PVC材料和塑化原理

PVC型材材料和塑化原理PVC异型材是用于制作门窗的基材之一，优异的耐侯性、耐老化性是制造的首要条件，而型材的塑化，原辅料选择、填料加入量是影响型材质量的关健。下面就PVC的塑化和材料选择作一阐述。一、 PVC树脂的性能和状态PVC树脂不同于PE和PP类的聚烯烃树脂,该树脂在塑化以后，分子间有极强的极性键存在，会造成树脂粘度上升，同时PVC树脂的塑化温度和分解温度很接近,加工工艺特别窄,需要合理的配方,添加相当的助剂，而型材又绝对禁止加入增塑剂，使型材加工难度更大。PVC塑化的过程，是从固态f高弹态f粘流态的状态转换。实现状态转换的前提是能量，能量的提供方式是热能，而热能有两种方式，即热源（加热）和摩擦来实现的，所以PVC的状态转换，就需要充足的热能和合理的摩擦剪切能。PVC树脂在一定能量的条件下，第一状态是膨胀，第二状态是粘流，密度随着状态的改变而改变。二、 配方的选用PVC的配方是至关重要的决定因素，原因有三：（1）PVC的加工范围需要助剂进行调整；（2）PVC塑化以后粘度非常大，需要定量内润滑和外润滑剂加以避免，改善流动状态；（3）不添加增塑剂，须用最佳的材料配比，实现PVC的塑化提高制品的耐侯、耐老化性能。F面就配方，来对PVC塑化原理作一分析:优质的稳定剂是保证型材塑化，耐侯，耐老化的前提°PVC的配方主要有铅系、稀土，有机锡三大类稳定体系，由于各厂复合稳定剂的体系不同，难以—阐述，在此以单体盐来作一分析：（1）三盐基性硫酸铅是PVC很好的热稳定剂，当PVC被加热后，加入1〜2%即能很明显的提高制品的热稳定效果。二盐基亚磷酸铅不仅具备加工热稳定作用，并且对制品的长期性能帮助较大，一般加入量在1〜2%左右，就能保证制品的长期稳定性能；（2）在润滑体系中，硬酯酸钙是效能明显的内润滑助剂，钡和铅次之，硬酯酸铅在后期的外润滑效果比较明显，硬酯酸和PE蜡外润滑作用较好；（3）ACR类加工助剂是一种高分子内增塑剂，由于选用MMA作为主要单体，和PVC的相容性极好，这在降低PVC塑化温度的同时，与PVC的材料不会出现不相溶的情况；（4）PVC的抗冲改性主要依赖加入一些橡胶体，目前有CPE和ACR；（5）填料适当加入可以提高制品的刚度和硬度，颜色通过加入一定量的钛白粉解决。三、PVC工艺和塑化原理混配完成后，PVC在高速混料中，产生了很大的摩擦热，从而使PVC树脂中的润滑剂充分熔化，渗透吸附到PVC表面，也使助剂、填料等均匀地分布于PVC颗粒的相中。混配料进入挤出机后，由挤出机通过加热方式提供热能，PVC树脂中的外润滑首先由低能量区向高能量区运动，形成初级润滑。PVC树脂在吸附能量以后，颗粒开始膨胀，进入高弹态。由于外润滑在初始运动时，带走了一部分能量，从而保证了PVC的初期稳定性能。这时，对PVC粒子来说，外润滑、内润滑和加工助剂由于其熔点和玻璃化温度较低，就形成了能量中心。热能不断地促进了内外润滑剂和加工助剂的运动，轰击着已膨胀的PVC颗粒，使颗粒外层不断聚集能量。此后，通过螺杆的挤压、剪切，外层分子开始运动，内层分子便被裸露出来。新的能量又促进了裸露微粒再次膨胀，再次挤压、剪切，从而使PVC分子得以充分运动，发生塑化。这时，稳定剂和润滑剂等其它助剂，也被均匀地分布在PVC的每个相中，流动性就变得越来越好。