PVC高發(fā)泡阻燃材料生產(chǎn)工藝和配方探討

魏家福，李志龍，童曉鵬

（新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司，新疆 石河子 382000）

PVC高發(fā)泡阻燃材料生產(chǎn)工藝和配方探討

魏家福，李志龍，童曉鵬

（新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司，新疆 石河子 382000）

介紹了PVC高發(fā)泡阻燃材料的生產(chǎn)工藝及配方，討論了配方設(shè)計(jì)，并對(duì)采用新老配方生產(chǎn)的PVC高發(fā)泡材料的性能進(jìn)行了對(duì)比。

PVC樹(shù)脂；發(fā)泡劑；發(fā)泡調(diào)節(jié)劑；溶劑；配方

PVC具有價(jià)格低廉、原料易得、成型性能、力學(xué)強(qiáng)度以及電絕緣性能良好等優(yōu)點(diǎn)，更為突出的是，與其他泡沫塑料相比，PVC泡沫塑料自身具有較好的阻燃性，被廣泛應(yīng)用于家具、建筑、汽車、廣告、裝飾等行業(yè)，近年來(lái)得到了飛快的發(fā)展。

1 工藝及配方

模壓發(fā)泡成型是塑料制品發(fā)泡成型的主要方法之一，主要是其工藝過(guò)程比較簡(jiǎn)單，容易控制。模壓發(fā)泡成型一般可以分為一步法和兩步法[1]。一步法成型是指將混合后的物料直接投入模腔發(fā)泡成型；兩步法是先將混合好的物料預(yù)發(fā)泡處理，然后放置模腔進(jìn)行發(fā)泡成型。由于一步法模壓發(fā)泡成型比兩步法操作方便且生產(chǎn)效率高，故本文研究中采用一步模壓法進(jìn)行探討。

1.1 發(fā)泡材料的主體配方（見(jiàn)表1）

1.2 發(fā)泡材料成型工藝

將各種粉料按量準(zhǔn)確稱取，加入捏合機(jī)中低速攪拌。準(zhǔn)確稱量有機(jī)溶劑和穩(wěn)定劑，將有機(jī)溶劑分為2份，待粉料攪拌15 min后，將2/3的有機(jī)溶劑和穩(wěn)定劑加入，低速攪拌25 min后，再將剩余的有機(jī)溶劑全部加入，提高轉(zhuǎn)速，攪拌15 min。隨后將混合均勻的物料加入模具中，直到物料完全充滿模具后合模。然后升溫至 150～160 ℃，保壓 30～40 min，冷卻至50～60℃后開(kāi)模，得到初始發(fā)泡板。最后將其放入烘箱烘干，取出修剪，得到最終樣板。其工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

表1 PVC發(fā)泡板材的主體配方

圖1 PVC樹(shù)脂發(fā)泡工藝流程圖

1.3 設(shè)計(jì)工藝參數(shù)

由于采用的模具尺寸不同，對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)也不同，本實(shí)驗(yàn)采用的模具尺寸為：150×200×10 mm；對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)為：硫化溫度150～160℃；冷卻溫度25～40℃，后處理溫度40～60℃；硫化壓力 10～15MPa；硫化時(shí)間 30～40 min，冷卻時(shí)間 20～30 min，后處理時(shí)間 120～180 min。

2 PVC高發(fā)泡阻燃材料的組分

2.1 PVC樹(shù)脂

采用模壓一步法制作高發(fā)泡PVC材料時(shí)，需要選聚合度＞1 000、粒徑＜50 μm的PVC樹(shù)脂。為了得到高發(fā)泡倍率的材料，首先，要有一個(gè)均勻的混合體系，其次，要有適當(dāng)?shù)娜垠w強(qiáng)度。當(dāng)聚合度＜1 000時(shí)，分子鏈短，熔融強(qiáng)度低，對(duì)氣體的包裹性差，導(dǎo)致泡孔塌陷，發(fā)泡倍率低。當(dāng)聚合度＞5 000時(shí)，一方面分子鏈太長(zhǎng)，熔體強(qiáng)度過(guò)高，導(dǎo)致泡孔普遍偏小，影響材料的整體發(fā)泡效果；另一方面工業(yè)化生產(chǎn)較為困難，成本比較高。研究中采用新疆天業(yè)天偉化工有限公司生產(chǎn)的TPH-31型PVC糊樹(shù)脂聚合度約為1 650，粒徑約25～35 μm，用后取得了理想的發(fā)泡效果。

2.2 發(fā)泡劑

一般制作硬質(zhì)高發(fā)泡材料時(shí)，需要具備的基本要求是：必須選擇合適的發(fā)泡體系，確保熔融溫度與發(fā)泡劑分解溫度兩者之間相互匹配；在配方體系中加入適量的加工助劑來(lái)降低塑化溫度，提高塑化效率，增強(qiáng)熔體強(qiáng)度，從而提高發(fā)泡倍率。本實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合發(fā)泡劑，分解溫度為60～165℃，滿足發(fā)泡劑的分解溫度與PVC樹(shù)脂熔融溫度匹配的要求。在模壓發(fā)泡過(guò)程中，發(fā)泡周期較長(zhǎng)，可適當(dāng)提高穩(wěn)定劑的加入量，這樣可以減少由于發(fā)泡周期較長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

2.3 發(fā)泡調(diào)節(jié)劑

PVC發(fā)泡材料的發(fā)泡調(diào)節(jié)劑是丙烯酸酯類的加工助劑，具備PVC加工助劑的所有基本特點(diǎn)，與PVC通用加工助劑的唯一不同的是PVC發(fā)泡調(diào)節(jié)劑的分子量要遠(yuǎn)高于通用型加工助劑。

