聚氯乙烯塑料物料的配方原理及配方设计方法

2、聚氯乙烯塑料制品的分类及特点
PVC塑料通常可分为硬质制品、软质制品及PVC糊制品三大 类。 ⑴硬质制品 在配方中以聚氯乙烯树脂和稳定剂为主体，不加或 加少量增塑剂(增塑剂用量低于10份)，同时含有适量润滑剂、 加工助剂和其他添加剂的聚氯乙烯制品称为硬质制品。其特点 是在室温下处于玻璃态，具有很好的化学稳定性，并能承受一 定的温度和压力。硬质聚氯乙烯可采用热塑性塑料的主要成型 方法进行加工，例如挤出、注塑、压延、压制、吹塑、热成型 等。典型产品有硬质管材、板片、棒材、型材及管件阀门等， 广泛用于建筑、化工、包装、交通及日用品制造等方面。 ⑵软质制品 配方中增塑剂用量在25份以上的聚氯乙烯制品称 为软质制品，增塑剂的加入降低了聚氯乙烯塑料的玻璃化温度， 以致在常温下处于高弹态。因此，软质聚氯乙烯具有一定的柔 韧性和机械强度。典型产品有各种薄膜(农业、工业、包装及 民用等)、电线电缆绝缘与护套、耐油垫团、垫片、塑料鞋、 软管、软质泡沫塑料及民用品等。。
聚氯乙烯塑料物料的配方原 理及配方设计方法
一、聚氯乙烯塑料物料的配方原理
1、聚氯乙烯塑料配方的依据 2、聚氯乙烯塑料制品的分类及特点
二、聚氯乙烯塑料物料的配方设计方法
1、硬质聚氯乙烯的配方设计 2、软质聚氯乙烯塑料的配方设计 3、聚氯乙烯塑料糊的配方设计
由于PVC本身的特性，PVC树脂只有与若干添加剂配合 才能加工成具有实用价值的制品。因此，根据制品的用途和 使用条件，了解PVC塑料物料的配方原理及正确进行配方设 计有十分重要的意义。
⑴配方设计前的准备 ①准确了解制品的使用性能及技术要求，如制品标准规定的各 项性能指标；制品的使用环境、使用方法及其在使用过程中 可能出现的问题；制品使用者和广大消费者的需要和爱好等。 ②全面了解所用原料的性能和使用方法，如原料在配方中的作 用和性质；原料在配混过程中的相互影响及作用，原料间的 协同效应；原料的质量标准及分析化验结果；原料的用量与 制品性能及成型工艺之间的关系；原料的来源、价格，及在 不影响生产质量和生产效率的前提下，降低原料成本的途径 等。 ③加工成型过程中原料的物理性质和化学行为变化及其与加工 成型设备的关系，如物料在成型设备中的受热过程、受热行 为及停留时间；物料在成型设备中的受力方式，成型过程中 的物态变化及塑化质量；模具的机构及物料的流变行为；物 料及成型制品的冷却及形态与形状的控制等。
塑料糊因加入组分不同，呈现出不同的性质，通常可分为以下 四类。 ①塑性溶胶 是由聚氯乙烯树脂与液体增塑剂组成的悬浮体，又 称为增塑糊 ②有机溶胶 是由聚氯乙烯树脂和构成液相组分的增塑剂和稀释 剂组成的悬浮体，又称为稀释增塑糊。 ③塑性凝胶 加有胶凝剂的聚氯乙烯树脂及液体增塑剂组成的悬 浮体，又称为增塑胶凝糊。 ④有机凝胶 含有胶凝剂的聚氯乙烯树脂和构成液相组分的增塑 剂及稀释剂组成的悬浮体，又称为稀释胶凝增塑糊。 增塑糊中增塑剂含量一般在40%以上，适宜制作厚壁的软质 制品；有机溶胶中有时为了提高制品的硬度，可将部分或全部 增塑剂用非水溶性溶剂来代替，它除含有稀释剂外还含有相当 量的分散剂；塑性凝胶和有机凝胶与前两者的区别仅在于组成 中加有胶凝剂，其流动性能表现为开始时呈现宾哈液体的行为， 即当剪切应力达到一定值时后才发生流动。这种屈服应力是特 意控制的，其目的是使凝胶塑料在加热和不受外力作用时，不 会因自身的重力而发生流动，但成型起来又很容易。这样，在 整个成型过程中不会产生流泻和塌落现象，从而使最后得到的 制品保持塑化时的形状。
一、聚氯乙烯塑料物料的配方原理
1、聚氯乙烯塑料配方的依据
PVC塑料配方设计对合理实施塑料成型技术，获得使用 性能优异及成本合理的制品有很大影响。对于软硬程度、透 明度、透光性、耐热性以及电性能等方面要求有差异的PVC 塑料制品，就要求设计出不同的物料配方。在成型方面，由 于成型技术和工艺不同，即使用于同一制品，配方设计上也 不尽相同。因此，设计出合理的PVC塑料配方，是顺利进行 PVC制品的成型加工和制得性能优良制品的重要基础。
缺口冲击强度/(kJ/min)
图2
增塑剂对PVC冲击强度的影响
