PVC塑料加工技術(shù)技巧

主要內(nèi)容：

1、PVC樹脂的結(jié)構(gòu)和性能

2、PVC樹脂的改性和應(yīng)用

3、PVC樹脂的加工原理

4、硬質(zhì)PVC的加工應(yīng)用

一、PVC樹脂的結(jié)構(gòu)和性能

1、PVC材料的物理性能：硬質(zhì)PVC它的密度通常在1.38~1.46g/cm3，吸水率小于0.5%，浸泡于水中，24小時(shí)，吸水率小于0.05%；

2、力學(xué)性能：硬質(zhì)PVC主要有拉伸強(qiáng)度、拉伸摸量、伸長率、沖擊強(qiáng)度、硬度、蠕變性能等等；

2.1拉伸性能

2.1.1應(yīng)力—應(yīng)變曲線的影響因素：

a、隨測試速度的快慢有關(guān)：拉伸速度增加，屈服應(yīng)力增加、斷裂應(yīng)力增加；

b、與測試溫度有關(guān)：具有對溫度有敏感性，溫度降低時(shí)，拉伸強(qiáng)度、拉伸摸量、屈服伸長率、硬度增加，斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度降低；反之則相反。

2.1.2對拉伸強(qiáng)度及伸長率的影響：

a.PVC分子量的影響：分子量增加，則增加；

b.增韌劑的影響：使用增韌劑時(shí)，會(huì)增加制品的韌性，伸長率會(huì)增加，但其他性能如拉伸強(qiáng)度會(huì)降低；

c.增塑劑的影響：通?？梢愿纳婆浠炝系募庸ち鲃?dòng)性能，但是拉伸強(qiáng)度會(huì)明顯降低；

d.填充料的影響：通常填料的使用都會(huì)降低制品的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，個(gè)別填料除外(如玻璃纖維等)。

2.2沖擊性能

對沖擊性能的影響因素主要有以下幾點(diǎn)：

2.2.1試驗(yàn)加載速度：

2.2.2缺口的敏感性：

2.2.3溫度的影響：強(qiáng)烈的依賴溫度的變化

2.2.4配料的影響：配方的各組份和用量都會(huì)影響制品的沖擊強(qiáng)度

a.分子量的影響：分子量增加，則沖擊強(qiáng)度增加；

b.改性劑的影響：一般情況下改性劑用量的增加，制品的沖擊強(qiáng)度增加，但是在增加用量到達(dá)一個(gè)臨界值后，改性劑用量再增加，沖擊強(qiáng)度增加的幅度就明顯減少，效果不是很明顯，而且改性劑也必須增加到一定的量后才有明顯的改性效果；

c.增塑劑的影響：存在反增塑效應(yīng)，在增塑劑用量過了反增塑效應(yīng)以后，隨著用量的增加沖擊強(qiáng)度也隨之增加；

d.填料的影響：通常填料的使用都會(huì)使制品的沖擊性能降低。但也有在使用少量的超細(xì)填料和補(bǔ)強(qiáng)填料時(shí)可以增加制品的沖擊強(qiáng)度；

e.加工條件的影響：主要是要求達(dá)到塑化均勻，控制熟塑化程度在55%~65%之間。

2.3硬度

2.4耐熱性能

3加工流變性能：

主要是指PVC配混料在加工過程中熔體粘度的變化及其影響因素。

PVC的流變性能——典型假塑性流體-剪切變稀的現(xiàn)象，即剪切速度加快，熔體粘度變小。

3.1影響剪切粘度和流動(dòng)曲線的因素：

a、PVC分子量的大?。悍肿恿扛?，熔體粘度高，不利于加工；

b、PVC樹脂顆粒形態(tài)：樹脂表面的形態(tài)結(jié)構(gòu)疏松型，有利于增塑劑、潤滑劑和助劑的吸收，從而有利于塑化，加工性能良好；

c、增塑劑：降低熔體粘度，改善熔體流動(dòng)加工加工性能；

d、潤滑劑：降低熔體的粘度；

e、加工助劑：不同類型的加工助劑可以起到不同的作用，（詳細(xì)見加工助劑的作用）；

f、剪切速度：剪切速度增加，粘度降低。

3.2熔體的彈性效應(yīng)：高分子聚合物的熔體在流動(dòng)過程中伴隨著可以逆轉(zhuǎn)的高彈性形變，包括法向應(yīng)力效應(yīng)（包軸現(xiàn)象），巴拉斯效應(yīng)（出口膨脹）及熔體破裂現(xiàn)象。

a、擠出膨脹現(xiàn)象：指熔體擠出口模后，擠出物的截面積大于口模截面積的現(xiàn)象。

通常分子量高，熔體粘度大，鏈段運(yùn)動(dòng)松馳需要的時(shí)間長，彈性松弛變慢，彈性效應(yīng)明顯，出口膨脹程度比較小，膨脹比?。悍粗畡t相反。

b、不穩(wěn)定流動(dòng)——熔體破裂現(xiàn)象：

二、PVC樹脂的改性加工

1、改性目的：PVC材料的一些缺陷：如熱穩(wěn)定性差、硬質(zhì)PVC制品呈脆性、耐熱性差、熔體粘度高，流動(dòng)性差，加工困難、增塑作用不穩(wěn)定易析出、屬于極性聚合物屬于親水性與生物相容性差。

