软硬共挤关键技术初探

摘 要：软硬共挤技术是近几年发展起来的一种新兴异型材料复合成型技术，文章简要分析和探讨了材料选择及共混改性技术、模具设计技术以及工艺参数设计等关键技术对软硬共挤成型的影响。

关键词：软硬共挤；模具设计；共混改性

前言

软硬共挤技术是近几年发展起来的一种新兴异型材料复合成型技术，这里所说的软硬共挤技术通常是指一软一硬两种性能的材料成为热熔体后利用两台挤出机挤向同一成型模具，并在各自的流道内流动，然后在挤出模口之前汇合，而后定型冷却，最终形成具有软硬两种材质和功能的制品（见图1），这种成型技术充分发挥了不同材料的特性，使产品得到特殊要求的性能，如防氧化和防湿能力、热成型和热粘合能力、良好的力学性能等，从而能够提高产品的档次，降低产品的成本，因此，软硬共挤技术越来越广泛应用于异型件的成型生产中。

图1 软硬共挤工艺流程图

在软硬共挤技术中，材料选择及共混改性技术、模具设计技术以及工艺参数设计是影响软硬共挤成型的关键技术，文章简要就上述关键技术进行一些分析和探讨，不足之处还请读者批评指正。

1 材料选择及共混改性技术

软质材料和硬质材料通常情况下熔点、热稳定性、表面能等性能有均会有差异，当软硬两种材料分别由两台挤出机向一副口模挤出，由于各材料在其挤出机及进料流道的熔体压力、流变特性不同将导致在口模中的流变特性不稳定，无法实现双组分的稳定共挤出，导致软硬两种材料在熔融状态很难粘结在一起，只有通过分子量调控技术、复合热稳定剂的研究与使用、耐热基团的引入等技术，在各种材料中加入不同的组分，改变其分子结构或聚集态结构，使软硬两种材料表面能相互接近，实现同一挤出模具温度下不同材料都处于熔融状态且不至分解，以满足软硬共挤的基本工艺要求。

2 模具设计技术

2.1 挤出模具设计

挤出模具是实现软硬材料共挤成型的关键，它通常是由导流板、分流板、口模板、主流道、副流道、物流熔接段、分流芯组成。（见图2）

共挤模具的设计要确保：（1）根据软硬两种材料的流变性设计不同的压缩比，使软硬两种材料汇合时的压力稳定且基本相当；（2）两个流道的与口模联结的出口要保障在口模中汇合处的夹角α角一般小于60℃，避免两种材料汇合时相互嵌入；（3）硬料进料流道不宜长，一般在40-100mm之间选取。过长会造成硬料熔体阻力过大，物料停滞时间过长而分解，过短，会造成硬料熔体塑化不良而影响生产和产品质量。因此，我们建议先将软硬共挤口模在不考虑软硬共挤的情况下，按普通的口模设计方法进行设计，然后根据软硬两种材料流变特性的差异，利用计算机模流软件模拟软硬材料在口模中的流动情况，最终设计确定板板之间接口的幾何形状、尺寸与软硬材料分流道的长短、压缩比、汇合后共挤出流道的长短等。需要指出的是，由于共挤模具内软硬共流体流道的长度对软硬共挤异型材的撕裂强度影响很大，这种影响比软硬各部分的接合表面积与撕裂强度的影响还要大，考虑到软硬共流体流道的长度又受两熔体在挤出模具内互不干扰的限制，因此，我们在修模时要根据经验谨慎把握，否则会严重破坏挤出模具结构。

2.2 定型模具设计

当在软硬共挤型坯进入的定型工序后，可根据其原材料、表面要求或形状不同，采取不同的定型方式，如密闭真空定型、加压定型、开放式滑动定型、中空内定型等，其中密闭真空定型是软硬共挤最常用的定型方式。但是共挤材料型坯不宜一进入定型模就开始真空定型，主要因为软质热熔体与硬质热熔体从接合面处容易出现撕裂或堵模现象，因此，建议在定型模软质熔体材料入口处加装一个水冷装置，让冷却水能够连续均匀地通过软质型坯表面，使软质熔体材料表面产生一层硬化层，因此，建议进入定型模冷却一段距离后再开始真空冷却定型。

3 工艺参数设计

软硬共挤对生产线的工艺温度要求比较苛刻，特别是挤出模具温度。如果挤出模具温度过低，塑化不足，硬质材料强度和表面光泽度不好，软硬共挤部分打皱，机头出料的持续稳定性差；如果挤出模具温度过高，软质材料熔体粘度低（PVC材料还会出现分解发泡现象），粘口模较严重，而且软硬共挤型坯的撕裂强度明显降低。因此，软硬共挤必须仔细研究和调整适宜的模头工艺温度。此外，在定型阶段还需注意摸索定型模具内软质型腔部分水帘的大小及与抽真空口的相对位置、冷却温度、真空度、定型长度、牵引的速度等工艺参数相互之间的影响，最终获得适合的定型参数，确保产品定型稳定。

4 结束语

通过对上述工艺的深入研究，贵州普利英吉科技有限公司基本掌握了影响软硬共挤成型的关键技术，公司先后承接了贵阳某航空机电有限公司中高端轿车某新型无骨雨刮器扰流翼、贵州海尔电器有限公司冰箱风道护板等产品的开发任务，并成功实现产业化，取得了良好的经济效益和社会效益。

作者简介：陈兴江（1965-），男，贵州织金人，高级工程师，汉族，毕业于南昌航空工业学院化工系，大学本科学历，现任贵州省工程复合材料中心工程师、贵州普利英吉科技有限公司总经理兼总工程师，长期从事高分子改型材料、新型化工材料的研究和开发工作。