氯化聚氯乙烯(PVC—C)管材的挤出成型工艺

氯化聚氯乙烯（PVC—C）管材的挤出成型工艺摘要：氯化聚氯乙烯树脂的挤出加工在国外已经有四十来年的历史[1]，但在我国，只是从这几年才开始，由于材料的特殊性，给加工带来了困难，本公司已生产了近3000吨的氯化聚氯乙烯管材，分别应用在埋地式电力电缆（高压和超高压）保护套管、玻璃钢复合管内衬管和工业用排污管等领域。本文主要就该树脂的挤出配方和加工技术两方面做了介绍。关键词：氯化聚氯乙烯；管材；挤出；工艺氯化聚氯乙烯树脂（以下简称CPVC）于1958年由美国古立德公司（BFGoodrich）开发研制成功[2]，它是聚氯乙烯树脂（PVC）的氯化产物，经过氯化处理的PVC氯含量可由57%提高到64%～75%，随着氯含量的增加，相应的耐温性、刚性、耐化学腐蚀性、阻燃性、消烟性等都得以增强，但是CPVC树脂熔融粘度增加、脆性增大、冲击强度下降、热稳定性降低，给CPVC的挤出加工带来很大难度，同时如果工艺控制不当将会产生大量的HCl气体而使加工设备和模具受到严重腐蚀，因此CPVC树脂的挤出加工问题一直是人们讨论的焦点。在CPVC树脂的加工过程中，“塑化”是关键，因而，如何从配方、设备及工艺技术上得到好的塑化质量，是CPVC树脂加工的关键。一、氯化聚氯乙烯（PVC—C）管材的配方1、热稳定剂CPVC树脂在加工过程中较PVC更容易分解，因此需要加入比PVC更多的热稳定剂，试制时，可以按照PVC加入量的1.5～2.5倍加入，然后再根据试制情况适当增减，总的原则是：热稳定剂不得添加过多，否则会影响CPVC树脂的塑化。基本上，加工PVC的热稳定剂都可以加工CPVC，如铅盐稳定剂、钙锌稳定剂、复合铅稳定剂、金属皂类稳定剂和液体有机锡稳定剂等，在众多的热稳定剂中，当管材有不同的特殊要求时，在选用上是有所区别的，生产卫生级CPVC管材时应选用无毒的钙锌稳定剂或有机锡稳定剂；生产对耐温性能有要求的管材时，应尽量避免使用液体有机锡稳定剂；生产高抗冲管材时，不加硬脂酸钙。2、润滑剂润滑剂的作用与热稳定剂的作用同等重要，加入量过少，会造成加工困难，甚至会给设备带来相当大的损害，加入量过多，不仅影响塑化质量，还会降低管材的维卡软化温度，因此如何掌握好润滑剂的加入量是关键，也是CPVC管材配方的设计关键，甚至可以说，CPVC管材配方的设计其实也是润滑体系的设计。CPVC树脂的熔体粘度大，至少是PVC树脂的2倍[1]，因此润滑剂的加入量要稍多于PVC树脂。当使用不同的稳定剂时，其配方中内、外润滑剂的配比是不同的，一般来讲，使用铅盐稳定剂，需要配置较多的内润滑剂和适量的外润滑剂；使用有机锡稳定剂，需要配置较多的外润滑剂和适量的内润滑剂；使用带润滑体系的复合稳定剂时，内、外润滑剂用量均要适当减少。内润滑剂可以选用硬脂酸（HSt），外润滑剂则需选用高温石蜡、PE蜡或氧化聚乙烯蜡，一般石蜡不宜单独作为CPVC树脂的外润滑剂。总之，协调好了内、外润滑剂之间的配比关系，那么该配方虽然不能说是一个成熟的配方，至少在挤出成型方面是不会有什么问题的。3、抗冲改性剂和加工助剂由于CPVC树脂氯含量较高，它的抗冲击性能比PVC树脂更差，必须加入抗冲击剂加以改性，常用的抗冲击剂有：CPE、MBS、ABS和抗冲型ACR等，在CPVC管材的加工中加入CPE，其增韧效果十分明显，添加量在8～12份之间增韧效果最好，但加入CPE会明显降低管材的维卡软化温度；MBS、ABS对维卡软化温度影响较小，但由于它们的分子链中含有不饱和双键，耐候性较差；抗冲型ACR是较为理想的抗冲击改性剂，但价格较高。