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优化原材料选择与配方设计:关键步骤

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:生产大口径硬质PVC管材时,需要物料有更好的热稳定性和流动性,除对上述牌号的PVC树脂进行配方调整外,目前已有大口径管专用PVC树脂。另外,在对配方料进行混合时,漂散的铅盐类热稳定剂的粉尘容易被人体吸入,对人体造成损害。润滑剂的选择和用量与PVC加工方法、设备特征、模具结构等有关。

优化原材料选择与配方设计:关键步骤

1.原材料选择

(1)PVC树脂PVC树脂有均聚物、共聚物以及氯化聚氯乙烯之分,大多数硬质制品采用均聚物。同时,由于合成工艺不同,导致树脂的形态也有差异,有悬浮法PVC树脂(俗称SG树脂)和本体法PVC树脂两种产品。PVC树脂的性能,尤其是加工性能与其相对分子质量有关。工业上常用粘度或K值表示平均相对分子质量(或平均聚合度)。相对分子质量越高,制品的拉伸强度、冲击强度、弹性模量越高,但树脂熔体的流动性可塑性下降。低相对分子质量的PVC,粘度低,容易加工。生产硬质PVC管材的树脂应选用中等相对分子质量的SG-5型树脂。同时对树脂的白度及杂质含量如黄、黑点及鱼眼等也有一定的要求。PVC树脂的堆密度对挤出工艺有一定的影响,生产时应视具体情况对工艺作相应的调整。生产大口径硬质PVC管材时,需要物料有更好的热稳定性和流动性,除对上述牌号的PVC树脂进行配方调整外,目前已有大口径管专用PVC树脂。

(2)稳定剂 在硬质PVC管材加工中,热稳定剂是不可缺少的重要组分。传统使用的热稳定剂是铅盐类稳定剂,具有代表性的有三盐基性硫酸铅和二盐基性亚磷酸铅,俗称三盐和二盐。铅盐类稳定剂具有热稳定性好、电气性能优异,价廉等特点,但毒性较大,对人类健康有危害,不宜用于PVC饮水管。另外,在对配方料进行混合时,漂散的铅盐类热稳定剂的粉尘容易被人体吸入,对人体造成损害。

目前,双螺杆挤出机生产硬质PVC管材普遍使用复合稳定剂,主要成分是脂肪酸类金属皂,其脂肪酸含量均大于70%(质量分数)。根据塑料管的加工条件及应用要求,分别选用硬脂酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镉、硬脂酸锌及硬脂酸镁等,以钙、锌、镁为主的复合稳定剂用于无毒制品。而铅含量较高的复合稳定剂则可用于大口径PVC管的挤出加工。

另外,一些从国外进口的复合稳定剂已被广泛采用,如日本三井物产的OGP类复合稳定剂、德国的熊牌复合稳定剂SMS类等,加工硬质PVC管通常使用的OGP-101、SMS318等。SMS305适用于生产大口径管材,SMS319适用于生产高填充量的PVC建筑排水管。

热稳定剂有很多种类,应根据所生产的产品性能要求及加工设备等因素进行选择。无润滑体系的铅盐类稳定剂用量一般为3~6份,复合稳定剂的用量一般为1.5~3份,用量太少,物料容易分解,用量太多,则会增加产品成本

(3)润滑剂 润滑剂种类也较多,且在使用过程中分内润滑、外润滑及内外润滑三类。内润滑剂与PVC树脂相容,常用的内润滑剂为脂肪酸及其酯类,如硬脂酸、硬脂醇、硬脂酸丁酯等。外润滑剂与PVC树脂不相容,通常用低分子蜡(如石蜡聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡等)作为外润滑剂。内外润滑剂与PVC树脂部分相容,典型的内外润滑剂是酯蜡,即褐煤酸酯蜡类的OP蜡、E蜡和D蜡等。

润滑剂的选择和用量与PVC加工方法、设备特征、模具结构等有关。不同的加工条件如单螺杆、平行双螺杆、锥形双螺杆等所用的润滑剂种类及用量也有所不同。

(4)加工助剂 为了提高配方混合料在混合过程中的分散性,促进物料的熔融,缩短熔融时间,减少挤出时因压力波动而造成的物料流动状态的波动和改善产品的外观质量,需添加少量的加工助剂。

