pvc管材擠出工藝 氯化聚氯乙烯樹脂(以下簡稱cpvc)于1958年由美古立德公司(bfgoodrich)開發(fā)研制成功,它是聚氯乙烯樹脂(pvc)的氯化產(chǎn)物,經(jīng)過氯化處理的pvc氯含量可由57%提高到64%~75%,隨著氯含量的增加,相應(yīng)的耐溫性、剛性、耐化學(xué)腐蝕性、阻燃性、消煙性等都得以增強(qiáng),但cpvc樹脂熔融粘度增加、脆性增大、沖擊強(qiáng)度下降、熱穩(wěn)定性降低,給cpvc的擠出加工帶來很大難度,同時(shí)如果工藝控制不當(dāng)將會產(chǎn)生大量的hcl氣體而使加工設(shè)備和模具受到嚴(yán)重腐蝕,因此cpvc樹脂的擠出加工問題一直是人們討論的焦點(diǎn)。在cpvc樹脂的加工過程中,“塑化”是關(guān)鍵,因而,如何從配方、設(shè)備及工藝技術(shù)上得到好的塑化質(zhì)量,是cpvc樹脂加工的關(guān)鍵。
一、氯化聚氯乙烯(pvc—c)管材的配方
1、熱穩(wěn)定劑 cpvc樹脂在加工過程中較pvc更容易分解,因此需要加入比pvc更多的熱穩(wěn)定劑,試制時(shí),可以按照pvc加入量的1.5~2.5倍加入,然后再根據(jù)試制情況適當(dāng)增減,總的原則是:熱穩(wěn)定劑不得添加過多,否則會影響cpvc樹脂的塑化?;旧?,加工pvc的熱穩(wěn)定劑都可以加工cpvc,如鉛鹽穩(wěn)定劑、鈣鋅穩(wěn)定劑、復(fù)合鉛穩(wěn)定劑、金屬皂類穩(wěn)定劑和液體有機(jī)錫穩(wěn)定劑等,在眾多的熱穩(wěn)定劑中,當(dāng)管材有不同的特殊要求時(shí),在選用上是有所區(qū)別的,生產(chǎn)衛(wèi)生級cpvc管材時(shí)應(yīng)選用鈣鋅穩(wěn)定劑或有機(jī)錫穩(wěn)定劑;生產(chǎn)對耐溫性能有要求的管材時(shí),應(yīng)盡量避免使用液體有機(jī)錫穩(wěn)定劑;生產(chǎn)高抗沖管材時(shí),不加硬脂酸鈣。
2、潤滑劑 潤滑劑的作用與熱穩(wěn)定劑的作用同等重要,加入量過少,會造成加工困難,甚至?xí)o設(shè)備帶來相當(dāng)大的損害,加入量過多,不僅影響塑化質(zhì)量,還會降低管材的維卡軟化溫度,因此如何掌握好潤滑劑的加入量是關(guān)鍵,也是cpvc管材配方的設(shè)計(jì)關(guān)鍵,甚至可以說,cpvc管材配方的設(shè)計(jì)其實(shí)也是潤滑體系的設(shè)計(jì)。cpvc樹脂的熔體粘度大,至少是pvc樹脂的2倍[1],因此潤滑劑的加入量要稍多于pvc樹脂。當(dāng)使用不同的穩(wěn)定劑時(shí),其配方中內(nèi)、外潤滑劑的配比是不同的,一般來講,使用鉛鹽穩(wěn)定劑,需要配置較多的內(nèi)潤滑劑和適量的外潤滑劑;使用有機(jī)錫穩(wěn)定劑,需要配置較多的外潤滑劑和適量的內(nèi)潤滑劑;使用帶潤滑體系的復(fù)合穩(wěn)定劑時(shí),內(nèi)、外潤滑劑用量均要適當(dāng)減少。內(nèi)潤滑劑可以選用硬脂酸(hst),外潤滑劑則需選用高溫石蠟、pe蠟或氧化聚乙烯蠟,一般石蠟不宜單獨(dú)作為cpvc樹脂的外潤滑劑。 總之,協(xié)調(diào)好了內(nèi)、外潤滑劑之間的配比關(guān)系,那么該配方雖然不能說是一個(gè)成熟的配方,至少在擠出成型方面是不會有什么問題的。
