《加工配方设计》PPT课件.ppt
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1、第五章第五章 塑料加工配方设计塑料加工配方设计树树 脂脂增塑剂增塑剂热稳定剂热稳定剂润滑剂润滑剂加工助剂加工助剂交联剂交联剂PVC、CPVC、PVDC、CPE、PPS、UHMWPE、LLDPE、PPO、热固性树脂、热固性树脂LDPE、HDPE、PP、ABS、PS、POM、PA、PC、PET、PBT、PMMA、PSF、PEEK必须进行加工配方设计的树脂必须进行加工配方设计的树脂不一定进行加工配方设计的树脂不一定进行加工配方设计的树脂第一节第一节 PVC加工配方设计加工配方设计 PVC加工配方设计的目的加工配方设计的目的1、降低熔融温度,办法为加入增塑剂;2、提高分解温度,办法为加入热稳定剂;3、
2、对于PVC硬制品,还需加入加工助剂,以改善熔体流变特性;4、对于PVC软制品,还需加入润滑剂,以改善流动性和表面性能。一、一、PVC加工增塑剂加工增塑剂已讲已讲二、二、PVC加工热稳定剂加工热稳定剂已讲已讲三、三、PVC加工润滑剂加工润滑剂已讲已讲四、四、PVC加工助剂加工助剂PVC加工助剂主要用于加工助剂主要用于PVC的硬制品中。的硬制品中。PVC树脂的熔体黏度大,熔融困难,流动性差;树脂的熔体黏度大,熔融困难,流动性差;PVC熔体的热强度低,延展性差,黏结力不高。熔体的热强度低,延展性差,黏结力不高。特性特性 PVC熔体易发生熔融破裂、出口膨胀大、熔体松弛熔体易发生熔融破裂、出口膨胀大、熔
3、体松弛慢,慢,PVC制品表面粗糙、无光泽、鲨鱼皮状或竹节状制品表面粗糙、无光泽、鲨鱼皮状或竹节状等。等。现象现象1、PVC加工助剂的作用原理加工助剂的作用原理 PVC加工助剂的作用原理为促进树脂的熔融促进树脂的熔融、改善改善熔体的流变性熔体的流变性和赋予润滑功能赋予润滑功能。1)促进树脂的熔融)促进树脂的熔融 当加入加工改性剂的PVC树脂在剪切应力作用下加热时,加工改性剂首先熔融并粘附在PVC树脂微粒表面,基于其与树脂的相容性和高分子量,使得PVC体系的黏度和摩擦增加,从而可有效地将热和剪切应力传递给PVC树脂,促进PVC树脂的熔融。在此过程中,加工改性剂起到了热和剪切应力传递在此过程中,加工
4、改性剂起到了热和剪切应力传递的作用。的作用。2)改善熔体的流变性)改善熔体的流变性 加工助剂改善流变性的作用原理是提高PVC熔体的黏弹性,其黏弹性不足是导致流变性差的根本原因。加入加工助剂后:a)可增大复合体系的相对分子量以提高黏度;b)可增加复合体系内“交联”和“缠绕”的程度以提高其弹性。3)赋予润滑功能)赋予润滑功能 加工改性剂与PVC树脂相容部分首先熔融,起到促进熔融的作用;与PVC不相容部分则向熔融体系外迁移,起到润滑作用。2、常用、常用PVC加工助剂品种加工助剂品种(1)ACR ACR为丙烯酸酯类具有核-壳结构的共聚物,其核是一类低度交联的丙烯酸类橡胶聚合物,壳是与PVC相容性好的甲
5、基丙烯酸甲酯接枝聚合物。作用:作用:ACR的加入可明显改善PVC树脂的熔体流动性、热变形性及制品表面光泽等特性。(2)MC100 MC100是通过力降解法制得的分子量较低的PVC。作用:作用:明显缩短塑化时间、促进PVC凝胶化、降低平均扭矩、降低熔体黏度、改善加工性能、提高透明度、改善应力发白现象、提高阻燃性和抑烟性、降低能耗和生产成本。参考文献参考文献杨中文,刘西文.MC100/ACR 复合加工助剂在RPVC 管件料中的应用研究.当代化工.2007,36(6):592-595.原料:原料:PVC(SG-7)、二盐、三盐、硬脂酸铅、MC100/ACR、硬脂酸、碳酸钙、CPE、氧化聚乙烯蜡、钛白
6、粉(R-960)。设备:设备:高速混合机、锥型双螺杆挤出造粒机组、转矩流变仪、注射成型机、电子万能试验机、简支梁冲击试验机、烘箱、维卡软化温度测定仪。配方:配方:X 等于0、2、4、6、8,所对应的样品号分别为1、2、3、4、5。样品制备:样品制备:1)粉料制备:粉料制备:先将PVC 树脂投入高速捏合机进行高速混合至物料约60,依次加入热稳定剂、复合加工助剂、着色剂等助剂,继续高速搅拌物料至90,加入各种润滑剂,再继续高速搅拌至120 出料,出料进入冷却搅拌机进行搅拌降温至40 以下即可得到粉状料。2)造粒:造粒:用锥型双螺杆造粒3)标准试样制备:标准试样制备:将制得的PVC 粒料进行干燥处理
