關(guān)于PVC-U型材低溫性能的探討

史宏義

【摘要】本文主要從型材的斷面結(jié)構(gòu)、塑化程度、原料CPE添加量等幾個方面來探討分析對低溫性能的影響。

【關(guān)鍵詞】塑化程度;多孔板;CPE;低溫性能

眾所周知，PVC材料是低溫脆性材料，在生產(chǎn)過程中低溫性能是PVC-U型材檢驗的一項重要指標(biāo)。本文從型材低溫落錘來反映PVC-U型材的低溫性能，主要從型材的壁厚和斷面結(jié)構(gòu)、型材的塑化程度、型材原料CPE添加量等幾個方面來探討分析。

1.型材斷面內(nèi)筋影響

1.1支撐內(nèi)筋物料的壓力

在同一批原料和同配方下，相同斷面不同模具生產(chǎn)型材低溫落錘破裂不同，經(jīng)過觀察破裂型材，發(fā)現(xiàn)多數(shù)破裂是在支撐內(nèi)筋處破裂。經(jīng)工藝人員多次工藝調(diào)試，結(jié)果并沒有明顯的改善。后與模具人員討論，通過適當(dāng)增加口模內(nèi)筋壓力，后經(jīng)多次試驗處理，破裂個數(shù)明顯減少。原因是料流基本沒有壓縮直接從供料腔進(jìn)入平直段，造成內(nèi)筋出料密實度很差，因此在內(nèi)筋與外壁連接處容易被密實度很好的外壁出料所牽扯，于是造成收縮痕等應(yīng)力集中點。

1.2 內(nèi)筋與外壁相連處倒角過渡

在做一系列低溫落錘試驗破裂現(xiàn)象顯示：多數(shù)破裂是沿著內(nèi)筋呈現(xiàn)線性破裂。經(jīng)過沒有破裂的斷面和破裂的對比觀察，發(fā)現(xiàn)多數(shù)破裂處內(nèi)筋與外壁連接處都呈現(xiàn)尖角或沒有過渡，形成了應(yīng)力集中。與模具人員討論研究，在口模內(nèi)筋與外壁相連處做倒角過渡處理，釋放應(yīng)力，如圖1所示。后經(jīng)多次驗證表明，該方法大大降低了破裂個數(shù)，改善了低溫落錘物理性能。

2.塑化程度

2.1 工藝控制

塑化過程主要是由擠出機(jī)通過加熱方式和螺桿與物料摩擦提供熱能，使物料的形態(tài)由玻璃態(tài)到高彈態(tài)到粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變過程。在此過程中穩(wěn)定劑和潤滑劑等其它助劑，也被均勻分布在PVC的每個相中，流動性就變得越來越好。此過程螺桿轉(zhuǎn)速、螺筒溫度控制等對物料剪切作用的大小不同、輸送時間不同，物料組份分散、塑化不同，相對于低溫性能也有所不同。

針對工藝塑化問題做了一些實驗調(diào)試：如表1所示，低溫低速工藝條件下，PVC 在機(jī)筒和模具中駐留時間延長，溫度低時導(dǎo)熱性不佳的PVC與加工助劑不能充分揉和，組份的不均勻性會引起內(nèi)部應(yīng)力集中，大幅降低低溫落錘沖擊性能;相反，在高溫高速工藝條件下，容易引起局部能量過高，物料發(fā)生分解，同樣導(dǎo)致型材產(chǎn)品物理性能下降。

2.2? 增加多孔板

在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，每臺擠出機(jī)的螺桿剪切能力大小不同，一味單靠擠出速度和料筒溫度的調(diào)節(jié)并不能有效控制塑化。經(jīng)與螺桿廠家和模具人員討論試驗，在擠出機(jī)過渡段加上多孔板，控制物料的壓力和分散度，進(jìn)而控制塑化。

如圖2所示，物料組份經(jīng)過多孔板時，多孔板增加阻力，增大了物料壓力，進(jìn)而物料再一次充分分散揉和，增加組份之間的分散度;而如圖3所示，沒有加多孔板物料只是簡單地加熱過渡。

后來在實際生產(chǎn)過程中，并不是所有擠出機(jī)都那么理想。部分?jǐn)D出機(jī)本身塑化能力就夠的，加多孔板后，型材產(chǎn)品顏色出現(xiàn)發(fā)黃現(xiàn)象。后根據(jù)擠出機(jī)實際情況，相對應(yīng)改變多孔板孔徑的大小，后經(jīng)過多次試驗，物理性能得到了改善。

3.原材料CPE的用量影響

CPE 為PVC 的主要沖擊改性劑，其用量影響低溫落錘抗沖擊性能，在一定范圍內(nèi)，一般隨用量增加而提高。主要增韌機(jī)理：CPE的結(jié)構(gòu)為線性高分子，與PVC有較好相容性， CPE分子能滲透到PVC分子之間，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，緩解外來沖擊能量，具有增韌效果。

在同一批原料和同一配方體系，改變CPE的添加量來觀察對型材產(chǎn)品的低溫性能影響。如表圖4可知，CPE添加量在一定范圍內(nèi)，隨用量增加拉伸沖擊強(qiáng)度有所提高，但到一定量之后再加效果就稍有降低，一般添加量在10phr左右較為合適。

4.小結(jié)

4.1型材模具在處理內(nèi)筋時應(yīng)考慮適當(dāng)增加內(nèi)筋物料的壓力，在口模內(nèi)筋與外壁相連處進(jìn)行倒角處理，可以對型材低溫性能有所改善。

4.2在擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速、料筒溫度等工藝的選擇，對型材物理性能影響較大，既不能塑化過度，導(dǎo)致物料分解;又不能塑化不夠，導(dǎo)致產(chǎn)品物理性能下降。塑化度可以用二氯甲烷浸泡試驗來判斷，相對比較簡單。

4.3可以根據(jù)每條擠出機(jī)的螺桿剪切能力大小，添加合適孔徑的多孔板，提高物料組份分散和增加物料在擠出機(jī)中的壓力，來找到合適的塑化度。

4.4 CPE抗沖改性劑的添加量也要根據(jù)實際配方體系添加，建議一般添加10phr左右較為合適，添加過少達(dá)不到效果，添加較多則其他物理性能下降。

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