碳酸鈣高填充喂料
2014-03-27 17:20:20點擊：
型材發(fā)脆基本上在制品的物理、力學(xué)性能上得到充分體現(xiàn)。其主要特征為：下料時崩口、冷沖破裂。造成型材制品物理、力學(xué)性能差的原因有很多，主要表現(xiàn)為以下幾種：
一、配方及混料工藝不合理
1、填料過多
針對目前市場上型材價格低，而原材料價格上漲的格局，型材廠家都是在降低成本上作文章，正規(guī)的型材廠家通過配方的優(yōu)化組合，是在不降低質(zhì)量的前提下，降低了成本；有些廠家卻在降低成本的同時也降低了制品質(zhì)量。由于配方組份的原因，最直接有效的辦法是增加填料，在PVC-U塑料異型材中常用的填料為碳酸鈣。在以前的配方體系中多數(shù)是填加重鈣，其目的是增加剛性和降低成本，但重鈣由于品質(zhì)不同，因而對配方的要求也會有改變，份數(shù)增大時會對型材的色澤和表觀造成影響�，F(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展，大多采用信源超細(xì)碳酸鈣、或是信源配方碳酸鈣、其不僅起到增加剛性和填充的作用，而且還具有改性的作用，但是其填加量并不是無限度的，其比例應(yīng)該加以控制�，F(xiàn)在有些廠家為了降低成本將碳酸鈣加到50-60質(zhì)量份，這大大降低了型材的物理力學(xué)性能，造成本章所說的型材發(fā)脆現(xiàn)象。
2、抗沖擊改性劑添加種類、數(shù)量
抗沖擊改性劑是在應(yīng)力作用下，能夠提高聚氯乙烯破裂總能量的一種高分子聚合物。目前硬質(zhì)聚氯乙烯的抗沖擊改性劑的主要品種有CPE、ACR、MBS、ABS、EVA等，其中CPE、EVA、ACR改性劑的分子結(jié)構(gòu)中不含雙鍵，耐候性能好，適宜做戶外建筑材料，它們與PVC共混，能有效的提高硬聚氯乙烯的抗沖擊性能、加工性、耐候性及在一定范圍內(nèi)提高焊角強度。
在PVC/CPE共混體系中，其沖擊強度隨CPE的用量增加而增加，呈S形曲線。添加量在8質(zhì)量份以下時，體系的沖擊強度增長幅度非常小；添加量在8-15質(zhì)量份時增加幅度最大；之后增長幅度又趨于平緩。當(dāng)CPE用量在8質(zhì)量份以下時不足以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)CPE用量在8-15質(zhì)量份時，其在共混體系中連續(xù)均勻分散，形成分相不分離的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使共混體系的沖擊強度增長幅度最大；當(dāng)CPE用量超過15質(zhì)量份時，就不能形成連續(xù)均勻的分散，而是有部分CPE形成凝膠狀，這樣在兩相界面上就不會有適宜分散的CPE顆粒來吸收沖擊能量，因而沖擊強度增長趨于緩慢。
而在PVC/ACR共混體系中，ACR可顯著提高共混體系的抗沖擊性能。同時“核一殼”粒子可均勻分散在PVC基體中，PVC是連續(xù)相，ACR是分散相，分散在PVC連續(xù)相中與PVC相互作用，起到加工助劑的作用，促進(jìn)PVC的塑化和凝膠化，塑化時間短，具有很好的加工性能。成形溫度和塑化時間對缺口沖擊強度影響較小，彎曲彈性模量下降也小。一般用量在5-7質(zhì)量份，經(jīng)ACR改性的硬PVC制品有優(yōu)良的室溫沖擊強度或低溫沖擊強度。
而經(jīng)實驗論證，ACR與CPE相比抗沖擊強度要高30%左右。因此在配方中盡可能采用PVC/ACR共混體系，而用CPE改性且用量低于8質(zhì)量份時往往會引起型材發(fā)脆。
3、穩(wěn)定劑過多或過少
穩(wěn)定劑的作用是抑制降解，或與釋放出的氯化氫反應(yīng)以及防止聚氯乙烯加工時變色。穩(wěn)定劑根據(jù)種類不同用量也不同，但總的一點來說，用量過多會推遲物料的塑化時間從而使物料出口模時還欠塑化，其配方體系中各分子之間沒有完全溶合，其分子間結(jié)構(gòu)不牢固造成。而用量過少時會造成配方體系中相對低分子物降解或分解(也可以說成過塑化)，對各組份分子間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性造成破壞。因此穩(wěn)定劑用量多少也會對型材的抗沖擊強度造成影響，過多或過少都會造成型材強度降低引起型材發(fā)脆現(xiàn)象。
4、外潤滑劑用量過多
外潤滑劑與樹脂相溶性較低，能夠促進(jìn)樹脂粒子間的滑動，從而減少摩擦熱量并推遲熔化過程，潤滑劑的這種作用在加工過程早期(也就是在外部加熱作用和內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦熱使樹脂完全熔化和熔體中樹脂失去識別特征之前)是最大的。外潤滑劑又分前期潤滑和后期潤滑、潤滑過度的物料在各種條件下都表現(xiàn)為較差的外形，如果潤滑劑用量不妥，可能造成流痕，產(chǎn)量低，渾濁，沖擊性差，表面粗糙、粘連，塑化差等。特別是用量過多時，就會造成型材的密實度差、塑化差，而導(dǎo)致沖擊性能差，引起型材發(fā)脆。
