PVC管材的塑化度影響著管材的力學(xué)性能，下面青島賽諾硬脂酸鋅廠家針對(duì)PVC管材塑化度最佳范圍從各個(gè)方面做分析，希望對(duì)您有用。

比較硬質(zhì)PVC管材塑化度與力學(xué)性能的關(guān)系，得出硬質(zhì)PVC管材塑化度的最佳范圍為60%～70%。分析配方、混料、工藝條件對(duì)塑化度的影響，以指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程，并將塑化度調(diào)整到最佳塑化范圍。 

在加工過(guò)程中，硬質(zhì)PVC的粒子結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大變化，在較低加工溫度下，由于熱和剪切力的作用，顆粒分解成初級(jí)粒子；隨著溫度的升高，初級(jí)粒子部分被粉碎；當(dāng)加工更高時(shí)，初級(jí)粒子可全部粉碎，晶體熔化，邊界消失，形成二維網(wǎng)絡(luò)，這一過(guò)程稱為熔融或凝膠化，一般稱為塑化。塑化度正是制品結(jié)晶程度與PVC初級(jí)粒子熔化程度的反映，塑化度可用流變法測(cè)量。PVC塑化后在制品中形成了貫穿的結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)，這種結(jié)構(gòu)的變化，必然引起力學(xué)性能的改變，進(jìn)而影響制品的性能。因此，在硬質(zhì)PVC加工過(guò)程中，控制好塑化度，使制品各部分塑化均一，對(duì)保證硬質(zhì)PVC管材質(zhì)量非常重要。國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的GB/T 10002.1-1996中，用增加二氯甲烷浸漬試驗(yàn)來(lái)反映管材塑化的情況。 

  本文將確定PVC管材的最佳塑化度，并探討影響塑化度及均一的因素，以指導(dǎo)生產(chǎn)達(dá)到最佳值。 

1 硬質(zhì)PVC管材的最佳塑化度 

  硬質(zhì)PVC未塑化或塑化度低時(shí)，PVC初級(jí)粒子未解體或解體很少，粒子間還未融合；塑化度100%時(shí)，所有初級(jí)粒子融合，制品冷卻后，可形成均勻分布，貫穿整個(gè)制品的結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)，晶網(wǎng)會(huì)限制分子鏈的運(yùn)動(dòng)。這兩種結(jié)構(gòu)的管材沖擊強(qiáng)度較低(見圖1)，與管材韌性有關(guān)的指標(biāo)(如落錘沖擊性能)不易達(dá)標(biāo)，這兩種塑化度的管材都不是我們希望的。 

  大量研究和測(cè)試結(jié)果表明：硬質(zhì)PVC管材的綜合性能最佳值是在塑化度為60%～70%時(shí)得到的〔1〕。因此，我們應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臈l件，使塑化度均勻并控制在此范圍內(nèi)。

2 塑化度的調(diào)整 

  塑化度的調(diào)整應(yīng)從配方、混料、加工條件等方面綜合考慮。 

2.1 配方選擇調(diào)整 2.1.1PVC樹脂 

  用懸浮法生產(chǎn)的PVC樹脂有疏松型和緊密型。疏松型樹脂表皮較薄、內(nèi)部疏松、亞粉粒體積較大且大小均勻，易于破碎，釋放初級(jí)粒子。這樣的樹脂經(jīng)混合，可使助劑分布均勻，經(jīng)過(guò)擠出加工后，易獲得塑化均一的管材。   除PVC樹脂的形態(tài)外，樹脂的相對(duì)分子量也影響塑化，相同配方和加工條件下，分子量越大，雖然管材韌性好，但塑化度降低。 

  選擇PVC S-1000(齊魯石化或上海石化生產(chǎn))即可滿足管材指標(biāo)，又易得到所需的最佳塑化度。

 2.1.2 穩(wěn)定劑 

  目前，國(guó)內(nèi)采用的主要熱穩(wěn)定劑為鉛系穩(wěn)定劑(主要為三堿式硫酸鉛，硬脂酸鉛等)。固體鉛鹽穩(wěn)定劑分散性差，難塑化易造成大的應(yīng)力集中，要求所用鉛鹽越細(xì)越好，最好經(jīng)過(guò)研磨。另外，鉛鹽對(duì)人體健康有害，這些穩(wěn)定劑在給水管配方中用量有限制，如含鉛穩(wěn)定劑用量不能超過(guò)3份。 

