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PVC-U塑料管材发脆的原因分析(上)

一直以来塑料发脆是困扰一些企业正常运营的因素,管材发脆无论从截面外观上还是安装认同程度上都或多或少的影响着这些管材企业的市场份额和用户信誉,管材发脆基本上在制品的物理、力学性能上得到充分体现。

本文将从配方、混料工艺、挤出工艺、模具和其他外界因素对造成PVC-U塑料管材发脆的原因进行了论述、分析。

锚牌国标PVC管材

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PVC管材变脆主要性征为:下料时崩口、冷冲破裂。

造成管材制品物理、力学性能差的原因有很多,主要表现为以下几种:


配方及混料工艺不合理

(1)填料过多。针对目前市场上型材价格低,而原材料价格上涨的格局,管材厂家都是在降低成本上作文章,正规的管材厂家通过配方的优化组合,是在不降低质量的前提下,降低了成本;有些厂家却在降低成本的同时也降低了制品质量。由于配方组份的原因,最直接有效的办法是增加填料,在PVC-U塑料管材中常用的填料为碳酸钙。


在以前的配方体系中多数是填加重钙,其目的是增加刚性和降低成本,但重钙由于本身粒子形状不规则而且粒径比较粗与PVC树脂本体的相溶性差,所以其添加份数很低,而且份数增大时会对管材的色泽和表观造成影响。


现在随着技术的发展,大多采用超细轻质活化碳酸钙、甚至是纳米级碳酸钙、其不仅起到增加刚性和填充的作用,而且还具有改性的作用,但是其填加量并不是无限度的,其比例应该加以控制。现在有些厂家为了降低成本将碳酸钙加到20-50质量份,这大大降低了型材的物理力学性能,造成管材发脆现象。


(2)抗冲击改性剂添加种类、数量。抗冲击改性剂是在应力作用下,能够提高聚氯乙烯破裂总能量的一种高分子聚合物。

目前硬质聚氯乙烯的抗冲击改性剂的主要品种有CPE、ACR、MBS、ABS、EVA等,其中CPE、EVA、ACR改性剂的分子结构中不含双键,耐候性能好,适宜做户外建筑材料,它们与PVC共混,能有效的提高硬聚氯乙烯的抗冲击性能、加工性、耐候性。


在PVC/CPE共混体系中,其冲击强度随CPE的用量增加而增加,呈S形曲线。添加量在8质量份以下时,体系的冲击强度增长幅度非常小;添加量在8-15质量份时增加幅度最大;之后增长幅度又趋于平缓。


当CPE用量在8质量份以下时不足以形成网状结构;当CPE用量在8-15质量份时,其在共混体系中连续均匀分散,形成分相不分离的网状结构,使共混体系的冲击强度增长幅度最大;当CPE用量超过15质量份时,就不能形成连续均匀的分散,而是有部分CPE形成凝胶状,这样在两相界面上就不会有适宜分散的CPE颗粒来吸收冲击能量,因而冲击强度增长趋于缓慢。


在PVC/ACR共混体系中,ACR可显著提高共混体系的抗冲击性能。同时“核一壳”粒子可均匀分散在PVC基体中,PVC是连续相,ACR是分散相,分散在PVC连续相中与PVC相互作用,起到加工助剂的作用,促进PVC的塑化和凝胶化,塑化时间短,具有很好的加工性能。成形温度和塑化时间对缺口冲击强度影响较小,弯曲弹性模量下降也小。


一般用量在5-7质量份,经ACR改性的硬PVC制品有优良的室温冲击强度或低温冲击强度。而经实验论证,ACR与CPE相比抗冲击强度要高30%左右。因此在配方中尽可能采用PVC/ACR共混体系,而用CPE改性且用量低于8质量份时往往会引起管材发脆。


(3)稳定剂过多或过少。稳定剂的作用是抑制降解,或与释放出的氯化氢反应以及防止聚氯乙烯加工时变色。


稳定剂根据种类不同用量也不同,但总的一点来说,用量过多会推迟物料的塑化时间从而使物料出口模时还欠塑化,其配方体系中各分子之间没有完全溶合,造成其分子间结构不牢固。

用量过少时会造成配方体系中相对低分子物降解或分解(也可以说成过塑化),对各组份分子间结构的稳固性造成破坏。因此稳定剂用量多少也会对管材的抗冲击强度造成影响,过多或过少都会造成管材强度降低引起管材发脆现象。


(4)外润滑剂用量过多。外润滑剂与树脂相溶性较低,能够促进树脂粒子间的滑动,从而减少摩擦热量并推迟熔化过程,润滑剂的这种作用在加工过程早期(也就是在外部加热作用和内部产生的摩擦热使树脂完全熔化和熔体中树脂失去识别特征之前)是最大的。

外润滑剂又分前期润滑和后期润滑、润滑过度的物料在各种条件下都表现为较差的外形,如果润滑剂用量不妥,可能造成流痕,产量低,浑浊,冲击性差,表面粗糙、粘连,塑化差等。特别是用量过多时,就会造成型材的密实度差、塑化差,而导致冲击性能差,引起管材发脆。


(5)热混加料顺序、温度设值以及熟化时间对型材的性能也有决定性的因素。PVC-U配方的组分很多,所选择加料顺序应有利于发挥每种助剂的作用,并有利于提高分散速度,而避免其不良的协同效应,助剂的加料顺序应有助于提高助剂的相辅相成效果,克服相克相消的作用,使应在PVC树脂中分散的助剂,充分进入PVC树脂内部。


典型稳定体系配方加料顺序如下:


a 低速运转时,将PVC树脂加到热混锅中;


b 在60℃时,高速运转下加入稳定剂及皂类;


c 在80℃左右,高速运转下加入内润滑剂、颜料、抗冲击改性剂、加工助剂;


d 在100℃左右,高转速下加入蜡类等外润滑剂;


e 在110℃,高速运转下加入填料;


f 在110℃-120℃低转速下排出物料至冷混桶中进行降温;


g 冷混至料温降至40℃左右时,卸料。上面加料顺序较为合理,但在实际生产过种中,根据自身的设备及各种条件也有所不同,多数厂家除树脂外,其他助剂一同加入。还有的是轻质活化碳酸钙同主料一起加入等等。


这就要求企业技术人员根据本企业的特点制定出适合自己的加工工艺及投料顺序。

一般热混温度在120℃左右,温度太低时物料达不到凝胶化和混料均匀,高于此温度部分物料可能会分解挥发,而且干混粉料发黄。混料时间一般在7-10min物料才能达到密实、均化、部分凝胶化。而冷混一般在40℃以下,而且要求冷却时间要短,如温度大于40℃且冷却速度又慢,则制备的干混料会相对常规密实度差。


干混料的熟化时间一般在24小时,大于这个时间物料易吸收水份或结块,小于这个时间物料各分子间的结构还不太稳定,造成挤出时管材外形尺寸和壁厚波动较大。以上环节如不加强控制都会对管材制品的质量造成影响,个别情况便会表现为管材发脆。


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