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昆山PVC树脂加工——影响塑化过程的几点因素
[2020-12-26]

昆山PVC树脂加工——影响塑化过程的几点因素


1加工条件

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:

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。根据前两篇所述的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的间的摩擦生热,同时加快物料与设备的接触频率,提高热交换效率。

2树脂结构

◆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的块。


◆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的塑化度也随之变难。

3配方因素

◆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:看下面的PVC-U配方和流变图随着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。


4混料与加工过程

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5O℃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:

宏观: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。


塑化影响因素这么多,回顾一下:

温度:低了不塑化,高了稳定性不行,加工温度在有限的区间内可调。

剪切力:适当的加工温度加剪切力,能够满足要求。

树脂:型号基本不变,影响甚微。

助剂:加工助剂ACR对PVC塑化的影响比较大,为获得良好的表面光泽度、降低加工温度、提高PVC制品综合性能,可选择合适的ACR添加。

混料和加工过程:既定的产品,有既定的混料方式。加工过程,受力传热越均匀越好。


如何能够保证物料在加工过程中的受力和受热的均匀性,保持良好的塑化度?把这个任务交给润滑剂。

用这张熔体流动图帮助理解内外润滑改变熔体流动行为。第一个是没有润滑。内润滑的作用如(a),能够降低熔体黏度,中心处的的流动速率最大,外缘最小。外润滑的作用如(b),是减少物料与金属表面的黏附,但不影响其黏度,因此熔体前沿等速推进。改变了熔体的流动,也就改变了树脂的塑化。


在树脂的加工过程中,树脂塑化所需的热量来源于从机筒壁和螺杆表面的传导,以及物料在供料和压缩阶段的摩擦。但是,通过传到的热转移速度慢,无法满足要求,摩擦是主要热源。不难理解,内润滑削弱了PVC粒子间的作用力,能够让绝大部分PVC粒子在受到剪切力时相互之间比较均匀地滑动,促进均匀塑化,或可以通过外润滑剂作用减慢物料升温速度,并降低机械力在物料中传递效率。也可以说它们是协同作战,作用巨大。


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