  綜合以上因素，在滿足正常生產(chǎn)及考慮意外停車前提下，應(yīng)盡量減少穩(wěn)定劑用量。 

  為了減少污染，最好使用復(fù)合式片狀、粒狀穩(wěn)定劑，例如：德國(guó)熊牌穩(wěn)定劑。 2.1.3 潤(rùn)滑劑 

  外潤(rùn)滑性強(qiáng)的配方使PVC受到較小的剪切力，低的剪切力水平可提高初級(jí)粒子“存活”的溫度或延長(zhǎng)其“壽命”，所以在相同的加工條件下，潤(rùn)滑性強(qiáng)的配方，可使管材塑化度降低。為了使管材塑化度保持一定，就要增加加工設(shè)備的剪切能力(如提高螺桿轉(zhuǎn)速)或提高加工溫度，或延長(zhǎng)物料在設(shè)備中停留的時(shí)間(提高機(jī)臺(tái)阻力既可延長(zhǎng)“停留時(shí)間”，又可增加剪切強(qiáng)度）〔2〕。 

  圖2比較了三種配方擠出物的塑化度，擠出是在同一臺(tái)雙螺桿擠出機(jī)中，在相同螺桿轉(zhuǎn)速下進(jìn)行的。

因此，合適的配方中，潤(rùn)滑劑配方應(yīng)盡可能少，處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，避免因過(guò)渡潤(rùn)滑造成塑化度不良，塑化溫度過(guò)高。在調(diào)整潤(rùn)滑劑時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：   (1)同一臺(tái)加工機(jī)械在使用時(shí)間較長(zhǎng)后，剪切能力會(huì)下降，潤(rùn)滑劑也要相應(yīng)調(diào)整。為了保證塑化質(zhì)量，可采用促進(jìn)塑化的潤(rùn)滑劑配比。   (2)表面積較大的成型機(jī)械需要較多的潤(rùn)滑劑。從擠出到口模的容積是一定的，物料所含潤(rùn)滑劑應(yīng)能滿足整個(gè)容積中所有表面潤(rùn)滑的需要。加工機(jī)械的容積較小，表面積卻較大，則要求物料中潤(rùn)滑劑含量較高。 

  同臺(tái)擠出機(jī)在生產(chǎn)薄壁管時(shí)，要求使用比擠出同規(guī)格厚壁管更多的潤(rùn)滑劑。   (3)較高的加工溫度可采用較多的潤(rùn)滑劑。 

  加工溫度越高，PVC熔體粘附金屬的傾向越明顯，因此加工溫度越高，需用的潤(rùn)滑劑越多。 

  (4)石蠟只對(duì)擠出機(jī)加料段起潤(rùn)滑作用，部分氧化聚乙烯蠟則不僅在均化段乃至機(jī)頭與模頭處也起作用。 

2.1.4 改性劑對(duì)塑化的影響 

  使用抗沖擊改性劑時(shí)，物料粘附金屬傾向增強(qiáng)，剪切摩擦熱增加，往往會(huì)促進(jìn)塑化，故應(yīng)適當(dāng)增加潤(rùn)滑劑用量，以適當(dāng)推遲塑化，獲得最佳塑化度。 

  但選擇CPE作改性劑時(shí)，相對(duì)分子量低的外潤(rùn)滑劑如石蠟易溶于CPE中，降低潤(rùn)滑效果，還會(huì)影響增韌效果，應(yīng)選用與改性劑相容性差，相對(duì)分子量或熔點(diǎn)較高的潤(rùn)滑劑，如聚乙烯蠟、高級(jí)脂肪酸及其它皂類潤(rùn)滑劑。具有核—?dú)そY(jié)構(gòu)的改性劑，其極性很強(qiáng)的殼會(huì)阻礙潤(rùn)滑劑進(jìn)入軟芯，因此對(duì)潤(rùn)滑劑的選擇不很嚴(yán)格。

