CPVC管材擠出工藝
/ 2021/6/5 20:40:10
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氯化聚氯乙烯樹(shù)脂(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CPVC)于1958年由美國古立德公司(BFGoodrich)開(kāi)發(fā)研制成功，它是聚氯乙烯樹(shù)脂(PVC)的氯化產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)氯化處理的PVC氯含量可由57%提高到64%～75%，隨著(zhù)氯含量的增加，相應的耐溫性、剛性、耐化學(xué)腐蝕性、阻燃性、消煙性等都得以增強，但CPVC樹(shù)脂熔融粘度增加、脆性增大、沖擊強度下降、熱穩定性降低，給CPVC的擠出加工帶來(lái)很大難度，同時(shí)如果工藝控制不當將會(huì )產(chǎn)生大量的HCl氣體而使加工設備和
模具受到嚴重腐蝕，因此CPVC樹(shù)脂的擠出加工問(wèn)題一直是人們討論的焦點(diǎn)。在CPVC樹(shù)脂的加工過(guò)程中，“塑化”是關(guān)鍵，因而，如何從配方、設備及工藝技術(shù)上得到好的塑化質(zhì)量，是CPVC樹(shù)脂加工的關(guān)鍵。
一、氯化聚氯乙烯（PVC—C）管材的配方
1、熱穩定劑
CPVC樹(shù)脂在加工過(guò)程中較PVC更容易分解，因此需要加入比PVC更多的熱穩定劑，試制時(shí)，可以按照PVC加入量的1.5～2.5倍加入，然后再根據試制情況適當增減，總的原則是：熱穩定劑不得添加過(guò)多，否則會(huì )影響CPVC樹(shù)脂的塑化。基本上，加工PVC的熱穩定劑都可以加工CPVC，如鉛鹽穩定劑、鈣鋅穩定劑、復合鉛穩定劑、金屬皂類(lèi)穩定劑和液體有機錫穩定劑等，在眾多的熱穩定劑中，當管材有不同的特殊要求時(shí)，在選用上是有所區別的，生產(chǎn)衛生級CPVC管材時(shí)應選用無(wú)毒的鈣鋅穩定劑或有機錫穩定劑;生產(chǎn)對耐溫性能有要求的管材時(shí)，應盡量避免使用液體有機錫穩定劑;生產(chǎn)高抗沖管材時(shí)，不加硬脂酸鈣。
2、潤滑劑
潤滑劑的作用與熱穩定劑的作用同等重要，加入量過(guò)少，會(huì )造成加工困難，甚至會(huì )給設備帶來(lái)相當大的損害，加入量過(guò)多，不僅影響塑化質(zhì)量，還會(huì )降低管材的維卡軟化溫度，因此如何掌握好潤滑劑的加入量是關(guān)鍵，也是CPVC管材配方的設計關(guān)鍵，甚至可以說(shuō)，CPVC管材配方的設計其實(shí)也是潤滑體系的設計。CPVC樹(shù)脂的熔體粘度大，至少是PVC樹(shù)脂的2倍[1]，因此潤滑劑的加入量要稍多于PVC樹(shù)脂。當使用不同的穩定劑時(shí)，其配方中內、外潤滑劑的配比是不同的，一般來(lái)講，使用鉛鹽穩定劑，需要配置較多的內潤滑劑和適量的外潤滑劑;使用有機錫穩定劑，需要配置較多的外潤滑劑和適量的內潤滑劑;使用帶潤滑體系的復合穩定劑時(shí)，內、外潤滑劑用量均要適當減少。內潤滑劑可以選用硬脂酸(HSt)，外潤滑劑則需選用高溫石蠟、PE蠟或氧化聚乙烯蠟，一般石蠟不宜單獨作為CPVC樹(shù)脂的外潤滑劑。總之，協(xié)調好了內、外潤滑劑之間的配比關(guān)系，那么該配方雖然不能說(shuō)是一個(gè)成熟的配方，至少在擠出成型方面是不會(huì )有什么問(wèn)題的。
3、抗沖改性劑和加工助劑
