淺析穩(wěn)定劑對給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材加工及其性能影響

李曉軒

(寧夏睿欣科技發(fā)展有限公司，寧夏 銀川 750022)

眾所周知，聚氯乙烯作為一種熱敏性材料，其在受熱的情況下會發(fā)生降解，材料的性能會變差，幾乎無法加工成型。聚氯乙烯塑料材料的抗拉強(qiáng)度和材料的彈性模量都比較優(yōu)異，為了更好地利用其材料特性，加工制造出需要的聚氯乙烯塑料制品，就必須通過工藝配方設(shè)計，在聚氯乙烯樹脂中添加必要的穩(wěn)定劑，潤滑劑，加工助劑，抗沖改性劑，填充劑，抗老化劑，著色劑等添加劑。根據(jù)設(shè)備模具的不同，設(shè)計出不同添加分量和配比的工藝配方，以保證聚氯乙烯混配料的加工性能，保證所生產(chǎn)的塑料制品物理力學(xué)性能滿足相應(yīng)的制品標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 實驗部分

1.1 原料

實驗研究所需原料清單見表1。

表1 實驗研究所需原料清單

1.2 設(shè)備

實驗研究所需設(shè)備清單見表2。

表2 實驗研究所需設(shè)備清單

1.3 配方設(shè)計

實驗研究設(shè)計配方見表3、表4、表5。

表3 實驗研究設(shè)計配方一

表4 實驗研究設(shè)計配方二

表5 實驗研究設(shè)計配方三

1.4 干混料制備

干混料制備按照如下步驟進(jìn)行：

（1）按照不同配方配比要求分別準(zhǔn)確稱量出1、2、3 號配方各組份材料（具體配方見表3、表4、表5），做好標(biāo)識；

（2）清理干凈混合機(jī)艙室殘余材料和灰塵，檢查好混合機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)部件，料門開關(guān)靈活性，冷混機(jī)冷卻水開通；

（3）開啟設(shè)備電源，熱混合機(jī)啟動正常，分別投入1、2、3 號配方材料，每次更換配方前必須停機(jī)清理干凈上一配方殘余材料，防止不同配方材料混合，影響試驗結(jié)果。不同配方材料制備好后及時編號分開放置備用。工藝溫度控制要求熱混合125 ℃，冷混合45 ℃。

1.5 試制品擠出與制樣

（1）按照試驗計劃對擠出機(jī)模具機(jī)筒進(jìn)行加熱，先對模具加熱140 ℃恒溫1 h，再對模具設(shè)定溫度160 ℃恒溫1 h，同時對機(jī)筒開始加熱140 ℃恒溫1 h，再對機(jī)筒、模具設(shè)定到開機(jī)溫度恒溫0.5 h。具體工藝溫度如表6。

表6 樣品試制工藝參數(shù)表

（2）待溫度恒溫時間達(dá)到后，用溫控儀檢查每一區(qū)域加熱溫度的準(zhǔn)確程度，及時調(diào)整校驗儀表，保證溫度準(zhǔn)確，設(shè)定值與顯示值一致，正負(fù)誤差不超過2℃。溫度準(zhǔn)確了就開啟主機(jī)螺桿調(diào)速、喂料調(diào)速旋鈕，開機(jī)擠出。從排氣孔觀察物料狀態(tài)，觀察擠出機(jī)扭矩大小，電流大小，機(jī)頭熔融體壓力大小。及時調(diào)整給料旋鈕，控制喂料速度。待物料擠出口模，螺桿排氣孔觀察物料程小塊狀，即可封好排氣密封裝置，開啟排氣真空泵。按照機(jī)頭熔體壓力大小適當(dāng)控制擠出速度和喂料速度。保持螺桿扭矩控制在70% 以內(nèi)，電流在50 A 左右。否則會造成螺桿內(nèi)物料摩擦熱過高而降解。待物料擠出及時進(jìn)行真空定徑冷卻定型，牽引輸送記長切割。每一個配方料都經(jīng)過此工藝過程，制備樣品備用檢驗試驗。截取靜液壓試驗樣品：每一個配方料樣品1 m 長3 支， 啞鈴制樣：每一個配方料樣品各3 片，沖擊試驗樣品：每一個配方料樣品各3 支。分別進(jìn)行相應(yīng)的檢測。

2 實驗分析

2.1 流變試驗

不同配方流變試驗見圖1。取樣分別對1 號配方、2 號配方、3 號配方物料進(jìn)行。

圖1 不同配方流變曲線圖

2.2 制品外觀微觀形貌分析

經(jīng)過對1 號配方、2 號配方、3 號配方樣品進(jìn)行外觀目測。除了2 號配方樣品外觀光滑明亮外，發(fā)現(xiàn)1 號配方擠出管材外觀存在外表輕微不光滑，3 號配方擠出管材外觀存在輕微析出花紋。經(jīng)對1 號和3 號配方樣品進(jìn)行外觀掃描形貌分析。如圖2、3 所示。

圖2 1 號配方樣品形貌分析圖

圖3 3 號配方樣品形貌分析圖

2.3 拉伸試驗測試

分別對1 號配方、2 號配方、3 號配方樣條各制取兩個試樣進(jìn)行拉伸試驗測試如表7、表8、圖4、圖5、圖6 所示。

圖4 不同配方試樣拉伸試驗曲線圖

表7 不同配方樣條數(shù)據(jù)

表8 不同配方樣條測試數(shù)據(jù)