 2.1.5 填料 

  使用低表面活性填料，如CaCO3常會(huì)推遲PVC塑化，情形類似于鉛鹽穩(wěn)定劑的推遲塑化，為了保證最佳塑化，宜采用促進(jìn)塑化的潤(rùn)滑劑配比。 

  高表面活性填料(如炭黑)或低表面活性填料用量大，填料對(duì)潤(rùn)滑劑的吸附、吸收作用往往導(dǎo)致熔體粘性增加，摩擦熱增大，從而促進(jìn)塑化。為了保持最佳塑化，需要增加外潤(rùn)滑劑用量或采用適當(dāng)推遲塑化的潤(rùn)滑劑配比。

 2.2 混合的調(diào)整 

  混合是指降低組分料非均勻性的過(guò)程。因此，混料質(zhì)量好壞將影響塑化是否均

一。實(shí)際加工中遇到的許多問題，如擠出過(guò)程中混料脈動(dòng)，塑化不均等均與混料有關(guān)。 

  硬質(zhì)PVC管材混料多采用高速混合機(jī)進(jìn)行，冷混機(jī)冷卻。混料中應(yīng)注意以下問題：

 2.2.1 混合機(jī)加料量選擇 

  物料體積為高速混合機(jī)空容積50%以下時(shí)，摩擦熱小，達(dá)到混合溫度(120℃)需15min以上；加料量50%～70%時(shí)，達(dá)到混料溫度僅為8min～10min;加料量在70%以上混合效果變差，物料的物性不均一，導(dǎo)致管材塑化不均。因此，我們應(yīng)將加料量控制在混合室空容積的50%～70%。

 2.2.2 高速混合溫度的選擇

  料溫在50℃以下時(shí)，PVC樹脂顆粒在強(qiáng)力攪拌下，其粉粒和亞粉粒被擊碎，干粉料的表觀密度變化不大 。 

  料溫在80℃以上到120℃左右時(shí)，樹脂顆粒脹大，顆粒尺寸趨于均勻，顆粒的平均尺寸與原始狀態(tài)相近，同時(shí)，干混料密度迅速增加。料溫在120℃以上，樹脂顆粒尺寸減少而干混料表觀密度仍在提高。 

  樹脂顆粒變大并均勻地在干粉料中流動(dòng)，使輸送量均勻，再考慮到100℃以上時(shí)對(duì)排出干燥物料中的水汽有益處，所以一般高速混合溫度在100℃～120℃。   對(duì)于普通單螺桿擠出機(jī)，直接用粉料生產(chǎn)時(shí)，為了使管材有高的塑化度，往往將熱混溫度提高到140℃以上，但是不宜超過(guò)150℃。這是因?yàn)楣腆w穩(wěn)定劑僅粘附于樹脂顆粒表面，對(duì)內(nèi)部的PVC起不到穩(wěn)定作用，熱混溫度太高會(huì)使樹脂分解變色。而冷混溫度在40℃左右即可。

 2.2.3 高速混合時(shí)的加料順序 

  硬質(zhì)PVC配方的加料順序應(yīng)有利于助劑作用的發(fā)揮，避免助劑的不良協(xié)同效應(yīng)，并有利于提高分散程度和速度。 

  穩(wěn)定劑與樹脂同時(shí)加入到熱混機(jī)中，以便及早發(fā)揮穩(wěn)定作用。 

  皂類和內(nèi)潤(rùn)滑劑隨后加入，以便充分滲入樹脂內(nèi)部。蠟類外潤(rùn)滑劑宜在料溫接近出料溫度時(shí)再加，以免蠟類干擾其它助劑的分散。 

  填料對(duì)助劑有吸收作用，宜最后加入。以便助劑先在樹脂中得以分散。 

  加工改性劑宜在蠟類加入之前，穩(wěn)定劑加入之后加入，對(duì)于具有防止熱分解傾向的改性劑，如CPE，可與樹脂一并加入。如果考慮沖擊改性劑吸收潤(rùn)滑劑的傾向強(qiáng)于PVC樹脂，為避免潤(rùn)滑劑被吸收后物料加工性的明顯變化，及吸收潤(rùn)滑劑后改性效果的降低，也可在最后加入。易結(jié)團(tuán)的沖擊改性劑，為了使其分散良好，宜最后加入。 