5、熱混加料順序、溫度設(shè)值以及熟化時間對型材的性能也有決定性的因素
PVC-U配方的組分很多，所選擇加料順序應(yīng)有利于發(fā)揮每種助劑的作用，并有利于提高分散速度，而避免其不良的協(xié)同效應(yīng)，助劑的加料順序應(yīng)有助于提高助劑的相輔相成效果，克服相克相消的作用，使應(yīng)在PVC樹脂中分散的助劑，充分進(jìn)入PVC樹脂內(nèi)部。
典型的鉛鹽穩(wěn)定體系配方加料順序如下：
a．低速運轉(zhuǎn)時，將PVC樹脂加到熱混鍋中；
b．在60℃時，高速運轉(zhuǎn)下加入穩(wěn)定劑及皂類；
c．在80℃左右，高速運轉(zhuǎn)下加入內(nèi)潤滑劑、顏料、抗沖擊改性劑、加工助劑；
d．在100℃左右，高轉(zhuǎn)速下加入蠟類等外潤滑劑；
e．在110℃，高速運轉(zhuǎn)下加入填料；
f．在110℃-120℃低轉(zhuǎn)速下排出物料至冷混桶中進(jìn)行降溫；
g．冷混至料溫降至40℃左右時，卸料過篩。
上面加料順序較為合理，但在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)自身的設(shè)備及各種條件也有所不同，多數(shù)廠家除樹脂外，其他助劑一同加入。還有的是輕質(zhì)活化碳酸鈣同主料一起加入等等。這就要求企業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本企業(yè)的特點制定出適合自己的加工工藝及投料順序。
一般熱混溫度在120℃左右，溫度太低時物料達(dá)不到凝膠化和混料均勻，高于此溫度部分物料可能會分解揮發(fā)，而且干混粉料發(fā)黃。
混料時間一般在7-10min物料才能達(dá)到密實、均化、部分凝膠化。而冷混一般在40℃以下，而且要求冷卻時間要短，如溫度大于40℃且冷卻速度又慢，則制備的干混料會相對常規(guī)密實度差。干混料的熟化時間一般在24小時，大于這個時間物料易吸收水份或結(jié)塊，小于這個時間物料各分子間的結(jié)構(gòu)還不太穩(wěn)定，造成擠出時型材外形尺寸和壁厚波動較大。以上環(huán)節(jié)如不加強控制都會對型材制品的質(zhì)量造成影響，個別情況便會表現(xiàn)為型材發(fā)脆。
二、擠出工藝不合理
1、物料塑化過度或不足
這與工藝溫度設(shè)定和喂料比例有關(guān)，溫度設(shè)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(fā)；溫度過低其組份中各分子間沒有完全熔合，分子結(jié)構(gòu)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型材切割崩口現(xiàn)象。
2、機頭壓力不足
一方面與模具設(shè)計有關(guān)(這在下面單獨描述)另一方面是與加料比例和溫度設(shè)定有關(guān)，壓力不足時，物料的密實度就差，就會成組織疏松出現(xiàn)型材料脆現(xiàn)象，這時應(yīng)調(diào)整計量加料轉(zhuǎn)速和擠出螺桿轉(zhuǎn)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(chǎn)生一般有兩個途徑，一是在熱混時產(chǎn)生，這在熱混時通過抽濕和排氣系統(tǒng)可以排出。二是部分殘存的和擠出受熱受壓時產(chǎn)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(tǒng)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，造成型材力學(xué)性能下降。
4、螺桿轉(zhuǎn)矩太低
螺桿的轉(zhuǎn)矩是反應(yīng)機械在受力狀態(tài)下的數(shù)值，工藝溫度設(shè)值的高低，喂料比例的多少都直接在螺桿轉(zhuǎn)矩值上得到體現(xiàn)，螺桿轉(zhuǎn)矩太低從某種程度上反應(yīng)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，也就會降低型材的力學(xué)性能。根據(jù)不同的擠出設(shè)備和模具，螺桿轉(zhuǎn)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型材壁薄力學(xué)性能下降，而牽引速度太慢，型材受到的阻力大，制品處于高拉伸狀態(tài)，也會對型材的力學(xué)性能造成影響。
