硬質(zhì)PVC管材配方與工藝設(shè)計(jì)原則

一、選材與配方設(shè)計(jì)

硬質(zhì)PVC管材的配方設(shè)計(jì)主要有3個(gè)方面的工作：確定穩(wěn)定劑系統(tǒng)、潤(rùn)滑劑配合設(shè)計(jì)和加工改性劑的選用。

（1）穩(wěn)定劑系統(tǒng)的確定及用量。

鉛鹽穩(wěn)定劑是這幾種穩(wěn)定劑中最經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定劑體系，成型加工也最容易，它的熱穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑性都比有機(jī)錫和金屬皂類穩(wěn)定劑好，但有毒性。選擇何種穩(wěn)定劑體系的依據(jù)是生產(chǎn)成本好和是否有法律法規(guī)限制和安全衛(wèi)生方面的要求。

穩(wěn)定劑的用量主要是根據(jù)加工方式確定。如用雙螺桿擠出機(jī)擠出時(shí)，PVC樹脂受熱過程較短，穩(wěn)定劑用量比單螺桿擠出機(jī)擠出時(shí)要少。考慮穩(wěn)定劑用量時(shí)還要留有充分余地，否則當(dāng)加工溫度選擇不當(dāng)、溫度失控會(huì)因穩(wěn)定劑量不足而發(fā)生PVC分解。

（2）外潤(rùn)滑劑與穩(wěn)定劑的匹配設(shè)計(jì)。

①根據(jù)穩(wěn)定劑選擇與之匹配的外潤(rùn)滑劑

a、有機(jī)錫穩(wěn)定劑。有機(jī)錫穩(wěn)定劑與PVC樹脂有較好的相容性，有嚴(yán)重的粘附金屬壁的傾向，與之匹配的最便宜的外潤(rùn)滑劑是以石蠟為主的石蠟-硬脂酸鈣體系。

b、鉛鹽穩(wěn)定劑。鉛鹽穩(wěn)定劑與PVC樹脂相容性差，僅附在PVC粒子表面，阻礙了PVC粒子間的融合，通常采用硬脂酸鉛-硬脂酸鈣外潤(rùn)滑劑與之匹配。

②外潤(rùn)滑劑的用量。如果調(diào)整外潤(rùn)滑劑用量仍不能滿足物料加工的要求，則可以考慮添加少量的內(nèi)潤(rùn)滑劑。

當(dāng)使用抗沖擊增韌改性劑時(shí)，由于熔體粘度大，粘附到金屬表面的可能性就大，往往需要增加外潤(rùn)滑劑的用量；用同一種設(shè)備擠出的薄壁管比同一規(guī)格厚壁管所需的外潤(rùn)滑劑要多。當(dāng)加工溫度高時(shí)，熔體粘附金屬表面的傾向大，所加入的外潤(rùn)滑劑就多。

（3）加工改性劑的選用。

目前用于硬質(zhì)PVC管材的較好的加工改性劑是聚丙烯酸酯類（簡(jiǎn)稱ACR）。ACR作為加工改性劑主要功能是促進(jìn)樹脂熔融、改善熔體流變性能。

（4）填充劑。

選擇適當(dāng)?shù)奶畛鋭┖吞畛淞浚苁褂操|(zhì)PVC管材獲得較高的沖擊強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，并能降低成本。

（5）著色劑。

硬質(zhì)PVC管材常用的著色劑是顏料，主要品種有：

①鈦白粉。鈦白粉即二氧化鈦，在陽光下非常穩(wěn)定，不溶于稀硫酸，耐熱性好，著色遮蓋力強(qiáng)，是白色顏料中最優(yōu)良的品種。

②炭黑。炭黑可單獨(dú)作為著色劑，也可配合其他著色劑調(diào)制成灰色或咖啡色。

③酞菁藍(lán)。酞菁藍(lán)是一種有機(jī)顏料，無遷移性，遮蓋力強(qiáng)。

二、工藝設(shè)定原則

（1）混合工藝

在高速混合時(shí)，助劑滲入PVC樹脂的空隙，使助劑在樹脂中均勻分散，考慮到溫度在100℃以上有利于物料中水蒸氣蒸出，所以一般熱混機(jī)的溫度設(shè)定在100~120℃。為了助劑充分地與PVC微粒接觸，減少填充劑對(duì)助劑的吸附作用，應(yīng)該在加入PVC樹脂后即啟動(dòng)熱混機(jī)，再按如下順序投料：穩(wěn)定劑、各種加工助劑、色料、填充劑。在實(shí)際生產(chǎn)中，大都是將原輔料全都投入后再啟動(dòng)熱混機(jī)。

