塑性溶胶的制备、搪塑成型实验

2.6.1 实验目的

（1）掌握塑性溶胶的配制过程。

（2）了解聚氯乙烯配方的设计思想。

（3）掌握搪塑成型实验的工艺过程。

2.6.2 实验原理

聚氯乙烯（PVC）塑性溶胶是PVC均匀分散、悬浮在增塑剂中所形成的分散体系，又称PVC糊。PVC糊中通常还添加稳定剂、填料、表面活性剂、稀释剂、挥发性溶剂、着色剂和润滑剂等，这些都取决于制品的使用要求。PVC糊主要用作PVC的浇铸成型、涂层成型及泡沫塑料成型的原料，用于制造人造革、地板、泡沫制品、地毯衬里、纸张涂布、铸塑（搪塑或滚塑等）成型、浸渍制品等。

制备PVC糊的原理是利用一定的机械搅拌作用，使PVC树脂颗粒和其他组分的固体颗粒料均匀地分散在增塑剂中；同时，为了防止固体颗粒聚集、沉积，还利用表面活性剂和润滑剂来降低固体颗粒与液体界面的张力，从而形成稳定的分散体系。由于增塑剂和稀释剂等与PVC有一定的相溶性，故在PVC糊的配制过程中，PVC颗粒溶胀的状况和颗粒之间夹杂空气的量取决于机械搅拌的强烈程度、物料温度、搅拌时间以及配方。如果PVC颗粒过度溶胀，不仅PVC糊的黏度将显著提高，黏度稳定性变差，而且还影响随后排除PVC糊中气泡的工序和成型加工。因此，控制机械搅拌、物料温度、搅拌时间等配制工艺参数以及优化配方对于提高PVC糊质量很重要。

在制备PVC糊的过程中，糊内的大多数气体可以在混合后放置的24h内自动逸出，余下的少部分气体需经过脱气处理去除。除少数情况外，大多数PVC糊都是在使用之前进行脱气处理。脱气处理常利用抽真空的方法，使PVC糊中的空气自动逸出。

搪塑成型又称为涂凝成型，是用糊塑料制造空心软质制品（如玩具）的一种重要方法。它是将糊塑料（塑性溶胶）倾倒入预先加热至一定温度的模具（凹模或阴模）中，接近模腔内壁的糊塑料即会因受热而胶凝，然后将没有胶凝的糊塑料倒出并将附在模腔内壁上的糊塑料进行热处理（烘熔），再经冷却即可从模具中取得空心制品。

搪塑成型主要采用糊塑料，目前使用的主要是PVC糊。通常用的PVC糊由树脂、增塑剂、稳定剂、着色剂和其他助剂组成。添加增塑剂，可以制成各种软、硬PVC制品；添加稳定剂，可避免PVC树脂因易分解而无法成型加工；添加着色剂，可制成各种不同颜色的制品；添加其他助剂，可使PVC制品的质量、加工工艺得到改善和提高。

搪塑成型中，PVC糊由各种组分的颗粒分散体变成连续均匀的增塑弹性体的过程可分为“胶凝”和“熔化”两个阶段。

①胶凝阶段：PVC颗粒均匀分散在液相中，在热的作用下液体组分（增塑剂等）黏度进一步下降，继续向PVC树脂颗粒渗透，使溶胀的PVC颗粒间距离缩小，糊的黏度逐渐上升，直至全部增塑剂被PVC颗粒完全吸收、颗粒界面接合为止，这时PVC糊失去流动性，出现胶凝现象。此时的温度叫胶凝温度。

②熔化阶段：胶凝出现之后，继续加热，增塑剂分子会加速渗入PVC大分子链间，从而降低大分子链间的分子作用力，加强了大分子链的活动性，使界面缩小甚至消失，形成连续均匀的体系，完成熔化阶段。连续均匀的体系经冷却便成为具有一定力学强度的增塑弹性体。

搪塑成型设备费用低，宜高效连续化生产，工艺控制也较简单，但制品的壁厚和质量的准确性比较差。目前，国内多以聚氯乙烯糊用该法生产中空塑料玩具。

2.6.3 仪器与原料

（1）仪器

本实验所用仪器如下：电热鼓风干燥箱，2台；电子天平（感量 0.1g） ，1台；搪塑模具，1副；真空脱泡装置，1套；烘箱，1台；烧杯（100m L，200m L，300m L），各2只；温度计（200℃），1支；玻璃棒，3根；量筒（100m L），3只。

