PVC-U管材縱向回縮率的影響因素及解決措施

何正炎

(天津永高塑業發展有限公司，天津 300480)

我國PVC制品主要為建筑給排水管材及門窗型材等。到“十二五”末，建筑給排水塑料管材已占全部管材的85%，其中約60%的塑料管材為PVC-U管材。縱向回縮率是表征PVC-U管材耐蠕變及產品壽命的重要指標。PVC-U排水管材的縱向回縮率是指在150 ℃恒溫狀態下保持一定時間，在(23±2) ℃自然冷卻后測定管材長度收縮的百分比。在生產過程中，PVC樹脂處于黏彈態，分子鏈由于受力取向或解纏后經定徑套瞬時冷卻而被凍結，當外部環境溫度為150 ℃時，分子鏈吸收熱能，以前被凍結的勢能釋放，冷卻定型時產生的形變得以恢復[1]，這就是PVC-U管材縱向回縮率的由來。

馬一青認為PVC-U排水管材縱向回縮率表征的是管材的熱脹冷縮[2]，這個觀點值得商榷。因為冷卻凍結的形變才是縱向回縮率產生的直接原因，這個形變只有PVC-U管材在玻璃化轉變溫度(85 ℃)到黏流態溫度(175 ℃)之間時才會釋放出來，且不可逆。而熱脹冷縮是由于物體內粒子的振動幅度會隨溫度而改變造成的，當溫度上升時，粒子的振動幅度加大，令物體膨脹；當溫度下降時，粒子的振動幅度便會減少，使物體收縮。因此，縱向回縮率不能用來表征PVC-U管材的熱脹冷縮。

在PVC-U排水管材的生產過程中，縱向回縮率超標的現象時有發生，需要生產和技術部門及時處理，以消除不合格隱患。筆者從原材料、模具、工藝等方面對縱向回縮率的影響因素進行探討[2]，并對其產生機制進行分析，提出了相應的解決措施。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

PVC-SG5型樹脂，企業1、企業2；輕質碳酸鈣，河北乾昊鈣業有限公司；CPE,WK6000，浙江科利化工股份有限公司；穩定劑，500BH，浙江傳化華洋化工有限公司；其他輔料，市售。

1.2 試驗設備和儀器

PVC雙螺桿擠出機，SJSZ80、SJSZ65，河北通達塑料機械有限公司；電子萬能試驗機，XWW20A，河北金建檢測儀器有限公司；老化箱，RX-LH150，吳江市榮欣烘箱制造廠。

1.3 測試方法

PVC-U排水管材縱向回縮率按GB/T 6671—2001《熱塑性塑料管材縱向回縮率的測定》中的方法B(即烘箱試驗法)來測試。

2 結果與討論

2.1 配方

采用Φ110×3.2的管材模具，考察碳酸鈣與CPE用量對PVC-U管材縱向回縮率的影響，結果見表1。

表1 配方對PVC-U管材縱向回縮率的影響

由表1可知：增加碳酸鈣用量可降低PVC-U管材的縱向回縮率，添加CPE則增加管材的縱向回縮率。這是因為碳酸鈣是無機剛性粒子，其均勻分布在PVC分子鏈的空隙中，阻礙了PVC分子鏈構象的轉變，增加了解纏或取向分子鏈的回縮、回纏的位能，所以增加碳酸鈣用量管材縱向回縮率會變小；而CPE是大分子橡膠體，它的存在增加了PVC分子鏈的空隙距離，在同等外力作用下，分子彈性形變更大，在定徑套中被固化的形變也越大，進而管材的縱向回縮率也變大。在實際生產過程中，一個定型的產品配方不會輕易更改碳酸鈣和CPE的用量，特別是增加碳酸鈣用量同時會改變產品密度、拉伸屈服強度等指標。綜合考慮，最好從其他方面來降低PVC-U管材的縱向回縮率。

2.2 PVC樹脂平均聚合度

采用Φ110×3.2的管材模具，考察PVC樹脂平均聚合度對PVC-U管材性能的影響，結果見表2。

表2 PVC樹脂平均聚合度對PVC-U管材性能的影響

從表2可明顯看出：PVC樹脂的平均聚合度變小，PVC-U管材的縱向回縮率也變小，但同時拉伸屈服強度也變小，維卡軟化溫度也略有降低。在同樣的溫度、剪切條件下，平均聚合度低的PVC樹脂更容易塑化，即高彈態轉化為黏流態更容易。因此，在冷卻定型時，PVC熔體中殘留的高彈態較少，被凍結的形變也少，管材的縱向回縮率也較小。但在實際生產中，不同廠家、不同批次的PVC樹脂平均聚合度波動較大，造成PVC-U管材縱向回縮率波動較大，因此想通過控制PVC樹脂的平均聚合度來調節管材的縱向回縮率非常困難。

2.3 芯棒外徑

采用不同外徑的芯棒生產了不同壁厚(Φ50×2.0、Φ50×1.8)的PVC-U管材，考察芯棒外徑對其縱向回縮率的影響，結果見表3。

表3 芯棒外徑對PVC-U管材縱向回縮率的影響

由表3可知：芯棒外徑對PVC-U管材縱向回縮率的影響較大。采用外徑較小的芯棒時，出口模的管坯壁厚較厚，其在機筒與模具中受到的剪切形變來不及恢復即受到牽引機的拉伸，加之口模與定徑模距離較短(便于真空成型)，分子鏈冷卻回縮時間短，產生的應變較多，最終造成管材縱向回縮率變大；采用外徑較大的芯棒時，由于管坯壁厚較小，為了讓管坯充分恢復、累積，此時的牽引力較小，產生的應變相應較少，縱向回縮率也就變小。在實際生產過程中，因為磨損以及模具經常除銹拋光，口模間隙逐年變大，所以芯棒使用幾年后最好更新。在實際生產中，更換芯棒是減小PVC-U管材縱向回縮率效果最明顯的方式之一。

2.4 工藝溫度

采用Φ110×3.2的管材模具，考察工藝溫度對PVC-U管材縱向回縮率的影響，結果見表4。

表4 工藝溫度對PVC-U管材縱向回縮率的影響

由表4可知：工藝溫度的改變對PVC-U管材的縱向回縮率有一定影響，特別是增加1區、2區機筒溫度，一方面可加快PVC初級粒子融化，減少處于高彈態的物料；另一方面可減少螺桿對熔體的剪切，減少形變。但由于PVC樹脂是熱敏性樹脂，為防止其分解，機筒1區、2區的溫度增加幅度有限。在縱向回縮率略微超標時，通過調整工藝溫度可使其快速達標。

3 結語

解決PVC-U管材縱向回縮率超標的問題，更換芯棒是最直接、有效的措施；增加機筒溫度可在小范圍內快速改善縱向回縮率；PVC樹脂最好選則平均聚合度偏低的SG5型產品；另外，不建議通過調整配方來降低PVC-U管材的縱向回縮率。