1、聚氯乙烯塑料物料的配方原理及配方设计方法 一、聚氯乙烯塑料物料的配方原理一、聚氯乙烯塑料物料的配方原理 1、聚氯乙烯塑料配方的依据 2、聚氯乙烯塑料制品的分类及特点 二、聚氯乙烯塑料物料的配方设计方法 1、硬质聚氯乙烯的配方设计 2、软质聚氯乙烯塑料的配方设计 3、聚氯乙烯塑料糊的配方设计 由于PVC本身的特性，PVC树脂只有与若干添加剂配合才能加工成具有实用价值的制品。因此，根据制品的用途和使用条件，了解PVC塑料物料的配方原理及正确进行配方设计有十分重要的意义。一、聚氯乙烯塑料物料的配方原理一、聚氯乙烯塑料物料的配方原理 1、聚氯乙烯塑料配方的依据、聚氯乙烯塑料配方的依据 PVC塑料配方设
2、计对合理实施塑料成型技术，获得使用性能优异及成本合理的制品有很大影响。对于软硬程度、透明度、透光性、耐热性以及电性能等方面要求有差异的PVC塑料制品，就要求设计出不同的物料配方。在成型方面，由于成型技术和工艺不同，即使用于同一制品，配方设计上也不尽相同。因此，设计出合理的PVC塑料配方，是顺利进行PVC制品的成型加工和制得性能优良制品的重要基础。配方设计前的准备 准确了解制品的使用性能及技术要求，如制品标准规定的各项性能指标；制品的使用环境、使用方法及其在使用过程中可能出现的问题；制品使用者和广大消费者的需要和爱好等。全面了解所用原料的性能和使用方法，如原料在配方中的作用和性质；原料在配混过程
3、中的相互影响及作用，原料间的协同效应；原料的质量标准及分析化验结果；原料的用量与制品性能及成型工艺之间的关系；原料的来源、价格，及在不影响生产质量和生产效率的前提下，降低原料成本的途径等。加工成型过程中原料的物理性质和化学行为变化及其与加工成型设备的关系，如物料在成型设备中的受热过程、受热行为及停留时间；物料在成型设备中的受力方式，成型过程中的物态变化及塑化质量；模具的机构及物料的流变行为；物料及成型制品的冷却及形态与形状的控制等。配方设计的步骤及方法 配方设计时，通常按以下程序和方法进行。拟定配方 收集有关技术资料，通过分析对比来确定试验配方。小样试验 按试验配方进行小样试验，并测定试样的有
4、关性能，在此基础上采用优选法正交试验找出优良的原料品种及最佳用量，确定几个比较理想的配方。扩大试验 在试验配方基础上进行扩大试验，观察并不断调整配方用量及成型工艺条件，测试制品的各项性能，直至获得满意的结果；配方评价 在扩大试验过程，常对配方的组成合理性及其生产工艺性能进行综合评价，以确认原料组成的合理性及配方良好的工艺性。在工艺性分析中应着重评价其热稳定性、熔体粘度及流变性、设备的转矩与熔体弹性行为、物料润滑性及表观质量等。配方定型及正式生产应用 在扩大试验及配方评价的基础上，进行品批量试验性生产，并组织一定范围的产品试用。如果工艺合理、制品性能优良、符合使用要求，即可确定配方，正式进行生产
5、。聚氯乙烯塑料的配方设计要求 聚氯乙烯塑料配方以树脂为主要成分，应根据制品性质和用途以及加工成型方法合理选择PVC树脂的品种及型号。助剂及用量的选择应全面考虑其对塑料的使用性能、成型性及化学稳定性等的影响。此外，还要考虑到配方中各组分之间的相互关系。聚氯乙烯塑料中常用的助剂有稳定剂、增塑剂及其他助剂。聚氯乙烯在热、光及空气中氧的作用下容易分解，因此，稳定剂就成为聚氯乙烯塑料中的重要组分之一。通常硬质塑料由聚氯乙烯树脂、稳定剂、改性剂及润滑剂等组成，后两种助剂主要用来改进成型性能，有些硬质塑料还加入少量增塑剂。在软质塑料配方中，增塑剂和稳定剂是仅次于聚氯乙烯树脂的重要成分，增塑剂对其成型加工和使
