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擠出U－PVC門窗異型材配方設(shè)計(jì)

來源:中國門窗&配套材料網(wǎng) 　作者:* 　日期:2009-7-9
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   硬聚氯乙烯（PVC－U）門窗異型材是由PVC、穩(wěn)定劑、抗沖擊改性劑、加工助劑、填料等按一定的配方配混、擠出成型的，PVC及助劑的選用對(duì)制品的性能有很大影響。隨著擠出硬PVC-U門窗異型材及塑料門窗行業(yè)的高速發(fā)展，相關(guān)的PVC及助劑行業(yè)也有了新的進(jìn)展。

    1　樹脂及助
   硬聚氯乙烯（PVC－U）門窗異型材是由PVC、穩(wěn)定劑、抗沖擊改性劑、加工助劑、填料等按一定的配方配混、擠出成型的，PVC及助劑的選用對(duì)制品的性能有很大影響。隨著擠出硬PVC-U門窗異型材及塑料門窗行業(yè)的高速發(fā)展，相關(guān)的PVC及助劑行業(yè)也有了新的進(jìn)展。


    1　樹脂及助劑的選擇
    1.1　PVC
    生產(chǎn)PVC-U門窗異型材的，一般都使用懸浮法生產(chǎn)的疏松型PVC(SG-5)。特別需要指出的是，生產(chǎn)PVC原料的乙烯宜選用石油裂解法生產(chǎn)的，最好不用電石法生產(chǎn)的。

    1.2　熱穩(wěn)定劑
    (1)熱穩(wěn)定劑的常用品種
    鉛類熱穩(wěn)定劑　在鉛類熱穩(wěn)定劑中，三鹽基硫酸鉛的熱穩(wěn)定性最好，應(yīng)用最廣;二鹽基亞磷酸鉛的熱穩(wěn)定性和耐初期著色性顯著，同時(shí)賦予制品良好的耐候性，而二鹽基硬脂酸鉛和硬脂酸鉛熱穩(wěn)定性稍差，但潤(rùn)滑性強(qiáng)，鉛鹽的最大缺點(diǎn)是有毒性，且外觀易變色。鉛類熱穩(wěn)定劑的發(fā)展重點(diǎn)在于消除粉塵污染，開發(fā)復(fù)合型鉛鹽。南京、溫州、重慶是國內(nèi)三大無塵復(fù)合鹽生產(chǎn)基地，制造時(shí)大多是配合脂類潤(rùn)滑劑，產(chǎn)品有粒狀、片狀，可較好地解決粉塵污染問題。

    金屬皂類穩(wěn)定劑　依其功能和機(jī)理分為主輔兩類。主金屬皂以CdZn為主，輔助金屬皂類穩(wěn)定劑以Ba.Ca為主，主輔助金屬皂配合使用，具有協(xié)同效應(yīng)，具有代表性的是Ba-Cd，Ba-Zn和Ca-Zn。國內(nèi)常用的為Ba-Zn和Zn-Ca體系。
    有機(jī)錫穩(wěn)定劑　有機(jī)錫類穩(wěn)定劑主要分為含硫有機(jī)錫和有機(jī)錫羧酸鹽兩類。
    有機(jī)輔助穩(wěn)定劑　有機(jī)輔助穩(wěn)定劑通常與金屬鹽穩(wěn)定劑并用，具有協(xié)同效應(yīng)，主要包括亞磷酸脂、環(huán)氧化合物、多元醇、含硫輔助穩(wěn)定劑、β－二酮輔助穩(wěn)定劑。
    稀土穩(wěn)定劑　稀土穩(wěn)定劑是我國新近開發(fā)出的新型熱穩(wěn)定劑，具有價(jià)廉、無毒、性能高、透明性好、儲(chǔ)存穩(wěn)定、耐候性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際使用的稀土穩(wěn)定劑通常是稀土與金屬鈣或鋅的有機(jī)配混復(fù)合物。
    (2)熱穩(wěn)定劑的選用
    不同國家和地區(qū)使用熱穩(wěn)定劑的種類差別較大。美國熱穩(wěn)定劑的構(gòu)成特點(diǎn)是有機(jī)錫類穩(wěn)定劑產(chǎn)量較高，鉛鹽穩(wěn)定劑比例低，熱穩(wěn)定劑的開發(fā)方向是無鉛、無鉻化。日本鉛鹽穩(wěn)定劑的用量偏高，占50%以上，主要用于生產(chǎn)電纜料、PVC管材、異型材等。Ba-Zn鹽類消耗量占第二位，其次是Ca-Zn類和有機(jī)錫類。在歐洲，傳統(tǒng)的熱穩(wěn)定體系是Ba.Cd.Pb系，迫于環(huán)保的壓力，型材生產(chǎn)廠開始試用新的熱穩(wěn)定體系，如Ca-Zn體系等。