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 0
拉伸强度/Mpa
5
10 15 20 25 DOP配合量/份
图3 增塑剂对PVC拉伸强度的影响
⑶稳定剂的选择 稳定剂的合理选择对硬质聚氯乙烯塑料的成型 工艺及制品的使用性能具有重要影响。因聚氯乙烯塑料流动性 较差，加工温度与PVC树脂的分解温度又很接近，为保证塑料 在成型时保持黏流状态，就必须提高成型温度，这样确保 PVC-U配混料加工中的稳定性就变得十分重要。因此，在成 型中需要选择稳定性较好的配方，而配方稳定性的好坏在很大 程度上取决于稳定剂的用量和搭配。硬质聚氯乙烯塑料配方中 多采用铅系稳定剂或硫醇锡系稳定剂，不能加得太多，否则会 影响塑化效果，同时也不经济。一般采用复合稳定剂系统，可 以达到相辅相成的效果。 ⑷润滑剂的选择 PVC-U配混料加工中熔体粘度高是其特点， 在加工过程中的剪切作用会导致摩擦热迅速增大，从而引起熔 体温度升高，因而为改善塑料的加工性能，必须加入一定量的 内外润滑剂。在硬质聚氯乙烯塑料配方中，润滑剂的加入量应 适中，硬脂酸钙和石蜡的用量一般不超过1份(以树脂为100份 计)，否则易使塑料在螺槽和机筒内打滑，出料速度减慢，产 量下降，并降低配混料的塑化效率，且润滑剂容易析出，影响 产品质量。在注塑中，硬脂酸钙和石蜡的用量也不可过大，否 则不仅会影响正常操作，而且会使产品产生脱皮现象。
⑸填充剂的选择 在硬质聚氯乙烯配方中常需加入适当的填充剂， 这不仅是为了降低成本，同时也是为了改善制品的某些性能和 方便成型。例如，在挤出过程中，填充剂的加入能增加制品刚 度，定型方便，以利于挤出工艺的控制。在注塑配方中加入一 定量的填充剂能减少制品的收缩率，增加制品硬度，提高制品 的耐热形变温度等。 硬质聚氯乙烯常用的填充剂有碳酸钙、钛白粉和硫酸钡等。一 般在挤出成型中常选用硫酸钡和碳酸钙作为管材或型材的填充 剂，在生产白色制品和韧性较高的产品时，也可选用钛白粉或 以钛白粉与其他填料混合使用作为填充剂。在注塑时通常要求 较高流动性和冲击强度，常选用充模性能好的钛白粉，或者粒 度合适的碳酸钙、滑石等与钛白粉的混合填料。选用填料时， 也要考虑填充剂的来源及成本。 ⑹其他添加剂的选择 为了改善硬质聚氯乙烯塑料的加工性能， 提高加工过程配混料的塑化质量，以及为进一步改善PVC-U 制品的某些性能(如冲击强度、耐热变形温度和模量等)，还需 在配方设计中加入适当的加工助剂、改性剂或其他添加剂。
二、聚氯乙烯塑料物料的配方设计方法
1、硬质聚氯乙烯的配方设计
⑴PVC树脂的选择 通常应结合制品用途、技术性能要求和加工 成型方法来选择树脂，主要考虑的因素是树脂的分子量、熔体 粘度、吸收增塑剂的性能和树脂的类型(悬浮法树脂、乳液法 树脂等)以及制品性能要求、加工技术及方法等。在生产PVC 硬制品时，由于硬质PVC塑料不含或仅含少量增塑剂，一般来 说流动性较差，所以必须提高成型温度。但提高成型温度有一 定限度，不能超过树脂的分解温度。因此在设计配方时必须考 虑到硬质聚氯乙烯的成型温度和树脂分解温度接近这一特点， 尽量选用合理的配方。树脂的分子量对塑料的性能液相很大， 分子量越高，则塑料的物理力学性能和耐热性越好，但却给成 型加工带来困难。因此硬质聚氯乙烯制品多选用分子量中等或 较低的Ⅳ~Ⅷ型树脂。考虑到PVC树脂与其他组分的掺混性及 塑化温度和塑化质量应选用疏松型树脂。
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0 2 4 6 8 10 12 14
DOP配合量/份
图1 增塑剂对PVC流动性的影响
此外，当加入1~12份增塑剂和加入12份以上增塑剂时， 对制品的影响是不同的。图2和图3分别表示用量较少时增塑 剂对硬质聚氯乙烯冲击强度和拉伸强度的影响。
12 10 8 6 4 2 0 5 10 15 20 25 DOP配合量/份