6、用性能有很大影响。在设计和选择配方时，除考虑主要组分外，还要视具体情况和使用要求，加入着色剂、填充剂、抗静电剂等次要组分。通常，在进行配方设计时，应着重考虑以下因素。制品的性能要求 聚氯乙烯塑料制品的应用十分广泛，因使用的场合、条件、环境等差异，对制品就提出了不同的性能要求，如物理力学性能、化学稳定性、电性能及外观等。此外还有防霉、无毒、抗静电、阻燃及防辐射等特殊要求。因此在设计配方前需深入细致了解制品使用的具体要求，以作为设计PVC塑料配方的主要依据。原料来源及成本 在设计配方或改进原有配方时，必须充分考虑中国的原料资源和市场情况，合理选用原料，在选用助剂时应考虑到原料来源渠道及成本。实施合
7、理成型工艺的要求 聚氯乙烯塑料的成型方法是多种多样的，；例如生产薄膜可以采用压延成型，也可以采用吹塑成型；生产硬板可以采用挤出成型，也可以采用压制成型。各种成型方法都各有其优缺点。由于成型方法不同，其加工成型工艺及所采用的加工设备也不同，塑料在设备中所承受的热历程和应力也不相同。因此，在设计配方时应慎重选择各种助剂及其用量，以适应成型工艺的特点，减少成型加工中的困难。此外，由于采用不同方法所带来的生产成本差异也应作为选择加工成型方法和最终选择原材料的考虑因素。PVC塑料配方设计是一个反复实践、反复认识的过程。有些配方要经过多次试验，不断地修正和完善，才能得到较合理的配方。2、聚氯乙烯塑料制品的
8、分类及特点、聚氯乙烯塑料制品的分类及特点 PVC塑料通常可分为硬质制品、软质制品及PVC糊制品三大类。硬质制品 在配方中以聚氯乙烯树脂和稳定剂为主体，不加或加少量增塑剂(增塑剂用量低于10份)，同时含有适量润滑剂、加工助剂和其他添加剂的聚氯乙烯制品称为硬质制品。其特点是在室温下处于玻璃态，具有很好的化学稳定性，并能承受一定的温度和压力。硬质聚氯乙烯可采用热塑性塑料的主要成型方法进行加工，例如挤出、注塑、压延、压制、吹塑、热成型等。典型产品有硬质管材、板片、棒材、型材及管件阀门等，广泛用于建筑、化工、包装、交通及日用品制造等方面。软质制品 配方中增塑剂用量在25份以上的聚氯乙烯制品称为软质制品，
9、增塑剂的加入降低了聚氯乙烯塑料的玻璃化温度，以致在常温下处于高弹态。因此，软质聚氯乙烯具有一定的柔韧性和机械强度。典型产品有各种薄膜(农业、工业、包装及民用等)、电线电缆绝缘与护套、耐油垫团、垫片、塑料鞋、软管、软质泡沫塑料及民用品等。一般软质聚氯乙烯塑料的性能及其成型工艺的难易，很大程度上取决于增塑剂的品种及用量。与硬质聚氯乙烯相比，由于添加了大量的增塑剂(通常为树脂用量的40%70%)，降低了软化点，流动性能好，容易成型。因此，稳定剂的用量可适当减少。PVC糊制品 聚氯乙烯糊(也称分散体或溶胶塑料)通常是由乳液聚合的聚氯乙烯树脂与液体增塑剂等非水溶性液体组成，有时还根据糊的具体用途加入稀释
10、剂、热稳定剂、填充剂、发泡剂及色料等。当加热PVC糊到适当温度时，增塑剂或稀释剂被聚氯乙烯吸收而成为悬浮体。由塑料糊生产制品要经过塑形(成型)和烘熔两个过程。塑料糊在室温下是非牛顿液体，流动性能好。塑形过程就是PVC糊通过流动而在模具中取得一定形状；通过进一步的加热过程，PVC糊通过胶凝和熔化而形成具有柔韧性和强度的糊制品。PVC糊在生产柔性玩具、容器、中空制品、浸渍成型制品、人造革、泡沫制品、壁纸及其他图层等方面有广泛用途。塑料糊因加入组分不同，呈现出不同的性质，通常可分为以下四类。塑性溶胶 是由聚氯乙烯树脂与液体增塑剂组成的悬浮体，又称为增塑糊 有机溶胶 是由聚氯乙烯树脂和构成液相组分的增
11、塑剂和稀释剂组成的悬浮体，又称为稀释增塑糊。塑性凝胶 加有胶凝剂的聚氯乙烯树脂及液体增塑剂组成的悬浮体，又称为增塑胶凝糊。有机凝胶 含有胶凝剂的聚氯乙烯树脂和构成液相组分的增塑剂及稀释剂组成的悬浮体，又称为稀释胶凝增塑糊。增塑糊中增塑剂含量一般在40%以上，适宜制作厚壁的软质制品；有机溶胶中有时为了提高制品的硬度，可将部分或全部增塑剂用非水溶性溶剂来代替，它除含有稀释剂外还含有相当量的分散剂；塑性凝胶和有机凝胶与前两者的区别仅在于组成中加有胶凝剂，其流动性能表现为开始时呈现宾哈液体的行为，即当剪切应力达到一定值时后才发生流动。这种屈服应力是特意控制的，其目的是使凝胶塑料在加热和不受外力作用时，