    1.3　抗沖擊改性劑
    在PVC塑料門窗異型材配方中通常用氯化聚乙烯(CPE)和丙烯酸脂共聚物（ACR）來提高PVC的抗沖擊強(qiáng)度和耐候性。
    CPE抗沖擊改性劑　CPE的含氯量對(duì)改性PVC性能影響很大。UPVC門窗異型材用抗沖擊改性劑CPE含氯量為36%左右。CPE與PVC不相容，但如果溫度過高或施加過大剪切力，CPE可能會(huì)熔融在PVC中，使性能大大降低，因此CPE配方加工范圍很窄。CPE在PVC中理論加入量為10%-13%。
    ACR類抗沖擊改性劑　ACR改性劑是將甲基丙烯酸甲脂接枝在烷基丙烯酸脂彈性體制成的。ACR類抗沖擊改性劑適用于戶外使用的UPVC塑料制品。與其他抗沖擊改性劑相比，ACR具有加工溫度范圍較寬、抗沖擊效果明顯、耐老化性能優(yōu)良、兼有加工助劑的作用等特點(diǎn)。ACR尤其適用于型材的高速擠出。

    1.4　潤(rùn)滑劑
    在UPVC門窗異型材成型加工用潤(rùn)滑劑中，復(fù)合潤(rùn)滑劑是最近的發(fā)展方向，其優(yōu)點(diǎn)在于:內(nèi)潤(rùn)滑性和外潤(rùn)滑性比較均衡。常用的復(fù)合潤(rùn)滑劑有石蠟烴類復(fù)合潤(rùn)滑劑、金屬皂和石蠟烴復(fù)合潤(rùn)滑劑、脂肪酰胺與其他潤(rùn)滑劑復(fù)合物、以褐煤蠟為主體的復(fù)合潤(rùn)滑劑、穩(wěn)定劑與潤(rùn)滑劑復(fù)合體系等。

    1.5　加工助劑
    PVC用高分子加工助劑分子量一般為1.2×105-2.5×106，現(xiàn)有的PVC用高分子加工助劑有ACR、MBS、ABS、E/VAC、CPE、PVC-VC等，其中最有效的是ACR。
    PVC加工助劑的開發(fā)趨勢(shì)是高效功能多樣化，當(dāng)今應(yīng)市的產(chǎn)品不僅有促進(jìn)樹脂熔融和流變改性的功能，還兼具其它一些性能，比如耐沖擊性能、熱穩(wěn)定性能等。國內(nèi)PVC加工助劑的產(chǎn)量及品種數(shù)量都明顯低于國外發(fā)展水平，目前國內(nèi)有上海珊瑚、蘇州安利、山西省化工研究所、湖南寶應(yīng)化工廠等科研生產(chǎn)基地。

    1.6　填　料
    近年來，隨著填料制備技術(shù)的不斷發(fā)展，超細(xì)的無機(jī)填料可同時(shí)提高塑料的剛性及韌性這一特點(diǎn)正越來越受到重視。提高填充PVC-U韌性的另一種很有效的方法是用偶聯(lián)劑處理填料。工業(yè)上常用的偶聯(lián)劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為硅烷類、鈦酸酯類、鋁酸酯類、鋯類等幾大類。
    1.7　著色劑
    PVC-U門窗異型材用著色劑，除了應(yīng)具備的基本性能(顏色、著色力、遮蓋力、耐光性和耐候性)外，還應(yīng)考慮擠出加工條件的穩(wěn)定性。異型材高速擠出已成為目前的發(fā)展潮流，高速擠出物料的溫度大幅度上升，達(dá)到原來部分可溶性有機(jī)著色劑能完全溶解的溫度，從而引起顏料顏色的變化。例如，PVC的溫度上升，可使顏色從紅色變?yōu)槌壬蛘邚某壬優(yōu)辄S色。PVC-U門窗異型材以白色的耐候性和耐老化性最好。

    1.8　其它特種助劑
    (1)化學(xué)發(fā)泡劑
    化學(xué)發(fā)泡劑常用偶氮二甲酰胺(AC)。AC與PVC的相容性、分散性雖好，但分解溫度較高，在實(shí)際使用時(shí)必須添加一些發(fā)泡促進(jìn)劑，如穩(wěn)定劑等。常用穩(wěn)定劑所起活化順序是:三鹽基性硫酸鉛>二鹽基性亞磷酸鉛>硬脂酸鉛>硬脂酸鋇>硬脂酸鈣。
    最近，化學(xué)發(fā)泡劑的發(fā)展趨勢(shì)是將吸熱和放熱型化學(xué)發(fā)泡劑復(fù)合以獲得最佳性能。放熱型化學(xué)發(fā)泡劑提供低密度所需的氣體體積和壓力，而吸熱型化學(xué)發(fā)泡劑則賦予制品穩(wěn)定、細(xì)密、規(guī)整的泡孔結(jié)構(gòu)。
    (2)阻燃消煙劑
    阻燃劑雖能有效提高PVC-U的阻燃性，卻往往帶來煙霧和有毒氣體釋放量的增加。目前我國PVC建材用低煙難燃級(jí)產(chǎn)品開發(fā)的新動(dòng)向是在阻燃體系中同時(shí)考慮阻燃和消煙的雙重要求。四川消防科學(xué)研究所采用多種金屬氧化物，輔以PVC改性劑制得SSH-93N阻燃消煙劑，它對(duì)PVC有較好的阻燃和消煙作用。汕頭大學(xué)采用Sb2O3、CaCO3和金屬氧化物制成了阻燃消煙體系�？偤笄诓寇娦柩b備研究所經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氧化鋅和氧化鎂的固相熔體是一種較好的阻燃消煙劑，其加入量為2%。