一、配方及混料工藝不合理
1、填料過多
針對目前市場上型材價格低，而原材料價格上漲的格局，型材廠家都是在降低成本上作文章，正規(guī)的型材廠家通過配方的優(yōu)化組合，是在不降低質(zhì)量的前提下，降低了成本；有些廠家卻在降低成本的同時也降低了制品質(zhì)量。由于配方組份的原因，最直接有效的辦法是增加填料，在PVC-U塑料異型材中常用的填料為碳酸鈣。在以前的配方體系中多數(shù)是填加重鈣，其目的是增加剛性和降低成本，但重鈣由于品質(zhì)不同，因而對配方的要求也會有改變，份數(shù)增大時會對型材的色澤和表觀造成影響�，F(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展，大多采用信源超細(xì)碳酸鈣、或是信源配方碳酸鈣、其不僅起到增加剛性和填充的作用，而且還具有改性的作用，但是其填加量并不是無限度的，其比例應(yīng)該加以控制�，F(xiàn)在有些廠家為了降低成本將碳酸鈣加到50-60質(zhì)量份，這大大降低了型材的物理力學(xué)性能，造成本章所說的型材發(fā)脆現(xiàn)象。
2、抗沖擊改性劑添加種類、數(shù)量
抗沖擊改性劑是在應(yīng)力作用下，能夠提高聚氯乙烯破裂總能量的一種高分子聚合物。目前硬質(zhì)聚氯乙烯的抗沖擊改性劑的主要品種有CPE、ACR、MBS、ABS、EVA等，其中CPE、EVA、ACR改性劑的分子結(jié)構(gòu)中不含雙鍵，耐候性能好，適宜做戶外建筑材料，它們與PVC共混，能有效的提高硬聚氯乙烯的抗沖擊性能、加工性、耐候性及在一定范圍內(nèi)提高焊角強度。
在PVC/CPE共混體系中，其沖擊強度隨CPE的用量增加而增加，呈S形曲線。添加量在8質(zhì)量份以下時，體系的沖擊強度增長幅度非常小；添加量在8-15質(zhì)量份時增加幅度最大；之后增長幅度又趨于平緩。當(dāng)CPE用量在8質(zhì)量份以下時不足以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)CPE用量在8-15質(zhì)量份時，其在共混體系中連續(xù)均勻分散，形成分相不分離的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使共混體系的沖擊強度增長幅度最大；當(dāng)CPE用量超過15質(zhì)量份時，就不能形成連續(xù)均勻的分散，而是有部分CPE形成凝膠狀，這樣在兩相界面上就不會有適宜分散的CPE顆粒來吸收沖擊能量，因而沖擊強度增長趨于緩慢。
而在PVC/ACR共混體系中，ACR可顯著提高共混體系的抗沖擊性能。同時“核一殼”粒子可均勻分散在PVC基體中，PVC是連續(xù)相，ACR是分散相，分散在PVC連續(xù)相中與PVC相互作用，起到加工助劑的作用，促進(jìn)PVC的塑化和凝膠化，塑化時間短，具有很好的加工性能。成形溫度和塑化時間對缺口沖擊強度影響較小，彎曲彈性模量下降也小。一般用量在5-7質(zhì)量份，經(jīng)ACR改性的硬PVC制品有優(yōu)良的室溫沖擊強度或低溫沖擊強度。
而經(jīng)實驗論證，ACR與CPE相比抗沖擊強度要高30%左右。因此在配方中盡可能采用PVC/ACR共混體系，而用CPE改性且用量低于8質(zhì)量份時往往會引起型材發(fā)脆。
3、穩(wěn)定劑過多或過少
穩(wěn)定劑的作用是抑制降解，或與釋放出的氯化氫反應(yīng)以及防止聚氯乙烯加工時變色。穩(wěn)定劑根據(jù)種類不同用量也不同，但總的一點來說，用量過多會推遲物料的塑化時間從而使物料出口模時還欠塑化，其配方體系中各分子之間沒有完全溶合，其分子間結(jié)構(gòu)不牢固造成。而用量過少時會造成配方體系中相對低分子物降解或分解(也可以說成過塑化)，對各組份分子間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性造成破壞。因此穩(wěn)定劑用量多少也會對型材的抗沖擊強度造成影響，過多或過少都會造成型材強度降低引起型材發(fā)脆現(xiàn)象。
4、外潤滑劑用量過多
外潤滑劑與樹脂相溶性較低，能夠促進(jìn)樹脂粒子間的滑動，從而減少摩擦熱量并推遲熔化過程，潤滑劑的這種作用在加工過程早期(也就是在外部加熱作用和內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦熱使樹脂完全熔化和熔體中樹脂失去識別特征之前)是最大的。外潤滑劑又分前期潤滑和后期潤滑、潤滑過度的物料在各種條件下都表現(xiàn)為較差的外形，如果潤滑劑用量不妥，可能造成流痕，產(chǎn)量低，渾濁，沖擊性差，表面粗糙、粘連，塑化差等。特別是用量過多時，就會造成型材的密實度差、塑化差，而導(dǎo)致沖擊性能差，引起型材發(fā)脆。