2、改性方法：通過不同的改性原理可以分為化學(xué)改性和物理改性。

通常我們在生產(chǎn)過程中應(yīng)用的最多的就是物理改性，包括復(fù)合改性和共混改性及其他物理改性，其中復(fù)合改性主要有填充改性和纖維增強(qiáng)改性，共混改性則主要是指將PVC與其他高聚物混合在一起，從而取得綜合性能良好的共混物。

3、共混改性的要點(diǎn)：

3.1如果是作為改善韌性和加工性能的聚合物，則要求與PVC部分相容性；

3.2如是作為永久增塑和改善熱變形溫度的聚合物則要求有與PVC完全相容性。

4、共混改性的目的：提高韌性、耐熱性、加工成型性能、阻燃性能等

4.1提高韌性：通常用CPE、MBS、ABS、NBR、EVA及部分剛性聚合物等等；

4.2耐熱性：使用耐熱改性劑；

4.3加工成型性能：所謂的加工助劑就是指少量加入就能夠明顯改善PVC的加工性能的特殊配合劑，大致可以分為可以促進(jìn)PVC的塑化并賦予其橡膠彈性和賦予潤滑性兩大類。

4.3.1賦予橡膠彈性型的高分子加工助劑的主要作用有：

a、促進(jìn)塑化，提高制品的光澤度；

b、提高熔體破裂時(shí)的熔體強(qiáng)度；

c、防止吹塑成型及真空成型時(shí)的收縮；

d、改善壓延加工時(shí)的儲(chǔ)料性，包輥性及熔體的均一性；

e、可以使擠出發(fā)泡的泡孔均一；

f、提高制品的外觀；

g、防止注塑時(shí)產(chǎn)生旋紋；

h、可以改善填料和顏料的分散性。

4.3.2賦予潤滑性型的高分子加工助劑的主要作用有：

a、延遲塑化，降低成型負(fù)荷；

b、改善熔體的金屬剝離性能；

c、防止表面粘料而降低其他的性能。

4.3.3主要原理：

a、促進(jìn)塑化和延長塑化；

b、橡膠彈性的賦予；

c、改善成型時(shí)的熔體強(qiáng)度；

d、改善發(fā)泡成型；

e、改善注塑性能；

f、改善壓延加工性能；

g、潤滑性的賦予。

4.4其他改性：如阻燃性能、抗靜電性能等

三、PVC樹脂的加工原理及配料的組成

1、物料的組成及其作用：主要有PVC樹脂、熱穩(wěn)定劑、增塑劑、潤滑劑、改性劑、填料、著色劑、及其他加工助劑，在有特殊要求時(shí)還需要加入一些特殊的助劑，每一種組分在配方中都有其一定的作用并最終影響制品的性能。

1.1PVC樹脂是配方中的主體成分，其分子量的高低及分子量的分布對其性能的影響：

分子量大小的影響：

a、隨分子量的增加，分子鏈間的引力和纏結(jié)程度增加，玻璃化溫度增加，制品的力學(xué)性能隨之提高；

b、隨分子量的增加，熔體粘度增加，流動(dòng)性變差，加工困難程度增加。

分子量分布的影響：

a、分子分布太寬，則說明存在一定數(shù)量的分子其分子量偏低和偏高，前則導(dǎo)致制品的力學(xué)性能降低，后則容易導(dǎo)致加工困難，而且容易導(dǎo)致制品外觀不佳；

b、是產(chǎn)生魚眼的重要原因：其一，PVC樹脂中存在部分超高分子量的分子，不容易吸收增塑劑，在正常加工條件下只能與增塑劑膨潤而不能與配方中其他組分相容；其二，PVC樹脂中存在部分分子量偏高并具有線性結(jié)構(gòu)或物理內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于緊密的分子，同樣難以塑化。

1.2穩(wěn)定劑：是配方中不可缺少的組成部分，PVC樹脂在加熱或受熱過程中由于材料的特性，會(huì)逐漸分解，而變色，從淡黃、黃色、黃橙色、紅橙色、棕色、棕褐色直到黑色，因此必需在配方中加入足夠的穩(wěn)定劑方可以正常生產(chǎn)。常用的穩(wěn)定劑有堿式鉛鹽穩(wěn)定劑、金屬皂類穩(wěn)定劑、有機(jī)錫穩(wěn)定劑、復(fù)合穩(wěn)定劑等四大類及其他一些環(huán)氧化合物等等。由于穩(wěn)定劑的多樣性，在選用穩(wěn)定劑時(shí)必需考慮以下幾點(diǎn)：優(yōu)良的熱穩(wěn)定性能、良好的配混工藝性能、對產(chǎn)品性能的影響。

a、堿式鉛鹽穩(wěn)定劑；是目前使用量最大的穩(wěn)定劑品種，具有優(yōu)良的綜合性能如熱穩(wěn)定性能、電性能、還有就是加工性能和低廉的價(jià)格優(yōu)勢，但是鉛鹽有毒性，且制品不透明，目前已有相當(dāng)一部分產(chǎn)品已經(jīng)禁止使用；