12、不会因自身的重力而发生流动，但成型起来又很容易。这样，在整个成型过程中不会产生流泻和塌落现象，从而使最后得到的制品保持塑化时的形状。二、聚氯乙烯塑料物料的配方设计方法 1、硬质聚氯乙烯的配方设计 PVC树脂的选择 通常应结合制品用途、技术性能要求和加工成型方法来选择树脂，主要考虑的因素是树脂的分子量、熔体粘度、吸收增塑剂的性能和树脂的类型(悬浮法树脂、乳液法树脂等)以及制品性能要求、加工技术及方法等。在生产PVC硬制品时，由于硬质PVC塑料不含或仅含少量增塑剂，一般来说流动性较差，所以必须提高成型温度。但提高成型温度有一定限度，不能超过树脂的分解温度。因此在设计配方时必须考虑到硬质聚氯乙烯的成
13、型温度和树脂分解温度接近这一特点，尽量选用合理的配方。树脂的分子量对塑料的性能液相很大，分子量越高，则塑料的物理力学性能和耐热性越好，但却给成型加工带来困难。因此硬质聚氯乙烯制品多选用分子量中等或较低的型树脂。考虑到PVC树脂与其他组分的掺混性及塑化温度和塑化质量应选用疏松型树脂。增塑剂的种类及其用量选择 从提高产品质量要求的角度出发，硬质聚氯乙烯配方中最好不加增塑剂，因为加增塑剂后耐热性降低，耐腐蚀性变差。一般在挤出成型和压制成型配方中都不加增塑剂，但在注塑中为了操作方便，有时也加入少量增塑剂以改善其流动性。增塑剂对流动性的影响如图1。246810121401.01.52.02.53.03.
14、5熔体指数/(g/10min)DOP 配合量/份图 1 增塑剂对PVC流动性的影响 此外，当加入112份增塑剂和加入12份以上增塑剂时，对制品的影响是不同的。图2和图3分别表示用量较少时增塑剂对硬质聚氯乙烯冲击强度和拉伸强度的影响。510152025246810120DOP配合量/份缺口冲击强度/(kJ/min)图 2 增塑剂对PVC冲击强度的影响152025303540455055605101520250DOP 配合量/份拉伸强度/Mpa图 3 增塑剂对PVC 拉伸强度的影响 稳定剂的选择 稳定剂的合理选择对硬质聚氯乙烯塑料的成型工艺及制品的使用性能具有重要影响。因聚氯乙烯塑料流动性较差，加
15、工温度与PVC树脂的分解温度又很接近，为保证塑料在成型时保持黏流状态，就必须提高成型温度，这样确保PVC-U配混料加工中的稳定性就变得十分重要。因此，在成型中需要选择稳定性较好的配方，而配方稳定性的好坏在很大程度上取决于稳定剂的用量和搭配。硬质聚氯乙烯塑料配方中多采用铅系稳定剂或硫醇锡系稳定剂，不能加得太多，否则会影响塑化效果，同时也不经济。一般采用复合稳定剂系统，可以达到相辅相成的效果。润滑剂的选择 PVC-U配混料加工中熔体粘度高是其特点，在加工过程中的剪切作用会导致摩擦热迅速增大，从而引起熔体温度升高，因而为改善塑料的加工性能，必须加入一定量的内外润滑剂。在硬质聚氯乙烯塑料配方中，润滑剂
16、的加入量应适中，硬脂酸钙和石蜡的用量一般不超过1份(以树脂为100份计)，否则易使塑料在螺槽和机筒内打滑，出料速度减慢，产量下降，并降低配混料的塑化效率，且润滑剂容易析出，影响产品质量。在注塑中，硬脂酸钙和石蜡的用量也不可过大，否则不仅会影响正常操作，而且会使产品产生脱皮现象。填充剂的选择 在硬质聚氯乙烯配方中常需加入适当的填充剂，这不仅是为了降低成本，同时也是为了改善制品的某些性能和方便成型。例如，在挤出过程中，填充剂的加入能增加制品刚度，定型方便，以利于挤出工艺的控制。在注塑配方中加入一定量的填充剂能减少制品的收缩率，增加制品硬度，提高制品的耐热形变温度等。硬质聚氯乙烯常用的填充剂有碳酸钙
