一文讀懂PVC塑化度，詳細(xì)匯總
“塑化”
PVC 塑化原理
1通俗的說法
材料混配完成后，PVC塑料在高速混料中，產(chǎn)生了很大的摩擦熱，從而使PVC塑料樹脂中的潤滑劑充分熔化，滲透吸附到PVC塑料表面，也使助劑、填料等均勻地分布于PVC塑料顆粒的相中。
混合好的料進(jìn)入擠出機(jī)后，由擠出機(jī)通過加熱方式提供熱能，PVC塑料中的外潤滑首先由低能量區(qū)向高能量區(qū)運(yùn)動，形成初級潤滑。PVC塑料樹脂在吸附能量以后，顆粒開始膨脹，進(jìn)入高彈態(tài)。由于外潤滑在初始運(yùn)動時，帶走了一部分能量，從而保證了PVC塑料的初期穩(wěn)定性能。
這時，對PVC塑料粒子來說，外潤滑、內(nèi)潤滑和加工助劑由于其熔點(diǎn)和玻璃化溫度較低，就形成了能量中心。熱能不斷地促進(jìn)了內(nèi)外潤滑劑和加工助劑的運(yùn)動，轟擊著已膨脹的PVC塑料顆粒，使顆粒外層不斷聚集能量。此后，通過螺桿的擠壓、剪切，外層分子開始運(yùn)動，內(nèi)層分子便被裸露出來。新的能量又促進(jìn)了裸露微粒再次膨脹，再次擠壓、剪切，從而使PVC塑料分子得以充分運(yùn)動，發(fā)生塑化。這時，穩(wěn)定劑和潤滑劑等其它助劑，也被均勻地分布在PVC塑料的每個相中，流動性就變得越來越好。
2稍微官方點(diǎn)的說法
PVC樹脂是由多層粒子聚合而成，在硬質(zhì)PVC加工過程中，多層粒子結(jié)構(gòu)的形態(tài)會發(fā)生很大變化，這種變化是在受熱和剪切力的同時作用下產(chǎn)生的。
首先是50～250μm的樹脂顆粒破碎游離出1―2μm的初級粒子(或稱二次粒子)。隨著加工的進(jìn)行(如物料在料筒內(nèi)的輸送)，物料受到更高溫度和剪切力的作用，初級粒子破碎。
一般當(dāng)料溫高于190℃時，次級粒子可以全部破碎，晶體熔化，粒子邊界消失而形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種三維網(wǎng)絡(luò)的形成過程稱為凝膠化或塑化。
高分子物理所指的凝膠化是微交聯(lián)物的溶脹過程，這種凝膠物是不能溶解的；而PVC的凝膠化是考慮多層粒子結(jié)構(gòu)和分子鏈的部分再結(jié)晶形成的可溶解的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。凝膠化度是表征PVC“多層粒子結(jié)構(gòu)”破壞的程度，從工藝上講是指PVC樹脂塑化的程度。
PVC加工過程中，隨著溫度的升高，其強(qiáng)度和剛度降逐漸增大，但沖擊強(qiáng)度在達(dá)到最大值后下降。因此，有一個最佳加工溫度，即存在一個最佳塑化度。所以通過判定PVC-U制品的塑化度與其力學(xué)性能的關(guān)系來控制生產(chǎn)工藝尤為重要。
如何判斷塑化度
1目測法（最常見、最常用）
1、通過主機(jī)電流判定塑化度以（65/132生產(chǎn)線為例，主機(jī)電流以46-52A為宜，低鈣產(chǎn)品，以45-50A為宜。前提是：螺桿轉(zhuǎn)速16~22r/min，喂料充滿并與螺桿轉(zhuǎn)速相匹配，溫度設(shè)定與螺桿轉(zhuǎn)速及主機(jī)電流相匹配）；
2、通過主機(jī)真空排氣孔觀察物料的塑化度（即物料在螺桿螺棱螺槽中間充滿60%以上，螺棱凹槽中粉料呈豆腐渣狀態(tài)且凹槽底部物料被壓平）；
3、通過模具口模的熔體物料的粘彈性來判定塑化度（該方法較為適用于剛開機(jī)時）；
4、通過合流芯的熔體壓力及熔體溫度來判定塑化度（其缺點(diǎn)為若儀表失靈或合流芯傳感器被焦料糊死等因素會影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性）
5、在加工過程中，觀察物料塑化情況。關(guān)閉真空泵，移開視鏡，用肉眼觀察機(jī)筒內(nèi)的物料，若物料均勻地包覆在螺槽內(nèi)表面，且物料表面又很光滑，無凹凸不平現(xiàn)象，可視為塑化良好。
