下面我們青島賽諾氧化聚乙烯蠟生產廠家為您分享PVC低發泡制品的擠出成型技術。

1、前言

　　擠出成型PVC發泡制品，在上個世紀60年代初國際上就已經有了應用，PVC發泡技術經過近40年的不斷研究開發，在技術與應用這兩方面都有了很大的發展，近幾年來發展的更加迅速，而且它的重要性還在不斷的提高，這是因為PVC發泡制品具有很多優異性能所決定的，特別是PVC低發泡制品它的綜合性能非常突出，和普通不發泡PVC制品相比具有下列優點：
（1）低導熱性，即隔熱保溫效果好；
（2）優異聲波阻尼性，即有良好的隔音效果；
（3）二次成型加工性能好，類似于木材，可鋸、可釘、可刨、可鉆，同時也可粘結；
（4）高阻燃性，即防火性能好；
（5）化學性能穩定，有優異的抗化學腐蝕性；
（6）優異的耐候性，同時有防蛀、防水等性能 ；
（7）利用PVC的發泡技術可有效地降低制品單位體積內樹脂的含有量，從而降低制品的成本；
（8）PVC低發泡制品對環境沒有污染，并可再生利用，是綠色環保產品。
（國外專家實驗證明，PVC對環境無害，歐洲PVC制品委員會本世紀初公布的一份研究報告顯示，PVC不易分解，在需要進行深埋處理的垃圾中摻有PVC制品不會對環境造成危害。從而否定了長期以來認為PVC會對環境造成污染的推測，這項研究是由瑞典國家環保局以及三所瑞典和德國的大學聯合完成的。）
由于PVC低發泡制品有上述這些特點，而且這些特點和木材十分相似，因此PVC低發泡制品又稱為合成木材，其綜合物理性能要優于天然木材，已能與天然木材相抗衡。我國PVC低發泡制品（有時也被稱為PVC微發泡制品）在《全國塑膠工業"十五規劃和2015規劃" 》中已確定，在建筑用塑膠方面將大力推行以塑代木，鼓勵研制和生產PVC低發泡型材與板材等仿木材料。上世紀90年代末，國外有關資料論述，塑料仿木材料已經被認定是木材良好的替代品，在未來50年里沒有其它的類似材料能代替。我國已把PVC低發泡大型板材等定為國家級高新技術產品，（高新技術產品目錄中代碼為30200033）。近年來，我國已有30多家企業引進40多條PVC低發泡生產線，產品用于家俱、裝修等行業，取代各種木材，市場正在開拓中。我國已獲得了2008年奧運會主辦權，在奧運場館等建設中，PVC低發泡產品是重點推廣采用的新型裝飾材料之一。大連實德集團，目前已具備了年產12000噸PVC低發泡室內裝飾板材的能力。歐美發達國家近年來PVC低發泡材料發展也很快，所以PVC低發泡技術是國內外重點發展的技術。
目前世界上有許多擠出成型發泡制品的工藝方法，如（1）萊芬豪舍（Reifenh?user）工藝法；（2）塞路卡（Celuka）工藝法；（3）巴斯夫（BASF）工藝法；（4）阿姆塞爾（Armocel）工藝法。以及上述方法的組合等。所有擠出成型發泡方法可分為自由發泡法和可控發泡法（內部發泡或結皮發泡）兩種基本方法。PVC低發泡擠出成型制品也離不開上述兩個方法，根據筆者多年來研究、實踐認為，PVC低發泡成型技術有自身的特殊性，主要有兩個方面：一方面，PVC低發泡制品的生產技術對原料、配方、設備、模具等生產工藝都有特殊要求，與不發泡制品有所不同；另一方面，由于影響發泡的因素較多，同時因發泡對工藝設備的影響也比較大，因此掌握這種生產技術的難度也就相應較大。上述兩方面原因直接影響了PVC低發泡產品的生產，進而影響該產品的市場開拓。為此本文從理論與實踐兩個方面著手，對PVC低發泡技術作比較詳細的介紹。
2、PVC發泡制品對原料的要求
由于PVC發泡制品的原料包括PVC樹脂和各種助劑，而發泡技術受原料的影響又較大，因此我們先從PVC樹脂本身的特性進行分析。
2.1 PVC分子結構的影響因素
PVC是高分子聚合物，決定PVC分子量的是鏈增長速率（Kp）和鏈自由基向單位轉移速率（Ktrm）的比值，若以平均聚合度（P）表示，則有：P=Kp/Ktrm ； Kp與Ktrm 的值均隨著聚合溫度的升高而增大。由于鏈轉移反應的活化能更高些，聚合溫度升高會使鏈轉移速度增加得更快。因此，聚合溫度越高所得PVC樹脂的平均分子量就越小。平均聚合度P和K值的關系如下：參照疏松型PVC樹脂國家標準如表1。
表1 ：