一般软质聚氯乙烯塑料的性能及其成型工艺的难易，很 大程度上取决于增塑剂的品种及用量。与硬质聚氯乙烯相比， 由于添加了大量的增塑剂(通常为树脂用量的40%~70%)， 降低了软化点，流动性能好，容易成型。因此，稳定剂的用 量可适当减少。 ⑶PVC糊制品 聚氯乙烯糊(也称分散体或溶胶塑料)通常是由 乳液聚合的聚氯乙烯树脂与液体增塑剂等非水溶性液体组成， 有时还根据糊的具体用途加入稀释剂、热稳定剂、填充剂、 发泡剂及色料等。当加热PVC糊到适当温度时，增塑剂或稀 释剂被聚氯乙烯吸收而成为悬浮体。由塑料糊生产制品要经 过塑形(成型)和烘熔两个过程。塑料糊在室温下是非牛顿液 体，流动性能好。塑形过程就是PVC糊通过流动而在模具中 取得一定形状；通过进一步的加热过程，PVC糊通过胶凝和 熔化而形成具有柔韧性和强度的糊制品。PVC糊在生产柔性 玩具、容器、中空制品、浸渍成型制品、人造革、泡沫制品、 壁纸及其他图层等方面有广泛用途。
⑵增塑剂的种类及其用量选择 从提高产品质量要求的角度出发， 硬质聚氯乙烯配方中最好不加增塑剂，因为加增塑剂后耐热性 降低，耐腐蚀性变差。一般在挤出成型和压制成型配方中都不 加增塑剂，但在注塑中为了操作方便，有时也加入少量增塑剂 以改善其流动性。增塑剂对流动性的影响如图1。
熔体指数/(g/10min)
⑵配方设计的步骤及方法 配方设计时，通常按以下程序和方法进行。 ①拟定配方 收集有关技术资料，通过分析对比来确定试验配方。 ②小样试验 按试验配方进行小样试验，并测定试样的有关性能， 在此基础上采用优选法正交试验找出优良的原料品种及最佳用 量，确定几个比较理想的配方。 ③扩大试验 在试验配方基础上进行扩大试验，观察并不断调整 配方用量及成型工艺条件，测试制品的各项性能，直至获得满 意的结果； ④配方评价 在扩大试验过程，常对配方的组成合理性及其生产 工艺性能进行综合评价，以确认原料组成的合理性及配方良好 的工艺性。在工艺性分析中应着重评价其热稳定性、熔体粘度 及流变性、设备的转矩与熔体弹性行为、物料润滑性及表观质 量等。 ⑤配方定型及正式生产应用 在扩大试验及配方评价的基础上， 进行品批量试验性生产，并组织一定范围的产品试用。如果工 艺合理、制品性能优良、符合使用要求，即可确定配方，正式 进行生产。
①制品的性能要求 聚氯乙烯塑料制品的应用十分广泛，因使用 的场合、条件、环境等差异，对制品就提出了不同的性能要求， 如物理力学性能、化学稳定性、电性能及外观等。此外还有防 霉、无毒、抗静电、阻燃及防辐射等特殊要求。因此在设计配 方前需深入细致了解制品使用的具体要求，以作为设计PVC塑 料配方的主要依据。 ②原料来源及成本 在设计配方或改进原有配方时，必须充分考 虑中国的原料资源和市场情况，合理选用原料，在选用助剂时 应考虑到原料来源渠道及成本。 ③实施合理成型工艺的要求 聚氯乙烯塑料的成型方法是多种多 样的，；例如生产薄膜可以采用压延成型，也可以采用吹塑成 型；生产硬板可以采用挤出成型，也可以采用压制成型。各种 成型方法都各有其优缺点。由于成型方法不同，其加工成型工 艺及所采用的加工设备也不同，塑料在设备中所承受的热历程 和应力也不相同。因此，在设计配方时应慎重选择各种助剂及 其用量，以适应成型工艺的特点，减少成型加工中的困难。此 外，由于采用不同方法所带来的生产成本差异也应作为选择加 工成型方法和最终选择原材料的考虑因素。 PVC塑料配方设计是一个反复实践、反复认识的过程。有些 配方要经过多次试验，不断地修正和完善，才能得到较合理的 配方。
⑶聚氯乙烯塑料的配方设计要源自文库 聚氯乙烯塑料配方以树脂为主要成分，应根据制品性质 和用途以及加工成型方法合理选择PVC树脂的品种及型号。 助剂及用量的选择应全面考虑其对塑料的使用性能、成型性 及化学稳定性等的影响。此外，还要考虑到配方中各组分之 间的相互关系。聚氯乙烯塑料中常用的助剂有稳定剂、增塑 剂及其他助剂。聚氯乙烯在热、光及空气中氧的作用下容易 分解，因此，稳定剂就成为聚氯乙烯塑料中的重要组分之一。 通常硬质塑料由聚氯乙烯树脂、稳定剂、改性剂及润滑剂等 组成，后两种助剂主要用来改进成型性能，有些硬质塑料还 加入少量增塑剂。在软质塑料配方中，增塑剂和稳定剂是仅 次于聚氯乙烯树脂的重要成分，增塑剂对其成型加工和使用 性能有很大影响。在设计和选择配方时，除考虑主要组分外， 还要视具体情况和使用要求，加入着色剂、填充剂、抗静电 剂等次要组分。通常，在进行配方设计时，应着重考虑以下 因素。