PVC配方设计讲解

PVC塑料配方的设计纯的聚氯乙烯（PVC）树脂属于一类强极性聚合物，其分子间作用力较大，从而导致了PVC 软化温度和熔融温度较高，一般需要160~210℃才能加工。

另外PVC分子内含有的取代氯基容易导致PVC树脂脱氯化氢反应，从而引起PVC的降解反应，所以PVC对热极不稳定，温度升高会大大促进PVC脱HCL反应，纯PVC在120℃时就开始脱HCL反应，从而导致了PVC 降解。

鉴于上述两个方面的缺陷， PVC在加工中需要加入助剂，以便能够制得各种满足人们需要的软、硬、透明、电绝缘良好、发泡等制品。

在选择助剂的品种和用量时，必须全面考虑各方面的因素，如物理—化学性能、流动性能、成型性能，最终确立理想的配方。

另外，根据不同的用途和加工途径，我们也需要对树脂的型号做出选择。

不同型号的PVC 树脂和各种助剂的配搭组合方式，就是我们常说的PVC配方设计了。

那具体怎样进行具体的配方设计呢？下面将通过对各原辅料的选择加以阐述的方式加以说明，希望能对大家有所裨益。

一、树脂的选择工业上常用粘度或K值表示平均分子量（或平均聚合度）。

树脂的分子量和制品的物理机械性能有关。

分子量越高，制品的拉伸强度、冲击强度、弹性模量越高，但树脂熔体的流动性与可塑性下降。

同时，合成工艺不同，导致了树脂的形态也有差异，我们常见的是悬浮法生产的疏松型树脂，俗称SG树脂，其组织疏松，表面形状不规则，断面输送多孔呈网状。

因此，SG型树脂吸收增塑剂快，塑化速度快。

悬浮法树脂的主要用途见下表。

乳液法树脂宜作PVC糊，生产人造革。

悬浮法PVC树脂型号及主要用途型号级别主要用途SG1 一级A 高级电绝缘材料SG2 一级A 电绝缘材料、薄膜一级B、二级一般软制品SG3 一级A 电绝缘材料、农用薄膜、人造革表面膜一级B、二级全塑凉鞋SG4 一级A 工业和民用薄膜一级B、二级软管、人造革、高强度管材SG5 一级A 透明制品一级B、二级硬管、硬片、单丝、导管、型材SG6 一级A 唱片、透明片一级B、二级硬板、焊条、纤维SGG7 一级A 瓶子、透明片一级B、二级硬质注塑管件、过氯乙烯树脂二、增塑剂体系增塑剂的加入，可以降低PVC分子链间的作用力，使PVC塑料的玻璃化温度、流动温度与所含微晶的熔点均降低，增塑剂可提高树脂的可塑性，使制品柔软、耐低温性能好。

增塑剂在10份以下时对机械强度的影响不明显，当加5份左右的增塑剂时，机械强度反而最高，是所谓反增塑现象。

一般认为，反增塑现象是加入少量增塑剂后，大分子链活动能力增大，使分子有序化产生微晶的效应。

加少量的增塑剂的硬制品，其冲击强度反而比没有加时小，但加大到一定剂量后，其冲击强度就随用量的增大而增大，满足普适规律了。

此外，增加增塑剂，制品的耐热性和耐腐蚀性均有下降，每增加一份增塑剂，马丁耐热下降2~3。

因此，一般硬制品不加增塑剂或少加增塑剂。

有时为了提高加工流动性才加入几份增塑剂。

而软制品则需要加入大量的增塑剂，增塑剂量越大，制品就越柔软。

增塑剂的种类有邻苯二甲酸酯类、直链酯类、环氧类、磷酸酯类等，就其综合性能看，DOP 是一个较好的品种，可用于各种PVC制品配方中，直链酯类如DOS属耐寒增塑剂，长用于农膜中，它与PVC相容性不好，一般以不超过8份为宜，环氧类增塑剂除耐寒性好以外，还具有耐热、耐光性，尤其与金属皂类稳定剂并用时有协同效应，环氧增塑剂一般用量为3 ~5份。