7、除去水分,干燥温度约为8090,时间为45 h。然后将干燥后的物料用注射机成型标准试样,再用标准试样进行性能测试。成型条件:加料段85100、压缩段160170、均化段180185、喷嘴温度170、注塑压力67 MPa。4)PVC管件制备:管件制备:将干燥后的RPVC 粒料在SZ-160P800 注射成型机成型200 三通PVC 管件,成型条件:T1=158,T2=162,T3=164,T4=170,T5=170,喷嘴温度177;注射压力:四级注射,一级注射2.6 MPa,二级注射4.3 MPa,三级注射4.6 MPa,四级注射4.8 MPa;保压压力:5.5 MPa;注射时间:80 s,保压
8、时间:45 s,冷却时间:120 s。测试:测试:1)粉料流变性能及粒料挤出性能测试:粉料流变性能及粒料挤出性能测试:对制得的粉状物料用流变仪进行塑化性能的测试,测试条件为:温度160、转速:32 rpm、保温1 min。2)标准试样力学性能测试:标准试样力学性能测试:按GBPT1040-92 测试试样的拉伸强度;按GBPT9341-2000 测试试样的弯曲强度;按GBPT1043-93 测试试样的冲击强度。3)PVC管件性能测试:管件性能测试:按GB 8802-88 测定其维卡软化点;按GB 8803 进行烘箱试验;按GB 1033 中4.1 A 法(浸渍法)测定密度;按GB 8001 进行
9、坠落试验;按GBPT10002.2-1996 中5.9 进行液压试验。结果分析与讨论:结果分析与讨论:1)对流变性能的影响:对流变性能的影响:随着MC100/ACR 复合加工助剂使用量的增大,熔融时间、平衡扭矩、平衡时间、熔融温度均有明显下降趋势,但最大扭矩基本没有变化,但比没有添加复合加工改性剂时略有增大。最大扭矩的变化归咎于ACR、平均扭矩的变化归咎于MC100。2)对力学性能的影响:对力学性能的影响:3)对管件质量的影响:对管件质量的影响:五、五、PVC加工配方设计原则加工配方设计原则(一)增塑剂的选用原则(一)增塑剂的选用原则主增塑剂:主增塑剂:与PVC树脂相容性好、增塑效率高、大量加
10、入也不析出的一类增塑剂,常用的有苯二甲酸酯类和磷酸酯类,代表品种:DOP、DBP、DIOP、DIBP、DOTP、TCP及DPOP。辅助增塑剂:辅助增塑剂:与PVC树脂相容性差、增塑效率一般、加入量受到限制的一类增塑剂,辅助增塑剂一般不单独使用,需与主增塑剂协同加入,才可达到增塑的目的。辅助增塑剂除具有增塑作用外,往往具有自己特有的特点如耐寒性、耐热性、阻燃性及低成本等。增塑剂的加入量增塑剂的加入量硬制品硬制品 增塑剂的加入量为05份;半硬制品半硬制品 增塑剂的加入量为625份;软制品软制品 增塑剂的加入量为2660份;糊制品糊制品 增塑剂的加入量为61100份。制品的性能要求制品的性能要求耐寒
11、类耐寒类 常用脂肪族二元酸酯类增塑剂与主增塑剂搭配,其中以DOS的耐寒性最好。无毒类无毒类 不选DPOP除外的磷酸酯类及氯化石蜡类增塑剂;DOP与DOA有致癌性,尽可能改用DHP、DNP及DIDP代替;对无毒性要求十分苛刻时,尽量选用环氧类和柠檬酸酯类增塑剂。农用类农用类 不选DBP和DIBP,它们对农作物有毒害作用。耐高温类耐高温类 选用耐热类增塑剂,如TCP、DIDP、DNP、聚酯类及季戊四醇类等。绝缘类绝缘类 选用耐热和绝缘类增塑剂,耐热类如TOTM、TCP及DPOP等,绝缘类如DIDP、DOTP及M-50等。阻燃类阻燃类 选用磷酸酯类的氯化石蜡类增塑剂,可兼有阻燃效果。低成本低成本 选
