1、悬浮法 PVC 树脂塑化的影响因素探析魏永涛 刘建文 王建兵（天津大沽化工股份有限公司，天津 塘沽 300455）摘 要 本文简要分析了树脂聚合度、树脂颗粒特性、加工设备、加工配方及助剂对悬浮法 PVC 树脂塑化的影响，供大家参考。关键词 聚氯乙烯；聚合度；颗粒特性；塑化；螺杆挤出机聚氯乙烯树脂的塑化过程，其实就是树脂颗粒被不断破碎、熔融的过程，树脂塑化的程度取决于树脂颗粒被破碎、熔融的程度。因此，研究树脂的塑化就变成了从微观层面研究加工过程中影响树脂颗粒破碎、熔融的因素。聚氯乙烯树脂的加工过程伴随着它的塑化生产出不同功能的塑料制品，不同的制品对树脂的塑化程度要求也是不同的。影响树脂塑化的因素
2、很多，例如：树脂的聚合度、树脂的颗粒特性、加工设备、加工配方及助剂等等。下面就以上几方面做一一探讨分析。一、 树脂聚合度树脂聚合度，用户一定要根据所加工制品对物理及机械力学等性能的要求来选择。树脂的聚合度越高，所的制品的机械力学性能越好，但加工塑化的难度也就越大，需要在配方（如增加增塑剂的用量，但同时会导致制品的维卡软化点降低等）或加工设备上做较大调整，往往会得不偿失，因此需要综合考虑各方面性能要求。下举例说明：生产塑料异型材选择树脂必须同时考虑产品的物理力学指标和塑化性能指标，综合考虑一般选择聚合度 1000 树脂。如果选用聚合度 1300 树脂，虽然制品的力学强度大大满足要求，但由于聚合度
3、偏高，塑化困难，在加工过程中不得不加入适量的增塑剂，这样不但成本增加，而且会造成塑料异型材的硬度降低，不符合国家标准中对维卡软化点的指标要求。聚氯乙烯塑料管件与管材配套使用，由于其采用的加工工艺是注塑成型，因此对树脂的干流性、加工流变性及树脂的塑化性能要求较高，以使 PVC 物料在较短的时间内塑化、充满复杂模腔，以提高生产的成品率。树脂聚合度对树脂的塑化快慢、加工时的熔体粘度影响是最大的，因此，管件一般选用聚合度 700-800 树脂。对于农用塑料大棚膜，由于它在室外使用，考虑到风吹、日晒、雨淋的恶劣条件对制品老化性能及力学强度的影响，一般选用 1300 聚合度树脂。二、 树脂颗粒特性聚氯乙烯
4、的颗粒特性包括树脂的外部形态、颗粒内部结构。1. 外部形态树脂颗粒外部形态包括树脂颗粒表皮的包裹状态、树脂颗粒的规整度及树脂颗粒的颗粒集中度等等。我们观察图 1a、b 树脂颗粒可以看出，树脂颗粒有许多亚颗粒松散堆积而成，但亚颗粒却被分散剂和氯乙烯分子形成的接枝层紧紧的包裹。对于这种颗粒组成结构，在加工过程中，随着加热和设备的剪切作用，组成树脂颗粒的亚颗粒首先很容易被破坏，但由于亚颗粒的接枝层外皮比较完整，因此在亚颗粒进一步破坏成聚集体的塑化过程中，速度将变慢，需要较高的加工温度或较强的剪切强度，宏观表现为该树脂塑化较慢。观察图 2a、b，我们可以看到该树脂颗粒亚颗粒结构不明显或者说比较松散，并