  總之，助劑的加料順序應(yīng)避免助劑間的相克相消，提高相輔相成的效果，使助劑在PVC樹脂中得以充分分散。   典型的加料順序如下： 

  (1)低速下，將PVC樹脂加到混合室中； 

  (2)在60℃于高轉(zhuǎn)速下，將穩(wěn)定劑及皂類加入到樹脂中； 

  (3)在80℃左右，于高轉(zhuǎn)速下，將加工改性劑、內(nèi)潤(rùn)滑劑、顏料及抗沖擊改性劑加到料中； 

  (4)100℃左右，高轉(zhuǎn)速下，加入蠟類；

  (5)110℃高轉(zhuǎn)速下加填料； 

  (6)在110℃～120℃低轉(zhuǎn)速下排出物料，送入轉(zhuǎn)動(dòng)著的冷混機(jī)中； 

  (7)冷混到40℃排出，過(guò)篩使用。

2.3 加工條件的調(diào)整 

  加工條件中，溫度、螺桿轉(zhuǎn)速及模頭阻力對(duì)塑化度影響較大，見表1。

2.3.1 溫度的選擇   大量試驗(yàn)表明，在助劑配方及加工工藝條件相同的情況下，不管PVC樹脂的相對(duì)分子量如何，150℃下加工的管材的初級(jí)粒子未融合，塑化度為0；150℃～190℃間，初級(jí)粒子界限分明，融合再重新結(jié)晶多發(fā)生于初級(jí)粒子內(nèi)部的更小層次的微粒之間，形成的晶網(wǎng)基本貫穿伸展于每個(gè)初級(jí)粒子之中，此時(shí)塑化度在45%以下；在200℃以上初級(jí)粒子融合，冷卻重結(jié)晶后，結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)開始貫穿于整個(gè)制品，此時(shí)塑化度約70%；到215℃左右，所有晶區(qū)完全熔化，制品冷卻后，可形成均勻分布，貫穿整個(gè)制品的結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)100%塑化。 

  圖3清楚顯示了上述初級(jí)粒子熔化，同時(shí)形成晶網(wǎng)的過(guò)程〔1〕。

因此，在PVC擠出管材加工中，操作溫度大部分在150℃～215℃間，對(duì)于雙螺桿擠出機(jī)，料筒溫度常用反向溫度設(shè)置方式，即：從加料段到均化段，料筒溫度逐漸降低。反向設(shè)置溫度的好處是促進(jìn)樹脂在排氣前部分塑化，有利于水汽逸出，還可避免干粉料在排氣段抽出。 

  從法蘭(連接頭)到模具處通常是正向設(shè)置，即從法蘭到模具溫度漸高，但注意在空間較大或滯流時(shí)間過(guò)大部位，溫度不宜過(guò)高，以防物料分解。   單螺桿擠出物料時(shí)，從料筒和模具可采用溫度正向設(shè)置，表2和表3為一般的溫度設(shè)置情況。

2.3.2 螺桿轉(zhuǎn)速選擇 

  螺桿轉(zhuǎn)速除了考慮塑化外，還應(yīng)考慮產(chǎn)品規(guī)格、生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)因素等，通常通過(guò)調(diào)整工藝、配方，將單螺桿轉(zhuǎn)速控制在20r/min～35r/min，雙螺桿轉(zhuǎn)速控制為20r/min～30r/min。 2.3.3 模頭阻力調(diào)整 

  在配方上，模頭阻力主要通過(guò)潤(rùn)滑劑含量調(diào)節(jié)；在工藝上，則主要通過(guò)調(diào)整溫度。 

3 結(jié)論 

  通過(guò)以上分析得出：硬PVC管材最佳塑化度60%～70%，且應(yīng)綜合考慮配方、混料、工藝各因素對(duì)塑化的影響情況，將塑化度調(diào)整到最佳范圍。

賽諾新材，15年積淀， 聚乙烯蠟  品牌生產(chǎn)商，藍(lán)海股權(quán)機(jī)構(gòu)掛牌上市企業(yè)。專注從事潤(rùn)滑分散體系的研發(fā)生產(chǎn)，包含聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、EBS、硬脂酸鋅等助劑的研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用工作。咨詢熱線： 400-8788532。

作者：賽諾新材             來(lái)源：hbshjj.cn。