由于CPVC樹(shù)脂氯含量較高，它的抗沖擊性能比PVC樹(shù)脂更差，必須加入抗沖擊劑加以改性，常用的抗沖擊劑有：CPE、MBS、ABS和抗沖型ACR等，在CPVC管材的加工中加入CPE，其增韌效果十分明顯，添加量在8～12份之間增韌效果違禁詞，但加入CPE會(huì )明顯降低管材的維卡軟化溫度;MBS、ABS對維卡軟化溫度影響較小，但由于它們的分子鏈中含有不飽和雙鍵，耐候性較差;抗沖型ACR是較為理想的抗沖擊改性劑，但價(jià)格較高。綜合上述原因，筆者推薦使用CPE/MBS的混合體作為抗沖擊改性劑，可以兼顧產(chǎn)品對維卡軟化溫度、抗沖擊性、耐候性及價(jià)格等諸方面的要求，二者的配比以1.5：1為宜。目前國內使用的加工助劑主要為ACR,它是幾種丙烯酸酯類(lèi)化合物混合在一起的產(chǎn)物，它可以提高樹(shù)脂的塑化程度，但CPVC樹(shù)脂由于熔融粘度較大，分子之間不需要再借助其他助劑來(lái)增加摩擦熱，它比PVC樹(shù)脂更容易塑化，因此在擠出加工CPVC管材時(shí)應少加或不加ACR類(lèi)促凝劑。
4、其他添加劑
其他添加劑包括填充劑和著(zhù)色劑。
4.1填充劑
加入適量的填充劑不僅可以降低成本，還可以改善加工性能。它可以降低CPVC樹(shù)脂的加工粘度、改善混料分散性、減少擠出加工時(shí)對設備和模具的粘附性，同時(shí)，作為剛性粒子的填充劑，還可以提高CPVC管材的抗沖擊性能。最常用的填充劑是碳酸鈣，加入量以不超過(guò)5份為宜，否則會(huì )影響制品的性能
4.2著(zhù)色劑
CPVC管材比PVC管材顏色略深，呈灰白色，但可以根據需要，添加一些著(zhù)色劑，在加入著(zhù)色劑的同時(shí)應加入少量的金紅石型鈦白粉，以掩蓋住CPVC管材的灰色，減少其對著(zhù)色劑的影響。
二、氯化聚氯乙烯（PVC—C）管材的加工技術(shù)
1、擠出機
擠出加工CPVC管材通常選用平行或錐形雙螺桿擠出機，鑒于CPVC比PVC更易塑化的特性，選用平行雙螺桿擠出機更容易控制CPVC管材的擠出生產(chǎn)。配方中如果用的是鉛鹽穩定劑，要求擠出機要有較好的塑化性能;如果配方是用有機錫為穩定劑，則要求擠出機螺桿的壓縮比不要太大。
2、加工工藝
2.1物料的混合
CPVC樹(shù)脂的混合工藝與PVC樹(shù)脂一樣，需要高速混合和低速冷卻攪拌兩個(gè)過(guò)程，通常高速混合溫度宜控制在115～125℃，不能太高，否則容易混出發(fā)黃的物料，在擠出過(guò)程中造成物料的分解或出現“過(guò)塑化”現象。低速冷卻攪拌的溫度控制在40～50℃，也不能過(guò)高，否則混出的物料會(huì )因與室溫相差太大的關(guān)系，使物料吸收過(guò)多空氣中的水分而影響制品的性能。
2.2擠出溫度
CPVC管材的擠出工藝重點(diǎn)是工藝溫度，它將直接影響管材的塑化質(zhì)量。一般工藝溫度會(huì )因擠出機塑化性能的不同，而有很大的差異，有時(shí)這種差異會(huì )有20～30℃。理論上，CPVC材料的加工溫度要比PVC高，但實(shí)際上，根據我們多年的加工經(jīng)驗，CPVC的加工溫度要比PVC低5～8℃，這是因為CPVC熔融粘度比PVC大，熔融的分子之間將會(huì )產(chǎn)生大量的摩擦熱，這時(shí)如果擠出機再提供給它過(guò)多的熱量，很容易造成物料的分解。
在工藝溫度設定上，應盡量保持曲線(xiàn)的平緩，這樣有利于CPVC樹(shù)脂的塑化質(zhì)量，曲線(xiàn)忽上忽下不利于管材的塑化，一般曲線(xiàn)為“U”形是比較適宜的。整個(gè)工藝溫度的控制大體可以分為三部分：機筒、合流芯和模具，機筒溫度從一區開(kāi)始依次遞減，合流芯溫度又要比機筒溫度略低一些，在模具的溫度設定中，值得注意的是口模的溫度和芯模的溫度，口模的溫度應比機筒的加熱段溫度低10℃左右，否則會(huì )影響管材的縱向回縮率，對縱向回縮率無(wú)要求的管材則不受此限制，芯模加熱可以在管材正常牽出后即斷開(kāi)，CPVC熔體的熱量和對芯模摩擦所產(chǎn)生的熱量完全可以維持芯模的溫度。