    2　配方設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)
    PVC-U異型材的配方設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，必須考慮制品的性能指標(biāo)、成型設(shè)備、成型工藝、各類原材料的性能、用量以及價(jià)格等因素。PVC-U門窗異型材的主要性能要求是應(yīng)具有良好的力學(xué)性能和加工性能，耐熱、耐寒、耐燃、耐老化。

    2.1　配方設(shè)計(jì)方法
    PVC－U異型材材料由PVC、穩(wěn)定劑、加工助劑、抗沖擊改性劑、潤(rùn)滑劑、填料等多種添加劑混配而成，這些原料的種類、生產(chǎn)廠家、批次，以及用量都會(huì)影響制品的性能。為了最少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)獲得最優(yōu)配方，可采用正交優(yōu)化試驗(yàn)方法。

    2.2　PVC及添加助劑的選用依據(jù)
    選用PVC及添加助劑主要根據(jù)制品的性能要求與原材料的特性之間的關(guān)系確定。  加工性能　純PVC的成型溫度和分解溫度很接近，成型很困難。PVC的分子量、加工助劑、潤(rùn)滑劑、抗沖擊改性劑及穩(wěn)定劑等都會(huì)影響其流動(dòng)性能。合理的配方應(yīng)保證PVC-U具有適宜的流動(dòng)溫度和良好的成型加工性。
    光、熱穩(wěn)定性　改善PVC熱穩(wěn)定性的主要方法是加入熱穩(wěn)定劑，選用熱穩(wěn)定劑時(shí)要從熱穩(wěn)定性能(包括在加工初期和加工中后期的穩(wěn)定作用)、毒性、價(jià)格等方面綜合考慮。二鹽基亞磷酸鉛不僅具有熱穩(wěn)定作用，而且對(duì)紫外線有較強(qiáng)的吸收作用，因此在使用鉛鹽作為PVC-U門窗異型材的熱穩(wěn)定劑的場(chǎng)合，往往配合作用一定量的二鹽基亞磷酸鉛。無機(jī)填料金紅石型二氧化鈦具有優(yōu)異的抗紫外線功能。此外，紫外線吸收劑也可提高PVC制品的光穩(wěn)定性，但應(yīng)注意金紅石型二氧化鈦與紫外線吸收劑具有相互抵消作用。

    2.3　配方中各組分之間的關(guān)系
    PVC－U門窗異型材配方中各組分的作用是相互關(guān)聯(lián)的，在選擇助劑時(shí)應(yīng)全面考慮各方面因素。比如在ACR改性PVC體系中，如潤(rùn)滑劑選擇和配合不當(dāng)，可使抗沖擊改性劑的作用全部失效；為了提高PVC的耐沖擊性，可添加橡膠或彈性高聚物，但這同時(shí)會(huì)引起彈性模量、剛性、耐熱性的下降；若選用金屬皂為熱穩(wěn)定劑，則應(yīng)適當(dāng)減少潤(rùn)滑劑的用量，否則會(huì)影響正常的擠出。

    2.4　配方評(píng)價(jià)
    PVC－U門窗異型材配方的評(píng)價(jià)應(yīng)以GB8814－1998"門、窗框用PVC－U型材"規(guī)定的指標(biāo)為主。當(dāng)然，可用模塑料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣來試驗(yàn)，但用模塑料得到的指標(biāo)一般要優(yōu)于用同樣配方擠出型材的指標(biāo)。
    PVC－U的加工過程通常由配料、塑化、成型、定型等步驟組成。GB8814－1998是對(duì)制品的最終性能進(jìn)行檢測(cè)。運(yùn)用毛細(xì)管流變儀、轉(zhuǎn)矩式流變儀等可對(duì)PVC配混料的加工性能進(jìn)行測(cè)試，可在PVC加工成制品前對(duì)配方的優(yōu)劣作用初步評(píng)價(jià)。加工性能測(cè)試的核心是物料的塑化特性和熔體的流變性。
    評(píng)價(jià)加工性能的設(shè)備主要有雙輥開煉饑、毛細(xì)管流變儀、轉(zhuǎn)矩流變儀、實(shí)驗(yàn)單螺桿擠出機(jī)、小型雙螺桿擠出機(jī)等。

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