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氧化聚乙烯蜡厂家分享硬质聚氯乙烯管材塑化度及调整

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2016-09-06 09:48:00【

  据青岛氧化聚乙烯蜡生产厂家比较硬质PVC 管材塑化度与力学性能的关系,得出硬质PVC 管材塑化度的最佳范围为60 %~70 %。分析配方、混料、工艺条件对塑化度的影响,以指导生产过程,并将塑化度调整到最佳塑化范围。

  在加工过程中,硬质PVC 的粒子结构将发生很大变化,在较低加工温度下,由于热和剪切力的作用,颗粒分解成初级粒子;随着温度的升高,初级粒子部分被粉碎;当加工更高时,初级粒子可全部粉碎,晶体熔化,边界消失,形成二维网络,这一过程称为熔融或凝胶化,一般称为塑化〔1〕。塑化度正是制品结晶程度与PVC 初级粒子熔化程度的反映,塑化度可用流变法测量。PVC 塑化后在制品中形成了贯穿的结晶网络,这种结构的变化,必然引起力学性能的改变,进而影响制品的性能。因此,在硬质PVC 加工过程中,控制好塑化度,使制品各部分塑化均一,对保证硬质PVC 管材质量非常重要。国家技术监督局发布的GB/ T 10002. 121996 中,用增加二氯甲烷浸渍试验来反映管材塑化的情况。
  本文将确定PVC 管材的最佳塑化度,并探讨影响塑化度及均一的因素,以指导生产达到最佳值。
1硬质PVC 管材的最佳塑化度
硬质PVC 未塑化或塑化度低时, PVC初级粒子未解体或解体很少,粒子间还未融合;塑化度100 %时,所有初级粒子融合,制品冷却后,可形成均匀分布,贯穿整个制品的结晶网络,晶网会限制分子链的运动。这两种结构的管材冲击强度较低(见图1) ,与管材韧性有关的指标(如落锤冲击性能) 不易达标,这两种塑化度的管材都不是我们希望的。大量研究和测试结果表明:硬质PVC 管材的综合性能最佳值是在塑化度为60 %~70 %时得到的〔1〕。因此,我们应选择适当的条件,使塑化度均匀并控制在此范围内。
2 塑化度的调整
塑化度的调整应从配方、混料、加工条件方面综合考虑。
2.1 配方选择调整
2.1.1 PVC 树脂
  用悬浮法生产的PVC 树脂有疏松型和紧密型。疏松型树脂表皮较薄、内部疏松、亚粉粒体积较大且大小均匀,易于破碎,释放初级粒子。这样的树脂经混合,可使助剂分布均匀,经过挤出加工后,易获得塑化均一的管材。除PVC 树脂的形态外,树脂的相对分子量也影响塑化,相同配方和加工条件下,分子量越大,虽然管材韧性好,但塑化度降低。选择PVC S21000 (齐鲁石化或上海石化生产) 即可满足管材指标,又易得到所需的最佳塑化度。
2.1.2 稳定剂
  目前,国内采用的主要热稳定剂为铅系稳定剂(主要为三碱式硫酸铅,硬脂酸铅等)。固体铅盐稳定剂分散性差,难塑化易造成大的应力集中,要求所用铅盐越细越好,最好经过研磨。另外,铅盐对人体健康有害,这些稳定剂在给水管配方中用量有限制,如含铅稳定剂用量不能超过3份。综合以上因素,在满足正常生产及考虑外停车前提下,应尽量减少稳定剂用量。为了减少污染,最好使用复合式片状、粒状稳定剂,例如:德国熊牌稳定剂。
2.1.3 润滑剂
  外润滑性强的配方使PVC 受到较小的剪切力,低的剪切力水平可提高初级粒子“存活”的温度或延长其“寿命”,所以在相同的加工条件下,润滑性强的配方,可使管材塑化度降低。为了使管材塑化度保持一定,就要增加加工设备的剪切能力(如提高螺杆转速) 或提高加工温度,或延长物料在设备中停留的时间(提高机台阻力既可延长“停留时间”,又可增加剪切强度)〔2〕。
