠材料和樹脂存在塑化溫度、線膨脹系數(shù)和黏度的差異。因此，當(dāng)兩種物料通過同一個口模擠出時，型材共擠界面之間會聚集過大的相互作用力，從而產(chǎn)生破裂。
無縫焊接彩色共擠異型材焊接性能差的原因分析
通常，當(dāng)塑料門窗下料時，其型材每端焊接余量為3mm（所謂焊接余量是指型材軸向熔融消耗量），此時，兩型材端面實際焊接消耗量為2.2mm。由塑料異型材焊接機(jī)原理可知，2.2mm的焊接消耗量是由加熱和對接兩部分完成的，其中加熱熔融和對接熔融又各分為兩個階段：在加熱熔融的*階段，型材加熱面緊貼焊板，隨焊機(jī)后壓鉗給進(jìn)至焊接間隙規(guī)定位置，即一邊加熱一邊給進(jìn)；第二階段，兩型材在規(guī)定位置繼續(xù)被加熱板加熱，熱量向型材的軸向方向傳遞，為型材加熱面離開加熱板后對接擠壓作準(zhǔn)備。一般，型材的定位間隙為6.4mm、焊接間隙為16mm，已知加熱板厚度為12mm，焊布雙面厚度為0.5mm，則型材加熱熔融量即為：（12+0.5+6.4-16）/2=1.45（mm）。
在對接擠壓的*階段，焊機(jī)后側(cè)的型材加熱面在加熱板提升后，隨后壓鉗給進(jìn)與前側(cè)型材的加熱面對接擠壓至對接間隙規(guī)定位置；第二階段，兩型材在規(guī)定位置上繼續(xù)對接，建立初熔強(qiáng)度。此時型材的對接熔融量為：（2.2×2-1.45×2）/2=0.75（mm）。
由計算可知，型材加熱熔融量與對接熔融量分別占型材額定熔融量的66％與34％，兩個過程的型材熔融量均隨壓鉗給進(jìn)，從壓鉗間隙（一般為2mm）中擠到型材表面，從而形成焊渣。
彩色塑料門窗所用的無縫焊機(jī)和一般塑料門窗所用的焊機(jī)有所不同：在無縫焊機(jī)中，將上、下壓鉗相對的面設(shè)計為刀口，兩壓鉗刀口之間的對接間隙僅為0.4mm，兩壓鉗另一面的對接間隙仍為2mm。在對接擠壓*階段給進(jìn)到位時，將加熱熔融過程中型材共擠面一側(cè)的熔融物形成焊渣切斷。在第二階段給進(jìn)到位時，共擠面一側(cè)的對接熔融量（即0.75mm）僅有很少部分熔融物從壓鉗刀口間隙擠出，而大部分的熔融物都被迫由型材內(nèi)腔擠出。在原工藝參數(shù)不變的情況下，由于對接擠壓阻力的增加，有可能發(fā)生下列3種情況：一是壓緊力不夠，后型材給進(jìn)時被迫發(fā)生后移。二是給進(jìn)壓力不足，給進(jìn)不到位。三是給進(jìn)設(shè)定時間短，到時間后給進(jìn)不到位等。這些原因均會致使焊接尺寸偏大，同時焊接強(qiáng)度大幅度降低。
改善彩色共擠塑料異型材沖擊性能的相關(guān)措施
輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)qb/t2976-2008《門窗用未增塑聚氯乙烯（pvc-u）彩色型材》規(guī)定：對非裝飾面進(jìn)行落槌沖擊，觀察并記錄破裂試樣的個數(shù)，應(yīng)不大于1。建筑工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑門窗用未增塑聚氯乙烯彩色型材》規(guī)定：裝飾面無論是否破裂，其裝飾層與型材間均不應(yīng)發(fā)生分離，即只看共擠面與型材是否分離，不計破裂個數(shù)。然而，在彩色塑料門窗的實際使用過程中，消費者并不會因為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對彩色型材沖擊性能指標(biāo)的規(guī)定不嚴(yán)，而對門窗遭受外力沖擊后焊縫開裂所產(chǎn)生的破壞結(jié)果表示寬容與理解。因此，行業(yè)技術(shù)人員應(yīng)改善pmma、asa共擠型材的沖擊性能，進(jìn)一步提高彩色塑料門窗的質(zhì)量。
在生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn)，共擠型材在低溫沖擊的情況下發(fā)生破裂時，總有一部分型材共擠面沒有破裂。這種現(xiàn)象除了和原材料本身特性有關(guān)之外，也和擠出的生產(chǎn)工藝有一定關(guān)系。因此，為了消除共擠層與型材主體的分離和裂痕，減少共擠層的沖擊破裂個數(shù)，可采取以下措施來改善共擠型材的沖擊性能：
1.調(diào)試模具時，應(yīng)盡量減少型材的共擠層厚度，以不大于0.2mm為基準(zhǔn)，降低共擠層對基料的牽制作用，減少共擠層的低溫落槌沖擊破壞。
2.在不影響型材基料與共擠料塑化的前提下，可適當(dāng)降低共擠機(jī)的設(shè)定溫度與口模共擠料一側(cè)的設(shè)定溫度，適當(dāng)提高口?；弦粋?cè)的溫度，通過減少共擠型材加熱后尺寸變化率的差值來降低內(nèi)應(yīng)力，減少型材共擠層的低溫落槌沖擊破壞。
3.在共擠型材擠出后進(jìn)入定型模，可適當(dāng)減少定型模共擠面一側(cè)的真空度，提高定型模共擠層一側(cè)的光潔度，并通過減少定型模共擠面一側(cè)的牽引阻力，降低定型模共擠面的拉伸應(yīng)力，以減少型材共擠層的低溫落槌沖擊破壞。
4.pmma與asa共擠料各有優(yōu)缺點。在產(chǎn)品的外觀光潔度和耐老化性能方面，pmma優(yōu)于asa。但在力學(xué)性能尤其是低溫落錘沖擊性能方面，asa共擠料遠(yuǎn)優(yōu)于pmma共擠料。此外，asa還是一種防靜電材料，能使產(chǎn)品表面少積灰塵。僅從提高共擠彩色型材抗沖性能的角度而言，可以asa共擠料逐漸取代pmma共擠料，以亞光共擠彩色型材取代高光彩色共擠型材；或者采用改性pmma共擠料，在擠出時適當(dāng)減少口模溫差，減少型材共擠層的低溫落槌沖擊破壞。