5、且可以看到有裸露在外的聚集体，相比 1a、b 而言，树脂颗粒容易破碎，塑化速度较快。图 1a（400） 图 1b（1K）图 2a（400） 图 2b（1K）树脂颗粒的规整度及集中度主要影响树脂热混时的预塑化程度（热混过程主要靠树脂在高速搅拌下通过树脂与桨叶、热混机壁，及树脂颗粒之间的相互摩擦产生热量，从而达到助剂被很好地分散和预塑化的目的，因此树脂颗粒的规整及集中对这一过程是有利的）及加工时的干流性能，这将直接影响树脂加工成型的效率。2. 树脂颗粒内部结构颗粒的内部结构，包括聚集体和组成聚集体的初级粒子的堆积状态。初级粒子的融合成团和紧密堆砌状况，直接影响到树脂的孔隙率和树脂在加工过程中初级粒
6、子及其聚集体被破碎的难易程度，同时对配方中各种助剂的吸收产生影响。从图 3a、b 树脂颗粒电镜切片可以看出，该树脂颗粒内部部分区域初级粒子和聚集体融合严重，不利于塑化，容易在透明制品中产生“鱼眼”或 “晶点” 。而图 4a、b 中树脂颗粒电镜切片，无论从初级粒子堆砌还是聚集体的融合状况，都要改善了许多，有利于树脂的塑化，有利于配方中助剂的吸收和功能的发挥。图 3a （1.5K） 图 3b（10K）图 4a （1.5K） 图 4b（10K）三、 加工设备在 PVC 树脂加工中，形式多样的挤出机是物料塑化的关键设备，如单螺杆挤出机、双螺杆挤出机（包括平双、锥双及同向和异向等等） 、行星挤出机等等，
7、应用最多、最广的是锥形双螺杆挤出机和行星挤出机。我们以锥形双螺杆挤出机为例来分析它对 PVC 物料塑化的影响。挤出机是 PVC 物料挤出塑化的硬件部分，是挤出塑化的保证。 螺杆是挤出机中影响 PVC 物料挤出塑化的主要部件，螺杆主要参数有：螺杆直径；长径比；压缩比；螺杆的分段（加料段、压缩段、计量段） ；螺槽深度；螺距；螺旋升角；螺棱宽；螺纹头数；螺纹断面；螺杆头部型式；螺杆的冷却方式。挤出机生产厂家在制造螺杆时，一般对上述参数有所考虑。这是因为上述参数的不同会导致 PVC 物料挤出塑化质量不同。或者说，挤出机生产厂家为了适应不同的 PVC 物料挤出塑化质量要求，应该改变上述参数。机筒是构成挤
8、出机中影响 PVC 物料挤出塑化的另一个主要部件，一般采用电阻加热、鼓风机鼓风冷却形式。 双螺杆挤出机中物料由加料斗加入机筒经过螺杆到达口模，在这一过程中，物料在螺纹推动下，通过各部分圆周运动，进行剪切、辊压、捏合，同时也沿着口模方向运动。物料在双螺杆内的流动不是由于磨擦牵引作用，而是靠机械的强制输送，这种输送是等量的、正向的，减少了逆流，物料在机筒内停留时间短、温度控制平稳，适合 PVC 物料加工。需要指出的是，螺杆与机筒的装配精度对 PVC 物料挤出塑化有很大的影响。装配精度主要表现在双螺杆挤出机的四种间隙中，这四种间隙是二个螺杆相对位置的间隙、螺杆螺棱之间的间隙、螺杆与机筒的间隙、螺杆尖
9、部与机筒机头断面的距离（间隙） 。对于螺杆与机筒的配合间隙一般在 0.10.8mm，螺杆直径不同，间隙也不同，随着直径增大间隙增加。双螺杆挤出机的这几种间隙，需要在实际使用过程中不断调整。间隙过大，由于剪切作用减弱，PVC 物料塑化变差；间隙过小，物料受到的剪切力加大，剪切热大大增加，物料塑化加快，如果这时热量不能及时移出，会造成物料局部温度过高而分解变色，加工操作弹性变小。提高挤出机对 PVC 物料的塑化，可采取以下几种方法：1. 增加主机螺杆转速，增加剪切力的效能；2. 提高熔融区机筒设定温度 ；3. 合适的螺杆与机筒间隙配合 。四、 加工配方及助剂对于特定的产品，一般有其通用的加工配方、
