潤滑劑在PVC異型材中的作用
PVC異型材是PVC硬制品的主要品種之一，占PVC樹脂總消耗量的22.9%，并以每年平均7%以上的速度增長。有一定規(guī)模的型材生產(chǎn)廠家共有390多家，生產(chǎn)能力近280萬噸，2003年產(chǎn)量150萬噸，銷量達130多萬噸，預(yù)計2005年市場需求將達到150—160萬噸。
由于PVC異型材主要用于室內(nèi)外的門窗，所以不僅對各種性能有極高的要求，同時其外觀質(zhì)量也相當重要，在PVC硬制品中屬于高質(zhì)量要求的產(chǎn)品。
PVC配方體系的設(shè)定和各種助劑的選取是保證PVC型材品質(zhì)的重要因素，配方中除穩(wěn)定體系和改性體系外，潤滑體系對型材的加工性能及制品的外觀和各項物性指標都有很大影響。因其用量少，其重要作用卻往往易被人們所忽視，PVC異型材加工過程和制品的很多缺陷，都和潤滑劑的選取和配比有著密切關(guān)系。因此，潤滑劑在PVC異型材配方中具有十分重要的作用。
1.潤滑劑的分類和作用機理
根據(jù)潤滑劑的作用機理，可將潤滑劑分為內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑兩類。內(nèi)潤滑劑是指在聚合物熔融之后能使聚合物分子之間的摩擦力減小的潤滑劑；外潤滑劑是指在聚合物熔融前后能使粒子聚合物之間和聚合物熔體與金屬表面之間的相互摩擦減少的潤滑劑。
對于潤滑劑的作用機理，由于影響潤滑劑作用的因素多且復(fù)雜，在這里僅能根據(jù)一般經(jīng)驗作一簡要說明。
1.1 內(nèi)部潤滑——塑化或軟化機理
就PVC而言，潤滑劑和增塑劑可以視為同一類物質(zhì)，所不同的是潤滑劑的極性較低、碳鏈較長，因而同增塑劑相比，潤滑劑和PVC相容性顯著降低。正由于潤滑劑與PVC相容性低（且又有一定的相容性），所以只有少量的潤滑劑分子能象增塑劑一樣穿入聚合物的分子鏈之間，削弱分子鏈間相互引力，而使聚合物在變形時分子鏈相互之間更容易滑動和旋轉(zhuǎn)，同時又不至于過分降低聚合物的玻璃化溫度（Tg）。
1.2 界面潤滑機理
潤滑劑附著在熔融樹脂的表面或附著在加工機械、模具的表面形成潤滑劑分子層。由于潤滑劑分子層的存在而形成潤滑界面，結(jié)果降低了樹脂與加工機械之間的摩擦，潤滑界面膜的粘度和它的潤滑效率取決于潤滑劑的熔點和加工溫度。一般來說，分子碳鏈長的潤滑劑由于更能使兩個摩擦面遠離，因而具有更大的潤滑效果。
2. 受潤滑劑影響的塑料性質(zhì)
2.1 流變性
潤滑劑對PVC流變性的影響是顯著的。潤滑劑對于溶化有十分顯著的影響，充分發(fā)散的外潤滑劑覆蓋在樹脂粒子上，使摩擦生熱量減少，以物理作用方式推遲粒子的聚結(jié)和熔化，并阻礙聚合物大分子鏈短鏈段的相互擴散。與此相反，充分分散的內(nèi)潤滑劑起假增塑劑的作用，能促進熔化過程。一般的潤滑劑均具有內(nèi)、外潤滑劑的性能，這兩種作用的大小隨品種而異。選擇潤滑劑的基本原則是設(shè)法得到受控制的熔化速率。
合理的潤滑體系是PVC—U調(diào)控塑化速率的最有效、最常用的方法，也是PVC—U加工時必須使用潤滑劑的主要原因之一。外潤滑劑通過減少對金屬表面的粘附性及摩擦力，延長塑化時間。內(nèi)潤滑劑利用高溫下與PVC的相容性削弱了聚合物分子間的內(nèi)聚力，促進熔化過程，使熔體粘度降低，流動性增加。
不論是哪一類潤滑劑均能使熔體溫度降低。潤滑劑的作用是通過外部滑動減小所加剪切力的效能；而內(nèi)潤滑劑的作用則是減小熔體粘度，這當然也能減小摩擦生熱量。
熔體破裂，一般認為是具有彈性的聚合物熔體發(fā)生了湍流的結(jié)果，這同樣能夠通過潤滑劑的平衡來進行控制。
2.2熱穩(wěn)定性
