cpvc树脂加工工艺的探讨

cpvc树脂加工工艺的探讨

氯棕榈酸（cppcc）树脂的总含量一般为61%70%。由于其物理机械，尤其是耐温性、耐候性、耐腐蚀性、耐老化性、粘度、刚性等，随着含氯量的增加而增加。因此用它制造管材,非常适用于埋地高压电缆工程中保护高压电缆,此外它还可以应用于给水工程和集中供暖系统中输送热水。但是含氯量的增加也使CPVC树脂的熔融黏度增加、脆性增大、冲击强度下降、热稳定性降低,给CPVC加工带来很大困难。同时如果工艺控制不当将会产生大量的HCl气体而使加工设备和模具受到严重腐蚀,因此CPVC树脂的加工问题一直是人们讨论的焦点。在CPVC树脂的加工过程中,“塑化”是关键,因而,如何从配方、设备及工艺技术上得到更好的塑化效果,是CPVC树脂加工的关键。文章主要以生产符合GB2479-2005标准的埋地式高压电力电缆用氯化聚氯乙烯(PVC-C)套管为例,讨论CPVC管材的生产工艺。1原材料的选择1.1采用水相悬浮法生产cpvc树脂国外生产CPVC的著名厂商,如美国的B.F.Goodrich公司、德国的BASF公司、法国的ATOFI公司等首先研制生产CPVC树脂的专用PVC树脂,采用在悬浮法聚合的过程中添加特殊的助剂,然后将这一专用PVC树脂再经过水相悬浮法生产CPVC树脂。中国山东旭业新材料股份有限公司在参阅了国际上CPVC生产文献资料的基础上,利用自己的科研力量所生产含氯质量分数为65%~70%的CPVC挤出级CPVC树脂J700,其加工性能优越,已在国内市场上显示了较强的竞争力。该树脂采用水相悬浮进行氯化反应生产氯化聚氯乙烯,其主要特点是分段氯化,利用可控制的分段反应温度和压力使其获得氯化均匀的CPVC树脂。为了减少在氯化过程中所产生的籽链和支化反应现象,宜在氯化反应前进行脱氯处理。根据多年的生产经验表明,J700适合生产优质CPVC管材,其物理性能可与国外品牌相媲美。1.2cpvc树脂的选择CPVC树脂与PVC具有较好的相容性,在研究PVC与CPVC(含氯质量分数61.6%)共混物时发现,在整个组成范围内都只有1个玻璃化转变温度,透射电子显微镜显示了共混物为均相结构。因此考虑到CPVC树脂难以加工,且价格大约是PVC树脂的3倍左右。考虑到产品的物理性能及于加工和生产成本因素,在生产CPVC管材时,一般加入一定比例的PVCSG-5型树脂。相关研究表明:用CPVC/PVC合金制造管材,维卡软化温度可达100℃,并且扁平试验和落锤冲击试验均能达到GB2479-2005标准要求。根据近年来的生产经验,笔者选择齐鲁石化生产的PVCSG-5型树脂。该树脂一般用来生产硬质PVC管材。1.3抗冲型acr由于CPVC树脂氯含量较高,它的抗冲击性能比PVC树脂更差,必须加入抗冲击剂加以改性,常用的抗冲击剂有:CPE、MBS、ABS和抗冲型ACR等。但CPE玻璃化温度较低,加入会降低CPVC管材的耐热性能,而抗冲型ACR对CPVC管材的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量降低较多,专用于抗冲改性的ABS较少,且ABS易分解,综合考虑各种因素,选用MBS作为CPVC管材的抗冲改性剂。根据试用不同厂家、不同型号的MBS,笔者最终选用日本钟渊生产的B564型MBS。1.4稳定剂的选用CPVC树脂在加工过程中较PVC更容易分解,因此CPVC热稳定剂的选择尤为重要。在加工过程中,一般需要加入比PVC更多的热稳定剂,但是热稳定剂不易添加过多,否则会影响CPVC树脂的塑化。常用的热稳定剂有复合铅盐稳定剂,Ca/Zn稳定剂以及有机锡类稳定剂等。基于环保和实用性的考虑,选择Ca/Zn稳定剂。经过多次试验,选择新加坡三益SAK-C278-NP稳定剂为主稳定剂,同时加入一定量的辅稳定剂,从而达到完全理想的热稳定效果,同时对管材的其他物理性能影响极小。1.5其他表面活性剂CPVC树脂具有很高的熔体黏度和更差的热稳定性,必须加入一定量的润滑剂来降低熔体黏度和改善熔体的金属剥离性,从而延长材料的稳定性及成型加工时间。