中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2018

专注于为医疗器械研发与生产服务

2019年 9月25日-27日 | 上海世博展览馆

深度了解PVC 塑化度

2018-02-06

1、塑化度对产品性能的影响

PVC产品的性能与塑化度息息相关,塑化度不良,制品发脆,力学性能不能达到要求;塑化度过高,制品会出现黄线,力学性能也不合格,塑化度在PVC制品的加工过程中是非常重要的。

过去我们有经验,称当塑化度60%~70%时性能最好,对于生产给水用管材的物料塑化度为60%-65%为最宜。因为在这范围内它能体现拉伸强度和冲击强度两个性能。但是,是不是PVC的Dg60%~70%,制品的性能就最好呢?

 

PVC制品业高级工程师王文治先生在2017年6月包头“热稳定剂环保研讨会”上发文指出:ISO 1452-2:2009用纵向拉伸强度≥45MPa,断裂伸长率≥80%,Tp≥185℃等三个指标来评价塑化度,这三个指标都是≥,说明塑化度要求越大越好。抗冲击强度随Dg的升高出现峰值,其它性能则为单调升高。

Summers等则认为,加工温度越高,PVC凝胶化所形成的三维网络结构强度越高,则制品的蠕变性越低,抗撕裂强度和长期耐应力强度越高。而关于加工温度升高,制品的韧性出现峰值的现象,不是由于Dg升高导致冲击强度下降,而是由于加工温度升高而发生熔体破裂和滑剂失效。

 

2、温度、剪切对塑化度的影响

PVC树脂的塑化是在机械力和热的共同作用下,粒子相对滑动、熔融、相互黏合形成熔体的过程。因此,机械力(剪切、压缩等)和热对PVC树脂塑化有直接影响。

在足够高的温度下,单独加热可使PVC树脂塑化。220℃下添加了铅盐热稳定剂的的PVC树脂,1分钟和3分钟后的照片:

320.webp meitu 1

3分钟后的状态说明PVC分子链打开,流动性较强,互相吸引熔合了。但是在这种状态下进行的塑化没有实际意义。一是热稳定性限制,二是塑化后的性能达不到要求。

既然单独加热无法满足要求,机械剪切和加热结合将会带来更切合实际的效果。PVC熔体的黏度较大,因此,在通常的加工温度范围,树脂单靠加热难以塑化。根据PVC树脂塑化行为模式和微观机理,如果在加热的同时对物料施以剪切和压缩,将有利于促进PVC初级粒子相互紧密接触,从而促进其塑化。

在通常的加工条件下,PVC树脂的塑化速率随加工温度和剪切速率的提高而加快。加工温度的提高,温差越大,热传递速率就加快。由于PVC是热的不良导体,剪切速度的增加会加快物料间的摩擦生热,同时加快物料与设备的接触频率,提高热交换效率。

在无增塑剂条件下,PVC材料在低温时不能形成熔体,呈玻璃态,处于玻璃态的物料既硬又脆,在玻璃态下材料不能加工;随着温度的升高到160℃时物料处于高弹态,但在该区域物料还是无法流动,只能使物料变软、粘弹性增加;真正能达到PVC熔体加工的、而且有流动性的,温度应在160-200℃之间。但是对于任何稳定剂,在温度高于200℃时,长期受热,物料又分解了,所以在控制塑化度时,温度只能控制在160-200℃之间。在这40℃的温差范围内,PVC的温度设置在170-180℃之间时,塑化较好。

 

3、树脂结构对塑化度的影响

不同的加工工艺造就了PVC树脂颗粒的疏松程度的不同。疏松型树脂具有比紧密型树脂更快的熔融速率。比如疏松型本体法树脂比紧密型本体法熔化地快。

PVC的玻璃化转变温度和熔点均随分子量和结晶度的增大而提高,同样PVC的塑化也随之变难。

 

4、PVC配方对塑化度的影响

 在PVC加工过程中用到润滑剂、增塑剂、加工助剂、冲击改性剂、填料、稳定剂等对PVC塑化的性质影响较大。当然不同的组分由于其应用的目的不同,对PVC塑化性质产生影响的方式和程度不同。

举个简单的例子,我们在做流变试验时,很容易发现:随着CPE份数的增加,塑化时间缩短,说明CPE能够促进塑化。随着稳定剂的增加,塑化时间延长,因其含有外润滑,增加稳定剂的量,外润滑剂的量自然也就增加。ACR、滑剂等所有助剂都会对塑化行为产生影响。

 

5、混料与加工过程对塑化度的影响

混料是将PVC树脂与热稳定剂、改性剂、润滑剂、填充剂色料等助剂混合均一化的过程。使用的设备主要是高速捏合机、冷却搅拌机。混合的过程是依靠机械力作用在物料上产生的相互之间的摩擦力、剪切力使物料细化、升温,使一些助剂熔化,包覆在PVC树脂表面。PVC树脂在剪切、摩擦作用下细化,在温度作用下表面呈现松软、多孔状,将助剂吸附在表面并达到均一化,温度进一步升高,颗粒表面熔化,颗粒的密度增大。

在这一过程中PVC树脂颗粒在强力搅拌下,料温在50℃以下时,结团的粉粒和较大的颗粒被磨擦,冲击颗粒粉碎变小,这时干混料的表观密度变化不大而树脂颗粒变小。料温在80℃以上至120℃左右时,PVC树脂颗粒膨胀变大(玻璃化温度附近热膨胀系数较大),颗粒尺寸趋于均匀,颗粒的平均尺寸与未混合的PVC树脂颗粒相近。同时,由于颗粒吸收了助剂,干混料的表观密度迅速增加。

 

混料的过程可以这样理解:

微观:

144 meitu 1

宏观:

103

过程并不复杂,但混合的质量直接影响正常生产和制品的质量。混合的均匀与否,以及后面生产过程中剪切挤压和热传递的均匀与否,都可造成塑化的不均匀性。

 

6、加工过程提高塑化度的简单方法

1、通过提高机身和螺杆的温度。

2、待螺杆转速正常时,提高喂料机的喂料速度来提高塑化度。

3、在挤出机额定转速和满足喂料的情况下,提高挤出机的转速。

4、给干粉料一个良好的熟化期(12-48h)。

来源:森德利科技