PVC管材塑化度判斷

比較硬質PVC管材塑化度與力學性能的關系，得出硬質PVC管材塑化度的最佳范圍為60%~70%。分析配方、混料、工藝條件對塑化度的影響，以指導生產過程，并將塑化度調整到最佳塑化范圍。

在加工過程中，硬質PVC的粒子結構將發生很大變化，在較低加工溫度下，由于熱和剪切力的作用，顆粒分解成初級粒子；隨著溫度的升高，初級粒子部分被粉碎；當加工更高時，初級粒子可全部粉碎，晶體熔化，邊界消失，形成二維網絡，這一過程稱為熔融或凝膠化，一般成為塑化。塑化度正是制品結晶程度與PVC初級粒子熔化程度的反映，塑化度可用流變法測量。

PVC塑化后在制品中形成了貫穿的結晶網絡，這種結構的變化，必然引起力學性能的改變，進而影響制品的性能。因此，在硬質PVC加工過程中，控制好塑化度，使制品各部分塑化均一，對保證硬質PVC管材質量非常重要。國家技術監督局發布的GB/T10002.1-1996中，用增加二氯甲烷浸漬試驗來反映管材塑化的情況。

1、硬質PVC管材的最佳塑化度

硬質PVC未塑化或塑化度低時，PVC初級粒子未解體或解體很少，粒子間還未融合；塑化度100%時，所有初級粒子融合，制品冷卻后，可形成均勻分布，貫穿整個制品的結晶網絡，晶網會限制分子鏈的運動。這兩種結構的管材沖擊強度較低，與管材韌性有關的指標（如落錘沖擊性能）不易達標，這兩種塑化度的管材都不是我們希望的。

大量研究和測試結果表明：硬質PVC管材的綜合性能最佳值是在塑化度為60%~70%時得到的。因此，我們應選擇適當的條件，使塑化度均勻并控制在此范圍內。

2、塑化度的調整

塑化度的調整應從配方、混料、加工條件等方面綜合考慮。

（1）PVC樹脂

用懸浮法生產的PVC樹脂有疏松型和緊密型。疏松型樹脂表皮較薄、內部疏松、亞粉粒體積較大且大小均勻，易于破碎，釋放初級粒子。這樣的樹脂經混合，可使助劑分布均勻，經過擠出加工后，易獲得塑化均一的管材。

除PVC樹脂的形態外，樹脂的相對分子量也影響塑化，相同配方和加工條件下，分子量越大，雖然管材韌性好，但塑化度降低。

（2）穩定劑

目前，國內采用的主要熱穩定劑為鉛系穩定劑（主要為三堿式硫酸鉛，硬脂酸鉛等）。固體鉛鹽穩定劑分散性差，難塑化易造成大的應力集中，要求所用鉛鹽越細越好，最好經過研磨。另外，鉛鹽對人體健康有害，這些穩定劑在給水管配方中用量有限制，如含鉛穩定劑用量不能超過3份。

（3）潤滑劑

外潤滑性強的配方使PVC受到較小的剪切力，低的剪切力水平可提高初級粒子“存活”的溫度或延長其“壽命”，所以在相同的加工條件下，潤滑性強的配方，可使管材塑化度降低。為了使管材塑化度保持一定，就要增加加工設備的剪切能力（如提高螺桿轉速）或提高加工溫度，或延長物料在設備中停留的時間（提高機臺阻力既可延長“停留時間”，又可增加剪切強度）。

（4）改性劑對塑化的影響

使用抗沖擊改性劑時，物料粘附金屬傾向增強，剪切摩擦熱增加，往往會促進塑化，故應適當增加潤滑劑用量，以適當推遲塑化，獲得最佳塑化度。

但選擇CPE作改性劑時，相對分子量低的外潤滑劑如石蠟易溶于CPE中，降低潤滑效果，還會影響增韌效果，應選用與改性劑相容性差，相對分子量或熔點較高的潤滑劑，如聚乙烯蠟、高級脂肪酸及其它皂類潤滑劑。具有核——殼結構的改性劑，其極性很強的殼會阻礙潤滑劑進入軟芯，因此對潤滑劑的選擇不很嚴格。

3、混合的調整

混合是指降低組分料非均勻性的過程。因此，混料質量好壞將影響塑化是否均一。實際加工中遇到的許多問題，如擠出過程中混料脈動，塑化不均等均與混料有關。

硬質PVC管材混料多采用高速混合機進行，冷混機冷卻。

混料中應注意以下問題：

（1）混合機加料量選擇

物料體積為高速混合機空容積50%以下時，摩擦熱小，達到混合溫度（120℃）需15min以上；加料量50%~70%，達到混料溫度僅為8min~10min；加料量在70%以上混合效果變差，物料的物性不均一，導致管材塑化不均。因此，我們應將加料量控制在混合室空容積的50%~70%。

（2）高速混合溫度的選擇

料溫在50℃以下時，PVC樹脂顆粒在強力攪拌下，其粉粒和亞粉粒被擊碎，干粉料的表觀密度變化不大。

料溫在80℃以上到120℃左右時，樹脂顆粒脹大，顆粒尺寸趨于均勻，顆粒的平均尺寸與原始狀態相近，同時，干混料密度迅速增加。料溫在120℃以上，樹脂顆粒尺寸減少而干混料表觀密度仍在提高。

樹脂顆粒變大并均勻地在干粉料中流動，使輸送量均勻，再考慮到100℃以上時對排出干燥物料中的水汽有益處，所以一般高速混合溫度在100℃~120℃。

對于普通單螺桿擠出機，直接用粉料生產時，為了使管材有高的塑化度，往往將熱混溫度提高到140℃以上，但是不宜超過150℃。這是因為固體穩定劑僅粘附于樹脂顆粒表面，對內部的PVC起不到穩定作用，熱混溫度太高會使樹脂分解變色。而冷混溫度在40℃左右即可。

（3）高速混合時的加料順序

硬質PVC配方的加料順序應有利于助劑作用的發揮，避免助劑的不良協同效應，并有利于提高分散程度和速度。

穩定劑與樹脂同時加入到熱混機中，以便及早發揮穩定作用。

皂類和內潤滑劑隨后加入，以便充分滲入樹脂內部。蠟類外潤滑劑宜在料溫接近出料溫度時再加，以免蠟類干擾其它助劑的分散。

填料對助劑有吸收作用，宜最后加入。以便助劑先在樹脂中得以分散。

加工改性劑宜在蠟類加入之前，穩定劑加入之后加入，對于具有防止熱分解傾向的改性劑，如CPE，可與樹脂一并加入。如果考慮沖擊改性劑吸收潤滑劑的傾向強于PVC樹脂，為避免潤滑劑被吸收后物料加工性的明顯變化，及吸收潤滑劑后改性效果的降低，也可在最后加入。易結團的沖擊改性劑，為了使其分散良好，宜最后加入。

總之，助劑的加料順序應避免助劑間的相克相消，提高相輔相成的效果，使助劑在PVC樹脂中得以充分分散。

典型的加料順序如下：

①低速下，將PVC樹脂加到混合室中；

②在60℃于高轉速下，將穩定劑及皂類加入到樹脂中；

③在80℃左右，于高轉速下，將加工改性劑、內潤滑劑、顏料及抗沖擊改性劑加到料中；

④100℃左右，高轉速下，加入蠟類；

⑤110℃高轉速下加填料；

⑥在110℃~120℃低轉速下排出物料，送入轉動著的冷混機中；

⑦冷混到40℃排出，過篩使用。