ACR加工助劑對(duì)PVC加工性能的影響 - 梁志純-

1、【加工與應(yīng)用】ACR加工助劑對(duì)PVC加工性能的影響梁志純,吳明靜,王子彥(青島海晶化工集團(tuán)有限公司,山東青島266042*關(guān)鍵詞PVC;ACR;加工性能;轉(zhuǎn)矩流變儀摘要采用轉(zhuǎn)矩流變儀分析了流變性能曲線和擠出曲線,探討了ACR加工助劑在PVC加工過程中所產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)表明:ACR加工助劑能夠促進(jìn)PVC體系的塑化,提高熔體強(qiáng)度及均勻性,對(duì)PVC的力學(xué)性能沒有明顯的不良影響。中圖分類號(hào)TQ325.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)1009-7937(200707-0013-03 Influences of ACR processing additive on the processing properties

2、 of PVCLI A NG Zhi-chun,WU Ming-j ing,W ANG Zi-y an(Qingdao Haijing Chemical Industry Group Co.,Ltd.,Qingdao266042,China Key words:PVC;ACR;processing property;torque rheometerA bstract:Torque rheometer w as adopted to analyze the curves of rheological property and ex-trusion.Ef fects of ACR processi

3、ng additive dur ing the processing of PVC were investigated.The ex-periments showed that ACR processing additive could promote the pl asticization of PVC,increase the intensity and homogeneity of melt,and had no obvi ous bad effects.前言PVC對(duì)熱極為敏感,當(dāng)溫度達(dá)到90時(shí),就開始發(fā)生輕微的熱分解反應(yīng),當(dāng)溫度升到120以后分解反應(yīng)加劇,在150加熱10min,PVC

4、樹脂就由原來的白色逐步變?yōu)辄S色、紅色、棕色、黑色。而PVC要達(dá)到黏流態(tài)的加工溫度則要高于此溫度。所以,為了使PVC具有實(shí)用價(jià)值,在其加工過程中需要加入增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等眾多品種的添加劑和填料,ACR就是其中一種重要的加工助劑。它屬于丙烯酸酯類加工助劑,是甲基丙烯酸酯與丙烯酸酯的共聚物。筆者采用轉(zhuǎn)矩流變儀對(duì)流變實(shí)驗(yàn)和擠出實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析,探討了ACR加工助劑在PVC加工過程中的影響。1實(shí)驗(yàn)原料及儀器(1實(shí)驗(yàn)原料見表1。(2實(shí)驗(yàn)儀器高速混合機(jī),智能轉(zhuǎn)矩流變儀,實(shí)驗(yàn)用單螺桿塑料擠出機(jī)(扁平模具,粉料螺桿。表1實(shí)驗(yàn)原料原料名稱生產(chǎn)企業(yè)PVC(HS-1000青島海晶化工集團(tuán)有限公司CPE青島海晶化工

5、集團(tuán)有限公司二堿式亞磷酸鉛(二鹽山東金達(dá)雙鵬集團(tuán)有限公司三堿式硫酸鉛(三鹽山東金達(dá)雙鵬集團(tuán)有限公司硬脂酸鈣山東金達(dá)雙鵬集團(tuán)有限公司硬脂酸鉛山東金達(dá)雙鵬集團(tuán)有限公司ACR加工助劑江陰市云亭紡織塑化廠硬脂酸山東金達(dá)雙鵬集團(tuán)有限公司氧化聚乙烯(OPE蠟青島嶗塑異型材有限公司鈦白粉四川龍蟒鈦業(yè)股份有限公司碳酸鈣淄博市張店麗龍化工廠2實(shí)驗(yàn)配方及混料2.1實(shí)驗(yàn)配方為能明顯地考查ACR在PVC加工過程中的影13第7期2007年7月聚氯乙烯Poly viny l ChlorideNo.7Jul.,2007*收稿日期2007-06-14作者簡(jiǎn)介梁志純(1985-,男,助理工程師,2006年畢業(yè)于青島科技大學(xué)高分

6、子材料與工程專業(yè),現(xiàn)于青島海晶化工集團(tuán)有限公司從事P VC樹脂加工方面的研究工作。響,對(duì)ACR使用不同的用量來進(jìn)行比較,從而得到如表2所示實(shí)驗(yàn)配方。表2實(shí)驗(yàn)配方份原料配方1#配方2#配方3#PVC(0643批100.0100.0100.0ACR00.51.5CPE(0253批10.010.010.0碳酸鈣10.010.010.0鈦白粉4.04.04.0硬脂酸0.50.50.5OPE蠟0.20.20.2二堿式亞磷酸鉛(二鹽3.53.53.5三堿式硫酸鉛(三鹽1.51.51.5硬脂酸鈣0.80.80.8硬脂酸鉛0.40.40.42.2物料混合的條件及操作過程混合的設(shè)備主要是高速混合機(jī)。把混合室清掃