图2 比较了三种配方挤出物的塑化度,挤出是在同一台双螺杆挤出机中,在相同螺杆转速下进行的。
 因此,合适的配方中,润滑剂配方应尽可能少,处于边界润滑状态,避免因过渡润滑造成塑化度不良,塑化温度过高。在调整润滑剂时应注意以下几点:
(1) 同一台加工机械在使用时间较长后,剪切能力会下降,润滑剂也要相应调整。为了保证塑化质量,可采用促进塑化的润滑剂配比。
(2) 表面积较大的成型机械需要较多的润滑剂。从挤出到口模的容积是一定的,物料所含润滑剂应能满足整个容积中所有表面润滑的需要。加工机械的容积较小,表面积却较大,则要求物料中润滑剂含量较高。同台挤出机在生产薄壁管时,要求使用比挤出同规格厚壁管更多的润滑剂。
(3) 较高的加工温度可采用较多的润滑剂。加工温度越高,PVC 熔体粘附金属的倾向越明显,因此加工温度越高,需用的润滑剂越多。
(4) 石蜡只对挤出机加料段起润滑作用,部分氧化聚乙烯蜡则不仅在均化段乃至机头与模头处也起作用。
2.1.4 改性剂对塑化的影响
  使用抗冲击改性剂时,物料粘附金属倾向增强,剪切摩擦热增加,往往会促进塑化,故应适当增加润滑剂用量,以适当推迟塑化,获得最佳塑化度。但选择CPE 作改性剂时,相对分子量低的外润滑剂如石蜡易溶于CPE 中,降低润滑效果,还会影响增韧效果,应选用与改性剂相容性差,相对分子量或熔点较高的润滑剂,如聚乙烯蜡、高级脂肪酸及其它皂类润滑剂。具有核—壳结构的改性剂,其极性很强的壳会阻碍润滑剂进入软芯,因此对润滑剂的选择不很严格。
2.1.5 填料
  使用低表面活性填料,如CaCO3 常会推迟PVC 塑化,情形类似于铅盐稳定剂的推迟塑化,为了保证最佳塑化,宜采用促进塑化的润滑剂配比。高表面活性填料(如炭黑) 或低表面活性填料用量大,填料对润滑剂的吸附、吸收作用往往导致熔体粘性增加,摩擦热增大,从而促进塑化。为了保持最佳塑化,需要增加外润滑剂用量或采用适当推迟塑化的润滑剂配比。
2.2 混合的调整
  混合是指降低组分料非均匀性的过程。因此,混料质量好坏将影响塑化是否均一。实际加工中遇到的许多问题,如挤出过程中混料脉动,塑化不均等均与混料有关。硬质PVC 管材混料多采用高速混合机进行,冷混机冷却。
混料中应注意以下问题:
2.2.1 混合机加料量选择〔3〕
物料体积为高速混合机空容积50%以下时, 摩擦热小,达到混合温度(120℃) 需5min以上;加料量50%~70%时,达到混料温度仅为8min~10min ;加料量在70 %以上混合效果变差,物料的物性不均一,导致管材塑化不均。因此,我们应将加料量控制在混合室空容积的50%~70%。
2.2.2 高速混合温度的选择〔4〕
料温在50 ℃以下时,PVC 树脂颗粒在强力搅拌下,其粉粒和亚粉粒被击碎,干粉料的表观密度变化不大。料温在80 ℃以上到120 ℃左右时,树脂颗粒胀大,颗粒尺寸趋于均匀,颗粒的平均尺寸与原始状态相近,同时,干混料密度迅速增加。料温在120 ℃以上,树脂颗粒尺寸减少而干混料表观密度仍在提高。树脂颗粒变大并均匀地在干粉料中流动,使输送量均匀,再考虑到100 ℃以上时对排出干燥物料中的水汽有益处,所以一般高速混合温度在100 ℃~120 ℃。对于普通单螺杆挤出机,直接用粉料生产时,为了使管材有高的塑化度,往往将热混温度提高到140 ℃以上, 但是不宜超过150 ℃。这是因为固体稳定剂仅粘附于树脂颗粒表面,对内部的PVC 起不到稳定作用,热混温度太高会使树脂分解变色。而冷混温度在40 ℃左右即可。
