1.概述
PVC微发泡护墙板是近几年发展较快的新型室内墙体装饰用板材,具有无毒环保、防虫防潮、隔音降噪、隔热阻燃、安装简便等特点,产品规格及图案繁多,可按需要选择装饰方案、美化空间。
阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板主要设备为PVC微发泡板材挤出生产线,同时,配置了辅助生产设施。PVC微发泡护墙板基材实现物料输送、加料以及产成品称量、包装等生产工艺自动化,基材表面包覆采用在线和离线两种工艺,在线包覆生产效率高,离线包覆产品质量有保证。混配料车间实行封闭作业,避免粉尘污染,并由中控系统管理控制。
普通PVC护墙板主要成分PVC树脂本身具有难燃属性,低温阻燃性能较好,但高温明火燃烧后迅速粉化难以阻断火焰,同时产生大量浓烟,导致难以估量的生命财产损失。本文介绍的阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板克服了传统阻燃材料的弱点,具有较好的抑烟、消烟性能,随着温度的升高,具有多级阻燃效果,并可快速形成具有一定强度的陶瓷化结壳阻燃层,从而隔绝空气,阻断燃烧,有效防止火势蔓延,为逃生和消防营救争取时间。
2.工艺方案
(1)工艺流程
阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板生产工艺流程,见图1。
(2)工艺设计
①阶梯式阻燃料预处理
阶梯式阻燃料在PVC树脂混和料中的相容性以及均匀分散直接影响PVC微发泡护墙板消烟、阻燃性能。阻燃料预处理就是除去过高的水分含量,若粉体粒径过大或者大小不均,还需要专用设备研磨,并添加偶联剂均匀包覆粉体颗粒表面。经过处理的粉体依据需要可制成阻燃母粒或阻燃粉料,并可直接用于混和料生产。
②物料无尘输送
物料无尘输送通过无尘倒料站将PVC树脂粉、阶梯式阻燃料以及各种助剂小料经真空吸料机送至高速混和机中。这里的阶梯式阻燃料经过预处理,各种助剂小料也按配方要求称量混和。
③混和料配制
PVC树脂粉、阶梯式阻燃料、助剂小料在高速混料机中充分搅拌混和,当混和料温度达到120℃时排料至冷却混料机中搅拌冷却,混和料温度冷却至50℃以下时排料至过渡料仓,再经螺旋上料机输送至成品料仓待用。
④混和料输送
成品料仓中混和料经由螺旋上料机、管链输送机输送至PVC微发泡护墙板挤出成型生产线加料斗中。当料斗缺料时,阻旋式料位计发出信号到中控系统,管链输送机启动,打开缺料机台卸料阀卸料。每台管链输送机可同时供应5台板材挤出生产线用料,管链输送不会导致混和料分层、无粉尘、低能耗、寿命长。
⑤阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板生产
设定好板材成型生产线螺杆各区段及成型模具加热温度,调节下料螺杆转速、主机螺杆转速、牵引速度等工艺参数匹配,混和料经双螺杆挤出机塑化、微发泡专用模具成型、冷却定型模具定型、在线覆膜机包覆、牵引机拉送、定长切割、自动称重监测,最后生产出合格的阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板。
在线覆膜适用于W300×9mm、W400×9mm的小规格板材,W600×9mm以上规格板材建议离线包覆。包覆粘接材料应选择环保、健康型胶粘剂。
⑥中控系统
中控系统用于生产监控并发出动作指令。通过程序设计将倒料站、真空吸料机、高低温混和机、螺旋上料机、管链输送机等所有动作指令集成为一个软件控制操作系统,通过电脑终端显示并控制运行,保证阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板生产持续、稳定运行。
3.生产自动化
(1)主要生产设备
①无尘倒料站、真空吸料系统;②冷热混搅拌机组;③过渡料斗及螺旋上料机;④管链自动上料系统;⑤阻旋式料位计、气动蝶阀、管道及附件;⑥电柜、电脑终端和软件;⑦板材挤出成型生产线。
(2)生产自动化
生产设备运行分为两个阶段,第一阶段从无尘倒料站开始到混和料送入成品料仓,为混和料配制与输送系统,由中控系统控制操作,设备布置见图2。第二阶段从成品料仓到生产出合格护墙板,为板材生产系统,可实现连续自动生产。设备布置见图3。
4.结果与讨论
(1)阶梯式阻燃料阻燃机理
常用塑料阻燃剂只有一级阻燃的效果,当塑料温度不断升高时,其阻燃性能会随温度的升高而失效;而阶梯式阻燃塑料在温度不断升高时,其阻燃性能会随温度的升高发生陶瓷化反应形成具有一定强度的陶瓷层[1],从而隔绝空气,起到多级阻燃效果。
具体分析,阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板遇明火开始燃烧时,火焰起始温度达到300℃左右的时候,护墙板主要组分PVC树脂和阻燃料起到内阻燃作用。温度达到600℃左右的时候,阻燃料中助溶剂玻璃粉、硼酸锌逐渐软化熔融成液相状态,并渗透到二氧化硅粉末和成瓷材料之间,将两者很好的粘接在一起,防止粉化。此时,起阻燃作用的主要是阻燃料中的硼酸锌/氢氧化镁等阻燃材料。温度达到900℃以上时助溶剂和成瓷材料发生陶瓷化反应,形成具有一定强度的陶瓷外壳,隔绝空气,阻断火焰,形成梯次阻燃。
