ASAPVC共混改性技術(shù)在PVC彩色共擠型材加工中應用研究

1、ASA/PVC 共混改性技術(shù)在 PVC 彩色共擠型材加工中應用研究吳郁寧波浙東塑料建筑材料有限公司 寧波 315101摘要 :本文概述了 ASA/PVC 共混改性彩色共擠型材的制備工藝 ,分析討論了不 同配比共混體系對共擠加工性能、材料力學性能以及材料耐候性能的影響。關(guān)鍵詞 :ASA/PVC 共混改性 耐候性1 概述PVC塑料門窗具有優(yōu)異的節(jié)能隔聲效果 ,目前在國內(nèi)已普及應用。由于 PVC 分 子結(jié)構(gòu)中存在較不穩(wěn)定的 -Cl,因此純 PVC 加工的材料耐候性差 ,在戶外容易受太陽 光中紫外光線破壞而引起發(fā)黃發(fā)紅等變色現(xiàn)象 ;金紅石型 TiO 2 具有優(yōu)異的光折射 效果,通過添加一定比例的金紅石

2、型 TiO 2,可以起到折射屏蔽紫外線效果 ,從而確保 材料不變色 ,因此市場上所見的 PVC 門窗型材通常以白色為主。近年來隨著社會發(fā) 展,人們對門窗材料表面彩色化需求越來越大。目前彩色 PVC 型材一般是通過在干 混料中直接添加顏料進行著色 ,但因配色原因 ,材料配比中不能添加足量的 TiO 2(一 種白色顏料 ,以致產(chǎn)品在戶外耐候性較差、型材色彩選擇性非常小。一種采用具有 優(yōu)異耐候性能的高分子材料作為共擠層材料 ,將其與 PVC 主體材料共擠形成復合材 料的共擠加工技術(shù) ,可使型材表面色彩豐富多樣 ,顏色牢固不易褪色。ASA 聚合物是丙烯氰 (A-苯乙烯(S-丙烯酸酯 (A 無定型三元共

3、聚物 ,其分子結(jié)構(gòu) 如下 ,其分子結(jié)構(gòu)中無雙鍵等不穩(wěn)定基團 ,分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 ,具有優(yōu)異的耐候性能 ,同時該 材料具有很好的力學性能 ,國外已廣泛應用于汽車配件領(lǐng)域。 ASA 其溶解度參數(shù) 為 9.6-9.8,與 PVC的溶解度參數(shù) 9.5-9.7非常接近 ,理論分析二者相容性很好 ,可以混 合形成塑料合金 ,以改善 PVC材料力學性能。試驗通過 ASA與 PVC根據(jù)不同比例 進行共混造粒 ,主機采用錐形雙螺桿擠出機 ,輔機采用專用單螺桿擠出機 ,通過共擠形成彩色共擠復合型材 ;分析討論了不同共混配比對共擠加工性能、制品表面硬度、 力學性能以及耐候性能的影響2 試驗部分2.1試驗主要原料SG-5

4、型 PVC 樹脂 上海氯堿化工有限公司 Larans ASA 樹脂 德國 BASF 化學公 司 T-109 穩(wěn)定劑 阿托菲納化學公司 D320抗沖改性劑 阿托菲納化學公司 顏 料 德國 BASF 化學公司2.2試驗儀器及設(shè)備FM-500/1750 進口混料機組 德國 THYSSEN 設(shè)備制造公司 SJZ55/100錐形雙螺 桿造粒機組 上海經(jīng)緯擠出機械制造有限公司 CON63 錐形雙螺桿擠出生產(chǎn)線 奧地 利 THEYSHON 設(shè)備制造公司 CO-32 THEYSHON 共擠機 奧地利 THEYSHON 設(shè)備 制造公司 LUXOR 80 自動上料干燥機 德國摩丹干燥設(shè)備公司HS80NP共擠型材模

