PVC塑料加工技术技巧

主要内容：

1、PVC树脂的结构和性能

2、PVC树脂的改性和应用

3、PVC树脂的加工原理

4、硬质PVC的加工应用

一、PVC树脂的结构和性能

1、PVC材料的物理性能：硬质PVC它的密度通常在1.38~1.46g/cm3，吸水率小于0.5%，浸泡于水中，24小时，吸水率小于0.05%；

2、力学性能：硬质PVC主要有拉伸强度、拉伸摸量、伸长率、冲击强度、硬度、蠕变性能等等；

2.1拉伸性能

2.1.1应力—应变曲线的影响因素：

a、随测试速度的快慢有关：拉伸速度增加，屈服应力增加、断裂应力增加；

b、与测试温度有关：具有对温度有敏感性，温度降低时，拉伸强度、拉伸摸量、屈服伸长率、硬度增加，断裂伸长率和冲击强度降低；反之则相反。

2.1.2对拉伸强度及伸长率的影响：

a.PVC分子量的影响：分子量增加，则增加；

b.增韧剂的影响：使用增韧剂时，会增加制品的韧性，伸长率会增加，但其他性能如拉伸强度会降低；

c.增塑剂的影响：通常可以改善配混料的加工流动性能，但是拉伸强度会明显降低；

d.填充料的影响：通常填料的使用都会降低制品的拉伸强度和冲击强度，个别填料除外(如玻璃纤维等)。

2.2冲击性能

对冲击性能的影响因素主要有以下几点：

2.2.1试验加载速度：

2.2.2缺口的敏感性：

2.2.3温度的影响：强烈的依赖温度的变化

2.2.4配料的影响：配方的各组份和用量都会影响制品的冲击强度

a.分子量的影响：分子量增加，则冲击强度增加；

b.改性剂的影响：一般情况下改性剂用量的增加，制品的冲击强度增加，但是在增加用量到达一个临界值后，改性剂用量再增加，冲击强度增加的幅度就明显减少，效果不是很明显，而且改性剂也必须增加到一定的量后才有明显的改性效果；

c.增塑剂的影响：存在反增塑效应，在增塑剂用量过了反增塑效应以后，随着用量的增加冲击强度也随之增加；

d.填料的影响：通常填料的使用都会使制品的冲击性能降低。但也有在使用少量的超细填料和补强填料时可以增加制品的冲击强度；

e.加工条件的影响：主要是要求达到塑化均匀，控制熟塑化程度在55%~65%之间。

2.3硬度

2.4耐热性能

3加工流变性能：

主要是指PVC配混料在加工过程中熔体粘度的变化及其影响因素。

PVC的流变性能——典型假塑性流体-剪切变稀的现象，即剪切速度加快，熔体粘度变小。

3.1影响剪切粘度和流动曲线的因素：

a、PVC分子量的大小：分子量高，熔体粘度高，不利于加工；

b、PVC树脂颗粒形态：树脂表面的形态结构疏松型，有利于增塑剂、润滑剂和助剂的吸收，从而有利于塑化，加工性能良好；

c、增塑剂：降低熔体粘度，改善熔体流动加工加工性能；

d、润滑剂：降低熔体的粘度；

e、加工助剂：不同类型的加工助剂可以起到不同的作用，（详细见加工助剂的作用）；

f、剪切速度：剪切速度增加，粘度降低。

3.2熔体的弹性效应：高分子聚合物的熔体在流动过程中伴随着可以逆转的高弹性形变，包括法向应力效应（包轴现象），巴拉斯效应（出口膨胀）及熔体破裂现象。

a、挤出膨胀现象：指熔体挤出口模后，挤出物的截面积大于口模截面积的现象。

通常分子量高，熔体粘度大，链段运动松驰需要的时间长，弹性松弛变慢，弹性效应明显，出口膨胀程度比较小，膨胀比小：反之则相反。

b、不稳定流动——熔体破裂现象：

二、PVC树脂的改性加工

1、改性目的：PVC材料的一些缺陷：如热稳定性差、硬质PVC制品呈脆性、耐热性差、熔体粘度高，流动性差，加工困难、增塑作用不稳定易析出、属于极性聚合物属于亲水性与生物相容性差。