2.2.3 高速混合时的加料顺序〔5〕
  硬质PVC 配方的加料顺序应有利于助剂作用的发挥,避免助剂的不良协同效应,并有利于提高分散程度和速度。稳定剂与树脂同时加入到热混机中,以便及早发挥稳定作用。皂类和内润滑剂随后加入,以便充分渗入树脂内部。蜡类外润滑剂宜在料温接近出料温度时再加,以免蜡类干扰其它助剂的分散。填料对助剂有吸收作用,宜最后加入。以便助剂先在树脂中得以分散。加工改性剂宜在蜡类加入之前,稳定剂加入之后加入,对于具有防止热分解倾向的改性剂,如CPE ,可与树脂一并加入。如果考虑冲击改性剂吸收润滑剂的倾向强于PVC 树脂,为避免润滑剂被吸收后物料加工性的明显变化,及吸收润滑剂后改性效果的降低,也可在最后加入。易结团的冲击改性剂,为了使其分散良好,宜最后加入。总之,助剂的加料顺序应避免助剂间的相克相消,提高相辅相成的效果,使助剂在PVC 树脂中得以充分分散。
典型的加料顺序如下:
(1) 低速下,将PVC 树脂加到混合室中;
(2) 在60 ℃于高转速下,将稳定剂及皂
类加入到树脂中;
(3) 在80 ℃左右,于高转速下,将加工改
性剂、内润滑剂、颜料及抗冲击改性剂加到料
中;
(4) 100 ℃左右,高转速下,加入蜡类;
(5) 110 ℃高转速下加填料;
(6) 在110 ℃~120 ℃低转速下排出物
料,送入转动着的冷混机中;
(7) 冷混到40 ℃排出,过筛使用。
2. 3  加工条件的调整
加工条件中,温度、螺杆转速及模头阻力
对塑化度影响较大,见表1 。
2.3.1 温度的选择
   大量试验表明,在助剂配方及加工工艺条件相同的情况下,不管PVC 树脂的相对分子量如何,150 ℃下加工的管材的初级粒子未融合,塑化度为0 ;150 ℃~190 ℃间,初级粒
界限分明,融合再重新结晶多发生于初级粒子内部的更小层次的微粒之间,形成的晶网基本贯穿伸展于每个初级粒子之中,此时塑化度在45 %以下;在200 ℃以上初级粒子融合,冷却重结晶后,结晶网络开始贯穿于整个制品,此时塑化度约70 %;到215 ℃左右,所有晶区完全熔化,制品冷却后,可形成均匀分布,贯穿整个制品的结晶网络,此时100 %塑化。
图3 清楚显示了上述初级粒子熔化,同时形成晶网的过程〔1〕。
   因此,在PVC 挤出管材加工中,操作温度大部分在150 ℃~215 ℃间,对于双螺杆挤出机,料筒温度常用反向温度设置方式,即:从加料段到均化段,料筒温度逐渐降低。反向设置温度的好处是促进树脂在排气前部分塑化,有利于水汽逸出,还可避免干粉料在排气段抽出。
   从法兰(连接头) 到模具处通常是正向设置,即从法兰到模具温度渐高,但注意在空间较大或滞流时间过大部位,温度不宜过高,以防物料分解。单螺杆挤出物料时,从料筒和模具可采用温度正向设置,表2 和表3 为一般的温度设置情况。
2.3.2 螺杆转速选择
   螺杆转速除了考虑塑化外,还应考虑产品规格、生产效率及经济因素等,通常通过调整工艺、配方,将单螺杆转速控制在20r/ min~35r/ min , 双螺杆转速控制为20r/ min ~30r/ min。
2.3.3 模头阻力调整
   在配方上,模头阻力主要通过润滑剂含量调节;在工艺上,则主要通过调整温度。
3 结论
   通过以上分析得出:硬PVC 管材最佳塑化度60 %~70 % ,且应综合考虑配方、混料、工艺各因素对塑化的影响情况,将塑化度调整到最佳范围。

 

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