在PVC發(fā)泡制品中，加入超高分子量聚合物的目的：一是為了促進(jìn)PVC的塑化，二是為了提高PVC發(fā)泡物料的熔體強(qiáng)度，防止氣泡的合并，以得到均勻發(fā)泡的制品；三是為了保證熔體具有良好的流動(dòng)性，以得到外觀良好的制品；四是提高產(chǎn)品的功能性（鋼性、韌性、熱變形等）要求和產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性。常州科美高分子材料有限公司的生產(chǎn)的發(fā)泡調(diào)節(jié)劑K-810性能優(yōu)異，當(dāng)加入量達(dá)到5份左右，配合一定量的發(fā)泡劑，材料密度可控制在0.08～0.10 g/m3。

2.4 阻燃劑

盡管PVC自身具有優(yōu)異的阻燃性，但經(jīng)過(guò)發(fā)泡后會(huì)使PVC材料自身阻燃性能下降，需要額外添加阻燃劑，使其防火等級(jí)達(dá)到泡沫材料的使用要求。在本配方中，采用了三氧化二銻作為阻燃劑；三氧化二銻在燃燒初期，首先是熔融，在材料表面形成保護(hù)膜隔絕空氣，通過(guò)內(nèi)部吸熱反應(yīng)，降低燃燒溫度。在高溫狀態(tài)下三氧化二銻被氣化，稀釋了空氣中氧濃度，從而起到阻燃作用。

2.5 穩(wěn)定劑

在PVC發(fā)泡板材生產(chǎn)過(guò)程中，為使物料充分塑化，物料的溫度較高，且本實(shí)驗(yàn)采用模壓發(fā)泡工藝，所需發(fā)泡時(shí)間較長(zhǎng)。這些因素要求穩(wěn)定劑必須具備足夠的熱穩(wěn)定效能，才能保證產(chǎn)品的各項(xiàng)性能達(dá)到要求。

鉛系復(fù)合穩(wěn)定劑中氧化鉛和硬脂酸的金屬鹽類雖然對(duì)AC發(fā)泡劑有活化作用，會(huì)使AC發(fā)泡劑分解溫度變寬，但鉛系穩(wěn)定劑有毒，限制了產(chǎn)品的使用范圍。鉀/鋅穩(wěn)定劑不僅具有熱穩(wěn)定性，而且是一種優(yōu)良的發(fā)泡助劑，廣泛用于PVC發(fā)泡人造革、地板革、壁紙等領(lǐng)域。其催發(fā)泡效率高，制成的產(chǎn)品泡孔結(jié)構(gòu)均勻且無(wú)毒性。鑒于其突出的優(yōu)點(diǎn)，故本實(shí)驗(yàn)采用鉀鋅穩(wěn)定劑。

2.6 溶劑

將PVC充分溶脹，使各種粉料與PVC樹(shù)脂充分混合。查閱資料知道PVC的溶解度參數(shù)為9.5～10.0，根據(jù)相似相容原理，必須選用溶解度參數(shù)與PVC相近的有機(jī)溶劑。該公司使用的溶劑是新疆天業(yè)有限公司的高沸物，主要成分是二氯乙烷，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明完全滿足以上發(fā)泡材料的要求。

2.7 填料

在配方體系中，填料的份數(shù)一般為15～50份。填料的加入一方面可以降低成本，另一方面換可以降低產(chǎn)品的收縮率，提升產(chǎn)品性能。但是加入量不能過(guò)多，過(guò)多會(huì)影響產(chǎn)品的表觀密度及外觀質(zhì)量，反而使成本上升。

3 PVC高發(fā)泡阻燃材料的性能比較

按表1配方進(jìn)行發(fā)泡實(shí)驗(yàn)，所得發(fā)泡板分別記為1號(hào)和2號(hào)，對(duì)其性能進(jìn)行了檢測(cè)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 不同配方PVC高發(fā)泡板性能對(duì)比

由表1和表2對(duì)比可知，通過(guò)降低樹(shù)脂含量，減少有機(jī)物的比例，氧指數(shù)由33增加到了37；通過(guò)增加發(fā)泡調(diào)節(jié)劑含量，泡孔尺寸由0.5 mm左右降至0.3 mm左右，導(dǎo)熱系數(shù)由0.042 W/（m·K）降至0.035 W/（m·K）；通過(guò)增加填料含量，降低了發(fā)泡板收縮率，提高了發(fā)泡倍率。

4 結(jié)語(yǔ)

在高發(fā)泡阻燃材料研究過(guò)程中，配方的設(shè)計(jì)則需掌握所用各種助劑的性能，尤其是一些成分較為復(fù)雜的配方，對(duì)其有效成分和無(wú)效成分的作用加以了解，同時(shí)要統(tǒng)籌各方面的因素，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能化突出，性能優(yōu)異的目的。

［1］聚氯乙烯加工手冊(cè)編寫(xiě)組編．聚氯乙烯加工手冊(cè)．北京：輕工業(yè)出版社，1990．

Discussion on production technology and formula of PVC high foaming flame retardant material

WEI Jia-fu，LI Zhi-long，TONG Xiao-peng
（Xinjiang Tianye Group Co.,Ltd.,Shihezi 382000，China）

This paper mainly introduces the production technology and formula of PVC high foaming flame retardant material，discusses its formula design，and compares the properties of PVC high foaming material produced by new and old formula.

PVC resin；foaming agent；foaming regulator；solvent；formulation

TQ325.3

B

1009-1785(2017)11-0015-02

2017-08-10