門窗用PVC異型材主要性能及其影響因素

2019-04-03 14:17:40 110
本文轉載自網絡,如有侵權,請聯絡刪除:  及其影響因素王仁慈(山東魯宏塑窗機械集團總公司,山東省章丘市250200)隨著我國化學建材產業的開展,PVC塑料門窗也得到了更遍布的推廣和應用。同時,人們也對門窗的質量和性能有了更高的要求。一般PVC型材廠和門窗組裝廠對產品主要檢測、控制PVC塑料異型材的低溫落錘沖擊、焊角強度、加熱后狀態及加熱后尺寸變遷率等4項常規性能指標。影響這些性能的因素很多,比如:原料的性能、配方、混料、擠出設施、擠出模具、擠出成型工藝等。本文著重討論影響常規性能指標的4項因素。

  1影響低溫落錘沖擊性能的因素PVC樹脂分子量及其散布消費PVC異型材所用的樹脂是懸浮法消費的疏松型樹脂,其聚合度為1000左右。一般而言,樹脂的聚合度越大,材料的機械性能越高,耐低溫及耐熱性越好。關于低溫沖擊性來說,希望采納高分子量的樹脂,但因其加工比較艱難,所以選擇的樹脂,聚合度不能太大。樹脂的分子量散布也是選擇樹脂的一個重要指標。分子量散布窄,其加工性能和制品性能都較均一,材料的力學性能較高;分子量散布寬,則標明聚合物中存在一定數量的偏低或偏高分子量的部分,偏低部分會影響沖擊強度,偏高部分會形成塑化不平均,使材料不能形成間斷的均相體系,故也會降低沖擊強度。

  1.2抗沖改性劑在PVC異型材的配方體系中,直接影響沖擊性能的是抗沖改性劑。如今國內一般采納氯化聚乙烯(CPE)改性體系,而國外一般都采納丙烯酸酯類改性劑(ACR)。相比較而言,使用CPE的工藝要求較ACR要苛刻,且耐候性也不如ACR.但由于CPE抗沖改性劑的價格廉價、國內產量大、技術成熟,因此國內的CPE應用較ACR寬泛。CPE是由高密度聚乙烯(HDPE)在鹽酸水溶液中懸浮氯化而得,即用氯原子部分地取代HDPE分子鏈上的氫原子的產物,通常其含氯量為25%~40%.應用于PVC異型材的CPE,―般為含氯量36%~38%的橡膠類彈性體。由于氯原子的存在,使CPE成為極性聚合物,與帶有極性基團的PVC有較好的相容性。

  人們對塑料門窗的質量和性能也提出了更高的要求。控制好門窗用PVC異型材的性能,是保障成窗質量的關鍵。討論了影響PVC型材4項常規主要性能,特別是低溫落錘沖擊性能的因素,并提出了控制性能指標的措施。

  假如CPE的含氯量太低,則與PVC的相容性差,不易形成立體網狀構造;假如含氯量太高,超越40%,則與PVC分子鏈更為類似,盡管CPE與PVC有良好的相容性,但改性成效不佳。在CPE/PVC增韌體系中,隨著CPE用量的增加,體系的沖擊強度也增加,但并不是不時增加。在CPE用量低于8份時,沖擊強度增加的幅度較小;在8~12份時,其沖擊強度有顯著的增加;當用量在15~20份時,沖擊強度增加又較小;超越20份,再參與過量的CPE,也不會有太大的變遷。并且,隨剪切速率的不同,CPE對沖擊強度的影響也不同。假如剪切速率太低,使CPE在PVC中不能形成分相不分別的立體網狀構造;剪切速率太高,已形成的網狀構造,部分會在高剪切速率下被毀壞,同樣不能抵達最佳的增韌成效。

  1.填充料碳酸鈣對PVC型材沖擊影響較大的另一種助劑是碳酸鈣(CaC3)。參與CaCO:,一是可增加尺寸穩定性;二是可降低本錢。當CaC3用量較少時,還會起到一定的補強作用。一般應用于PVC中的碳酸鈣是輕質鈣,由于CaCO:為無機相,與PVC的相容性差。假如一味地追求降低本錢而增加Ca-CO:用量,則材料的沖擊強度會急劇下降。為了增加與PVC的相容性,一般可采納硬脂酸或偶聯劑,對其外表停止解決。這樣可適當增加填料用量,而不致對沖擊強度有太大的影響。CaCO:的粒徑越小,就越容易填充到PVC粒子內部,有利于進步材料的沖擊強度。

  1.光滑劑PVC配方體系中,光滑劑的選擇和添加量也直接影響沖擊強度。內光滑劑與PVC粒子的相容性較好,如硬脂酸單甘油酯等;外光滑劑與PVC粒子的相容性差,加工時容易從PVC體系中析出,形成界面光滑,如聚乙烯臘、石臘等。不管何種光滑劑,過量都會形成型材的沖擊強度下降。尤其是像聚乙烯臘,對沖擊強度的影響特別大,有時甚至給加工形成艱難,型材不能成型。故光滑劑的選擇和添加量都應謹慎。