7、干凈,高速混合機(jī)的夾套溫度設(shè)定在100,然后開始升溫,夾套溫度升到100以后,保溫一段時(shí)間,使混合室的溫度升到75左右,加入配好的物料,蓋上蓋子并擰緊把手,開始混料。整個(gè)混料的時(shí)間在20min左右,待混合室的溫度到115時(shí)出料。由于本實(shí)驗(yàn)室沒有冷卻攪拌機(jī),到一定溫度出料以后,把溫度很高的料攤開在盤中冷卻,并不斷翻動(dòng),以便使溫度下降得更快、冷卻更均勻,料冷卻至室溫后,將料存放備用。3流變實(shí)驗(yàn)3.1轉(zhuǎn)矩流變儀的作用原理與功能轉(zhuǎn)矩流變儀是一種多功能雙轉(zhuǎn)子測(cè)量?jī)x。它所使用的各種混合器測(cè)量頭是大型生產(chǎn)用混合器的微縮復(fù)制品。它可模擬密煉、擠塑等工藝過程。這類流變儀的設(shè)計(jì)是為造成高湍流、高剪切的效果,以使聚

8、合物多組分熔體得以充分、良好的混合。由于混合腔及轉(zhuǎn)子的形狀復(fù)雜,溫度控制情況各不相同,因而只能用于對(duì)幾種樣品的試驗(yàn)結(jié)果作直接、平行的比較。轉(zhuǎn)矩流變儀可測(cè)量轉(zhuǎn)矩與溫度、時(shí)間的關(guān)系。由于轉(zhuǎn)矩的大小直接反映了物料的黏度和消耗功率的多少以及隨時(shí)間的變化,因而可用它進(jìn)行配方設(shè)計(jì)和指導(dǎo)工藝條件的選擇。實(shí)踐證明,它具有很高的使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,可減少大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備的試驗(yàn)性運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù),并可節(jié)省加工性能試驗(yàn)需消耗的大量物料。3.2實(shí)驗(yàn)條件本實(shí)驗(yàn)有3個(gè)加熱區(qū),每區(qū)的溫度相同,都是175,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為50r/min,每次往混合腔中的加料量為62g。3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)疊加圖如圖1所示,各配方流變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比見表3

9、 。圖1疊加曲線圖表3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表配方最小扭矩Nm最大扭矩Nm塑化時(shí)間擠出實(shí)驗(yàn)扭矩Nm 配方1#14.626.22min2s36.8配方2#15.926.31min37s37.3配方3#21.227.81min2s38.2從圖1疊加曲線上可以看出,隨著ACR用量的增加,PVC體系的塑化時(shí)間縮短,可見ACR具有促進(jìn)PVC熔融的作用。一方面,ACR黏附在PVC粉料微粒上,有利于熱及剪切力的傳導(dǎo),從而縮短了塑化時(shí)間,降低了塑化溫度,促進(jìn)PVC粒子塑化;另一方面,由于丙烯酸酯加工助劑硬度較大,具有較強(qiáng)的粒子破碎能力,使PVC粒子在短時(shí)間內(nèi)破碎成初級(jí)粒子,達(dá)到迅速熔融和塑化的目的。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比來看

10、,當(dāng)ACR的用量增加到0.5份時(shí),塑化時(shí)間縮短25s,而最大扭矩只升高0.1Nm;當(dāng)ACR 的用量增加到1.5份時(shí),塑化時(shí)間縮短1min,最大扭矩升高1.6Nm。可見,ACR在促進(jìn)PVC熔融、縮短塑化時(shí)間方面具有非常明顯作用的同時(shí),對(duì)PVC的機(jī)械加工性能方面無明顯的不良影響。4擠出實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)所用擠出機(jī)是哈爾濱哈普電器技術(shù)有限責(zé)任公司提供的實(shí)驗(yàn)用單螺桿擠出機(jī),用它可以模擬廠家加工產(chǎn)品的過程。在實(shí)驗(yàn)室,其主要作用是測(cè)量、記錄在擠出過程中的扭矩大小,通過扭矩變化來對(duì)比擠出物料的加工難易程度以及機(jī)械強(qiáng)度,并通過觀察擠出片的表面及斷面情況來斷定擠出片的質(zhì)量好壞,由此對(duì)配方進(jìn)行調(diào)整。4.1擠出機(jī)的工作原理