综合上述原因，笔者推荐使用CPE/MBS的混合体作为抗冲击改性剂，可以兼顾产品对维卡软化温度、抗冲击性、耐候性及价格等诸方面的要求，二者的配比以1.5：1为宜。目前国内使用的加工助剂主要为ACR,它是几种丙烯酸酯类化合物混合在一起的产物，它可以提高树脂的塑化程度，但CPVC树脂由于熔融粘度较大，分子之间不需要再借助其他助剂来增加摩擦热，它比PVC树脂更容易塑化，因此在挤出加工CPVC管材时应少加或不加ACR类促凝剂。4、其他添加剂其他添加剂包括填充剂和着色剂。4.1填充剂加入适量的填充剂不仅可以降低成本，还可以改善加工性能。它可以降低CPVC树脂的加工粘度、改善混料分散性、减少挤出加工时对设备和模具的粘附性，同时，作为刚性粒子的填充剂，还可以提高CPVC管材的抗冲击性能。最常用的填充剂是碳酸钙，加入量以不超过5份为宜，否则会影响制品的性能。4.2着色剂CPVC管材比PVC管材颜色略深，呈灰白色，但可以根据需要，添加一些着色剂，在加入着色剂的同时应加入少量的金红石型钛白粉，以掩盖住CPVC管材的灰色，减少其对着色剂的影响。二、氯化聚氯乙烯（PVC—C）管材的加工技术1、挤出机挤出加工CPVC管材通常选用平行或锥形双螺杆挤出机，鉴于CPVC比PVC更易塑化的特性，选用平行双螺杆挤出机更容易控制CPVC管材的挤出生产。配方中如果用的是铅盐稳定剂，要求挤出机要有较好的塑化性能；如果配方是用有机锡为稳定剂，则要求挤出机螺杆的压缩比不要太大。2、加工工艺2.1物料的混合CPVC树脂的混合工艺与PVC树脂一样，需要高速混合和低速冷却搅拌两个过程，通常高速混合温度宜控制在115～125℃，不能太高，否则容易混出发黄的物料，在挤出过程中造成物料的分解或出现“过塑化”现象。低速冷却搅拌的温度控制在40～50℃，也不能过高，否则混出的物料会因与室温相差太大的关系，使物料吸收过多空气中的水分而影响制品的性能。2.2挤出温度CPVC管材的挤出工艺重点是工艺温度，它将直接影响管材的塑化质量。一般工艺温度会因挤出机塑化性能的不同，而有很大的差异，有时这种差异会有20～30℃。理论上，CPVC材料的加工温度要比PVC高，但实际上，根据我们多年的加工经验，CPVC的加工温度要比PVC低5～8℃，这是因为CPVC熔融粘度比PVC大，熔融的分子之间将会产生大量的摩擦热，这时如果挤出机再提供给它过多的热量，很容易造成物料的分解。在工艺温度设定上，应尽量保持曲线的平缓，这样有利于CPVC树脂的塑化质量，曲线忽上忽下不利于管材的塑化，一般曲线为“U”形是比较适宜的。整个工艺温度的控制大体可以分为三部分：机筒、合流芯和模具，机筒温度从一区开始依次递减，合流芯温度又要比机筒温度略低一些，在模具的温度设定中，值得注意的是口模的温度和芯模的温度，口模的温度应比机筒的加热段温度低10℃左右，否则会影响管材的纵向回缩率，对纵向回缩率无要求的管材则不受此限制，芯模加热可以在管材正常牵出后即断开，CPVC熔体的热量和对芯模摩擦所产生的热量完全可以维持芯模的温度。三、结语CPVC管道在国内是一种比较新颖的管道，但是由于CPVC树脂的特殊性，给其加工尤其是连续加工带来了一定的难度，使得不少厂家望而却步，使该管材在国内的推广和应用遇到一些困难，我公司生产CPVC管道已有五年时间，在生产加工方面积累了不少的经验，本文通过CPVC的配方和加工技术两方面对CPVC管材的生产做了介绍，希望能对生产该管材和正要引进该管材的厂家以借鉴，以使得该管材在我新疆地区能得到快速、健康发展。参考文献：[1]张小文.塑料管道及管件加工与应用.中国石化出版社,2003.2.[2]朱元庆,屠筱猷.聚氯乙烯管材制造和应用.化学工业出版社,2002.9.