6、觀察制品表面狀態(tài)，表面有光澤，無發(fā)抖、模糊感覺，手感光滑，內(nèi)腔光滑為塑化良好。
以下2 3 4點(diǎn) 是比較復(fù)雜的方法
2溶劑法
1、在燒杯中加入二氯甲烷溶劑至高度為250px，取約125px異型材浸入其中。未經(jīng)塑化的PVC樹脂可被二氯甲烷溶解；
2、塑化度低的PVC型材由于未形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，溶劑分子能滲入結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)鏈段間，使制品表面有絮狀物出現(xiàn)，表面疏松等；
3、當(dāng)異型材的塑化度較高時，已形成較好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，溶劑分子較難進(jìn)入鏈段間，制品難以溶解，僅有溶脹現(xiàn)象。塑化度良好的異型材用二氯甲烷浸泡后表面光滑均一，無脫層龜裂現(xiàn)象。
3拉伸法
按GB／T 1040―1992《塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》在規(guī)定的試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)速度下，在標(biāo)準(zhǔn)試樣上沿軸向施加拉伸載荷，直到試樣被拉斷為止。圖1為制品斷裂伸長率與塑化度的關(guān)系。
當(dāng)塑化度較低或較高時，斷裂伸長率較低。當(dāng)型材斷裂伸長率在140％～150％時，塑化良好。制品的斷裂性能與塑化度密切相關(guān)。塑化度為60％時制品的斷裂強(qiáng)度最大。塑化度為70％時，制品的斷裂伸長率最大。
4DSC法
在DSC樣品池中放入10～15mg待測樣品，以10℃/min加熱速率使試樣從室溫加熱到240℃。儀器自動記錄樣品熔化過程中吸收熱量的曲線。將完全未經(jīng)加工的PVC干混物的塑化度視為0、高溫下加工的試樣視為完全塑化狀態(tài)，其塑化度設(shè)為100％，以此設(shè)定條件來計算處于兩極端情況之間PVC加工物料的塑化度。因此，塑化度是一個相對值。
在獲得的DSC圖(見圖2、圖3)中，面積A的吸熱量(△HA)是PVC中熔點(diǎn)較低部分微晶熔融時的吸熱能量，而面積B的吸熱能(△HB)則是PVC中熔點(diǎn)較高部分微晶(比較完善的晶區(qū))熔融時的吸熱能量，單位為J／g。
從圖2可以看出，在DSC曲線上吸熱峰B峰點(diǎn)對應(yīng)的溫度為該配方的加工溫度，面積A的起點(diǎn)一般為110 ℃左右，面積B的終點(diǎn)一般為240℃左右。通過DSC分析軟件自動計算面積A和面積B的值。
圖3表明，隨著加工溫度升高，DSC曲線中吸熱能量增加，A峰對應(yīng)的面積增大，塑化度提高。
1、不同加工方法和不同用途的PVC－U制品，熔融度的要求并不是相同的；同時，在通常的加工條件下，要使物料中所有PVC粉粒達(dá)到分子水平的熔融既不可能也是完全沒必要的。
2、PVC-U異型材的塑化度是按主要力學(xué)性能的要求來控制的。在塑化度較低時，拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長率等都很差；隨著塑化度的提高,制品的剛性和強(qiáng)度都隨之增加，并達(dá)到一個最大值，直到出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；而韌性在隨塑化度提高而達(dá)到一個最大值后，進(jìn)一步提高塑化度則會導(dǎo)致韌性降低。
3、因此，采用DSC法測試PVC-U異型材的塑化度，并使其控制在60％－70％比例時的PVC-U異型材具有最佳的力學(xué)性能。用DSC方法分析PVC-U物料熔融過程中微晶的變化及吸熱能量情況，并計算其塑化度已成為一種方便、準(zhǔn)確的方法。