b、金屬皂類穩(wěn)定劑：通常具有良好的光穩(wěn)定性能、耐氣候性和優(yōu)良的潤滑性能，但是通常需要兩種金屬皂或與堿式鉛鹽穩(wěn)定劑配合使用而獲得良好的穩(wěn)定效果。c、有機(jī)錫穩(wěn)定劑：主要有脂肪酸有機(jī)錫，馬來酸有機(jī)錫和硫醇有機(jī)錫，起共同的特點(diǎn)是穩(wěn)定性能效力高，透明性好、用量少和耐硫化污染，三者中熱穩(wěn)定性數(shù)脂肪酸有機(jī)錫但差，但加工潤滑性能最好；

d、復(fù)合穩(wěn)定劑：目前的復(fù)合穩(wěn)定劑主要有鉛鹽復(fù)合穩(wěn)定劑、鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑、還有少量其他復(fù)合穩(wěn)定劑；

e、輔助穩(wěn)定劑：本身具有比較弱的穩(wěn)定性，但是能夠改進(jìn)其他穩(wěn)定體系的穩(wěn)定效果的化合物，主要有亞磷酸脂類、環(huán)氧化合物等等。

1.3增塑劑：可以使PVC樹脂產(chǎn)生在增塑可塑性、柔韌性、降低加工溫度、降低熱熔融溫度、改進(jìn)流動(dòng)性，但是在增塑范圍內(nèi)降低模量、強(qiáng)度、硬度、玻璃化溫度、脆化溫度和提高沖擊性能；在反增塑范圍內(nèi)則增加模量、強(qiáng)度、硬度和脆性。主要有金屬皂類，飽和烴類，脂肪酸及其脂類。

1.4潤滑劑：能夠改善PVC熔體的流動(dòng)性能和防止熔混物粘附設(shè)備上的助劑。

1.4.1潤滑劑的主要作用：

a、防止物料對加工設(shè)備的粘附，使熔體能夠很好的轉(zhuǎn)移或輸送；

b、調(diào)整物料的熔化特性、熔體粘度和流變特性；

c、提供適當(dāng)?shù)臐櫥刮锪显诩庸み^程中產(chǎn)生適宜的摩擦生熱速度，獲得平衡溫度較低而質(zhì)量較好的熔體，提供比較寬的加工條件；

d、最終影響制品的性能：如透明性、耐化學(xué)性、耐氣候性等。

1.4.2按作用效果和機(jī)理可以分為內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑，內(nèi)外潤滑劑

a、內(nèi)潤滑劑：與PVC的相容性較好，主要指聚合物熔體內(nèi)部的潤滑，主要作用是降低聚合物熔體分子鏈之間的摩擦，并具有改進(jìn)熔體流動(dòng)性與均勻性的功能；

b、外潤滑劑：與PVC的相容性較小，主要牽涉相界的過程，主要作用是降低聚合物熔體和加工設(shè)備、模具之間的摩擦或減小聚合物粒子之間的摩擦力。

1.4.3潤滑劑的選擇：

a、能夠很好地分散于PVC樹脂中并且與其他助劑不互相干擾；

b、不防礙PVC樹脂的塑化；

c、潤滑效率高切能夠持久；

d、不嚴(yán)重降低制品的質(zhì)量，最好能夠提高制品的質(zhì)量。

1.4.3由于不同的加工工藝有不同潤滑要求，PVC的擠出成型所需要的潤滑劑的量與機(jī)器類型、螺桿結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)也有很大的關(guān)系，因此在具體選擇是還需注意以下幾點(diǎn)：

a、在成型工藝中剪切速率越快則需要內(nèi)潤滑效果越好，需要潤滑劑的量越多；

b、在配方中未添加增塑劑時(shí)比添加增塑劑時(shí)需要更多的潤滑劑，同時(shí)還需要考慮某些穩(wěn)定劑固有的潤滑性能；

c、在有增塑劑的配方中由于增塑劑已經(jīng)具備內(nèi)潤滑作用，因此只需要少量的內(nèi)潤滑劑；

d、配方中內(nèi)外潤滑劑應(yīng)力求平衡，否則引起加工困難；

e、配方中填料比較多時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加潤滑劑的用量；

f、產(chǎn)品截面結(jié)構(gòu)簡單且大的制品需要的潤滑劑少，反之則多。

1.5加工助劑：為了改善配混料的加工性能，（詳細(xì)見前面）

1.6抗沖改性劑：（詳細(xì)內(nèi)容見前面）

1.7填料：主要是為了降低生產(chǎn)成本，但是在一定程度上也可以改善制品的某些性能如收縮率，耐熱變形溫度、增加制品的硬度等

1.8其他組分

四、硬質(zhì)PVC的加工應(yīng)用（我們主要講的是硬質(zhì)管材和管件）

1.硬質(zhì)PVC實(shí)壁管材；

1.1配方的基本原則：必須兼顧制品的性能和加工性能；

1.2硬質(zhì)PVC實(shí)壁管材生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題：