电线、电缆制品需具有阻燃性，且应选用电性能相对优良的增塑剂。

PVC本身具有阻燃性，但经增塑后的软制品大多易燃，为使软PVC制品具有阻燃性，应加入阻燃增塑剂如磷酸酯及氯化石蜡，这两类增塑剂的电性能也较其他增塑剂优良，但随增塑剂用量增加，电性能总体呈下降趋势。

对用于无毒用途的PVC制品，应采用无毒增塑剂如环氧大豆油等。

至于增塑剂总量，应根据对制品的柔软程度要求及用途、工艺及使用环境不同而不同。

一般压延工艺生产PVC薄膜，增塑剂总用量在50份左右。

吹塑薄膜略低些，一般在45~50份。

三、稳定剂体系PVC在高温下加工，极易放出HCL，形成不稳定的聚烯结构。

同时，HCL具有自催化作用，会使PVC进一步降解。

另外，如果有氧存在或有铁、铝、锌、锡、铜和镉等离子存在，都会对PVC降解起催化作用，加速其老化。

因此塑料将出现各种不良现象，如变色、变形、龟裂、机械强度下降、电绝缘性能下降、发脆等。

为了解决这些问题，配方中必须加入稳定剂，尤其热稳定剂更是必不可少。

PVC用的稳定剂包括热稳定剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和螯合剂。

配方设计时根据制品使用要求和加工工艺要求选用不同品种，不同数量的稳定剂。

（一）热稳定剂热稳定剂必须能够捕捉PVC树脂放出的具有自催化作用的HCL，或是能够与PVC树脂产生的不稳定聚烯结构起加成反映，以阻止或减轻PVC树脂的分解。

一般在配方中选用的热稳定剂的特点、功能与制品的要求来考虑。

例如：铅盐稳定剂主要用在硬制品中。

铅盐类稳定剂具有热稳定剂好、电性能优异，价廉等特点。

但是其毒性较大，易污染制品，只能生产不透明制品。

近年来复合稳定剂大量出现，单组分的稳定剂已有被取代的危险。

复合稳定剂的特点是专用性强，污染小，加工企业配料简便等优点。

但由于无统一的标准，所以各家的复合稳定剂差异很大。

钡镉类稳定剂是性能较好的一类热稳定剂。

在PVC农膜中使用较广。

通常是钡镉锌和有机亚磷酸酯及抗氧剂并用。

钙锌类稳定剂可作为无毒稳定剂，用在食品包装与医疗器械、药品包装，但其稳定性相对教低，钙类稳定剂用量大时透明度差，易喷霜。

钙锌类稳定剂一般多用多元醇和抗氧剂来提高其性能，最近已经国内已经有用于硬质管材的钙锌复合稳定剂出现。

有机锡类热稳定剂性能较好，是用于PVC硬制品与透明制品的较好品种，尤其辛基锡几醭晌薅景爸破凡豢扇鄙俚奈榷粒浼鄹窠瞎蟆?br>环氧类稳定剂通常作为辅助稳定剂。

这类稳定剂与钡镉钙锌类稳定剂并用时能提高光与热的稳定性，其缺点是易渗出。

作辅助稳定剂的还有多元醇，有机亚磷酸酯类能。

近年来还出现了稀土类稳定剂和水滑石系稳定剂，稀土类稳定剂主要特点是加工性能优良，而水滑石则是无毒稳定剂。

（二）抗氧剂 PVC制品在加工使用过程中，因受热、紫外线的作用发生氧化，其氧化降解与产生游离基有关。

主抗氧剂是链断裂终止剂或称游离基消除剂。

其主要作用是与游离基结合，形成稳定的化合物，使连锁反应终止，PVC用主抗氧剂一般是双酚A。

还有辅助抗氧剂或过氧化氢分解剂，PVC辅助抗氧剂为亚磷酸三苯酯与亚磷酸苯二异辛酯。

主辅抗氧剂并用可发挥协同作用。

（三）紫外线吸收剂在户外使用的PVC制品，因受到它敏感波长范围的紫外线照射，PVC 分子成激发态，或其化学键被破坏，引起游离基链式反应，促使PVC降解与老化。

为了提高抗紫外线的能力，常加入紫外线吸收剂。

PVC常用的紫外线吸收剂有三嗪-5、UV-9、UV-326、TBS、BAD、OBS。

三嗪-5效果最好，但因呈黄色使薄膜略带黄色，加入少量酞菁蓝可以改善。