一般，因潤滑劑能降低加工時的料溫，所以對熱穩(wěn)定性會產(chǎn)生良好的作用。更明確地說，某些潤滑劑如金屬皂，本身就具有穩(wěn)定性的功能；某些潤滑劑如甘油單酯起螯合劑的作用；另外一些潤滑劑能與穩(wěn)定劑發(fā)生相互作用。
2.3干混料的物性
Guimon指出，潤滑劑能影響PVC強力高速混合時的壓實程度及最終的表觀密度和凝膠化程度。在用雙螺桿擠出時尤其如此。因為其擠出量與干混料的表觀密度成正比，同時部分凝膠化的粒料在擠出中熔化所需的能量較少，所以擠出量較高。
2.4力學(xué)性能
潤滑劑能影響拉伸強度、伸長率和沖擊強度等力學(xué)性能。潤滑劑對型材力學(xué)性能的影響主要體現(xiàn)在型材的焊角強度和耐低溫沖擊性能。潤滑劑對制品低溫沖擊的影響，主要是通過對制品塑化效果的影響反映出來。塑化程度越好，低溫沖擊強度越高。在充分保證物料塑化的前提下，隨潤滑劑用量的增加，焊角強度有減小的趨勢。大量實驗表明，外潤滑劑過量時焊角強度較差，且具有較好的耐低溫落錘沖擊強度。反之，外潤滑劑不足時，焊角強度較好而耐低溫落錘沖擊強度較差。
2.5熱變形溫度
因為一般的潤滑劑熔點均較低，而且其中某些潤滑劑還是液體，當這些物質(zhì)加入后，將與硬PVC及其他組份組成一整體，對PVC塑料的玻璃化溫度（Tg）產(chǎn)生影響，使其熱變形溫度降低。
2.6 電性能
一般說，潤滑劑的極性或離子性越強則性能越差，而且溫度越高，差別變得越大。除體積電阻率和與此相關(guān)的導(dǎo)線絕緣電阻以外，表面電阻率也會受潤滑劑的影響。極性較大的潤滑劑可減小表面電阻率且能造成一定的抗靜電效果。
2.7表面特性
潤滑劑由于與PVC具有低的相容性，能夠向表面遷移，因而可影響PVC塑料的表面特性。就有利的方面來說，某些潤滑劑可使軟PVC具有滑動和抗粘連性能。但使用過量時，則會過分滲出引起層合、粘連、壓紋和印刷困難，此外，潤滑劑還能影響輔助增塑劑的相容性和滲出性。對于PVC異型材潤滑體系選用合理，就會充分保證物料的塑化度，使型材表面質(zhì)量較佳。潤滑劑過量會影響型材的焊接質(zhì)量和強度。
2.8.外觀
潤滑劑對成品外觀，如顏色、光澤和透明度等也會產(chǎn)生一定影響，不同的潤滑體系可能會使同種顏料產(chǎn)生不同的顏色效果。對于PVC異型材，在保證塑化的條件下，適量增加外潤滑則會提高表面光潔度，潤滑劑過量會造成制品的許多缺陷，如物料上出現(xiàn)斑紋和燒傷的痕跡，定型模析出物過多，使型材表面出現(xiàn)劃痕等。
3.潤滑劑的選用原則及應(yīng)用中需注意的問題
在塑料制品生產(chǎn)中，很多因素會影響潤滑作用，如聚合物的種類、聚合方法、成型方法、加工機械、加工條件、各種添加劑之間的相互影響等。選用潤滑劑時應(yīng)綜合考慮，同時還要考慮制品所要求的性能。
對于PVC異型材配方，潤滑劑投入量雖然較少，但對型材的加工和內(nèi)在性能影響很大。因此如何充分發(fā)揮潤滑體系的作用，較大程度上依賴于潤滑體系的選擇與匹配，選用潤滑劑應(yīng)遵循如下原則：
(1) 要注意配方體系潤滑的內(nèi)外平衡，適應(yīng)前期、中期、后期各段對物料潤滑性的要求，達到潤滑平衡的一致性和長期性。外滑多，擠出速度快，但物料易生，塑化不好；內(nèi)滑多，擠出量大，物料塑化較好。初期潤滑不好，會使擠出扭矩偏大。后期潤滑不足，會導(dǎo)致螺桿均化段、壓縮段、口模段潤滑不足，物料剪切劇烈，影響型材的表面質(zhì)量及內(nèi)在性能，嚴重的還會造成分解。一般根據(jù)潤滑劑的熔點和加工溫度結(jié)合來判定潤滑劑在配方中初期、中期和后期的潤滑性。
