【科普貼】PVC-U塑料管材發(fā)脆的原因分析（上）

一直以來(lái)塑料發(fā)脆是困擾一些企業(yè)正常運(yùn)營(yíng)的因素，管材發(fā)脆無(wú)論從截面外觀上還是安裝認(rèn)同程度上都或多或少的影響著這些管材企業(yè)的市場(chǎng)份額和用戶(hù)信譽(yù)，管材發(fā)脆基本上在制品的物理、力學(xué)性能上得到充分體現(xiàn)。

本文將從配方、混料工藝、擠出工藝、模具和其他外界因素對(duì)造成PVC-U塑料管材發(fā)脆的原因進(jìn)行了論述、分析。

PVC管材變脆主要性征為：下料時(shí)崩口、冷沖破裂。

造成管材制品物理、力學(xué)性能差的原因有很多，主要表現(xiàn)為以下幾種：

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配方及混料工藝不合理

（1）填料過(guò)多。針對(duì)目前市場(chǎng)上型材價(jià)格低，而原材料價(jià)格上漲的格局，管材廠家都是在降低成本上作文章，正規(guī)的管材廠家通過(guò)配方的優(yōu)化組合，是在不降低質(zhì)量的前提下，降低了成本；有些廠家卻在降低成本的同時(shí)也降低了制品質(zhì)量。由于配方組份的原因，較直接有效的辦法是增加填料，在PVC-U塑料管材中常用的填料為碳酸鈣。

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在以前的配方體系中多數(shù)是填加重鈣，其目的是增加剛性和降低成本，但重鈣由于本身粒子形狀不規(guī)則而且粒徑比較粗與PVC樹(shù)脂本體的相溶性差，所以其添加份數(shù)很低，而且份數(shù)增大時(shí)會(huì)對(duì)管材的色澤和表觀造成影響。

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現(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展，大多采用超細(xì)輕質(zhì)活化碳酸鈣、甚至是納米級(jí)碳酸鈣、其不僅起到增加剛性和填充的作用，而且還具有改性的作用，但是其填加量并不是無(wú)限度的，其比例應(yīng)該加以控制。現(xiàn)在有些廠家為了降低成本將碳酸鈣加到20-50質(zhì)量份，這大大降低了型材的物理力學(xué)性能，造成管材發(fā)脆現(xiàn)象。

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（2）抗沖擊改性劑添加種類(lèi)、數(shù)量。抗沖擊改性劑是在應(yīng)力作用下，能夠提高聚氯乙烯破裂總能量的一種高分子聚合物。

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目前硬質(zhì)聚氯乙烯的抗沖擊改性劑的主要品種有CPE、ACR、MBS、ABS、EVA等，其中CPE、EVA、ACR改性劑的分子結(jié)構(gòu)中不含雙鍵，耐候性能好，適宜做戶(hù)外建筑材料，它們與PVC共混，能有效的提高硬聚氯乙烯的抗沖擊性能、加工性、耐候性。

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在PVC/CPE共混體系中，其沖擊強(qiáng)度隨CPE的用量增加而增加，呈S形曲線。添加量在8質(zhì)量份以下時(shí)，體系的沖擊強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度非常小；添加量在8-15質(zhì)量份時(shí)增加幅度較大；之后增長(zhǎng)幅度又趨于平緩。

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當(dāng)CPE用量在8質(zhì)量份以下時(shí)不足以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)CPE用量在8-15質(zhì)量份時(shí)，其在共混體系中連續(xù)均勻分散，形成分相不分離的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使共混體系的沖擊強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大；當(dāng)CPE用量超過(guò)15質(zhì)量份時(shí)，就不能形成連續(xù)均勻的分散，而是有部分CPE形成凝膠狀，這樣在兩相界面上就不會(huì)有適宜分散的CPE顆粒來(lái)吸收沖擊能量，因而沖擊強(qiáng)度增長(zhǎng)趨于緩慢。

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在PVC/ACR共混體系中，ACR可顯著提高共混體系的抗沖擊性能。同時(shí)“核一殼”粒子可均勻分散在PVC基體中，PVC是連續(xù)相，ACR是分散相，分散在PVC連續(xù)相中與PVC相互作用，起到加工助劑的作用，促進(jìn)PVC的塑化和凝膠化，塑化時(shí)間短，具有很好的加工性能。成形溫度和塑化時(shí)間對(duì)缺口沖擊強(qiáng)度影響較小，彎曲彈性模量下降也小。

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一般用量在5-7質(zhì)量份，經(jīng)ACR改性的硬PVC制品有優(yōu)良的室溫沖擊強(qiáng)度或低溫沖擊強(qiáng)度。而經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證，ACR與CPE相比抗沖擊強(qiáng)度要高30%左右。因此在配方中盡可能采用PVC/ACR共混體系，而用CPE改性且用量低于8質(zhì)量份時(shí)往往會(huì)引起管材發(fā)脆。