稍微總結(jié)一下
-
目測法：簡單，常用。只能用于粗略判斷；
-
溶劑法：迅速，容易操作，但不能定量判斷；
-
拉伸法：可定量判斷，但需要大量樣品，且實(shí)驗(yàn)過程中影響結(jié)果的因素太多，限制了對塑化度的研究；
-
DSC法：可定量測量，且準(zhǔn)確、方便。
綜合使用以上4種方法，對正確評價PVC制品塑化質(zhì)量，控制制品成型加工過程、優(yōu)化工藝配方、指導(dǎo)PVC新產(chǎn)品的應(yīng)用都十分必要。
塑化度對產(chǎn)品性能的影響
-
塑化度不良，制品發(fā)脆，有紋路，內(nèi)壁粗糙等，力學(xué)性能不能達(dá)到要求；
-
塑化度過高，制品會出現(xiàn)黃線，力學(xué)性能也不合格，塑化度在PVC制品的加工過程中是非常重要的。
實(shí)驗(yàn)總結(jié)：
1、當(dāng)塑化度60%時，制品拉伸強(qiáng)度最高；
2、當(dāng)塑化度65%時，制品沖擊強(qiáng)度最高；
3、當(dāng)塑化度70%時，制品斷裂伸長率最高；
為什么硬質(zhì)PVC塑化程度只有60%~70%？
1、PVC混合料在扭矩一時間曲線中塑化峰處的塑化程度，與擠出機(jī)螺桿2/3處有相似地對應(yīng)關(guān)系。
2、擠出機(jī)螺桿2/3 處是擠出機(jī)塑化段末端和均化段開始處，也就是PVC物料塑化將要完成的區(qū)間，而扭矩一時間曲線上塑化峰處的PVC物料卻是含有大量高彈態(tài)與黏流態(tài)的混合物，塑化程度存在著巨大差異。
3、PVC 制品是塑化到2/3的黏流態(tài)與1/3高彈態(tài)即冷卻固化、成型的混合物。扭矩流變曲線中塑化扭矩處，PVC塑化程度與其制成品的塑化度十分相近了。
PVC制品的塑化程度在60%~70%時，力學(xué)性能最優(yōu)。
1、由于PVC的加工溫度遠(yuǎn)高于分解溫度(約100攝氏度) ，熔體黏度高。提高塑化度，就意味著PVC樹脂要接收較長時間的高溫及強(qiáng)剪切作用，造成降解，使制品的力學(xué)性能下降。
2、PVC樹脂有約10%的結(jié)晶，這些結(jié)晶是PVC樹脂合成時自由地、緩慢地生成的。它的“晶核”就像“亂麻團(tuán)”一樣，分子鏈相互穿插、纏繞在一起，形成一個強(qiáng)有力的物理“纏繞結(jié)點(diǎn)”。塑化度在60%~70 %時，這些“纏繞結(jié)點(diǎn)”如同海島一樣，分布在熔融的PVC熔體中，在外力作用下有利于力的吸收和傳遞。
3、塑化程度過大，這些“晶核”將被破壞，PVC成型后雖也可以重新結(jié)晶，但由于強(qiáng)剪切力的作用，PVC分子鏈大都沿剪切力方向取向，這時形成的結(jié)晶內(nèi)PVC 分子鏈也基本是有序排列，纏繞程度下降而使拉伸強(qiáng)度。斷裂伸長率及沖擊強(qiáng)度下降。
實(shí)踐證明：
1、在注塑、吹塑及壓延工藝中塑化時間及塑化扭矩也可作為PVC 配方潤滑平衡體系的定量標(biāo)準(zhǔn)。用這些工藝生產(chǎn)PVC制品的過程中，某一確切位置處的塑化情況，有與扭矩一時間曲線上塑化峰處PVC樹脂混合物相似的塑化情況。
2、用懸浮PVC樹脂加工或者做扭矩流變實(shí)驗(yàn)，PVC樹脂混合物都要在較長時間的高溫及強(qiáng)剪切作用下，才能由玻璃態(tài)固體逐漸變成高彈態(tài)與黏流態(tài)的混合物，不同牌號的懸浮PVC的任何一種加工方法中，都必然有某個點(diǎn)的塑化情況，與扭矩一時間曲線上塑化峰(即塑化時間)處的塑化情況對應(yīng)，其制品的塑化程度也一定在60%~ 70%范圍內(nèi)。
