关于PVC-U型材的低温性能几个问题探讨
摘要：本文主要从型材的断面结构、塑化程度、原料CPE添加量等几个方面来探讨分析对低温性能的影响。 关键词：塑化程度、多孔板、CPE、低温性能
引言 众所周知，PVC材料是低温脆性材料，在生产过程中低温性能是PVC-U型材检验的一项重要指标。本文主要从型材低温落锤来反映PVC-U型材的低温性能，主要从型材的壁厚和断面结构、型材的塑化程度、型材原料CPE添加量等几个方面来探讨分析。 1.型材断面内筋影响 1.1. 支撑内筋物料的压力 在同一批原料和同配方下，相同断面不同模具生产型材低温落锤破裂不同，经过观察破裂型材，发现多数破裂是在支撑内筋处破裂。经工艺人员多次工艺调试，结果并没有明显的改善。后与模具人员讨论，通过适当增加口模内筋压力，后经多次试验处理，破裂个数明显减少。原因是料流基本没有压缩直接从供料腔进入平直段，造成内筋出料密实度很差，因此在内筋与外壁连接处容易被密实度很好的外壁出料所牵扯，于是造成收缩痕等应力集中点。 1.2 内筋与外壁相连处倒角过渡 在做一系列低温落锤试验破裂现象显示：多数破裂是沿着内筋呈现线性破裂。经过没有破裂的断面和破裂的对比观察，发现多数破裂处内筋与外壁连接处都呈现尖角或没有过渡，形成了应力集中。与模具人员讨论研究，在口模内筋与外壁相连处做倒角过渡处理，释放应力，如图例1所示。后经多次验证表明，该方法大大降低了破裂个数，改善了低温落锤物理性能。 图1 同一断面尖角处理前后图例 2.塑化程度 2.1 工艺控制 塑化过程主要是由挤出机通过加热方式和螺杆与物料摩擦提供热能，使物料的形态由玻璃态到高弹态到粘流态的转变过程。 在此过程中稳定剂和润滑剂等其它助剂，也被均匀的分布在PVC的每个相中，流动性就变的越来越好。此过程螺杆转速、螺筒温度控制等对物料剪切作用的大小不同、输送时间不同，物料组份分散、塑化不同，相对于低温性能也有所不同。 针对工艺塑化问题做了一些实验调试：如表1所示，低温低速工艺条件下, PVC 在机筒和模具中驻留时间延长,温度低时导热性不佳的PVC与加工助剂不能充分揉和，组份的不均匀性会引起内部应力集中, 大幅降低低温落锤冲击性能；相反，在高温高速工艺条件下，容易引起局部能量过高，物料发生分解，同样导致型材产品物理性能下降。 表1 不同工艺对型材低温性能的影响
2.2 增加多孔板 在生产过程中发现，每台挤出机的螺杆剪切能力大小不同，一味单靠挤出速度和料筒温度的调节并不能有效控制塑化。经与螺杆厂家和模具人员讨论试验，在挤出机过渡段加上多孔板，控制物料的压力和分散度，进而控制塑化。塑化度可以用二氯甲烷浸泡试验来判断，相对比较简单。 如图2所示，物料组份经过多孔板时，多孔板增加阻力，增大了物料压力，进而物料再一次充分分散揉和，增加组份之间的分散度；而如图3所示，没有加多孔板物料只是简单地加热过渡。
多孔板 图2 物料经过多孔板的形态图
图3 物料经过没加多孔板的形态图
后来在实际生产过程中，并不是所有挤出机都那么理想。部分挤出机本身塑化能力就够的，加多孔板后，型材产品颜色出现发黄现象。后根据挤出机实际情况，相对应改变多孔板孔径的大小，后经过多次试验，物理性能得到了改善。 3.原材料CPE的用量影响 CPE 为PVC 的主要冲击改性剂，其用量影响低温落锤抗冲击性能，在一定范围内，一般随用量增加而提高。主要增韧机理：CPE的结构为线性高分子，与PVC有较好相容性， CPE分子能渗透到PVC分子之间，形成网状结构，缓解外来冲击能量，具有增韧效果。 在同一批原料和同一配方体系，改变CPE的添加量来观察对型材产品的低温性能影响。如表图4可知，CPE添加量在一定范围内，随用量增加拉伸冲击强度有所提高，但到一定量之后再加效果就稍有降低，一般添加量在10phr左右较为合适。
图4 CPE添加量与拉伸冲击强度趋势图 4.小结 ⑴ 型材模具在处理内筋是应考虑适当增加内筋物料的压力，在口模内筋与外壁相连处进行倒角处理，可以对型材低温性能有所改善。 ⑵ 在挤出机螺杆转速、料筒温度等工艺的选择，对型材物理性能影响较大，既不能塑化过度，导致物料分解；又不能塑化不够，导致产品物理性能下降。 ⑶ 可以根据每条挤出机的螺杆剪切能力大小，添加合适孔径的多孔板，提高物料组份分散和增加物料在挤出机中的压力，来找到合适的塑化度。 ⑷ CPE抗冲改性剂的添加量也要根据实际配方体系添加，建议一般添加10phr左右较为合适，添加过少达不到效果，添加较多则其他物理性能下降。 |