12、用氯化石蜡和石油酯类廉价增塑剂。(二)热稳定剂的选用原则(二)热稳定剂的选用原则1、硬质、硬质PVC配方中热稳定剂的选用配方中热稳定剂的选用 在硬质在硬质PVC配方中热稳定剂是必须加入的,而且要求配方中热稳定剂是必须加入的,而且要求热稳定剂的加入量大、稳定效果好。热稳定剂的加入量大、稳定效果好。不透明制品:常选用三碱式硫酸铅及二碱式亚磷酸铅,两者往往协同加入,比例为三盐/二盐为(2:1)(1:1),总加入量为35份。透明制品:不选用铅盐类,常选用除铅盐之外的金属皂类、有机锡类、稀土类和有机锑类,其中金属皂类加入量为34份、有机锡类加入量为12份。2、软质、软质PVC配方中热稳定剂的选用配方中热
13、稳定剂的选用 热稳定剂的加入量小,有时增塑剂加入量较大时也可热稳定剂的加入量小,有时增塑剂加入量较大时也可不加入,对热稳定剂的稳定效果要求不高。不加入,对热稳定剂的稳定效果要求不高。不透明制品:选用铅盐(12份)和金属皂类(12份)协同加入。透明制品:选用有机锡类(0.51份)与金属皂类(12份)协同加入,也可用稀土类和有机锑类代替有机锡类。半透明制品:选用几种金属皂类并用,总加入量为23份。3、无毒、无毒PVC配方中热稳定剂的选用配方中热稳定剂的选用 铅盐类热稳定剂不宜选用;应遵循以下原则:应遵循以下原则:除铅皂、镉皂、钡皂外,其他金属皂类热稳定剂都可以选用;有机锡中应选用无毒品种;有机锑类
14、和稀土类都无毒,均可选用;辅助热稳定剂中环氧类无毒,可以选用。4、PVC配方中主热稳定剂的协同作用配方中主热稳定剂的协同作用 三盐和二盐之间有协同作用,两者加入比例为(2:1)(1:1)之间;具有协同作用的主热稳定剂:具有协同作用的主热稳定剂:不同金属皂类热稳定剂之间有协同作用,热稳定大小顺序为Cd、Zn Pb Ba、Ca,常用复合品种为Ca/Zn、Cd/Ba、Ba/Pb、Ba/Zn及Ba/Cd/Zn等;金属皂类与有机锡类热稳定剂有协同作用,在透明配方中两者往往协同加入;稀土类和有机锡类热稳定剂有协同作用,用稀土类取代有机锡类可降低成本。5、PVC配方中主、辅热稳定剂的协同作用配方中主、辅热稳
15、定剂的协同作用 金属皂类与环氧类;金属皂类与多元醇类;金属皂类与-二酮类化合物;金属皂类与亚磷酸酯类;稀土类与环氧类;有机锑类与亚磷酸酯、环氧化物等。6、PVC配方中热稳定剂与其他助剂的并用配方中热稳定剂与其他助剂的并用 除了稀土类和金属皂类热稳定剂外,大部分热稳定剂本身无润滑作用。因此,在选用无润滑作用的热稳定剂时,需另加入润滑剂;而对本身有润滑作用的热稳定剂,可不加或少加润滑剂。7、PVC配方中热稳定剂的对抗作用配方中热稳定剂的对抗作用 含硫有机锡类和有机锑类热稳定剂不可与含铅、镉类稳定剂并用,如果并用会发生硫污染。(三)润滑剂的选用原则(三)润滑剂的选用原则1、按、按PVC的加工方法选用
16、的加工方法选用压延成型压延成型 目的为防止粘辊和降低熔体黏度。润滑剂以内、外润滑剂配合使用,以金属皂类为主,并配以硬脂酸。挤出、注塑挤出、注塑 目的降低黏度、提高流动性、易于脱模。润滑剂以内润滑剂为主,以酯、蜡配合使用。模压、层压模压、层压 以外润滑剂为主,常用蜡类润滑剂。糊制品的搪塑糊制品的搪塑 润滑剂用量少,以内润滑剂为主,并常用液体类。2、按、按PVC制品不同选用制品不同选用软制品软制品 因含有大量增塑剂,所以润滑剂用量小。硬制品硬制品 因增塑剂的加入量小,需加大增塑剂用量。3、按、按PVC中共混树脂品种选用中共混树脂品种选用 在PVC中加入ABS、CPE、ACR、MBS等抗冲击改性剂的
17、配方,由于共混树脂与润滑剂的相容性大,应增加其加入量。为改善PVC制品的光泽,常加入氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,也需要增加润滑剂的加入量。4、润滑剂的并用、润滑剂的并用 在一个具体PVC加工配方中,要内、外润滑剂兼用,并且内、外润滑剂也选用几个品种复合使用。5、润滑剂与其他助剂的关系、润滑剂与其他助剂的关系(1)与稳定剂的关系 不同热稳定剂的润滑性大小如下:金属皂类 液体金属复合皂类 稀土类 有机锑类 铅盐类 月桂酸锡 马来酸锡 硫醇锡。(2)加工助剂大都兼有外润滑功能,可适当减少润滑剂的用量。(3)配方中含有大量非润滑填料时,应增加内外润滑剂的用量。6、润滑剂的加入量、润滑剂的加入量加工方法加
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