10、助剂品种。对于相同的配方，助剂的生产厂家不同，技术指标不同，PVC 物料塑化质量也不同；助剂品种相同，各种助剂在配方中的配比不同，PVC 物料塑化质量会不同。因此，应该针对具体的加工设备、原材料及助剂确定相应的配方组份，这里面需要做大量的试验与筛选工作。也就是说，没有普遍意义上的好配方，只有特定条件下的最佳配方。最佳的配方组份是 PVC 物料加工塑化的基础。下面对PVC 树脂加工过程中常用的一些助剂对树脂塑化的影响做一个简要说明。1. 稳定剂由于 PVC 树脂分子特殊的缺陷结构，使得它在高于 120时会快速分解，而这一温度下很难进行塑料加工成型，因此必须提高加工温度（一般在150以上） ，为了
11、避免树脂的分解，我们在加工配方中加入热稳定剂。对于非透明制品的加工，一般选用铅系稳定剂和钙锌稳定剂。市场上销售的通常是多种组分复合而成的片状或粒状固体，往往包含了润滑剂，因此它的加入会对 PVC 物料的塑化产生影响，可根据具体情况调整内、外润滑剂的加入量加以匹配，从而达到预期的塑化效果。对于透明制品的加工，一般选用有机锡类稳定剂。最常用的为硫醇甲基锡 TM-181 系列，其不仅对 PVC 树脂有着优异的热稳定性，而且可促进树脂塑化，但由于其价格昂贵，一般在满足树脂的加工工序情况下，尽量减少加入量，以降低配方成本。2. 润滑剂润滑剂可分为内润滑剂和外润滑剂两种，简单的讲，在树脂加工过程中，减小熔
12、体粘度、促进树脂塑化的润滑剂称为内润滑剂，而减小剪切力的效能、减缓树脂塑化的则称为外润滑剂，两者相互匹配，缺一不可。内、外润滑剂不是绝对的，它在加工的不同阶段是可以转变的。一般在合理的配方中，润滑剂尽量减少，以免因润滑过度造成的制品塑化不良或润滑剂析出现象的发生。3. 抗冲改性剂为了提高 PVC 塑料制品的使用性能，在加工配方中需加入抗冲击改性剂，由于它的分子量一般都较高，使得 PVC 物料的熔体粘度增大，物料粘附金属倾向增强（例如对挤出机螺筒螺杆的粘附作用） ，剪切摩擦热增加，因而会促进 PVC 树脂塑化。常用的抗冲改性剂有抗冲 ACR、CPE 及 MBS 等。ACR 和 CPE 由于其良好
13、的耐候性，一般用来生产户外塑料制品，而 MBS 由于其具有和 PVC 树脂相近的折光系数，常用来加工透明制品。4. ACR 加工助剂ACR 是丙烯酸脂共聚物，它是由 MMA（甲基丙烯酸甲脂）与多种丙烯酸脂接枝共聚而成。对于不同的加工形式或塑料制品，可选择不同分子量的ACR 品种。采用双螺杆挤出机加工塑化，添加 ACR 加工助剂，将减少熔体的滑壁，加大熔体的粘壁剪切流动，显著提高加工中的剪切生热效能，从而加速物料的熔融塑化速度。另外，加工助剂的加入还可以改进 PVC 物料的热塑态的流变行为，提高熔体强度，避免发生熔体破裂等功效。常用的加工助剂品种有 ACR-201、ACR-401、PA-20、PA-21 等等。影响 PVC 加工塑化的因素很多，以上仅从几方面做了分析、探讨，望对相关人员有一定启示作用，同时希望通过全行业技术人员的不断努力，为下游用户提供更好的 PVC 树脂。参考文献潘祖仁等 塑料工业手册聚氯乙烯