    PVC分子鏈上結構單元的連接方式基本為"頭-尾"結構。將PVC分子鏈人為地擺放成平面鋸齒形后，相鄰Cl 原子多位于平面的兩側。但是有連續8個以上結構單元連接的長間同序列在整個分子鏈中占的比例并不大，在長間同序之間常夾雜著短間同序列和無規序列。差不多每條PVC分子鏈的一端均為雙鍵：～CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH=CHCl ， 由于除了PVC鏈自由基向單體轉移的情況，還存在鏈自由基內轉移，故而差不多每條PVC分子鏈上都有少量支鏈。
聚合溫度較高時得到的高型號樹脂，其分子量較小，端雙鍵和支鏈相對來說要多一些。由于PVC的降解總是從穩定性較差的端雙鍵和支化點附近開始的，所以PVC高型號樹脂的熱穩定性要差些，這種現象已明顯地反映在成型加工過程中。另外，聚合溫度較低時，PVC鏈結構更多取向"頭-尾"序列和間同立構形式，所以聚合溫度越低，所得PVC分子的對稱性和規整性越高，結晶能力越強，結晶速度越快。常用PVC樹脂的結晶度介于5～10%，-75℃下聚合得的PVC樹脂其結晶度可達25%左右。
根據筆者的實踐，K值在55-68的PVC樹脂都可用來制造硬質發泡體即硬質PVC低發泡制品，這和過去資料、書本上提供的K值有差別。而K值在69-77的PVC樹脂被證明適用于制造軟發泡體。生產PVC樹脂的方法有很多種，懸浮法、乳液法和本體法聚合的PVC樹脂都是發泡制品可用的原料，通常以懸浮和本體聚合的PVC樹脂為宜。PVC共聚物和接枝聚合物（粒狀高聚物）也有良好的加工性，因為價格因素而很少使用。
上述論述中反映PVC樹脂化學結構有缺陷，而理想的PVC聚合物應該是嚴格"頭-尾"結構。對于與PVC有相似結構的低分子（2，4-二氯戊烷）模型化合物熱失重和其他熱性能研究發現，其熱分解溫度高達290-320℃，而工業PVC以明顯的速度分解時的溫度范圍為87-127℃。原因是PVC分子鏈中存在支化、不飽和鍵、不穩定氯、引發劑殘基、含氯基團，頭-頭結構等化學缺陷結構，這些缺陷結構是發生降解、導致熱穩定性下降的引發點。所以在PVC塑料加工成型的溫度條件下，PVC會因脫氯化氫作用，自動氧化，以及大分子鏈受到機械剪切而遭到破壞并引發降解作用。這些引發降解的因素往往是同時出現的，但在細節上還不十分清楚，對此已有許多資料關于這一問題的研究論述。
根據PVC熱降解的機理，需要熱穩定劑，對作為熱穩定劑物質有下列要求：熱穩定劑必須具有防止PVC分子鏈中脫除氯化氫的作用，或者至少能阻止這一反應，終止降解作用，另外，穩定劑能阻止PVC分子鏈中多烯序列結構的形成，并能破壞碳正離子鹽和鈍化金屬雜質補救型作用。因此，可以將穩定作用區分如下：一類是終止降解型：(1) 吸收氯化氫；（2）消除引發位；（3）防止自動氧化。另一類是補救型：（1）向多烯序列加成；（2）破壞碳正離子鹽；（3）鈍化降解副產物。商品化的熱穩定劑已達數百種，常用的有堿式鉛鹽類穩定劑，金屬皂類穩定劑，有機錫穩定劑，復合穩定劑等四大類。此外稀土、一些環氧化合物，亞磷酸脂、多元醇和含氮類有機物等輔助熱穩定劑也得到應用。選用PVC用穩定劑主要考慮三個方面的因素，即穩定劑的熱穩定效果，穩定劑的配混工藝性，以及穩定劑對塑料材料或制品性能的影響。
2.2 加工PVC低發泡制品穩定劑的選擇
常用于加工PVC低發泡干混料的穩定劑有：（1）鉛鹽類穩定劑；（2）有機錫類穩定劑；（3）金屬皂類穩定劑。可根據制品，加工設備和應用范圍來選擇穩定劑。應該優先選擇使制品加工性能好，耐候性好，對人體無害的穩定劑。目前鉛系穩定劑占主要比例，因為他們價格低廉，易于加工，應用范圍廣，適用于型材、板材、管材和片材等。當溫度穩定性和透明性要求很嚴格時，采用有機錫穩定劑。在確定配方時，應注意到不同的穩定系統，除了他們實際穩定效果之外，還對發泡劑有活化效果。其它一些物質也具有穩定的效果，但只用于自身穩定，所以分別叫做共穩定劑螯合物，紫外線吸收劑和抗氧劑。
其穩定劑的主要代表是環氧化合物。他們作高分子量化合物或低分子量化合物。其中對人體健康無害的典型代表是環氧大豆油。因為幾乎所有穩定劑都含有金屬，環氧化合物與其發生協同作用，以提高光穩定性。另外，環氧化合物還用作加工助劑來提高表面光潔度。烷基和腈基亞磷酸鹽用作螯合物，他們可降低由于HCl 的脫出而產生的金屬氧化物的活性，從而提高光熱穩定性。
紫外線吸收劑能將對PVC有害的高能紫外線轉化為熱，從而提高制品的光穩定性。苯酚和有機硫化物主要用作抗氧劑，它們通過吸收由于氧化而產生的射線，從而緩解PVC的熱氧化分解。
2.3 加工PVC低發泡制品潤滑劑的選擇
為了改善PVC熔體的流動性和防止熔融混合物粘附在加工設備上而添加的助劑叫潤滑劑。聚合物加工中，在熔融及輸送過程中，由于剪切力的作用，聚合物分子間及聚合物與加工設備接觸面之間會有摩擦現象產生。適當的摩擦作用能通過產生摩擦熱，而改善PVC配混物的混合和熔融效果，有利于提高熔融物的塑化質量。但過大的摩擦能導致流動阻力增大，摩擦熱過高時，還會因過熱引起PVC變色或分解。為減少過大的摩擦作用，需加入潤滑劑。潤滑劑常分為外潤滑劑和內潤滑劑兩種。實踐證明含發泡劑的PVC熔體，其粘度對剪切速率的敏感性比不含發泡劑的PVC熔體大一些。在相同的溫度和剪切條件下，含有發泡劑的PVC熔體粘度比不含發泡劑的PVC熔體小。分析其原因，可能是氣體分子在PVC分子間起了隔離、潤滑的作用，因此PVC低發泡制品潤滑和PVC不發泡制品有所不同。
使用潤滑劑的目的是使PVC的擠出過程簡易。內潤滑劑和外潤滑劑在使用效果上的區別是：外潤滑劑用來降低由于熔體與金屬部分（如：螺桿、機筒、模腔）接觸產生的摩擦；內潤滑劑通過改變分子間摩擦，而改變熔體的流變行為和粘度，并具有改進熔體流動性與均勻性的功能。兩種潤滑作用的區分，關鍵是聚合物與潤滑劑之間的相容性。內潤滑劑具有較大的相容性，而外潤滑劑則具有較小的相容性。但相容性往往隨著溫度和壓力的上升而改善，此時原為外潤滑劑的又能成為內潤滑劑，所以兩者之間并無嚴格的界限。在許多的情況下，一種潤滑劑往往同時起到內外潤滑的作用，但以某一種潤滑作用為主。
在PVC低發泡擠出成型過程中應注意的一個因素是：熔體應平滑地流過型腔，以形成光滑，不易破裂它的表面。潤滑劑對型腔表面光潔度，發泡氣體的混合與分布都有影響，從而影響PVC發泡體的泡孔。通常在PVC配方中使用幾種潤滑劑。
（1）金屬皂類：硬脂酸鈣、硬脂酸鉛、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、硬脂酸鎘等；
（2）飽和烴類：白油（液體石蠟）、石蠟、聚乙烯蠟等；
（3）脂肪酸及其脂類：高級脂肪酸、高級脂肪醇、多元醇脂、硬脂酸、硬脂醇等。