(2)阶梯式阻燃料组分
通过阻燃机理分析,阻燃料有效阻燃成分主要包含三大类,一是常规阻燃剂氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌等。二是成瓷组分,主要包括硅微粉、云母、硅灰石、粘土等。三是助溶剂,主要包括玻璃添加剂、含硼化合物以及氧化锌等无机粉体。
成瓷组分和助溶剂与PVC相容性较差,也存在颗粒大小不均、易吸收水分等问题,作为阻燃材料在使用之前需要进行预处理。依据生产经验,通过研磨等方法使阻燃材料粒径控制在10μm左右较为适宜,即1250目左右。再者,选用适宜的偶联剂对阻燃材料颗粒表面改性,更能促进阻燃材料与PVC树脂的相容性,并可改善产品性能。
①玻璃粉。
玻璃粉主要是由一些金属氧化物和SiO2进行原料混合,然后再进行高温固相反应,形成无序结构的玻璃熔渣,最后进行研磨粉碎,形成化学性能稳定的玻璃粉末,根据原料中金属氧化物含量的不同,玻璃粉软化熔融温度也不同。软化熔融温度为300℃-600℃的玻璃粉称之为低温玻璃粉,软化熔融温度为800℃以上的玻璃粉称之为高温玻璃粉。高低温玻璃粉配合使用可有效降低成瓷材料陶瓷化温度。
②硼酸锌。
硼酸锌的熔点在300℃-700℃,它既是阻燃剂也是助溶剂,可以提升材料的氧指数,也可以起到良好的消烟、阻燃作用[2]。硼酸锌在300℃-700℃以液相状态存在,低温玻璃粉在此温度区间也开始熔融,二者渗透并均匀分布于SiO2粉末与成瓷材料之间,将SiO2粉末与成瓷材料很好的粘接在一起,有效改善300℃-700℃温度区段阻燃性能。超过800℃,开始出现陶瓷化反应,并形成具有一定强度的多孔陶瓷层[3]。
③氢氧化镁。
氢氧化镁作为无卤阻燃剂,具有低烟、低毒、低腐蚀以及价廉、不产生二次污染等优点,并能和多种物质产生协同阻燃效应。若氢氧化镁用量大,会导致塑胶产品物理性能降低。但加入硼酸锌可减少氢氧化镁的用量,提高材料的加工性能。研究表明氢氧化镁与硼酸锌质量份比50:40,较为合适[4]。
④成瓷组分。
成瓷组分主要包括硅微粉、云母、硅灰石、高温玻璃粉等,这些材料熔点较高,陶瓷化反应所需温度也较高。当添加助溶剂后可以有效降低陶瓷化温度,使其较低温度下结壳成瓷[5]。
(3)阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板阻燃性能
参照火焰垂直蔓延试验方法,设计如图4的试验装置,用于测试火焰垂直蔓延的能力,该试验产品添加了阶梯式阻燃材料,从现场图片可以看到,产品燃烧后硬化结壳。
PVC微发泡护墙板阻燃性能参数见表1,从列表中可以看出,氧指数提升较大,烟密度减低,垂直燃烧性能达到V-0级,表明阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板阻燃性能良好。
5.结论
(1)阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板达到了消烟、阻燃的技术要求,生产工艺及设备皆为成熟技术,无粉尘污染、实现自动化生产。
(2)阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板材随燃烧温度的升高发生陶瓷化反应形成具有一定强度的陶瓷层,从而隔绝空气,降低烟密度,起到多级阻燃效果。
摘要：介绍了阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板生产工艺和自动化技术。详述了生产涉及的阶梯式阻燃物料的预处理、混和料配制、管链输送等。分析了阻燃物料阻燃机理、阻燃成分,并讨论了护墙板阻燃性能。
关键词：阶梯式阻燃PVC微发泡护墙板,管链输送,阻燃机理
参考文献
[1] Anyszka R,Pedzich Z,Bielinski D M,et al.Ceramizable silicone rubberd-based Composites[J].Advances in science & Technology,2012,66(1):82-88.
[2] 白晓艳,王清文.硼酸锌对PVC木塑复合材料的产烟影响[J].消防科学与技术,2015,(5):8-11.
[3] Ahmad Reza B,Mehrdad K.Ablation mechanism of polymer layered silicate nanocomposite heat shield[J].Journal of Hazardous Material,2009,166(1):445-454.
[4] 张红霞,等.经氧化镁/硼酸锌复配阻燃剂对107胶性能的研究[J].唐山师范学院学报,2018,(3):26-28.
[5] Pedzich Z,Dul J.Optimisation of the Ceramic Phase for Ceramizable Silicone Rubberd Based Composites[C].Ioc Conference Series Materials Science & Engineering,2011:226-229.