氧化聚乙烯蠟廠家分享硬質聚氯乙烯管材塑化度及調整

文章出處：網責任編輯：青島賽諾作者：青島賽諾人氣：-發表時間：2016-09-06 09:48:00【大中小】

據青島氧化聚乙烯蠟生產廠家比較硬質PVC 管材塑化度與力學性能的關系,得出硬質PVC 管材塑化度的最佳范圍為60 %～70 %。分析配方、混料、工藝條件對塑化度的影響,以指導生產過程,并將塑化度調整到最佳塑化范圍。

　在加工過程中,硬質PVC 的粒子結構將發生很大變化,在較低加工溫度下,由于熱和剪切力的作用,顆粒分解成初級粒子;隨著溫度的升高,初級粒子部分被粉碎;當加工更高時,初級粒子可全部粉碎,晶體熔化,邊界消失,形成二維網絡,這一過程稱為熔融或凝膠化,一般稱為塑化〔1〕。塑化度正是制品結晶程度與PVC 初級粒子熔化程度的反映,塑化度可用流變法測量。PVC 塑化后在制品中形成了貫穿的結晶網絡,這種結構的變化,必然引起力學性能的改變,進而影響制品的性能。因此,在硬質PVC 加工過程中,控制好塑化度,使制品各部分塑化均一,對保證硬質PVC 管材質量非常重要。國家技術監督局發布的GB/ T 10002. 121996 中,用增加二氯甲烷浸漬試驗來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,以指導生產達到最佳值。

1硬質PVC 管材的最佳塑化度

硬質PVC 未塑化或塑化度低時, PVC初級粒子未解體或解體很少,粒子間還未融合;塑化度100 %時,所有初級粒子融合,制品冷卻后,可形成均勻分布,貫穿整個制品的結晶網絡,晶網會限制分子鏈的運動。這兩種結構的管材沖擊強度較低(見圖1) ,與管材韌性有關的指標(如落錘沖擊性能) 不易達標,這兩種塑化度的管材都不是我們希望的。大量研究和測試結果表明:硬質PVC 管材的綜合性能最佳值是在塑化度為60 %～70 %時得到的〔1〕。因此,我們應選擇適當的條件,使塑化度均勻并控制在此范圍內。

2 塑化度的調整

塑化度的調整應從配方、混料、加工條件方面綜合考慮。

2.1 配方選擇調整

2.1.1 PVC 樹脂

用懸浮法生產的PVC 樹脂有疏松型和緊密型。疏松型樹脂表皮較薄、內部疏松、亞粉粒體積較大且大小均勻,易于破碎,釋放初級粒子。這樣的樹脂經混合,可使助劑分布均勻,經過擠出加工后,易獲得塑化均一的管材。除PVC 樹脂的形態外,樹脂的相對分子量也影響塑化,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 S21000 (齊魯石化或上海石化生產) 即可滿足管材指標,又易得到所需的最佳塑化度。

2.1.2 穩定劑

目前,國內采用的主要熱穩定劑為鉛系穩定劑(主要為三堿式硫酸鉛,硬脂酸鉛等)。固體鉛鹽穩定劑分散性差,難塑化易造成大的應力集中,要求所用鉛鹽越細越好,最好經過研磨。另外,鉛鹽對人體健康有害,這些穩定劑在給水管配方中用量有限制,如含鉛穩定劑用量不能超過3份。綜合以上因素,在滿足正常生產及考慮外停車前提下,應盡量減少穩定劑用量。為了減少污染,最好使用復合式片狀、粒狀穩定劑,例如:德國熊牌穩定劑。

2.1.3 潤滑劑

外潤滑性強的配方使PVC 受到較小的剪切力,低的剪切力水平可提高初級粒子“存活”的溫度或延長其“壽命”,所以在相同的加工條件下,潤滑性強的配方,可使管材塑化度降低。為了使管材塑化度保持一定,就要增加加工設備的剪切能力(如提高螺桿轉速) 或提高加工溫度,或延長物料在設備中停留的時間(提高機臺阻力既可延長“停留時間”,又可增加剪切強度)〔2〕。

圖2 比較了三種配方擠出物的塑化度,擠出是在同一臺雙螺桿擠出機中,在相同螺桿轉速下進行的。

　因此,合適的配方中,潤滑劑配方應盡可能少,處于邊界潤滑狀態,避免因過渡潤滑造成塑化度不良,塑化溫度過高。在調整潤滑劑時應注意以下幾點:

(1) 同一臺加工機械在使用時間較長后,剪切能力會下降,潤滑劑也要相應調整。為了保證塑化質量,可采用促進塑化的潤滑劑配比。

(2) 表面積較大的成型機械需要較多的潤滑劑。從擠出到口模的容積是一定的,物料所含潤滑劑應能滿足整個容積中所有表面潤滑的需要。加工機械的容積較小,表面積卻較大,則要求物料中潤滑劑含量較高。同臺擠出機在生產薄壁管時,要求使用比擠出同規格厚壁管更多的潤滑劑。