5、具 奧地利 TOPF 模具制造公司W(wǎng)SD-型色度儀 北京康光儀器有限公司低溫落錘試驗機 河北承德金鍵檢測儀器公司XJJ-5 簡支梁沖擊試驗機 河北承德金鍵檢測儀器公司 XHRD-150 塑料洛氏硬度 計 山東萊州市試驗機總廠QUV 紫外線加速耐候試驗機 江蘇中銘儀器有限公司2.3 試樣制備1試驗以淺灰色 (RAL 7035為參照顏色,按照配方比例 (見表1,使用FM-500/1750 德國 THYSSEN 進口混料機組進行混料 ,形成適合擠出加工的四種干混料。表 1 試驗干混料配比配比 1 純ASA 干混料配比 2 ASA:PVC=2:1 干混料 配比 3 ASA:PVC=1:1 干混料 配比

6、 4 純 PVC干混 料2 本試驗共擠機選用單螺桿擠出機 ,該機適合粒料擠出加工 ,因此需要對上述四 個配比干混料進行造粒 ,我們采用錐形雙螺桿造粒機組進行造粒 ;制成粒徑約 3mm 的粒料;3ASA 粒料以及共混粒料具有吸水性 ,含水量在 0.3%左右,必須經(jīng)烘干處理 ,否則 表面會出現(xiàn)麻點、不光等缺陷 ,試驗中采用德國摩丹 LUXOR 80 干燥機對配比 1 粒 料在 80干燥 3小時,對配比 2、配比 3粒料在 55干燥 2 小時,配比 4粒料在 50 干燥 1 小時;PVC 粒料烘干溫度相對要低 ,主要是 PVC 本身材料含水率較低 ,同時避 免高溫使材料結(jié)塊。4共擠擠出 ,共擠模具設(shè)

7、計要求必須使基材與共擠層在定型段具有相同的流速,同時具有一定的壓縮比 ,以保證共擠異型材擠出時粘接良好 ,共擠層厚度均勻。我們 以 CON63 奧地利 THEYSHON 擠出機為主機、 CO-32 THEYSHON 共擠機為輔機、 以 HS80NP 共擠型材模具為試驗模具進行共擠擠出四種試驗配比的共擠產(chǎn)品 ,技術(shù) 先進的進口擠出設(shè)備和模具確保制品共擠層厚度均勻 ,便于進行試驗對比 ;共擠擠出加工工藝流程如圖所示圖 1 ASA/PVC 共混改性彩色共擠型材工藝流程四種配比產(chǎn)品生產(chǎn)工藝參數(shù)如表 2 所列:表 2 生產(chǎn)工藝參數(shù)工藝參數(shù) 配比 1 配比 2 配比 3 配比 4 共擠筒區(qū) 1溫度 ( 1

8、80 178 175 175 共 擠筒區(qū) 2溫度 ( 185 182 182 182 共擠筒區(qū) 3溫度 ( 190 185 185 185過 渡連接體 溫度 ( 195 190 190 190 共擠口模 溫度 ( 190 190 190 190共 擠轉(zhuǎn)速 (R.P.M 12.0 13.0 13.5 13.5 共擠熔壓 (Bar 176 185 201 210 共擠熔體溫度 ( 195 192 191 1905試樣經(jīng) 48小時室溫穩(wěn)定放置 ,分別對配比 1、配比 2、配比 3 和配比 4 試樣按 照GB/T8814-2004 門、窗用未增塑聚氯乙烯 (PVC-U 型材檢驗標準進行硬度、單 缺口簡

9、支梁沖擊強度、低溫落錘沖擊強度 (-10,1kg,1.5m,10 個試樣測試 ,結(jié)果如表 3:表 3 共混改性材料力學性能檢測項目 配比 1 配比 2 配比 3 配比 4 試樣共擠層厚度 (mm 0.38 0.35 0.32 0.32 硬 度 (HRR 75 78 83 89 簡支梁沖擊強度 (kJ/m2 37.5 35.8 34.8 32.00 0 0 1低溫落錘沖擊破裂數(shù) (個有無共擠層剝離現(xiàn)象 無剝離 無剝離 無剝離 無剝離6采用 QUV紫外線加速耐候試驗機 ,分別對配比 1、配比 2、配比 3和配比 4試 樣進行人工老化測試 ,試驗條件為 :6.5kW 氙燈 ,波長 (300-890n