3、如果PVC樹脂混合物的塑化特性符合特定的加工設(shè)備及工藝要求，能連續(xù)正常生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，該配方體系即為內(nèi)外潤滑作用平衡體系。這時，該配方在扭矩一時間曲線上塑化峰(塑化時間)處，PVC樹脂的塑化情況一定與該特定加工設(shè)備的某一固定位置處的塑化情況相對應(yīng)。
4、如果是非“內(nèi)外潤滑作用平衡體系”配方，生產(chǎn)出來的懸浮法PVC制品的塑化程度不是大于70%就是小于60%，力學(xué)性能也達(dá)不到合格產(chǎn)品的水平。
改善塑化度的方法
1、通過提高機(jī)身和螺桿的溫度。
2、待螺桿轉(zhuǎn)速正常時，提高喂料機(jī)的喂料速度來提高塑化度
3、在擠出機(jī)額定轉(zhuǎn)速和滿足喂料的情況下，提高擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速。
4、給干粉料一個良好的熟化期（12—48h）
5、通過降低或升高合流芯的溫度來調(diào)整塑化度
以下主要講解 熟化期和合流芯
熟化期的作用：
1、消除靜電、減少污染
2、增加表觀密度
3、提高塑化度
4、低分子聚合分散均勻，防止擠出不穩(wěn)定。
合流芯的作用：
1、將兩根旋轉(zhuǎn)螺桿擠出的熔體物料達(dá)到合流、熔接為一體的作用。
2、塑化度的微調(diào)裝置。
3、通過合流芯的傳感器測出熔體壓力、熔體溫度可以判斷塑化度。
一般制品廠家購買雙螺桿擠出機(jī)后，螺桿結(jié)構(gòu)已定下來則機(jī)臺的塑化能力基本確定下來了。要提高其塑化能力效果只能是通過調(diào)整工藝和配方來完成。往往配方的調(diào)整會帶來生產(chǎn)成本的上升及牽涉到與原有機(jī)臺的匹配性。
所以我們最好是通過工藝溫度調(diào)整，這種靈活方式來實(shí)現(xiàn)擠出物料的塑化度調(diào)整。
雙螺桿擠出機(jī)中“合流芯”部件就具有很好的體現(xiàn)該調(diào)節(jié)功能。當(dāng)塑化度稍稍有點(diǎn)低或塑化度稍稍有點(diǎn)高時，就可以不用去考慮擠出機(jī)的其它問題，可以通過降低或升高合流芯的溫度來調(diào)整塑化度。
塑化不良就指塑化還差一點(diǎn)，微調(diào)是有一定的規(guī)律的，若擠出機(jī)四區(qū)的溫度是170℃，合流芯的溫度就可以設(shè)置成160℃或180℃，合流芯的溫度不可以高于或低于四區(qū)10℃以上，因此合流芯的溫度應(yīng)以四區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)上下10℃之內(nèi)調(diào)整。
降低合流芯的溫度增加塑化度，
提高合流芯的溫度降低塑化度。
原理闡述
為此需再次闡述一下，“降低合流芯的溫度增加塑化度，升高合流芯的溫度反而降低塑化度”。
我們PVC高分子材料它有一個特性，溫度越高，流動性越快，但是不是無限度的，例如：一個方管材，有四個區(qū)加熱，若左面流動慢、出料比較少，將這邊加加溫，流動性立馬就增加，所以說越是加溫，物體的流動性、擠出量就越快，為什么加溫物體的流動性就快，是因?yàn)闆]有阻力了，很順暢的擠出了，實(shí)際上我們可以把合流芯看做一個閥門，當(dāng)我們的水的閥門完全打開的時候，水很順暢的往下流，當(dāng)閥門打開一半或完全關(guān)閉時，水就不流或流的很少，我們就把合流芯當(dāng)做水的一個閥門，溫度低的時候就等于把閥門關(guān)上一會，就是這種道理。
通過來調(diào)整合流芯的溫度來提高一定的塑化度，但是他不是完全的，用它來提高塑化度微量很小。塑化不良不是代表不塑化，是指有一定的缺陷，所以當(dāng)有塑化不良這種情況時，我們可以把合流芯的溫度往下調(diào)，下調(diào)以后是不是塑化就良了，物料的流動就慢了，產(chǎn)生一個壓力，產(chǎn)生壓力的結(jié)果就是增加了塑化度。
- 上一篇：塑料改性改的是什么性，你知道嗎？ 2022/4/5
- 下一篇：潤滑劑在PVC異型材配方中的重要作用 2022/4/5