熱混機(jī)放出的混合料溫度很高，需立即進(jìn)行冷卻，若散熱不及時(shí)會(huì)引起物料分解和助劑揮發(fā)。冷混一般控制在料溫400℃左右時(shí)出料。

（2）擠出成型工藝

擠出機(jī)螺桿分3個(gè)區(qū)段：加料段（送料段）、熔化段（壓縮段）、計(jì)量段（均化段），這三段相應(yīng)的對(duì)物料組成了3個(gè)功能區(qū)：固體輸送區(qū)、物料塑化區(qū)、熔體輸送區(qū)。

固體輸送區(qū)的料筒溫度一般控制在100~140℃。若加料溫度過低，使固體輸送區(qū)延長(zhǎng)，減少了塑化區(qū)和熔體輸送區(qū)的長(zhǎng)度，會(huì)引起塑化不良，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

物料塑化區(qū)的溫度控制在170~190℃。控制該段的真空度是一個(gè)重要的工藝指標(biāo)，若真空度較低，會(huì)影響排氣效果，導(dǎo)致管材中存有氣泡，嚴(yán)重降低了管材的力學(xué)性能。為了使物料內(nèi)部的氣體容易溢出，應(yīng)控制物料在該段塑化程度不能過高，同時(shí)還要經(jīng)常清理排氣管路以免阻塞。料筒真空度一般為0.08MPa~0.09MPa。

熔體出送區(qū)的溫度應(yīng)略低一些，一般為160~180℃。在該段提高螺桿轉(zhuǎn)速、減小機(jī)頭阻力及在塑化區(qū)提高壓力都有利于輸送速率的提高，對(duì)于PVC這樣的熱敏塑料，不應(yīng)在此段停留時(shí)間過長(zhǎng)，螺桿轉(zhuǎn)速一般為20~30r/min。

機(jī)頭是擠出制品成型的重要部件，它的作用是產(chǎn)生較高的熔體壓力并使熔體成型為所需的形狀。各部分工藝參數(shù)分別為：口模連接器溫度165℃，口模溫度170℃、165℃、180℃、190℃。

（3）定型工藝

從機(jī)頭口模擠出來的管狀物要經(jīng)過冷卻，使它變硬而定型。定型一般用定徑套進(jìn)行外徑定型和內(nèi)徑定型兩種方式。其中外徑定型結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，操作方便，我國普遍采用。外徑定型的定徑外套長(zhǎng)度一般取其內(nèi)徑的3倍，定徑套的內(nèi)徑應(yīng)略大于（一般不超過2mm）管材外徑的名義尺寸。管材的冷卻方法有水浸式冷卻和噴淋式冷卻，較常用的是噴淋式冷卻。

真空冷卻成型是借助于真空泵將真空槽抽成真空，使管坯外壁吸附在定型套的內(nèi)壁上而達(dá)到冷卻定型。真空定型的工藝條件一般為：真空度20.0~53.3kPa，水溫15~25℃，真空槽中的水成霧狀為最佳。若真空度偏小，導(dǎo)致管外徑偏小，小于標(biāo)準(zhǔn)尺寸；反之，若真空度偏大，管徑偏大，甚至?xí)霈F(xiàn)抽脹現(xiàn)象。若水溫過低，定型不完全，且會(huì)使管材脆性增大；若水溫過高，則會(huì)造成冷卻不良，致使管材易發(fā)生變形。

（4）牽引工藝

牽引裝置的作用是給機(jī)頭擠出的管材提供一定的牽引力和牽引速度，均勻地引出管材，并通過調(diào)節(jié)牽引速度調(diào)節(jié)管子的壁厚。牽引速度取決于擠出速度，一般牽引速度比擠出速度快1%~3%。