(2)潤滑劑的濃度應(yīng)維持在最小限度用量內(nèi)，雖然潤滑劑在配方中具有和穩(wěn)定劑同樣重要的地位，但并不是用量越大越好，我們所講的潤滑內(nèi)外平衡，是在一定限度內(nèi)的平衡，因為潤滑劑與PVC樹脂的不相容性，過多地加入會對PVC共混體系產(chǎn)生不良影響。許多出現(xiàn)的加工以及和熱穩(wěn)定性有關(guān)的問題,以及制品的許多缺陷，究其根源都可能是潤滑劑用量過大造成的。
(3)選用潤滑性時要注意配方中穩(wěn)定劑、加工助劑、改性劑、填料等對潤滑作用的貢獻和影響。潤滑體系的平衡，不是潤滑劑之間的簡單平衡，而且整個配方體系的潤滑平衡。不同穩(wěn)定體系的配方，對潤滑劑的要求不同，潤滑劑在配方中發(fā)揮的潤滑作用也不盡相同，如在鉛鹽穩(wěn)定體系的PVC混合配方中，潤滑劑的極性愈大，與PVC相容性愈好，而在有機錫穩(wěn)定體系中則變化不大，因有機錫本身具有增塑作用。據(jù)有關(guān)文獻報道，稀土穩(wěn)定劑因其稀土元素的特殊結(jié)構(gòu)，使其和潤滑劑的協(xié)調(diào)效應(yīng)更明顯，易使PVC凝膠化，可減少塑化時間，提高熔體流動性。
另外，在PVC異型材配方設(shè)計和調(diào)整過程中，潤滑劑選用時還應(yīng)注意：
(1)注意加工溫度對潤滑劑潤滑作用的影響。起外部潤滑作用的潤滑界面膜的粘度和它的潤滑效率取決于潤滑劑的熔點和加工溫度，如果潤滑劑的熔點接近于加工溫度時，則由于潤滑劑的粘度太大而會妨礙界面膜的形成，反之如果潤滑劑的熔點太低，則又會由于潤滑劑過于稀薄而使界面膜破壞，導(dǎo)致潤滑效果不好。隨著加工溫度的升高，潤滑劑與樹脂的相容性增加，潤滑劑的揮發(fā)損失也增大，通過補加外潤滑劑和選用正常加工溫度下相容性較低的潤滑劑而得到解決。
(2)注意潤滑劑的分散性，如分散不均，會造成局部潤滑，所以在應(yīng)用時必須充分混合，必要時添加改善分散性的組份或者將潤滑劑載于粉碎的惰性載體上（如硅酸鹽）。在低用量或中等用量時起內(nèi)潤滑作用的潤滑劑，當用量接近相容性極限時，外潤滑作用逐漸增強。
(3)注意潤滑劑對制品要求性能的影響，如外觀上要考慮噴霜、顏色漂移、遷移性等；表面性能上應(yīng)考慮印刷性、粘合性、光澤性、疏水性等，機械性能上應(yīng)考慮強度、層間剝離性等。
(4)潤滑劑應(yīng)配合使用，對于塑料配方體系，單用一種潤滑劑很難達到理想的潤滑效果，一般均采用幾種潤滑劑復(fù)合使用的方式，以期達到加工和制品性能的要求，同時也可通過復(fù)配提高潤滑劑的效率，減少潤滑劑的總體用量。因為幾種潤滑劑配合使用后，難熔與易熔潤滑劑會相互滲透，且易熔潤滑劑的增稠和表面遷移能力降低，使加工范圍變寬，提高熔體結(jié)構(gòu)的均勻性并能提高制品的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量，充分保證擠出過程中物料潤滑平衡。
4.潤滑劑在PVC異型材配方中常用品種和體系
在異型材配方中,由于穩(wěn)定體系的不同,所選用的潤滑劑也有差別,在鉛鹽穩(wěn)定體系中,可選用硬脂酸、硬脂酸甘油酯、聚乙烯蠟等作潤滑劑，在無毒的鈣、鋅復(fù)合穩(wěn)定體系及稀土復(fù)合穩(wěn)定體系中，可選用硬脂酸、硬脂酸丁脂、石蠟、聚乙烯蠟、硬脂酸鈣等作潤滑劑，在有機錫配方中，可選用硬脂酸鈣、石蠟、氧化聚乙烯蠟等作潤滑劑，常用潤滑劑主要性能如下：
（1）.硬脂酸鈣：
白色粉末，熔點148-155℃，無毒，有優(yōu)良的潤滑性和加工性，無硫化污染，與堿式鉛鹽和鉛皂并用，可提高凝膠化速度，用量一般為0.1-0.4PHR。
（2）.硬脂酸
白色或微黃色顆粒，熔點70-71℃。在90-100℃下緩慢揮發(fā)，在硬PVC加工中作外潤滑劑，用量一般為0.2-0.5PHR，并有防止層析結(jié)垢的效果，但用量過大易噴霜。
（3）.石蠟