四、配方中材料对老化性能的影响PVC型材是门窗的组装基材，而门窗是建筑材料暴露在外面最多的材料之一，完全不同于户内制品。（1）门窗材料暴露在自然环境中，会与大气中N、0、CO、SO、HS等气体接触；（2）门2 2 3 2窗会常年受紫外线，红外线的照射；（3）冬夏户内外温差大，门窗热胀冷缩明显；（4）使用环境中，沙尘风暴、雨雪冰雹的袭击需要经受。配方须满足上述条件下的正常使用和性能保证。这也是国家标准的制订依据。成窗的内侧在户内，常年温差一般在0〜30°C左右。外侧与大气接触型材老化相应要快。一般PVC与大气中N、0、CO不会发2 2 3生化学反应。但型材的配方中目前以铅系稳定剂的居多，配方把握不好，产生大颗粒塑化，PVC表面就会形成类毛孔现象，稳定剂不能被很好的剪切、均匀地分布，就会随滑剂被挤到表面，与含硫气体反应形成点状或块状黑斑，而且，长期光照以后型材还会变黄、老化。而且由于加工时材料不能很好的被剪切，材料的内应力相对集中，焊角强度也较低，焊口极易开裂。紫外光有极强的穿透力，能将型材表面造成破坏。以抗冲改性剂为例，CPE在型材中是以网络结构分布的，紫外光很容易穿透其部分分子链，经过一段时间以后，型材性能会显著降低。而丙烯酸酯是核壳桔构的高聚合体，其核心部分经过交联聚合，不容易被紫外光射透，从而可保证材料的长期性能。红外光会产生很大的热能，使型材表面分子膨胀，型材中的颜料会随着分子的膨胀而出现位移，造成色度下降。所以，在PVC型材中要选择优质晶形的钛白粉。外门窗须面对一个温差大的问题，以我国东北地区和西北地区为例，夏天光线直射，门窗外表面温度高时可达40~50°C；冬天，其外表面温度又有时会降到一30〜一40C，温差达到80〜90C，温差大，热胀冷缩的现象严重，膨胀会使材料表面变松，滑剂流失、收缩，玻璃化温度高的材料脆性增加。如CPE的玻璃化温度在一20C左右，当达到一30C时，会显现出脆性。而丙烯酸酯核心玻璃化温度在一50C左右，就会有很好的耐低温性能。同时，若添加DOP类增塑剂时，材料收缩就会被挤出，在夏天强光照后，会出现退光和银纹，特别是CaCO3高填充型材，由于塑性材料低温收缩率大于CaCO3，低温3环境下材料的范德华力下降，脆性增加，耐老化性能下降。现在市场上的ACR加工助剂，由于MMA（甲基丙烯酸甲酯）的价格高达13000元／吨以上，一些偷工减料的厂家在产品中添加很多其它材料，如裂解回收的MMA、苯乙烯、丙烯睛等，由于苯乙烯、丙烯睛均含双健，光照以后会降解变色。这一类材料的加入，和PVC相容性差，温度变化，会使型材的耐老化性明显降低。同时由于使用了裂解单体，长期的耐侯性能变差，短期内就可能出现变色等问题。所以ACR的选择对型材品质至关重要。温度变化造成的型材尺寸率大，是型材中很难克服的一个问题。双玻窗在冬季出现玻璃开裂，就是型材的低温条件下，外侧型材收缩，内侧没有变化，型材弯曲造成的。收缩率大和选用CPE抗冲改性剂有关。CPE是网络结构分布。所以，CPE在型材中的使用量必须减少，或和丙烯酸酯类抗冲改性剂共用，甚或不用。我国多数地区对型材抗风压强度要求都很高。而抗风压强度的提升须先提升材料的抗冲强度和焊角强度。抗冲强度主要满足的是外侧面，而焊角强度直接与填料添加成反比例关系，与拉伸强度、断裂伸长率直接反应材料的可塑性能，所