根据EsmailOElakesh等人的研究,用聚乙烯石蜡和硬脂酸作为CPVC树脂加工的内外润滑剂,来达到降低CPVC树脂黏度、改善熔体金属剥离性、减少挤出负载和降低分子间作用力的目的。另一方面,润滑剂的加入,会降低CPVC树脂的耐热性,所以必须控制加入润滑剂的用量。通过多次生产及试验,作者选择了克莱恩生产的PE-520聚乙烯石蜡和印尼PT.SUMI.ASIH生产的SA1801作为生产的内外润滑剂。1.6填料对接枝的影响填料的加入一方面会提高CPVC管材的维卡软化温度,提高CPVC管材的热稳定性,降低CPVC管材的热收缩,降低生产成本,另一方面会降低CPVC管材的拉伸强度、落锤冲击强度。作者常用填料一般为碳酸钙。通常说来,碳酸钙的粒径越小,碳酸钙进行表面活化处理,对管材的拉伸强度和落锤冲击强度影响越小,但是目数太大后,碳酸钙容易团聚,不利于分散,反而不利于管材质量。近年来随着对活性纳米碳酸钙的研究发现,与普通碳酸钙相比,纳米碳酸钙具有优异的性能.它在塑料、橡胶等高分子材料中具有补强作用,可提高产品的机械性能;或者在保证性能不变的条件下增加填料的用量,降低生产成本。但是加入活性纳米碳酸钙过多,会提高熔体的黏度,使加工困难。因此笔者选择800目的活性碳酸钙和纳米碳酸钙使用配合使用。1.7颜色粉末根据GB2479-2005标准对颜色的要求,采用市售桔红色色粉。2cppc地板生产、加工2.1cpvc性能配方根据前文讨论的各种原材料的特性和对CPVC管材生产中的影响,以及多次的试生产过程中不断的调试,最终确定生产CPVC管材的配方如表1所示。2.2cppc一代产品2.2.1温度对混料料表观密度的影响混料工艺有两个要求:一个是投料的次序,二是混料的温度。通常情况下,按次序投料可以获得更好的混料效果。它可以使用量较少的组分充分得到利用。而混料温度的设定对CVPC物料的混合质量和预塑化起到至关重要的作用。高速搅拌时混料温度的提高应该完全依靠物料在缸内高速运动而产生,从而使物料由固体、单相、不均态向多相、均态、部分凝胶态转化,而且物料温度不断上升,CPVC颗粒和其他组分不断相互渗透,CPVC颗粒表面逐渐吸收或吸附稳定剂、润滑剂等,可通过表观密度的增加来衡量密实度。通常PVC树脂的表观密度仅为0.45~0.55g/cm3,而热混料表观密度可增大至0.63~0.70g/cm3。低速冷拌的温度设定要保证以最短的冷却时间获得理想的混合物,以提高工效,减少成本。具体工艺详见图1所示。2.2.2工艺温度的影响CPVC管材的挤出工艺重点是工艺温度,它将直接影响管材的塑化质量和最终产品的重量。除了工艺温度外,其他如机身真空、定径真空、牵引速度等也影响了管材的质量。例如,机身真空可直接影响到管材的落锤冲击强度,定径真空影响到管材的内外径尺寸,而牵速度不仅仅影响到管材的壁厚,对管材的纵向回缩率也有一定的影响。在这里主要讨论工艺温度对管材的影响。理论上,CPVC材料的加工温度要比PVC高,但实际上,根据多年的加工经验,CPVC的加工温度要比PVC低5~8℃,这是因为CPVC熔融黏度比PVC大,熔融的分子之间将会产生大量的摩擦热,这时如果挤出机再提供给它过多的热量,很容易造成物料的分解。在工艺温度设定上,应尽量保持曲线的平缓,这样有利于CPVC树脂的塑化质量。一般曲线为“U”形是比较适宜的。整个工艺温度的控制大体可以分为三部分:机筒、合流芯和模具,机筒温度从一区开始依次递减,合流芯温度又要比机筒温度略低一些,在模具的温度设定中,值得注意的是口模的温度和芯模的温度,口模的温度应比机筒的加料段温度低10℃左右,否则会影响管材的纵向回缩率,对纵向回缩率无要求的管材则不受此限制,芯模加热可以在管材正常牵出后即断开,CPVC熔体的热量和对芯模摩擦所产生的热量完全可以维持芯模的温度。根据多年的生产经验,典型的加工温度如表2所示。3cpvc/pvc混料树脂的研制根据GB2479-2005标准提供的测试方法及产品质量标准进行测试,按照以上工艺配方生产管材的物理性能如表3所示。通过测试结果和试生产过程中,可以得出以下结论:1)埋地式高压电力电缆用氯化聚氯乙烯套管的生产中,如果选用国产CPVC树脂,必需选用管材专