熔點57-63℃，不含極性基團，屬典型的外潤滑劑。由于它熔點低，易蒸發(fā)，熔體粘度小，只能在較窄范圍內(nèi)起潤滑作用，適用于單、雙螺桿擠出機擠出，一般用量為0.1-0.8PHR。本品透明度差，易泛白。
(4)聚乙烯蠟
白色粉末，軟化點約在100-117℃，由于其相對分子質(zhì)量較大，熔點高，揮發(fā)性低因而在較高溫度和剪切速率下，也顯示明顯潤滑效果。適用于硬PVC單、雙螺桿擠出，常用量為0.1-0.5PHR。
(5)氧化聚乙烯蠟
白色或淡黃色粉末或顆粒，氧化聚乙烯蠟雖含有少量極性基團，仍與PVC不相容，但潤滑效率較高，可提高聚合物與金屬間的潤滑性，提高擠出效率，改善著色劑的分散性，賦予制品良好的透明性和光澤。用量0.1-0.5PHR。
(6)硬脂酸甘油酯
粉末狀物，熔點85-87℃，具有優(yōu)良的耐熱性和流動性，可增加填充劑用量，并可促進塑化。與蠟類并用，可改善PVC-U熱穩(wěn)定性。一般用量為0.2-0.6PHR。
在實踐中人們發(fā)現(xiàn)，兩種或兩種以上潤滑劑配合使用時，出現(xiàn)了與單獨使用時不同的效果。在異型材配方中，大多采用復(fù)配方式。常用潤滑劑配合體系及特點匯總?cè)缦拢?br />
（1）.硬脂酸鈣—石蠟（聚乙烯蠟）潤滑體系：
配方中單獨使用硬脂酸鈣，可加速塑化，提高熔體粘度，增大轉(zhuǎn)矩，并具有一定脫模效果，而單獨使用石蠟，表現(xiàn)出延遲塑化，降低轉(zhuǎn)矩，無脫模作用。將硬脂酸鈣和石蠟（聚乙烯蠟）按一定比例混合使用時，表現(xiàn)出了良好的效果，物料轉(zhuǎn)矩值可降低很多，這是由于石蠟滲入硬脂酸鈣分子間，強化了潤滑作用，表現(xiàn)出很強的協(xié)同效果，改善了潤滑劑的分散情況。
（2）.硬脂酸—石蠟（聚乙烯蠟）潤滑體系
和硬脂酸鈣—石蠟（聚乙烯蠟）體系的作用機理相同，可提高配方的熱穩(wěn)定性，降低收縮，提高流動性，使脫模方便。
（3）.氧化聚乙烯蠟—酯類—硬脂酸鈣
聚乙烯蠟—酯類—硬脂酸鈣并用時，隨聚乙烯蠟用量增加，塑化時間明顯延長，而氧化聚乙烯蠟—石蠟—酯類—硬脂酸鈣并用時，隨氧化聚乙烯蠟用量增加，塑化時間卻有先升高后降低的趨勢，呈明顯的協(xié)同效果。
總之，在研究PVC異型配方時，不僅需單個了解每種潤滑劑的特點和作用，還需明白其之間的協(xié)同效果，此外，PVC異型材配方還需隨加工設(shè)備和模具的差異有所調(diào)整和改變。
5、結(jié)論：
一個良好的潤滑體系，可避免PVC-U物料塑化后粘附金屬表面，降低加工設(shè)備的載荷，降低加工能耗，改善加工熔體的流動性，避免剪切過熱造成PVC分解，同時也促進熔融，提高制品產(chǎn)量，而又不形成熔體缺陷和熔體破裂，而且由于加工流動性的提高，還能改善色澤，增加光澤，增加制品韌性等，對配方體系有極大的貢獻。
因為影響潤滑劑潤滑效果的因素很多，其中主要有：塑料中的其他組份，PVC的結(jié)構(gòu)形式和聚合方式、所用的加工設(shè)備和工藝條件，最終制品應(yīng)具有的性能等。因此在PVC異型材生產(chǎn)配方的設(shè)計和變更時，應(yīng)綜合分析和認真對待潤滑劑的選取和用量。因為許多出現(xiàn)的加工問題和熱穩(wěn)定性問題，以及制品的許多缺陷，究其根源都與潤滑劑有關(guān)，甚至是其使用不當所至，因此把潤滑劑放到與穩(wěn)定劑同等重要的位置看待，可以在實際生產(chǎn)中少走彎路，避免不必要的損失和浪費。
總之，潤滑劑在PVC異型材配方中具有重要作用，我們應(yīng)該給予更大的關(guān)注和重視，以使我們異型材質(zhì)量更趨完美。
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