为了避免因加工助剂的加入而降低PVC管材的物理力学性能,应选用高聚物类加工助剂,丙烯酸类共聚物ACR是使用最多的加工助剂。ACR是由甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸及苯乙烯接枝共聚形成的共聚物,因甲基丙烯酸甲酯的相对分子质量不同、丙烯酸类型的不同以及苯乙烯含量的不同,可以生产适合不同加工条件的各种ACR产品。如ACR-201、ACR-401、PA-20、PA-2l等均适合加工PVC塑料管。特别是ACR-401,它在促进物料塑化的同时还能提高产品的抗冲击性能。进口产品中,美国Rahm—Hass公司的KM系列及日本钟渊的PA系列都是性能较好的加工助剂。

加工硬质PVC管材使用ACR的量一般在1~5份之间,用量太少,难以起到促进塑化的作用,用量太多则增加产品成本,而进口产品PA-2l等的用量则在0.5~3份之间。ACR的用量还要视加工设备的性能而定,塑化性能好的挤出机用量相对较少,甚至可以不用,塑化性能不好的挤出机加工制品时必须使用ACR,且用量相对较多。

(5)冲击改性剂 硬质PVC塑料的冲击强度很高,但对缺口很敏感,另外,低温冲击性能也不好。为此,需在PVC中添加适量的冲击改性剂以达到需要的冲击强度。

CPE(氯化聚乙烯)是硬质PVC管材常用的抗冲增韧剂。CPE是聚乙烯(PE)的氯化产物,氯的质量分数为34%~38%的CPE与PVC树脂相容性好,其共混物不仅具有优异的耐低温冲击韧性,而且能保持PVC良好的耐化学腐蚀性、耐油性、电气性能及难燃性。一般CPE的添加量为4%~12%(质量分数)。

由于ACR是多组分接枝共聚物,其性能与接枝的组分有关。有些规格的ACR不仅是塑化促进剂,也是抗冲改性剂。KM系列的ACR就有较好的抗冲击作用。

MBS抗冲改性剂是三元接枝共聚物(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯)。丁二烯弹性体的含量决定了MBS的抗冲性能。但由于MBS分子中的丁二烯所含的双键受紫外线作用后易老化,所以室外使用的PVC管材不宜采用此类抗冲改性剂。

(6)填充剂 在硬质PVC管材挤出成型过程中,主要用碳酸钙硫酸钡重晶石粉)为填料。碳酸钙使管材表面性能好,轻质碳酸钙要求其粒度在320~400目之间,重质碳酸钙要求其粒度在600~800目之间。活性碳酸钙与PVC树脂有一定的相容性,但价格相对较高。无论选用何种碳酸钙,都必须要求其白度不小于90度。硫酸钡可改善成型性,使管材易定型。

填充剂可降低成本,但用量过多会影响管材性能,压力管和耐腐蚀管最好不加或少加填充剂。

(7)着色剂 本色的PVC制品呈淡黄色,通常PVC塑料管都应适当添加些着色剂。常用的着色剂有钛白粉、炭黑、酞菁蓝、群青等,可视着色需要酌量添加。钛白粉为常用的色料,它是一种遮盖力、耐热性、耐迁移性都较优良的白色着色剂和遮盖剂。按其不同的晶体结构可分成锐钛型和金红石型,锐钛型钛白粉白色中带有蓝光,所以视觉上感觉比金红石型钛白粉白度更好,但其耐候性比金红石差,所以PVC白色塑料管常用金红石型钛白粉。制作灰色管材时也需用钛白粉将PVC树脂的本色遮盖住,然后通过调整炭黑用量可制成深灰、中灰和浅灰。同理,可制作其他颜色的产品。

2.配方实例(www.xing528.com)

(1)PVC饮用水给水管配方(见表3-4)

表3-4 PVC饮用水给水管配方

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(2)PVC非饮用水给水管配方(见表3-5)

表3-5 PVC非饮用水给水管配方

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(3)PVC建筑排水管配方(见表3-6)

表3-6 PVC建筑排水管配方

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(续)

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(4)PVC埋地排污管配方(见表3-7)

表3-7 PVC埋地排污管配方

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(5)PVC建筑用电工套管配方(见表3-8)

表3-8 PVC建筑用电工套管配方

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