17、、钛白粉和硫酸钡等。一般在挤出成型中常选用硫酸钡和碳酸钙作为管材或型材的填充剂，在生产白色制品和韧性较高的产品时，也可选用钛白粉或以钛白粉与其他填料混合使用作为填充剂。在注塑时通常要求较高流动性和冲击强度，常选用充模性能好的钛白粉，或者粒度合适的碳酸钙、滑石等与钛白粉的混合填料。选用填料时，也要考虑填充剂的来源及成本。其他添加剂的选择 为了改善硬质聚氯乙烯塑料的加工性能，提高加工过程配混料的塑化质量，以及为进一步改善PVC-U制品的某些性能(如冲击强度、耐热变形温度和模量等)，还需在配方设计中加入适当的加工助剂、改性剂或其他添加剂。丙烯酸酯类(ACR)和-甲基苯乙烯等硬质聚氯乙烯塑料良好的加工
18、改性剂常用机械共混法将其掺入聚氯乙烯中，可改善混熔性、降低塑化温度、提高塑化质量或增大熔体的流动性、改善聚氯乙烯的成型性能。加有ACR的PVC共混物熔融温度较低，流动性较好，成型温度范围宽，塑化快，受热时延伸率和熔体强度较大，用于吹塑成型时，可改善制品表面平滑性和光泽性；用于挤出成型时，即使螺杆转速较高也不会出现熔体破裂现象。在聚氯乙烯中掺入1。0份的丙烯酸酯类，比掺入10份邻苯二甲酸二辛脂具有更好的改性效果。前者在改善加工性能的同时，也能有效地改善或提高制品的冲击强度、拉伸强度和耐热性等。在改善硬质聚氯乙烯塑料冲击韧性和加工性能方面，丙烯酸酯(ACR)、ABS、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯
19、-苯乙烯)、MABS(丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯)、ACS(丙烯腈-氯化聚乙烯-苯乙烯)、AAS(丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯)、CPE(氯化聚乙烯)、CSPE(氯磺化聚乙烯)、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)和EVA-VC(乙烯-乙烯乙酸-一氧化碳三元共聚物)及NBR(丁腈橡胶)等都可有效地提高或改善PVC-U的冲击强度、耐候性、弹性及变形性能，并改善熔融体的流动性和成型工艺适应性。ABS、MBS及MABS不仅可提高PVC-U制品的冲击强度，而且提高其流动性、改善成型性能。ABS一般用于不透明PVC制品的抗冲击改性，而MBS或MABS多用于透明制品，ACS及AAS则对改进耐候性有显著效果。氯含量
20、为30%45%的CPE与PVC的共混物不仅有优异的耐低温冲击韧性，而且能保持PVC良好的耐化学腐蚀性、点性能和耐热性。CPE的用量一般为4%8%，有时可达10%15%。通常乙酸乙烯含量为35%45%的EVA与PVC共混改性可提高PVC的冲击强度值和耐大气老化性能，掺混量为2%10%。EVA-VC能改善与聚氯乙烯的共混相容性和分散性，并可提高硬质聚氯乙烯塑料的抗冲击性能。在提高PVC-U耐热性方面，由于硬质聚氯乙烯的玻璃化温度约为80，因而使用温度低，限制了PVC-U制品的应用。为提高PVC-U的耐热性，可在PVC中掺混玻璃纤维和填料等，例如当掺入20%30%的玻璃纤维时，其耐热性可提高到100
21、。此外，在PVC中掺入丙烯腈-甲基苯乙烯-苯乙烯共聚物及苯乙烯-马来酸酐共聚物等进行共混，可是PVC的玻璃化温度显著提高，热变形温度可提高1030。2、软质聚氯乙烯塑料的配方设计、软质聚氯乙烯塑料的配方设计 在一般的软质聚氯乙烯塑料配方组成中，除了添加稳定剂、外润滑剂外，还添加较大数量的增塑剂，以使PVC塑料具有柔软性。由于添加的大量增塑剂已具有内润滑作用，因此，软质聚氯乙烯塑料一般不加内润滑剂。软质聚氯乙烯塑料的性能在很大程度上取决于增塑剂的品种和用量。例如在高温条件下使用的电线电缆，通常选用最高连续使用温度为105的耐热增塑剂(如苯三酸三-2-乙基己酯、均苯四酸酯和双季戊四醇酯)。作为低温