在PVC低發泡制品的擠出配方中，這三種潤滑劑往往需要同時存在，筆者對此做了大量的試驗。潤滑即對擠出制品的質量，對擠出過程的能耗，對模具清模周期的長短等都有很大影響。擠出相同質量的制品，能耗相差30～100%，清模周期相差1～5倍。可見潤滑劑在PVC低發泡制品擠出過程中作用非常大。
2.4 加工PVC低發泡制品發泡劑的選擇
發泡劑分為兩類，化學發泡劑與物理發泡劑。化學發泡劑是在高溫下分解形成氣態分解物（N2、CO2、NH3等）有機物和無機物。這個分解過程通常是放熱和不可逆的。物理發泡劑可以是液體，也可以是在正常情況下已汽化的物質。物理發泡劑包括脂肪族、碳氫化合物（戊烷、己烷、癸烷等）。含氯碳氫化合物（一氯甲烷、二氯甲烷等）。氯-氟碳化合物（三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷等）、N2、CO2稀有氣體和空氣。
PVC低發泡制品擠出成型多采用化學發泡劑。發泡劑與PVC樹脂混合均勻后，在樹脂熔融塑化的同時發泡劑分解放出氣體，并使制品成微孔結構，從而可以制備具有不同性質和用途的PVC低發泡制品。常用的化學發泡劑可分為有機發泡劑和無機發泡劑兩類。常用化學發泡劑的品種和特性見表2。

    表2

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