【科普貼】PVC-U塑料管材發脆的原因分析（下）

一直以來塑料發脆是困擾一些企業正常運營的因素，管材發脆無論從截面外觀上還是安裝認同程度上都或多或少的影響著這些管材企業的市場份額和用戶信譽，管材發脆基本上在制品的物理、力學性能上得到充分體現。

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

PVC管材變脆主要性征為：下料時崩口、冷沖破裂。

造成管材制品物理、力學性能差的原因有很多，主要表現為以下幾種：

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擠出工藝不合理

（1）物料塑化過度或不足。這與工藝溫度設定和喂料比例有關，溫度設定過高會造成物料過塑化，其組分中部分分子量較低的成份會分解、揮發；溫度過低其組份中各分子間沒有完全熔合，分子結構不牢固。而喂料比例太大造成物料受熱面積和剪切增大，壓力增大，易引起過塑化；喂料比例太小造成物料受熱面積和剪切減小，會造成欠塑化。無論是過塑化還是欠塑化都會造成管材切割崩口現象。

（2）機頭壓力不足，一方面與模具設計有關（這在下面單獨描述）另一方面是與加料比例和溫度設定有關，壓力不足時，物料的密實度就差，就會造成組織疏松出現管材料脆現象，這時應調整計量加料轉速和擠出螺桿轉速使機頭壓力控制在25Mpa-35Mpa之間。

（3）制品中的低分子成份未排出。制品中的低分子成分產生一般有兩個途徑，一是在熱混時產生，這在熱混時通過抽濕和排氣系統可以排出。二是部分殘存的和擠出受熱受壓時產生的水份和氯化氫氣體。這一般通過主機排氣段的強制排氣系統來強制排出，真空度一般在-0.05Mpa—-0.08Mpa之間，不開或過低，都會在制品中殘存低分子成份，造成管材力學性能下降。

（4）螺桿轉矩太低，螺桿的轉矩是反應機械在受力狀態下的數值，工藝溫度設值的高低，喂料比例的多少都直接在螺桿轉矩值上得到體現，螺桿轉矩太低從某種程度上反應出溫度偏低或喂料比例小，這樣物料在擠出程度中同樣得不到充分塑化，也就會降低管材的力學性能。根據不同的擠出設備和模具，螺桿轉矩一般掌握在60%-85%之間就能滿足要求。

（5）牽引速度與擠出速度不匹配。牽引速度太快會造成管材壁薄力學性能下降，而牽引速度太慢，管材受到的阻力大，制品處于高拉伸狀態，也會對管材的力學性能造成影響。

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模具設計不合理

（1）口模截面設計不合理，尤其是內筋的分布和交界面角度的處理。這樣會造成應力集中現象存在。需要改進設計和消除交界面處的直角和銳角。

（2）模頭壓力不足。模頭處壓力大小是直接受模具的壓縮比，特別是模具平直段的長度來決定的。模頭的壓縮比太小或平直段太短都會造成制品不致密，影響物理性能。模頭壓力的改變一方面可以通過改變模頭平直段長度來調整流料阻力；另一方面在模具設計階段可選擇不同的壓縮比來改變擠出壓力，但必須注意機頭壓縮比要與擠出機螺桿的壓縮比相適應；還可以通過改變配方，調整擠出工藝參數，增加多孔板來改變熔體壓力的大小。

（3）對于因分流筋匯合不良造成的性能下降應適當增加筋與外表面、筋與筋匯流處的長度，或者增大壓縮比來解決。

（4）口模出料不均勻，造成管材壁厚薄不一致，或者密實度不一致。這也就造成了管材兩個面之間的力學性能上的差別，我們在實驗時有時冷沖一面合格一面不合格，也恰恰證明了這一點。至于壁薄等非標管材這里就不再多說。

（5）定型模的冷卻速率。冷卻水溫往往沒有引起足夠的重視，冷卻水的作用是將管材拉伸的大分子鏈及時冷卻定型，達到使用目的。緩慢的冷卻可以使分子鏈有足夠的時間舒展，有利于定型。而急速冷卻，水溫與擠出管坯的溫差太大，制品受驟冷不利于制品低溫性能的提高。

從高分子物理學解釋，PVC大分子鏈在溫度、外力的作用下，發生卷曲、拉伸過程，當溫度、外力撤出后，大分子鏈沒有及時恢復自由狀態而處于玻璃態，大分子鏈雜亂無序排列，造成宏觀上制品低溫沖擊性能低。

從塑料加工工藝學解釋PVC管材在擠出后，制品撤去溫度、外力后有應力松弛過程。適宜的冷卻水溫有利于這個過程。冷卻水溫過低，制品中的應力沒有來得及消除，造成制品性能下降。所以管材冷卻采用緩冷方式，并可防止成型后的制品翹曲，彎曲和收縮現象，可以防止由于內應力作用而使制品沖擊強度降低。一般水溫控制在20℃。

為了使型坯柔和地冷卻而不致驟冷，將連接冷卻定型套的水管接在定型的后部，讓水在定型套中流動方向與型坯運動方向相反而從定型套前排出。這樣也不致于造成因水溫過低造成型坯驟冷、產生過大內應力，使管材脆化，型材的抗沖擊性能下降。加或減少填料，而增加填料又直接影響其柔性指標。填料過多，管材便會出現冷沖不達標。

填料過少，管材便會出現尺寸變化率大。相同的是增加或減小柔性指標，必然要增加或減小抗沖改性劑或加工助劑，而增加或減小加工助劑又直接影響其剛性指標。

加工助劑過多，則管材剛性指標下降；加工助劑過少，則型材剛性指標上升，在配方中這兩者是一個既矛盾又統一的相互制約的因素，但不能說要提高剛性指標卻又要保持柔性指標便可以在增加填料的同時又無原則增加加工助劑，這是不合理的。所以在配方體系中要確定一個較佳結合點，以達到其剛性和柔性的平衡。

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擠出工藝對管材剛性和柔性指標的影響

擠出溫度設定的高低是影響物料塑化程度的因素之一，物料過塑化物料中的低分子聚合物分解，揮發，造成分子間結構變化會增大剛性指標和降低柔性指標。物料塑化不足，物料中各組分的分子之間還沒有充分溶合會降低剛性指標，同時柔性指標得不到充分展現。

螺桿轉矩和擠出壓力與型材的剛性指標成正比，隨轉矩和壓力升高而增加。

柔性指標則與其成反比，隨轉矩和壓力的升高而降低。需要補充的是，在剛開機擠出時偶然會發現個別型材沒有崩口現象，但卻發現其內筋已有輕微氣泡，這又是一個新問題。

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