試驗速度 5 mm/min ；

傳感器 20 000 N ；

引申計 1。

2.4 不同配方靜液壓試驗

經(jīng)過對1、2、3 號配方樣品進(jìn)行20 ℃ 1 h 靜液壓試驗測試，三個配樣品靜液壓試驗均合格，滿足給水用硬聚氯乙烯（PVC-U) 管材靜液壓試壓要求。但3 號配方樣品略有泛白膨脹。

2.5 不同配方落錘沖擊試驗

經(jīng)過對1、2、3 號配方樣品進(jìn)行0 ℃ （TIR）落錘沖擊試驗測試，三個配方樣品落錘沖擊試驗均合格，滿足給水用硬聚氯乙烯（PVC-U) 管材落錘沖擊試驗要求。

3 試驗結(jié)果分析與討論

3.1 三種不同穩(wěn)定劑配方的材料流變試驗

（1）固態(tài)有機(jī)錫穩(wěn)定劑體系配方塑化時間明顯較快，塑化扭矩較大，擠出機(jī)電流會增大，配方中需要補(bǔ)充足量的前期潤滑劑，降低材料的摩擦熱。

（2）鈣鋅穩(wěn)定劑體系配方塑化較慢，塑化時間較長，穩(wěn)定劑中潤滑成分較多，對摩擦熱的產(chǎn)生影響比較明顯，會影響制品的力學(xué)性能。

（3）有機(jī)錫鈣鋅穩(wěn)定劑體系配方塑化時間適中，后期保持材料物理性能更好。

3.2 三種不同穩(wěn)定劑體系配方的外觀特性分析

（1）固態(tài)有機(jī)錫穩(wěn)定劑體系配方由于塑化提前，材料黏度上升，材料摩擦熱產(chǎn)生較快，材料表面體現(xiàn)出有黏附模具表面的趨勢，因此會產(chǎn)生“ 黏附受拉應(yīng)力凸起痕”，在形貌電鏡掃描下明顯看得出一些小突起。

（2）有機(jī)錫鈣鋅穩(wěn)定劑體系配方中材料配比比較適中，塑化比較均勻，外觀光滑明亮。

（3）鈣鋅穩(wěn)定劑體系配方中由于有潤滑遷移析出趨勢，造成制品表面析出物剮蹭模具，產(chǎn)生輕微的拉痕，在形貌分析中可以看得出明顯的花斑。

3.3 從三種不同穩(wěn)定劑體系配方材料的樣品拉伸強(qiáng)度分析

（1）固態(tài)有機(jī)錫穩(wěn)定劑體系配方材料樣品的拉伸強(qiáng)度較低，主要是由于物料黏度上升，塑化度上升，扭矩電流也上升，從操作者眼里設(shè)備電流突變所以采取了緊急處置措施，以防止分解，進(jìn)行降速減少喂料速度，造成塑化度下降，影響了材料拉伸強(qiáng)度。

（2）有機(jī)錫鈣鋅穩(wěn)定劑體系配方內(nèi)外潤滑達(dá)到平衡，配方設(shè)計基本合理，加工工工藝條件滿足加工要求，因此，此配方樣品拉伸強(qiáng)度較高。

（3）鈣鋅穩(wěn)定劑體系配方材料樣品拉伸強(qiáng)度沒有2 號配方的拉伸強(qiáng)度高，是由于鈣鋅穩(wěn)定劑配方中穩(wěn)定劑內(nèi)含有低分子蠟類潤滑劑，影響了物料前期塑化效果，使得材料塑化度降低，影響了材料的抗拉強(qiáng)度。

4 結(jié)論

（1）不同穩(wěn)定劑配方體系的塑化度不同，主要受穩(wěn)定劑本身組分不同，穩(wěn)定劑本身穩(wěn)定效果不同會對生產(chǎn)產(chǎn)生不同的影響。固態(tài)有機(jī)錫穩(wěn)定劑本身不存在潤滑組分，在擠出工藝配方設(shè)計中需要充分了解穩(wěn)定劑的特性參數(shù)，添加必要的內(nèi)外潤滑組分，保證穩(wěn)定劑體系發(fā)揮出較好的效果。

（2）對于產(chǎn)品性能的要求以及企業(yè)自身技術(shù)水平，選擇適合的穩(wěn)定劑體系，穩(wěn)定劑配方本身不能有低分子易析出成分存在，否則會影響制品的外觀質(zhì)量，也會對制品的抗老化性能造成一定的影響，特別析出的低分子物在生產(chǎn)過程中會凝聚堵塞水環(huán)式定徑套微孔，造成定徑套冷卻效果降低，影響擠出生產(chǎn)效率，長期積累會與冷卻水中的鈣鎂化合物形成黏附物給制品外觀造成嚴(yán)重影響。

（3）配方體系中過度潤滑會影響制品的物理力學(xué)性能，特別作為給水管材，會對管材的靜液壓試驗和落錘沖擊試驗造成影響。

（4）有機(jī)錫鈣鋅穩(wěn)定劑能較容易控制內(nèi)外潤滑平衡，較好的控制塑化度，提高材料的抗拉強(qiáng)度。

（5）在擠出生產(chǎn)過程中，保持喂料速度，擠出速度穩(wěn)定是保證制品性能穩(wěn)定的基本保證，要求生產(chǎn)物流保持均一穩(wěn)定對保證產(chǎn)品性能顯得至關(guān)重要，對于生產(chǎn)企業(yè)而言最好采用自動化計量和連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)尤為重要。