硬质PVC管材配方与工艺设计原则

硬质PVC管材配方与工艺设计原则

一、选材与配方设计

硬质PVC管材的配方设计主要有3个方面的工作：确定稳定剂系统、润滑剂配合设计和加工改性剂的选用。

（1）稳定剂系统的确定及用量。

铅盐稳定剂是这几种稳定剂中最经济的稳定剂体系，成型加工也最容易，它的热稳定剂和润滑性都比有机锡和金属皂类稳定剂好，但有毒性。选择何种稳定剂体系的依据是生产成本好和是否有法律法规限制和安全卫生方面的要求。

稳定剂的用量主要是根据加工方式确定。如用双螺杆挤出机挤出时，PVC树脂受热过程较短，稳定剂用量比单螺杆挤出机挤出时要少。考虑稳定剂用量时还要留有充分余地，否则当加工温度选择不当、温度失控会因稳定剂量不足而发生PVC分解。

（2）外润滑剂与稳定剂的匹配设计。

①根据稳定剂选择与之匹配的外润滑剂

a、有机锡稳定剂。有机锡稳定剂与PVC树脂有较好的相容性，有严重的粘附金属壁的倾向，与之匹配的最便宜的外润滑剂是以石蜡为主的石蜡-硬脂酸钙体系。

b、铅盐稳定剂。铅盐稳定剂与PVC树脂相容性差，仅附在PVC粒子表面，阻碍了PVC粒子间的融合，通常采用硬脂酸铅-硬脂酸钙外润滑剂与之匹配。

②外润滑剂的用量。如果调整外润滑剂用量仍不能满足物料加工的要求，则可以考虑添加少量的内润滑剂。

当使用抗冲击增韧改性剂时，由于熔体粘度大，粘附到金属表面的可能性就大，往往需要增加外润滑剂的用量；用同一种设备挤出的薄壁管比同一规格厚壁管所需的外润滑剂要多。当加工温度高时，熔体粘附金属表面的倾向大，所加入的外润滑剂就多。

（3）加工改性剂的选用。

目前用于硬质PVC管材的较好的加工改性剂是聚丙烯酸酯类（简称ACR）。ACR作为加工改性剂主要功能是促进树脂熔融、改善熔体流变性能。

（4）填充剂。

选择适当的填充剂和填充量，能使硬质PVC管材获得较高的冲击强度和撕裂强度，并能降低成本。

（5）着色剂。

硬质PVC管材常用的着色剂是颜料，主要品种有：

①钛白粉。钛白粉即二氧化钛，在阳光下非常稳定，不溶于稀硫酸，耐热性好，着色遮盖力强，是白色颜料中最优良的品种。

②炭黑。炭黑可单独作为着色剂，也可配合其他着色剂调制成灰色或咖啡色。

③酞菁蓝。酞菁蓝是一种有机颜料，无迁移性，遮盖力强。

二、工艺设定原则

（1）混合工艺

在高速混合时，助剂渗入PVC树脂的空隙，使助剂在树脂中均匀分散，考虑到温度在100℃以上有利于物料中水蒸气蒸出，所以一般热混机的温度设定在100~120℃。为了助剂充分地与PVC微粒接触，减少填充剂对助剂的吸附作用，应该在加入PVC树脂后即启动热混机，再按如下顺序投料：稳定剂、各种加工助剂、色料、填充剂。在实际生产中，大都是将原辅料全都投入后再启动热混机。

热混机放出的混合料温度很高，需立即进行冷却，若散热不及时会引起物料分解和助剂挥发。冷混一般控制在料温400℃左右时出料。

（2）挤出成型工艺

挤出机螺杆分3个区段：加料段（送料段）、熔化段（压缩段）、计量段（均化段），这三段相应的对物料组成了3个功能区：固体输送区、物料塑化区、熔体输送区。

固体输送区的料筒温度一般控制在100~140℃。若加料温度过低，使固体输送区延长，减少了塑化区和熔体输送区的长度，会引起塑化不良，影响产品质量。

物料塑化区的温度控制在170~190℃。控制该段的真空度是一个重要的工艺指标，若真空度较低，会影响排气效果，导致管材中存有气泡，严重降低了管材的力学性能。为了使物料内部的气体容易溢出，应控制物料在该段塑化程度不能过高，同时还要经常清理排气管路以免阻塞。料筒真空度一般为0.08MPa~0.09MPa。

熔体出送区的温度应略低一些，一般为160~180℃。在该段提高螺杆转速、减小机头阻力及在塑化区提高压力都有利于输送速率的提高，对于PVC这样的热敏塑料，不应在此段停留时间过长，螺杆转速一般为20~30r/min。

机头是挤出制品成型的重要部件，它的作用是产生较高的熔体压力并使熔体成型为所需的形状。各部分工艺参数分别为：口模连接器温度165℃，口模温度170℃、165℃、180℃、190℃。

（3）定型工艺

从机头口模挤出来的管状物要经过冷却，使它变硬而定型。定型一般用定径套进行外径定型和内径定型两种方式。其中外径定型结构较为简单，操作方便，我国普遍采用。外径定型的定径外套长度一般取其内径的3倍，定径套的内径应略大于（一般不超过2mm）管材外径的名义尺寸。管材的冷却方法有水浸式冷却和喷淋式冷却，较常用的是喷淋式冷却。

真空冷却成型是借助于真空泵将真空槽抽成真空，使管坯外壁吸附在定型套的内壁上而达到冷却定型。真空定型的工艺条件一般为：真空度20.0~53.3kPa，水温15~25℃，真空槽中的水成雾状为最佳。若真空度偏小，导致管外径偏小，小于标准尺寸；反之，若真空度偏大，管径偏大，甚至会出现抽胀现象。若水温过低，定型不完全，且会使管材脆性增大；若水温过高，则会造成冷却不良，致使管材易发生变形。

（4）牵引工艺

牵引装置的作用是给机头挤出的管材提供一定的牵引力和牵引速度，均匀地引出管材，并通过调节牵引速度调节管子的壁厚。牵引速度取决于挤出速度，一般牵引速度比挤出速度快1%~3%。