加工配方设计

（2）MC100
MC100是通过力降解法制得的分子量较低的 PVC。
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 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.
2）对力学性能的影响： 3）对管件质量的影响：
五、PVC加工配方设计原则
（一）增塑剂的选用原则
主增塑剂：与PVC树脂相容性好、增塑效率高、大量加入 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：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。
（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
加工方法 压延成型 注射、挤出成型
内润滑剂加入量/份 0.3 ~ 0.8 0.5 ~ 1.0
外润滑剂加入量/份 0.2 ~ 0.8 0.2 ~ 0.4
（四）加工助剂的选用原则
增塑剂的加入量
硬制品 增塑剂的加入量为0~5份； 半硬制品 增塑剂的加入量为6~25份； 软制品 增塑剂的加入量为26~60份； 糊制品 增塑剂的加入量为61~100份。
制品的性能要求
➢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 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。
2、按PVC制品不同选用
软制品 因含有大量增塑剂，所以润滑剂用量小。 硬制品 因增塑剂的加入量小，需加大增塑剂用量。
3、按PVC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。
① 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；
② 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；
③ 金属皂类与有机锡类热稳定剂有协同作用，在透明配 方wenku.baidu.com两者往往协同加入；
3）标准试样制备：将制得的PVC 粒料进行干燥处理除去水分, 干燥温度约为80～90 ℃,时间为4～5 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85～100℃、压缩段160～170 ℃、均化段180～185 ℃、喷 嘴温度170 ℃、注塑压力6～7 MPa 。
1、按PVC的加工方法选用
➢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 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 以外润滑剂为主，常用蜡类润滑剂。
➢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。
4）PVC管件制备：将干燥后的RPVC 粒料在SZ - 160P800 注射 成型机成型φ200 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 时间: 45 s ,冷却时间: 120 s。
⑤ 不同加工助剂的加入量不同，ACR在2份以内，AMS在 10份以内，而P83加入量高达50份左右。
六、PVC加工配方设计实例
PVC树脂的分类
➢ 按化工部标准，悬浮法制备的PVC树脂分为6个 型号，SG为疏松型，XJ为紧密型。
➢ 按国家标准（GB 5761~2006），悬浮法通用型 PVC按照聚合度分为PVC-SG0~9。
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、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、PVC加工增塑剂
已讲
二、PVC加工热稳定剂
已讲
三、PVC加工润滑剂
已讲
四、PVC加工助剂
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PVC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相容性好的甲基丙烯酸甲酯接枝聚合物。
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。
4、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
（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、软质PVC配方中热稳定剂的选用
热稳定剂的加入量小，有时增塑剂加入量较大时也可 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（1~2份）和金属皂类（1~2份）协 同加入。 半透明制品：选用几种金属皂类并用，总加入量为2~3份。
透明制品：选用有机锡类（0.5~1份）与金属皂类（1~2份） 协同加入，也可用稀土类和有机锑类代替有机锡类。
SG型PVC各牌号的主要用途
型号 SG-1 SG-2、 SG-3
① 加工助剂一般用于PVC硬制品中，PVC软制品中少用。 ② 加工助剂常用于挤出成型，在压延和注射成型中少用。
③ 冲击改性剂一般兼有加工助剂的功能，如ACR401、 MBS、EVA等。因此，PVC配方中如含有冲击改性剂， 则可不加或少加加工助剂。
④ 含填料的PVC配方，要加大加工助剂的加入量，一般 可达10份左右。
2）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 加工改性剂与PVC树脂相容部分首先熔融，起到促
PVC加工助剂主要用于PVC的硬制品中。 特性
• PVC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。
现象
• PVC熔体易发生熔融破裂、出口膨胀大、熔体松弛 慢，PVC制品表面粗糙、无光泽、鲨鱼皮状或竹节 状等。
1、PVC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、改善 熔体的流变性和赋予润滑功能。
必须进行加工配方设计的树脂
PVC、CPVC、PVDC、CPE、PPS、UHMWPE、 LLDPE、PPO、热固性树脂
不一定进行加工配方设计的树脂
LDPE、HDPE、PP、ABS、PS、POM、PA、PC、 PET、PBT、PMMA、PSF、PEEK
第一节 PVC加工配方设计
➢ PVC加工配方设计的目的
1）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 的作用。
3）PVC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 进行坠落试验; 按GBPT10002. 2 - 1996 中5. 9 进 行液压试验。
结果分析与讨论：
1）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。
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、 钛白粉（R-960）。
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：
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：
1）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：用锥型双螺杆造粒
3、无毒PVC配方中热稳定剂的选用
应遵循以下原则：
① 铅盐类热稳定剂不宜选用； ② 除铅皂、镉皂、钡皂外，其他金属皂类热稳定剂都可
以选用； ③ 有机锡中应选用无毒品种； ④ 有机锑类和稀土类都无毒，均可选用； ⑤ 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
具有协同作用的主热稳定剂：
➢农用类 不选DBP和DIBP，它们对农作物有毒害作用。
➢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 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 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 选用氯化石蜡和石油酯类廉价增塑剂。
测试：
1）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：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。
（二）热稳定剂的选用原则
1、硬质PVC配方中热稳定剂的选用
在硬质PVC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。
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3~5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 3~4份、有机锡类加入量为1~2份。
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
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
④ 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
① 金属皂类与环氧类； ② 金属皂类与多元醇类； ③ 金属皂类与β-二酮类化合物； ④ 金属皂类与亚磷酸酯类； ⑤ 稀土类与环氧类； ⑥ 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