11、PVC樹脂在擠出機(jī)中的塑化歷程有3段:固體輸送段、熔融段和熔體輸送段。14加工與應(yīng)用聚氯乙烯2007年(1固體輸送段。當(dāng)擠出機(jī)各區(qū)溫度都升到設(shè)定值并保溫一段時(shí)間后,啟動(dòng)電機(jī),則螺桿按設(shè)定好的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。加入要擠出的物料,則物料在自身重力的作用下,由加料口進(jìn)入螺槽。隨著螺桿的旋轉(zhuǎn),物料在機(jī)筒螺桿摩擦力的作用下被向前輸送。(2熔融段。物料一方面從機(jī)筒螺桿吸收熱量,另一方面由于與機(jī)筒螺桿之間的摩擦和物料顆粒之間的摩擦而產(chǎn)生大量的熱量,使料溫不斷升高,與機(jī)筒內(nèi)表面相接觸的物料首先熔融。隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)使更多的物料熔融,最終物料由干粉狀態(tài)都變成了熔融態(tài),被螺桿螺紋推動(dòng)進(jìn)入下一階段。(3熔體輸送段,即擠出

12、段。熔融大分子在剪切力的作用下與各種助劑進(jìn)一步反應(yīng)并被均化,PVC 物料黏流體由熔體輸送段連續(xù)不斷地送往模具,被定量擠出,形成熔體壓力,保證了擠出物最終成型產(chǎn)品的密實(shí)度,從而得到合格的產(chǎn)品。4.2擠出條件一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)溫度分別為165、180、185、205,螺桿的轉(zhuǎn)速為30r/min。4.3擠出過程把物料從加料斗加入擠出機(jī)內(nèi),加料閥門全開。物料加入后通過電腦上的顯示曲線注意扭矩的變化,觀察擠出曲線是否正常。如果扭矩在上升的過程中突然下降,一般存在兩種情況:加料斗內(nèi)物料已用完,這時(shí)如果曲線還不完善,須及時(shí)補(bǔ)料;物料在加料斗中架橋,這也是考查物料干流性的一個(gè)方面,出現(xiàn)此情況一般為干流性不

13、好,需要敲打漏斗而使物料進(jìn)入擠出機(jī)。在本擠出實(shí)驗(yàn)過程中,當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為50r/min 時(shí),擠出機(jī)扭矩很高,扭矩一直都有上升趨勢(shì),不能達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速降到30r/min時(shí),能夠形成平穩(wěn)的扭矩曲線,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中物料下料一直很順暢。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,須加停車料保護(hù)螺桿及機(jī)筒(停車料為自配,穩(wěn)定性很好,能確保在開始加熱的過程中不在機(jī)頭內(nèi)出現(xiàn)糊料,然后才能關(guān)閉擠出機(jī)。4.4擠出結(jié)果及分析擠出結(jié)果曲線圖如圖2所示,擠出實(shí)驗(yàn)扭矩對(duì)比列于表3 。配方1#ACR用量0份;配方2#ACR用量0.5份;配方3#ACR用量1.5份圖2擠出結(jié)果曲線圖使用ACR配方的PVC制品擠出實(shí)驗(yàn)扭矩比無ACR配方的略高。配方1#

14、與配方2#的擠出扭矩相差0.5Nm,配方2#與配方3#的擠出扭矩相差0.9Nm。由此可以得出,擠出實(shí)驗(yàn)與流變實(shí)驗(yàn)的結(jié)論相似,ACR對(duì)PVC的機(jī)械加工性能方面無明顯的不良影響。5結(jié)語ACR加工助劑促進(jìn)了PVC加工體系的熔融,改善了熔體的流變性能,而且與PVC不相容部分可向熔融樹脂體系外遷移,從而改善了其脫模性,并且沒有增加加工設(shè)備的功率消耗,可見其在PVC加工體系中充當(dāng)著重要的角色。編輯:杜桂敏(上接第4頁隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,熱穩(wěn)定劑迎來了發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn),同類產(chǎn)品越來越多,競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化,今后無鉛、低鉛、低粉塵、無毒、復(fù)合高效的熱穩(wěn)定劑是國內(nèi)外熱穩(wěn)定劑的發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)1(德R.根赫特主編.塑料添加劑手冊(cè)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.2山西化工研究所.塑料橡膠加工助劑M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1983.