22、条件(如-40以下)使用薄膜，其耐寒性主要与选用的增塑剂的化学结构、黏度及与流动活化能有关，常用的耐寒增塑剂有己二酸二辛脂、癸二酸二辛脂、环氧酯、磷酸二苯一辛酯等。软质聚氯乙烯的耐候性、耐油性、耐溶剂性、迁移性、电绝缘性等也与增塑剂密切相关。此外，塑料中增塑剂的品种及用量对成型加工也有明显的影响。例如配方中相容性差的增塑剂用量增加时，会引起捏合和塑化的操作困难，并影响吹塑、压延、挤出等成型工艺的正常实施和降低产品质量。因此，必须合理地配合使用增塑剂，并控制一定的用量。在软质聚氯乙烯塑料中需添加一定量的稳定剂，但由于软质聚氯乙烯塑料中添加了大量的增塑剂，流动性好，加工容易，因此对于稳定体系的要求
23、不像硬质聚氯乙烯塑料那样严格。在软质聚氯乙烯塑料中，为了抑制聚氯乙烯和增塑剂在成型和使用过程中因受到空气氧化和紫外线作用下发生的降解老化，常需添加抗氧剂；对于某些软质薄型制品，还要添加紫外线吸收剂。软质聚氯乙烯塑料中所用的填充剂除要考虑价格、分散性、热稳定性、耐候性之外，还要考虑其对增塑剂的吸收量，尽量减小这种吸收作用对软质塑料性能的不利影响。另外，软质聚氯乙烯塑料的阻燃性、毒性等也与增塑剂及稳定剂的品种和用量有关。3、聚氯乙烯塑料糊的配方设计、聚氯乙烯塑料糊的配方设计 塑料糊一般由树脂、增塑剂或分散剂、稀释剂、胶凝剂、稳定剂、填充剂表面活性剂及其他助剂等所组成。对个组分的要求如下。树脂 要求
24、树脂成糊性能好。塑性溶胶和塑性凝胶用的树脂粒度为直径0。22。0m；而有机溶胶和有机凝胶用的则为0。020。2m。颗粒太大时，糊的稳定性较差，PVC粒子容易下沉，而且在加热处理后不易得到质量均匀的制品；相反颗粒太小，成糊虽比较容易，但在室温下常常因过度溶剂化而使塑料糊的黏度偏高，同时也不易贮存。通常采用乳液聚合法生产的树脂，可分为拌入型和磨入型两种。前者颗粒较大、且较为疏松，最大的特点是树脂颗粒表面沉积的表面活性剂较多，因而易于分散；后者则恰好相反，但成本较低。分散剂 分散剂包括增塑剂和挥发性溶剂两类，增塑剂的黏度对所配制塑料糊的黏度有直接影响，黏度高则所配塑料糊的黏度也高。增塑剂对树脂的溶解
25、能力则影响所配制的塑料糊的存放时间，由于溶解能力大会导致黏度很快上升而不利于存放，因为存放时黏度增加很快。用邻苯二甲酸酯类作分散剂时，塑料糊的黏度适中，磷酸酯类溶剂化能力一般偏高；己二酸等二元脂肪酸的酯类，随着连接两个酯基的烷基链的增长，溶剂化能力减小；环氧油类和聚合性只能少量配合使用。挥发性溶剂的黏度和溶解能力对塑料糊的影响与增塑剂相似，常用的溶剂为酮类，如甲基异丁基酮和二异丁基甲酮等，有时也采用某些酯类和醚类。稀释剂 使用稀释剂的目的在于降低塑料的黏度和减少分散剂的溶解能力。一般使用类作稀释剂，其沸点应低于分散剂。这样在热处理时，稀释剂就会先逸出，使余下的分散剂能充分溶解树脂而使制品具有较
26、好的性能。胶凝剂 胶凝剂有时也叫触变剂，其作用是使塑料糊变成胶凝体。胶凝体在静态下具有三维结构，但在一定应力作用下三维结构会被破坏又重新具有液体的流动性能，应力解除后又能恢复三维结构。常用的胶凝剂有金属皂盐和有机质膨润土，用量约为树脂的3%5%。稳定剂 PVC糊对稳定体系的要求不如SPVC和PVC-U高，其少用辅助稳定剂，用量比PVC-U和SPVC都小得多。其他助剂 除了分散剂、稀释剂、胶凝剂外，有时还加入一些其他助剂，如为降低成本而加入少量填充剂(一般不超过树脂的20%)，为了降低糊黏度而加入表面活性剂。另外还要为特殊目的而加入某些功能性添加剂，如为增加制品硬度而加入的热固性树脂单体和热固性树脂；为使塑料糊能用作制作泡沫塑料而加入的发泡剂；为使制品色泽鲜艳而加入着色剂等。其目的都是为了有助于成型、提高制品性能和使用价值、扩大塑料糊的用途。THE END