（2）原料

本实验所用原料如下：

①悬浮法PVC树脂：XS-2，XS-3或XS-4型；

②乳液法PVC树脂：RH-（1，2或3）-Ⅲ型；

③邻苯二甲酸二辛酯（DOP）：密度（20℃）为0.986g/cm3，工业品；

④邻苯二甲酸二丁酯（DBP）：密度（20℃）为1.049g/cm3，工业品；

⑤癸二酸二辛酯（DOS）：密度（20℃）为0.929g/cm3，工业品；

⑥硬脂酸钡（Ba St）：工业品；

⑦硬脂酸镉（Cd St）：工业品；

⑧硬脂酸锌（Zn St）：工业品。

本实验所采用的PVC糊的配方（以重量份）如表22所示。

表22 本实验采用PVC糊的配方

2.6.4 实验步骤

（1）备料

①混合增塑剂：按配方，用量筒将计量好的各增塑剂集中于一只200m L的烧杯内，混合搅拌均匀成为混合增塑剂。(www.xing528.com)

②打浆：分别称取稳定剂，合并放入一只300m L的烧杯中；再在稳定剂烧杯中加入其总质量2.5倍的混合增塑剂，用玻璃棒搅拌使其成为均匀的浆料。

（2）制糊

①乳液法PVC树脂制糊

在上述浆料的烧杯中加入全部乳液法PVC树脂，再加入60％份的混合增塑剂，在不超过32℃的条件下不停地搅拌20～30min，使其形成分散均匀的糊状，然后加入剩余的混合增塑剂混合搅拌10～15min，即得均匀的PVC糊。

②悬浮法PVC树脂制糊

对悬浮法PVC树脂，制糊方法可分为拌料和冲糊两步。

（ⅰ）拌料：在上述浆料的烧杯内加入10％份的悬浮法PVC树脂和16％份的混合增塑剂，在常温下拌和均匀。

（ⅱ）冲糊：将50％份的混合增塑剂加热到150 155℃，热冲入已在常温下拌匀的物料中并不停地搅拌，在料温逐渐下降的同时物料变成半透明的、均匀的糊状物；当糊状物的温度下降到55～65℃时，加入余下90％份的悬浮法PVC树脂和剩余混合增塑剂，混合搅拌均匀即成为PVC糊。

（3）脱泡

启动真空装置，把PVC糊倒进脱泡装置的布氏漏斗中，使PVC糊逐滴下落，利用真空作用脱出糊中的空气。

（4）搪塑成型

预先将洁净的搪塑成型模具置于180℃的恒温鼓风烘箱内，加热10min后取出。使模具中凸出尖角部位倾斜，将悬浮法或乳液法PVC糊沿模具的侧壁匀速地注入模具型腔内并稍加震动，以利于排气。待PVC糊完全灌满模具型腔后暂停30～60s，以利于PVC糊均匀浸润模腔壁面，再将PVC糊倒回容器内，这时与模壁接触的一层PVC糊已发生部分胶凝。随即将搪塑模具送入160℃恒温烘箱加热10～40min，使贴于壁面的PVC糊熔化，然后取出模具用水或风冷至80℃以下，再用手工或抽真空的方法即可从模具内取出制品。

2.6.5 实验数据记录与处理（见表23）

表23 PVC糊的配方

2.6.6 注意事项

（1）悬浮法PVC树脂制糊时要采用热冲。

（2）实验时要注意各组分的加料顺序。

（3）搪塑工艺系高温操作，取放模具时务必戴手套，以免烫伤。

（4）PVC树脂分解会放出有毒气体，在灌模时要干净利落，避免将糊料溢出模外或滴落在烘箱内。

（5）避免用坚硬物件清理模具，以免刮伤模具内表面。

（6）脱泡操作过程中应缓慢开启放空阀，勿使真空系统中的干燥液体倒流。

2.6.7 思考题

（1）该实验配方在设计时应满足哪些性能及使用要求？

（2）应从哪几个方面判断产品质量是否合格？

（3）配方中树脂种类、增塑剂种类、增塑剂用量以及搪塑成型工艺对制品性能是怎样影响的？

（4）在由塑性溶胶变为制品的过程中，糊塑料发生了哪些物理变化？试加以详述。

2.6.8 预习要求

（1）了解塑性溶胶制备和搪塑成型的基本原理。

（2）了解塑性溶胶制备和搪塑成型的基本过程。

（3）了解实验所用的仪器设备及注意事项。