PVC材料和塑化原理[教學(xué)應(yīng)用]

1、PVC型材材料和塑化原理PVC異型材是用于制作門窗的基材之一，優(yōu)異的耐侯性、耐老化性是制造的首要條件，而型材的塑化，原輔料選擇、填料加入量是影響型材質(zhì)量的關(guān)健。下面就PVC的塑化和材料選擇作一闡述。一、PVC樹脂的性能和狀態(tài)PVC樹脂不同于和類的聚烯烴樹脂，該樹脂在塑化以后，分子間有極強(qiáng)的極性鍵存在，會(huì)造成樹脂粘度上升，同時(shí)PVC樹脂的塑化溫度和分解溫度很接近，加工工藝特別窄，需要合理的配方，添加相當(dāng)?shù)闹鷦?，而型材又絕對(duì)禁止加入增塑劑，使型材加工難度更大。PVC塑化的過程，是從固態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的前提是能量，能量的提供方式是熱能，而熱能有兩種方式，即熱源（加熱）和摩擦來實(shí)

2、現(xiàn)的，所以PVC的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，就需要充足的熱能和合理的摩擦剪切能。PVC樹脂在一定能量的條件下，第一狀態(tài)是膨脹，第二狀態(tài)是粘流，密度隨著狀態(tài)的改變而改變。二、配方的選用PVC的配方是至關(guān)重要的決定因素，原因有三：（）PVC的加工范圍需要助劑進(jìn)行調(diào)整；（）PVC塑化以后粘度非常大，需要定量內(nèi)潤滑和外潤滑劑加以避免，改善流動(dòng)狀態(tài)；（）不添加增塑劑，須用最佳的材料配比，實(shí)現(xiàn)PVC的塑化提高制品的耐侯、耐老化性能。下面就配方，來對(duì)PVC塑化原理作一分析：優(yōu)質(zhì)的穩(wěn)定劑是保證型材塑化，耐侯，耐老化的前提。PVC的配方主要有鉛系、稀土，有機(jī)錫三大類穩(wěn)定體系，由于各廠復(fù)合穩(wěn)定劑的體系不同，難以一一闡述，在此以單

3、體鹽來作一分析：（）三鹽基性硫酸鉛是PVC很好的熱穩(wěn)定劑，當(dāng)PVC被加熱后，加入即能很明顯的提高制品的熱穩(wěn)定效果。二鹽基亞磷酸鉛不僅具備加工熱穩(wěn)定作用，并且對(duì)制品的長期性能幫助較大，一般加入量在左右，就能保證制品的長期穩(wěn)定性能；（）在潤滑體系中，硬酯酸鈣是效能明顯的內(nèi)潤滑助劑，鋇和鉛次之，硬酯酸鉛在后期的外潤滑效果比較明顯，硬酯酸和蠟外潤滑作用較好；（）ACR類加工助劑是一種高分子內(nèi)增塑劑，由于選用MMA作為主要單體，和PVC的相容性極好，這在降低PVC塑化溫度的同時(shí)，與PVC的材料不會(huì)出現(xiàn)不相溶的情況；（）PVC的抗沖改性主要依賴加入一些橡膠體，目前有CPE和ACR；（）填料適當(dāng)加入可以提高

4、制品的剛度和硬度，顏色通過加入一定量的鈦白粉解決。三、PVC工藝和塑化原理混配完成后，PVC在高速混料中，產(chǎn)生了很大的摩擦熱，從而使PVC樹脂中的潤滑劑充分熔化，滲透吸附到PVC表面，也使助劑、填料等均勻地分布于PVC顆粒的相中?；炫淞线M(jìn)入擠出機(jī)后，由擠出機(jī)通過加熱方式提供熱能，PVC樹脂中的外潤滑首先由低能量區(qū)向高能量區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成初級(jí)潤滑。PVC樹脂在吸附能量以后，顆粒開始膨脹，進(jìn)入高彈態(tài)。由于外潤滑在初始運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶走了一部分能量，從而保證了PVC的初期穩(wěn)定性能。這時(shí)，對(duì)PVC粒子來說，外潤滑、內(nèi)潤滑和加工助劑由于其熔點(diǎn)和玻璃化溫度較低，就形成了能量中心。熱能不斷地促進(jìn)了內(nèi)外潤滑劑和加工助劑

5、的運(yùn)動(dòng)，轟擊著已膨脹的PVC顆粒，使顆粒外層不斷聚集能量。此后，通過螺桿的擠壓、剪切，外層分子開始運(yùn)動(dòng)，內(nèi)層分子便被裸露出來。新的能量又促進(jìn)了裸露微粒再次膨脹，再次擠壓、剪切，從而使PVC分子得以充分運(yùn)動(dòng)，發(fā)生塑化。這時(shí)，穩(wěn)定劑和潤滑劑等其它助劑，也被均勻地分布在PVC的每個(gè)相中，流動(dòng)性就變得越來越好。四、配方中材料對(duì)老化性能的影響PVC型材是門窗的組裝基材，而門窗是建筑材料暴露在外面最多的材料之一，完全不同于戶內(nèi)制品。（）門窗材料暴露在自然環(huán)境中，會(huì)與大氣中、CO3、等氣體接觸；（）門窗會(huì)常年受紫外線，紅外線的照射；（）冬夏戶內(nèi)外溫差大，門窗熱脹冷縮明顯；（）使用環(huán)境中，沙塵風(fēng)暴、雨雪冰雹的