2、改性方法：通过不同的改性原理可以分为化学改性和物理改性。

通常我们在生产过程中应用的最多的就是物理改性，包括复合改性和共混改性及其他物理改性，其中复合改性主要有填充改性和纤维增强改性，共混改性则主要是指将PVC与其他高聚物混合在一起，从而取得综合性能良好的共混物。

3、共混改性的要点：

3.1如果是作为改善韧性和加工性能的聚合物，则要求与PVC部分相容性；

3.2如是作为永久增塑和改善热变形温度的聚合物则要求有与PVC完全相容性。

4、共混改性的目的：提高韧性、耐热性、加工成型性能、阻燃性能等

4.1提高韧性：通常用CPE、MBS、ABS、NBR、EVA及部分刚性聚合物等等；

4.2耐热性：使用耐热改性剂；

4.3加工成型性能：所谓的加工助剂就是指少量加入就能够明显改善PVC的加工性能的特殊配合剂，大致可以分为可以促进PVC的塑化并赋予其橡胶弹性和赋予润滑性两大类。

4.3.1赋予橡胶弹性型的高分子加工助剂的主要作用有：

a、促进塑化，提高制品的光泽度；

b、提高熔体破裂时的熔体强度；

c、防止吹塑成型及真空成型时的收缩；

d、改善压延加工时的储料性，包辊性及熔体的均一性；

e、可以使挤出发泡的泡孔均一；

f、提高制品的外观；

g、防止注塑时产生旋纹；

h、可以改善填料和颜料的分散性。

4.3.2赋予润滑性型的高分子加工助剂的主要作用有：

a、延迟塑化，降低成型负荷；

b、改善熔体的金属剥离性能；

c、防止表面粘料而降低其他的性能。

4.3.3主要原理：

a、促进塑化和延长塑化；

b、橡胶弹性的赋予；

c、改善成型时的熔体强度；

d、改善发泡成型；

e、改善注塑性能；

f、改善压延加工性能；

g、润滑性的赋予。

4.4其他改性：如阻燃性能、抗静电性能等

三、PVC树脂的加工原理及配料的组成

1、物料的组成及其作用：主要有PVC树脂、热稳定剂、增塑剂、润滑剂、改性剂、填料、着色剂、及其他加工助剂，在有特殊要求时还需要加入一些特殊的助剂，每一种组分在配方中都有其一定的作用并最终影响制品的性能。

1.1PVC树脂是配方中的主体成分，其分子量的高低及分子量的分布对其性能的影响：

分子量大小的影响：

a、随分子量的增加，分子链间的引力和缠结程度增加，玻璃化温度增加，制品的力学性能随之提高；

b、随分子量的增加，熔体粘度增加，流动性变差，加工困难程度增加。

分子量分布的影响：

a、分子分布太宽，则说明存在一定数量的分子其分子量偏低和偏高，前则导致制品的力学性能降低，后则容易导致加工困难，而且容易导致制品外观不佳；

b、是产生鱼眼的重要原因：其一，PVC树脂中存在部分超高分子量的分子，不容易吸收增塑剂，在正常加工条件下只能与增塑剂膨润而不能与配方中其他组分相容；其二，PVC树脂中存在部分分子量偏高并具有线性结构或物理内部结构过于紧密的分子，同样难以塑化。

1.2稳定剂：是配方中不可缺少的组成部分，PVC树脂在加热或受热过程中由于材料的特性，会逐渐分解，而变色，从淡黄、黄色、黄橙色、红橙色、棕色、棕褐色直到黑色，因此必需在配方中加入足够的稳定剂方可以正常生产。常用的稳定剂有碱式铅盐稳定剂、金属皂类稳定剂、有机锡稳定剂、复合稳定剂等四大类及其他一些环氧化合物等等。由于稳定剂的多样性，在选用稳定剂时必需考虑以下几点：优良的热稳定性能、良好的配混工艺性能、对产品性能的影响。