10、m范圍內(nèi)輻射強度為 (1000 200W/m2,箱內(nèi)溫度:(35-40,黑板溫度(63 3,相對濕度:(65 5%,降雨周期:18min/102min,老化時間 4000小時。測試結(jié)果如表所列 ;表 4 老化性能老化前試樣 (淺灰色配比L a b 4000h 老化后E配比 1 64.5 -1.90 1.03 0.82配 比 2 64.8 -1.92 1.05 1.46配 比 3 64.6 -1.87 1.08 2.28 配比 4 64.4 -1.86 1.06 4.163 結(jié)果與討論1 通過對四種配比的共混改性材料共擠擠出工藝進行比較分析 ,加工工藝參數(shù)變 化較小,表明 ASA 與 PVC 兩

11、種樹脂相容性很好 ,流變性能、熱膨脹系數(shù)非常接近 ;試驗 結(jié)果與理論相符 ;配方 1螺桿轉(zhuǎn)速較慢 ,但試樣共擠層厚度值較大 ,表明純 ASA 流動 特性要好于 PVC。2表3顯示四種配比的共混改性材料力學性能 ,測試結(jié)果表明 ,ASA材料低溫抗 沖擊性能明顯優(yōu)于 PVC,表 3 中顯示配比 2、配比 3與配比 4簡支梁沖擊強度明顯 提高,表明 ASA與 PVC共混可以提高 PVC材料的韌性,ASA在共混體系中起到抗沖 改性劑的作用 ;分析認為 ASA 屬無定型三元共聚物 ,由于 ASA 結(jié)構(gòu)中引入了丙烯酸酯橡膠 ,其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg為-50,使其共聚物具有極好的抗沖擊性 ,尤其是低溫 抗沖

12、擊性能優(yōu)良。3實際加工過程中配比 1、配比 2 材料在擠出 1020 分鐘后就出現(xiàn)型材表面拉 痕 ,分析原因主要是材料在冷卻過程中表面 ASA 層冷卻速率較快 ,牽引移動過程中與 真空冷卻定型模真空氣槽發(fā)生硬性摩擦 ,導致表面出現(xiàn)較多摩擦痕 ,同時在水箱內(nèi)冷 卻過程中與定型插板摩擦易產(chǎn)生拉痕;而試驗結(jié)果顯示配比 3、配比 4 在擠出過程中基本沒有出現(xiàn)較明顯的摩擦 痕;表 3中對四種配比試樣表面硬度進行對比 ,結(jié)果表明 ASA 材料表面硬度明顯要小于 PVC,配比 3 與配比 4 硬度值比較接近 ,PVC 在共混體系中能夠提高材料表面硬度 ,有利于擠出加工 ,改善表面質(zhì)量。4 試驗采用淺灰色作為

13、試驗顏色 ,主要是便于對比試驗前后顏色變化 ;通過人工老化試驗,對顏色變化測試 ,結(jié)果表明純 ASA 產(chǎn)品顏色變化最小 ,耐候性最好 ,純 PVC 產(chǎn)品耐候性最差。分析認為 ASA 為飽和主鏈結(jié) 構(gòu),不含雙鍵 ,因此對紫外線的耐受能力很強 ,大分子鏈中的羰基和氰基具備較強的耐紫外線能力 ,而苯環(huán)是典型的穩(wěn)定結(jié)構(gòu) ,很難發(fā)生光化學反應 ,因此材料本身不易被紫外光破壞引起材料顏色變化 ;而 PVC 分子結(jié)構(gòu)中存在較活潑的 -Cl, 容易被紫外線破壞引起分子斷鏈產(chǎn)生活潑的雙鍵結(jié)構(gòu) ,當分子結(jié)構(gòu)中有連續(xù)的共軛雙鍵產(chǎn)生后 ,材料就會產(chǎn)生顯色現(xiàn)象。人工老化檢測結(jié)果顯示配比 2、配比 3的 E 值明顯低于配比 4,表明 通過 ASA 與 PVC 共混改性,可以提高 PVC 材料耐候性能 ;主要是通過共混后材料表面暴露的 PVC 分子比例減少 ,因而降低材料表面顏色變化程度。4 結(jié)論ASA 與 PVC 樹脂相容性很好二者可共混使用 ,共混改性材料的擠出加工工藝溫 度與采用純 PVC 無明顯變化 ;采用