5、熱混加料順序、溫度設(shè)值以及熟化時間對型材的性能也有決定性的因素
PVC-U配方的組分很多，所選擇加料順序應(yīng)有利于發(fā)揮每種助劑的作用，并有利于提高分散速度，而避免其不良的協(xié)同效應(yīng)，助劑的加料順序應(yīng)有助于提高助劑的相輔相成效果，克服相克相消的作用，使應(yīng)在PVC樹脂中分散的助劑，充分進(jìn)入PVC樹脂內(nèi)部。
典型的鉛鹽穩(wěn)定體系配方加料順序如下：
a．低速運轉(zhuǎn)時，將PVC樹脂加到熱混鍋中；
b．在60℃時，高速運轉(zhuǎn)下加入穩(wěn)定劑及皂類；
c．在80℃左右，高速運轉(zhuǎn)下加入內(nèi)潤滑劑、顏料、抗沖擊改性劑、加工助劑；
d．在100℃左右，高轉(zhuǎn)速下加入蠟類等外潤滑劑；
e．在110℃，高速運轉(zhuǎn)下加入填料；
f．在110℃-120℃低轉(zhuǎn)速下排出物料至冷混桶中進(jìn)行降溫；
g．冷混至料溫降至40℃左右時，卸料過篩。
上面加料順序較為合理，但在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)自身的設(shè)備及各種條件也有所不同，多數(shù)廠家除樹脂外，其他助劑一同加入。還有的是輕質(zhì)活化碳酸鈣同主料一起加入等等。這就要求企業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本企業(yè)的特點制定出適合自己的加工工藝及投料順序。
一般熱混溫度在120℃左右，溫度太低時物料達(dá)不到凝膠化和混料均勻，高于此溫度部分物料可能會分解揮發(fā)，而且干混粉料發(fā)黃。
混料時間一般在7-10min物料才能達(dá)到密實、均化、部分凝膠化。而冷混一般在40℃以下，而且要求冷卻時間要短，如溫度大于40℃且冷卻速度又慢，則制備的干混料會相對常規(guī)密實度差。干混料的熟化時間一般在24小時，大于這個時間物料易吸收水份或結(jié)塊，小于這個時間物料各分子間的結(jié)構(gòu)還不太穩(wěn)定，造成擠出時型材外形尺寸和壁厚波動較大。以上環(huán)節(jié)如不加強控制都會對型材制品的質(zhì)量造成影響，個別情況便會表現(xiàn)為型材發(fā)脆。
二、擠出工藝不合理
1、物料塑化過度或不足
這與工藝溫度設(shè)定和喂料比例有關(guān)，溫度設(shè)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(fā)；溫度過低其組份中各分子間沒有完全熔合，分子結(jié)構(gòu)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型材切割崩口現(xiàn)象。
2、機頭壓力不足
一方面與模具設(shè)計有關(guān)(這在下面單獨描述)另一方面是與加料比例和溫度設(shè)定有關(guān)，壓力不足時，物料的密實度就差，就會成組織疏松出現(xiàn)型材料脆現(xiàn)象，這時應(yīng)調(diào)整計量加料轉(zhuǎn)速和擠出螺桿轉(zhuǎn)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(chǎn)生一般有兩個途徑，一是在熱混時產(chǎn)生，這在熱混時通過抽濕和排氣系統(tǒng)可以排出。二是部分殘存的和擠出受熱受壓時產(chǎn)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(tǒng)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，造成型材力學(xué)性能下降。
4、螺桿轉(zhuǎn)矩太低
螺桿的轉(zhuǎn)矩是反應(yīng)機械在受力狀態(tài)下的數(shù)值，工藝溫度設(shè)值的高低，喂料比例的多少都直接在螺桿轉(zhuǎn)矩值上得到體現(xiàn)，螺桿轉(zhuǎn)矩太低從某種程度上反應(yīng)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，也就會降低型材的力學(xué)性能。根據(jù)不同的擠出設(shè)備和模具，螺桿轉(zhuǎn)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型材壁薄力學(xué)性能下降，而牽引速度太慢，型材受到的阻力大，制品處于高拉伸狀態(tài)，也會對型材的力學(xué)性能造成影響。
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