a、碱式铅盐稳定剂；是目前使用量最大的稳定剂品种，具有优良的综合性能如热稳定性能、电性能、还有就是加工性能和低廉的价格优势，但是铅盐有毒性，且制品不透明，目前已有相当一部分产品已经禁止使用；

b、金属皂类稳定剂：通常具有良好的光稳定性能、耐气候性和优良的润滑性能，但是通常需要两种金属皂或与碱式铅盐稳定剂配合使用而获得良好的稳定效果。c、有机锡稳定剂：主要有脂肪酸有机锡，马来酸有机锡和硫醇有机锡，起共同的特点是稳定性能效力高，透明性好、用量少和耐硫化污染，三者中热稳定性数脂肪酸有机锡但差，但加工润滑性能最好；

d、复合稳定剂：目前的复合稳定剂主要有铅盐复合稳定剂、钙锌复合稳定剂、还有少量其他复合稳定剂；

e、辅助稳定剂：本身具有比较弱的稳定性，但是能够改进其他稳定体系的稳定效果的化合物，主要有亚磷酸脂类、环氧化合物等等。

1.3增塑剂：可以使PVC树脂产生在增塑可塑性、柔韧性、降低加工温度、降低热熔融温度、改进流动性，但是在增塑范围内降低模量、强度、硬度、玻璃化温度、脆化温度和提高冲击性能；在反增塑范围内则增加模量、强度、硬度和脆性。主要有金属皂类，饱和烃类，脂肪酸及其脂类。

1.4润滑剂：能够改善PVC熔体的流动性能和防止熔混物粘附设备上的助剂。

1.4.1润滑剂的主要作用：

a、防止物料对加工设备的粘附，使熔体能够很好的转移或输送；

b、调整物料的熔化特性、熔体粘度和流变特性；

c、提供适当的润滑，使物料在加工过程中产生适宜的摩擦生热速度，获得平衡温度较低而质量较好的熔体，提供比较宽的加工条件；

d、最终影响制品的性能：如透明性、耐化学性、耐气候性等。

1.4.2按作用效果和机理可以分为内润滑剂和外润滑剂，内外润滑剂

a、内润滑剂：与PVC的相容性较好，主要指聚合物熔体内部的润滑，主要作用是降低聚合物熔体分子链之间的摩擦，并具有改进熔体流动性与均匀性的功能；

b、外润滑剂：与PVC的相容性较小，主要牵涉相界的过程，主要作用是降低聚合物熔体和加工设备、模具之间的摩擦或减小聚合物粒子之间的摩擦力。

1.4.3润滑剂的选择：

a、能够很好地分散于PVC树脂中并且与其他助剂不互相干扰；

b、不防碍PVC树脂的塑化；

c、润滑效率高切能够持久；

d、不严重降低制品的质量，最好能够提高制品的质量。

1.4.3由于不同的加工工艺有不同润滑要求，PVC的挤出成型所需要的润滑剂的量与机器类型、螺杆结构、模具结构也有很大的关系，因此在具体选择是还需注意以下几点：

a、在成型工艺中剪切速率越快则需要内润滑效果越好，需要润滑剂的量越多；

b、在配方中未添加增塑剂时比添加增塑剂时需要更多的润滑剂，同时还需要考虑某些稳定剂固有的润滑性能；

c、在有增塑剂的配方中由于增塑剂已经具备内润滑作用，因此只需要少量的内润滑剂；

d、配方中内外润滑剂应力求平衡，否则引起加工困难；

e、配方中填料比较多时应适当增加润滑剂的用量；

f、产品截面结构简单且大的制品需要的润滑剂少，反之则多。

1.5加工助剂：为了改善配混料的加工性能，（详细见前面）

1.6抗冲改性剂：（详细内容见前面）

1.7填料：主要是为了降低生产成本，但是在一定程度上也可以改善制品的某些性能如收缩率，耐热变形温度、增加制品的硬度等

1.8其他组分

四、硬质PVC的加工应用（我们主要讲的是硬质管材和管件）

1.硬质PVC实壁管材；

1.1配方的基本原则：必须兼顾制品的性能和加工性能；

1.2硬质PVC实壁管材生产中经常出现的问题：