3、抗沖改性劑和加工助劑 由于cpvc樹脂氯含量較高,它的抗沖擊性能比pvc樹脂更差,加入抗沖擊劑加以改性,常用的抗沖擊劑有:cpe、mbs、abs和抗沖型acr等,在cpvc管材的加工中加入cpe,其增韌效果十分明顯,添加量在8~12份之間增韌效果好,但加入cpe會明顯降低管材的維卡軟化溫度;mbs、abs對維卡軟化溫度影響較小,但由于它們的分子鏈中含有不飽和雙鍵,耐候性較差;抗沖型acr是較為理想的抗沖擊改性劑,但價(jià)格較高。 綜合上述原因,筆者推薦使用cpe/mbs的混合體作為抗沖擊改性劑,可以兼顧產(chǎn)品對維卡軟化溫度、抗沖擊性、耐候性及價(jià)格等諸方面的要求,二者的配比以1.5:1為宜。目前國內(nèi)使用的加工助劑主要為acr,它是幾種丙烯酸酯類化合物混合在一起的產(chǎn)物,它可以提高樹脂的塑化程度,但cpvc樹脂由于熔融粘度較大,分子之間不需要再借助其他助劑來增加摩擦熱,它比pvc樹脂更容易塑化,因此在擠出加工cpvc管材時(shí)應(yīng)少加或不加acr類促凝劑。
4、其他添加劑 其他添加劑包括填充劑和著色劑。 填充劑 加入適量的填充劑不僅可以降低成本,還可以提升加工性能。它可以降低cpvc樹脂的加工粘度、提升混料分散性、減少擠出加工時(shí)對設(shè)備和模具的粘附性,同時(shí),作為剛性粒子的填充劑,還可以提高cpvc管材的抗沖擊性能。常用的填充劑是碳酸鈣,加入量以不超過5份為宜,否則會影響制品的性能 著色劑 cpvc管材比pvc管材顏色略深,呈灰白色,但可以根據(jù)需要,添加一些著色劑,在加入著色劑的同時(shí)應(yīng)加入少量的金紅石型鈦白粉,以掩蓋住cpvc管材的灰色,減少其對著色劑的影響。
二、氯化聚氯乙烯(pvc—c)管材的加工技術(shù)
1、擠出機(jī) 擠出加工cpvc管材通常選用平行或錐形雙螺桿擠出機(jī),鑒于cpvc比pvc更易塑化的特性,選用平行雙螺桿擠出機(jī)更容易控制cpvc管材的擠出生產(chǎn)。配方中如果用的是鉛鹽穩(wěn)定劑,要求擠出機(jī)要有較好的塑化性能;如果配方是用有機(jī)錫為穩(wěn)定劑,則要求擠出機(jī)螺桿的壓縮比不要太大。
2、加工工藝 物料的混合 cpvc樹脂的混合工藝與pvc樹脂一樣,需要高速混合和低速冷卻攪拌兩個(gè)過程,通常高速混合溫度宜控制在115~125℃,不能太高,否則容易混出發(fā)黃的物料,在擠出過程中造成物料的分解或出現(xiàn)“過塑化”現(xiàn)象。低速冷卻攪拌的溫度控制在40~50℃,也不能過高,否則混出的物料會因與室溫相差太大的關(guān)系,使物料吸收過多空氣中的水分而影響制品的性能。 擠出溫度 cpvc管材的擠出工藝重點(diǎn)是工藝溫度,它將直接影響管材的塑化質(zhì)量。一般工藝溫度會因擠出機(jī)塑化性能的不同,而有很大的差異,有時(shí)這種差異會有20~30℃。理論上,cpvc材料的加工溫度要比pvc高,但實(shí)際上,根據(jù)我們多年的加工經(jīng)驗(yàn),cpvc的加工溫度要比pvc低5~8℃,這是因?yàn)閏pvc熔融粘度比pvc大,熔融的分子之間將會產(chǎn)生大量的摩擦熱,這時(shí)如果擠出機(jī)再提供給它過多的熱量,很容易造成物料的分解。 在工藝溫度設(shè)定上,應(yīng)盡量保持曲線的平緩,這樣有利于cpvc樹脂的塑化質(zhì)量,曲線忽上忽下不利于管材的塑化,一般曲線為“u”形是比較適宜的 整個(gè)工藝溫度的控制大體可以分為三部分:機(jī)筒、合流芯和模具,機(jī)筒溫度從一區(qū)開始依次遞減,合流芯溫度又要比機(jī)筒溫度略低一些,在模具的溫度設(shè)定中,值得注意的是口模的溫度和芯模的溫度,口模的溫度應(yīng)比機(jī)筒的加熱段溫度低10℃左右,否則會影響管材的縱向回縮率,對縱向回縮率無要求的管材則不受此限制,芯模加熱可以在管材正常牽出后即斷開,cpvc熔體的熱量和對芯模摩擦所產(chǎn)生的熱量可以維持芯模的溫度。