6、襲擊需要經(jīng)受。配方須滿足上述條件下的正常使用和性能保證。這也是國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂依據(jù)。成窗的內(nèi)側(cè)在戶內(nèi)，常年溫差一般在30左右。外側(cè)與大氣接觸型材老化相應(yīng)要快。一般PVC與大氣中、CO3不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但型材的配方中目前以鉛系穩(wěn)定劑的居多，配方把握不好，產(chǎn)生大顆粒塑化，PVC表面就會(huì)形成類毛孔現(xiàn)象，穩(wěn)定劑不能被很好的剪切、均勻地分布，就會(huì)隨滑劑被擠到表面，與含硫氣體反應(yīng)形成點(diǎn)狀或塊狀黑斑，而且，長期光照以后型材還會(huì)變黃、老化。而且由于加工時(shí)材料不能很好的被剪切，材料的內(nèi)應(yīng)力相對(duì)集中，焊角強(qiáng)度也較低，焊口極易開裂。紫外光有極強(qiáng)的穿透力，能將型材表面造成破壞。以抗沖改性劑為例，CPE在型材中是以網(wǎng)絡(luò)

7、結(jié)構(gòu)分布的，紫外光很容易穿透其部分分子鏈，經(jīng)過一段時(shí)間以后，型材性能會(huì)顯著降低。而丙烯酸酯是核殼桔構(gòu)的高聚合體，其核心部分經(jīng)過交聯(lián)聚合，不容易被紫外光射透，從而可保證材料的長期性能。紅外光會(huì)產(chǎn)生很大的熱能，使型材表面分子膨脹，型材中的顏料會(huì)隨著分子的膨脹而出現(xiàn)位移，造成色度下降。所以，在PVC型材中要選擇優(yōu)質(zhì)晶形的鈦白粉。外門窗須面對(duì)一個(gè)溫差大的問題，以我國東北地區(qū)和西北地區(qū)為例，夏天光線直射，門窗外表面溫度高時(shí)可達(dá)4050；冬天，其外表面溫度又有時(shí)會(huì)降到3040，溫差達(dá)到8090，溫差大，熱脹冷縮的現(xiàn)象嚴(yán)重，膨脹會(huì)使材料表面變松，滑劑流失、收縮，玻璃化溫度高的材料脆性增加。如CPE的玻璃化溫

8、度在20左右，當(dāng)達(dá)到30時(shí)，會(huì)顯現(xiàn)出脆性。而丙烯酸酯核心玻璃化溫度在50左右，就會(huì)有很好的耐低溫性能。同時(shí)，若添加類增塑劑時(shí)，材料收縮就會(huì)被擠出，在夏天強(qiáng)光照后，會(huì)出現(xiàn)退光和銀紋，特別是CaCO3高填充型材，由于塑性材料低溫收縮率大于CaCO3，低溫環(huán)境下材料的范德華力下降，脆性增加，耐老化性能下降 ?，F(xiàn)在市場上的ACR加工助劑，由于MMA（甲基丙烯酸甲酯）的價(jià)格高達(dá)13000元噸以上，一些偷工減料的廠家在產(chǎn)品中添加很多其它材料，如裂解回收的MMA、苯乙烯、丙烯睛等，由于苯乙烯、丙烯睛均含雙健，光照以后會(huì)降解變色。這一類材料的加入，和PVC相容性差，溫度變化，會(huì)使型材的耐老化性明顯降低。同時(shí)由

9、于使用了裂解單體，長期的耐侯性能變差，短期內(nèi)就可能出現(xiàn)變色等問題。所以ACR的選擇對(duì)型材品質(zhì)至關(guān)重要。溫度變化造成的型材尺寸率大，是型材中很難克服的一個(gè)問題。雙玻窗在冬季出現(xiàn)玻璃開裂，就是型材的低溫條件下，外側(cè)型材收縮，內(nèi)側(cè)沒有變化，型材彎曲造成的。收縮率大和選用CPE抗沖改性劑有關(guān)。CPE是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布。所以，CPE在型材中的使用量必須減少，或和丙烯酸酯類抗沖改性劑共用，甚或不用。我國多數(shù)地區(qū)對(duì)型材抗風(fēng)壓強(qiáng)度要求都很高。而抗風(fēng)壓強(qiáng)度的提升須先提升材料的抗沖強(qiáng)度和焊角強(qiáng)度?？箾_強(qiáng)度主要滿足的是外側(cè)面，而焊角強(qiáng)度直接與填料添加成反比例關(guān)系，與拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率直接反應(yīng)材料的可塑性能，所以，Ca