(3) 較高的加工溫度可采用較多的潤滑劑。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,需用的潤滑劑越多。

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

2.1.4 改性劑對塑化的影響

使用抗沖擊改性劑時,物料粘附金屬傾向增強,剪切摩擦熱增加,往往會促進塑化,故應適當增加潤滑劑用量,以適當推遲塑化,獲得最佳塑化度。但選擇CPE 作改性劑時,相對分子量低的外潤滑劑如石蠟易溶于CPE 中,降低潤滑效果,還會影響增韌效果,應選用與改性劑相容性差,相對分子量或熔點較高的潤滑劑,如聚乙烯蠟、高級脂肪酸及其它皂類潤滑劑。具有核—殼結構的改性劑,其極性很強的殼會阻礙潤滑劑進入軟芯,因此對潤滑劑的選擇不很嚴格。

2.1.5 填料

使用低表面活性填料,如CaCO3 常會推遲PVC 塑化,情形類似于鉛鹽穩定劑的推遲塑化,為了保證最佳塑化,宜采用促進塑化的潤滑劑配比。高表面活性填料(如炭黑) 或低表面活性填料用量大,填料對潤滑劑的吸附、吸收作用往往導致熔體粘性增加,摩擦熱增大,從而促進塑化。為了保持最佳塑化,需要增加外潤滑劑用量或采用適當推遲塑化的潤滑劑配比。

2.2 混合的調整

混合是指降低組分料非均勻性的過程。因此,混料質量好壞將影響塑化是否均一。實際加工中遇到的許多問題,如擠出過程中混料脈動,塑化不均等均與混料有關。硬質PVC 管材混料多采用高速混合機進行,冷混機冷卻。

混料中應注意以下問題:

2.2.1 混合機加料量選擇〔3〕

物料體積為高速混合機空容積50%以下時, 摩擦熱小,達到混合溫度(120℃) 需5min以上;加料量50%～70%時,達到混料溫度僅為8min～10min ;加料量在70 %以上混合效果變差,物料的物性不均一,導致管材塑化不均。因此,我們應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〔4〕

料溫在50 ℃以下時,PVC 樹脂顆粒在強力攪拌下,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,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相近,同時,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,使輸送量均勻,再考慮到100 ℃以上時對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 ℃。對于普通單螺桿擠出機,直接用粉料生產時,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150 ℃。這是因為固體穩定劑僅粘附于樹脂顆粒表面,對內部的PVC 起不到穩定作用,熱混溫度太高會使樹脂分解變色。而冷混溫度在40 ℃左右即可。

2.2.3 高速混合時的加料順序〔5〕

硬質PVC 配方的加料順序應有利于助劑作用的發揮,避免助劑的不良協同效應,并有利于提高分散程度和速度。穩定劑與樹脂同時加入到熱混機中,以便及早發揮穩定作用。皂類和內潤滑劑隨后加入,以便充分滲入樹脂內部。蠟類外潤滑劑宜在料溫接近出料溫度時再加,以免蠟類干擾其它助劑的分散。填料對助劑有吸收作用,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,穩定劑加入之后加入,對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滑劑的傾向強于PVC 樹脂,為避免潤滑劑被吸收后物料加工性的明顯變化,及吸收潤滑劑后改性效果的降低,也可在最后加入。易結團的沖擊改性劑,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 ℃于高轉速下,將穩定劑及皂

類加入到樹脂中;

(3) 在80 ℃左右,于高轉速下,將加工改

性劑、內潤滑劑、顏料及抗沖擊改性劑加到料

中;

(4) 100 ℃左右,高轉速下,加入蠟類;

(5) 110 ℃高轉速下加填料;

(6) 在110 ℃～120 ℃低轉速下排出物

料,送入轉動著的冷混機中;

(7) 冷混到40 ℃排出,過篩使用。

2. 3 　加工條件的調整

加工條件中,溫度、螺桿轉速及模頭阻力

對塑化度影響較大,見表1 。

2.3.1 溫度的選擇

大量試驗表明,在助劑配方及加工工藝條件相同的情況下,不管PVC 樹脂的相對分子量如何,150 ℃下加工的管材的初級粒子未融合,塑化度為0 ;150 ℃～190 ℃間,初級粒

界限分明,融合再重新結晶多發生于初級粒子內部的更小層次的微粒之間,形成的晶網基本貫穿伸展于每個初級粒子之中,此時塑化度在45 %以下;在200 ℃以上初級粒子融合,冷卻重結晶后,結晶網絡開始貫穿于整個制品,此時塑化度約70 %;到215 ℃左右,所有晶區完全熔化,制品冷卻后,可形成均勻分布,貫穿整個制品的結晶網絡,此時100 %塑化。

圖3 清楚顯示了上述初級粒子熔化,同時形成晶網的過程〔1〕。