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（3）穩(wěn)定劑過(guò)多或過(guò)少。穩(wěn)定劑的作用是抑制降解，或與釋放出的氯化氫反應(yīng)以及防止聚氯乙烯加工時(shí)變色。

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穩(wěn)定劑根據(jù)種類(lèi)不同用量也不同，但總的一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，用量過(guò)多會(huì)推遲物料的塑化時(shí)間從而使物料出口模時(shí)還欠塑化，其配方體系中各分子之間沒(méi)有完全溶合，造成其分子間結(jié)構(gòu)不牢固。

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用量過(guò)少時(shí)會(huì)造成配方體系中相對(duì)低分子物降解或分解（也可以說(shuō)成過(guò)塑化），對(duì)各組份分子間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性造成破壞。因此穩(wěn)定劑用量多少也會(huì)對(duì)管材的抗沖擊強(qiáng)度造成影響，過(guò)多或過(guò)少都會(huì)造成管材強(qiáng)度降低引起管材發(fā)脆現(xiàn)象。

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（4）外潤(rùn)滑劑用量過(guò)多。外潤(rùn)滑劑與樹(shù)脂相溶性較低，能夠促進(jìn)樹(shù)脂粒子間的滑動(dòng)，從而減少摩擦熱量并推遲熔化過(guò)程，潤(rùn)滑劑的這種作用在加工過(guò)程早期（也就是在外部加熱作用和內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦熱使樹(shù)脂完全熔化和熔體中樹(shù)脂失去識(shí)別特征之前）是較大的。

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外潤(rùn)滑劑又分前期潤(rùn)滑和后期潤(rùn)滑、潤(rùn)滑過(guò)度的物料在各種條件下都表現(xiàn)為較差的外形，如果潤(rùn)滑劑用量不妥，可能造成流痕，產(chǎn)量低，渾濁，沖擊性差，表面粗糙、粘連，塑化差等。特別是用量過(guò)多時(shí)，就會(huì)造成型材的密實(shí)度差、塑化差，而導(dǎo)致沖擊性能差，引起管材發(fā)脆。

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（5）熱混加料順序、溫度設(shè)值以及熟化時(shí)間對(duì)型材的性能也有決定性的因素。PVC-U配方的組分很多，所選擇加料順序應(yīng)有利于發(fā)揮每種助劑的作用，并有利于提高分散速度，而避免其不良的協(xié)同效應(yīng)，助劑的加料順序應(yīng)有助于提高助劑的相輔相成效果，克服相克相消的作用，使應(yīng)在PVC樹(shù)脂中分散的助劑，充分進(jìn)入PVC樹(shù)脂內(nèi)部。

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典型穩(wěn)定體系配方加料順序如下：

a?低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將PVC樹(shù)脂加到熱混鍋中；

b?在60℃時(shí)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)下加入穩(wěn)定劑及皂類(lèi)；

c?在80℃左右，高速運(yùn)轉(zhuǎn)下加入內(nèi)潤(rùn)滑劑、顏料、抗沖擊改性劑、加工助劑；

d?在100℃左右，高轉(zhuǎn)速下加入蠟類(lèi)等外潤(rùn)滑劑；

e?在110℃，高速運(yùn)轉(zhuǎn)下加入填料；

f?在110℃-120℃低轉(zhuǎn)速下排出物料至冷混桶中進(jìn)行降溫；

g?冷混至料溫降至40℃左右時(shí)，卸料。上面加料順序較為合理，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)種中，根據(jù)自身的設(shè)備及各種條件也有所不同，多數(shù)廠家除樹(shù)脂外，其他助劑一同加入。還有的是輕質(zhì)活化碳酸鈣同主料一起加入等等。

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這就要求企業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本企業(yè)的特點(diǎn)制定出適合自己的加工工藝及投料順序。

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一般熱混溫度在120℃左右，溫度太低時(shí)物料達(dá)不到凝膠化和混料均勻，高于此溫度部分物料可能會(huì)分解揮發(fā)，而且干混粉料發(fā)黃。混料時(shí)間一般在7-10min物料才能達(dá)到密實(shí)、均化、部分凝膠化。而冷混一般在40℃以下，而且要求冷卻時(shí)間要短，如溫度大于40℃且冷卻速度又慢，則制備的干混料會(huì)相對(duì)常規(guī)密實(shí)度差。

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干混料的熟化時(shí)間一般在24小時(shí)，大于這個(gè)時(shí)間物料易吸收水份或結(jié)塊，小于這個(gè)時(shí)間物料各分子間的結(jié)構(gòu)還不太穩(wěn)定，造成擠出時(shí)管材外形尺寸和壁厚波動(dòng)較大。以上環(huán)節(jié)如不加強(qiáng)控制都會(huì)對(duì)管材制品的質(zhì)量造成影響，個(gè)別情況便會(huì)表現(xiàn)為管材發(fā)脆。

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