  1.混料設施和擠出設施好的混料設施和擠出設施是取得高沖擊強度的關鍵。原料與助劑混合的平均程度、共混料表觀密度的大小,都會對沖擊強度形成很大的影響。假如混料設施的混合成效差,即使是擠出機的塑化、混煉再好,也不可能得到高沖擊強度的材料。一般混料溫度在110C、混合工夫9~10min、加料量是混合料容量的50%~70%時,可取得較好的干混料。假如干混料的表觀密度在0.67g/cm3左右,闡明干混料的混合成效較好。其次,光滑劑對干混料的表觀密度和凝膠化速率有重要影響,一般光滑劑最好在PVC樹脂及其它助劑混合以后,在出料之前、20°Q時,在高速攪拌下參與。PVC型材要想取得良好的沖擊強度,還須要擠出設施具有良好的塑化、混煉才干,這須要有好的螺桿構造設計。一般還要有排氣裝置,把原料中夾雜的揮發份抽出,以免夾在型材中形成微氣孔,影響沖擊強度。同時,還要有螺桿冷卻裝置。因為物料在均化段受進一步壓縮、強烈剪切,會產生多余的熱量,假如不迭時把這部分熱量帶走,就會使型材斷面有氣泡,降低型材的密實度,招致沖擊強度下降。

  1.6模具模具對低溫沖擊性能的影響,主要表如今熔體壓力和打消材料的內應力上。較高的熔體壓力,能使型材的密實度增加,使體系中微觀分子間間隔減小、相互作用強烈,從而保障有較高的沖擊強度。其次,通過口模設計,盡量打消高速擠出所帶來的內應力。從冷卻方式來說,要使型材盡量冷卻平均,假如型材各點的冷卻速率差別太大,會由于溫度梯度的不同形成溫度內應力,從而影響沖擊強度。

  1.7擠出成型工藝擠出成型工藝對沖擊強度的影響也相當重要。依據擠出設施、模具和干混料的質量不同,其工藝也應隨之變動。通過調整工藝,抵達最佳塑化狀態,才干取得理想的沖擊強度。如今國內一般以錐形雙螺桿為主。首先,擠出過程須要適當的擠出溫度。在一定范圍內,溫度稍高些對沖擊強度有利;但假如溫度太高,招致PVC部分地分解,會降低材料本身性能,并且分解釋放出的HCl有時夾雜在型材中,會招致沖擊強度下降。依據筆者經歷,調整溫度時,應使出口模的熔體既要有一定彈性,又不能太粘。關于計量加料的雙螺桿擠出機,排氣成效、加料速度與主機速度的匹配也很重要。為了保障有足夠的擠出壓力,應使進料比大一些。這樣,能夠使物料提早填滿螺槽,增加混煉成效;但假如進料過大,會從排氣口冒料,使排氣不好;假如進料比再增大,就會使剪切更強烈,招致物料分解,產生氣泡,在一定程度上也會毀壞CPE網狀的增韌構造,直接招致沖擊強度下降。假如進料量太少,物料混煉程度不夠,塑化不好、擠出壓力小、產品不密實,并且粉料到排氣口時未塑化,容易被真空抽走,達不到應有的排氣成效。

  以上影響沖擊強度的各因素并不是獨立的,而是相互關聯的。在實際消費中,需綜合思考各因素,才干使制品有良好的低溫沖擊強度。

  2影響焊角強度的因素要想取得高焊角強度,一般首先應保障材料塑化良好、配方適合。從配方角度來說,必需保障穩定劑的質量和用量,否則其殘余穩定性不夠,焊接溫度較擠出溫度要高很多。使型材在通常的焊接溫度下顏色變黃、分解重大,將直接影響焊接質量。對焊接影響最大的還是光滑劑的使用。有些型材消費廠家,為了增加制品光潔度、減少機械摩擦等宗旨,參與的光滑劑數量較多。這樣盡管從材料外觀看沒多大問題,對型材的沖擊性能影響也不大,但焊接時,無論是內光滑劑還是外光滑劑均與PVC的相容性不太好;并且一般光滑劑的熔點都在50~150°c,焊接加熱時很容易析出到熔融外表,使PVC分子的親合力下降,招致焊角強度不夠。

  3影響加熱后狀態的因素影響加熱后狀態這一指標的主要因素是,擠出成型時揮發份排出的成效、塑化是否良好、混練是否平均、型材的邊角部位是否存在過大的內應力等。假如排氣不好,就會呈現氣泡;部分存在過大的內應力,加熱后就會呈現裂痕、毛刺。

  4影響加熱后尺寸變遷率的因素加熱后尺寸變遷率也是很重要的一個指標。關于裝置好的門窗,假如型材尺寸變遷率大,將招致門窗變形、焊角等薄弱部位開裂,直接影響成窗的使用。為控制型材加熱后的尺寸變遷率,首先要使型材有足夠的密實度,也就是要求有足夠的擠出壓力。這樣,加熱后,由于PVC分子間堆砌嚴密,鏈段活動空間小,材料尺寸變遷就小。其次,可適當增加填料的用量,以增加型材的剛性。同時,要盡量打消內應力,這可通過適當增加口模平直段長度、改善流道設計、改善熔體活動性、進步定型冷卻的速率和平均性來實現。

  5結語本文對PVC型材的以上4項常規性能指標,特別是沖擊強度的影響因素及控制措施停止了剖析和討論。當然,除此之外,門窗用PVC異型材的消費廠家,還應使所消費的型材的其它各項技術性能指標均合乎GB8814―1998規定的要求。

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