在PVC农膜中常用UV-9，一般用量0.2~0.5份。

属水杨酸类的TBS、BAD与OBS作用温和，与抗氧剂配合使用，会得到很好的耐老化效果。

对于非透明制品，一般通过添加遮光的金红石型钛白粉来改善耐候性，这时如果再添加紫外线吸收剂，则需要很大用量，不十分合算。

（四）螯合剂在PVC塑料稳定体系中，常加入的亚磷酸酯类不仅是辅助抗氧剂，而且也起螯合剂的作用。

它能与促使PVC脱HCL的有害金属离子生成金属络和物。

常用的亚磷酸酯类有亚磷酸三苯酯、亚磷酸苯二异辛酯与亚磷酸二苯辛酯。

在PVC农膜中，一般用量为0. 5~1份，单独用时初期易着色，热稳定性也不好，一般与金属皂类并用。

四、润滑剂润滑剂的作用在于减少聚合物和设备之间的摩擦力，以及聚合物分子链之间的内摩擦。

前者称为外润滑作用，后者称为内润滑作用。

具有外润滑作用的如硅油、石蜡等，具有内润滑作用的如单甘酯，硬脂醇及酯类等。

至于金属皂类，则二者兼有。

另外需要说明的是，内外润滑的说法只是我们的一种习惯称谓，并没有明显的界限，有些润滑剂在不同的条件起不同的作用，如硬脂酸，在低温或少量的时候，能起内润滑作用，但当温度升高或用量增加时，它的外润滑作用就逐渐占优势了，还有一个特例是硬脂酸钙，它单独使用时作外润滑剂，但当它和硬铅及石蜡等并用时就成了促进塑化的内润滑剂了。

在硬质PVC塑料中，润滑剂过量会导致强度降低，也影响工艺操作。

对于注射制品会产生脱皮现象，尤其是在浇口附近会产生剥层现象。

对注射制品，硬脂酸和石蜡总用量一般为0. 5~1份：挤出制品一般不超过1份。

在软制品配方中，润滑剂用量太多，会起霜并影响制品的强度及高频焊接和印刷性。

而润滑剂太少则会粘辊，对吹塑薄膜而言，润滑剂太少会粘住口模，易使塑料在模内焦化。

同时，为了改善吹膜的发粘现象，宜加入少量的内润滑剂单甘酯。

生产PVC软制品时，润滑剂加入量一般小于1份。

五、填充料在PVC中加入某些无机填料作为增量剂，以降低成本，同时提高某些物理机械性能（如硬度、PVC塑料配方的设计热变形温度、尺寸稳定性与降低收缩率），增加电绝缘性和耐燃性。

近年来，将无机填料纳米化，并将它运用到塑料中成为改性剂一直是研究热点，并已经有了部分研究成果如纳米碳酸钙增韧增强PVC，这其中要解决的重要问题就是如何将纳米产品均匀分散于塑料中。

在硬质挤压成型过程中，PVC制品一般的填料为碳酸钙和硫酸钡。

队注塑制品，要求有较好的流动性和韧性，一般宜用钛白粉和碳酸钙。

硬质制品的填料量在10份以内对制品的性能影响不大，近年来大家为了降低成本，使劲添加填料，这对制品的性能是不利的。

在软制品方面，加入适量的填料，会使薄膜具有手感很好的弹性，光面干燥而不显光亮，并有耐热压性高和永久形变小等优点。

在软制品配方常用到滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、钛白粉与陶土等填料。

其中滑石粉对透明性影响较小。

生产薄膜是，填料用量可达3份，多了影响性能。

同时要注意填料细度，否则易形成僵块，使塑料断裂。

在普通附层级电缆中主要添加碳酸钙；绝缘级电缆附层中加入煅烧陶土，可以提高塑料耐热性和电绝缘性。

此外，三氧化二锑也可作为填料加入软制品中，以提高制品耐燃性。

六、着色剂用于PVC塑料的着色剂主要是有机颜料和无机颜料。

PVC塑料对颜料的要求较高，如耐加工时高温，不受HCL影响，加工中无迁移，耐光等。

常用的有：（一）红色主要是可溶性偶氮颜料、镉红无机颜料、氧化铁红颜料、酞菁红等；（二）黄色主要有铬黄、镉黄和荧光黄等；（三）兰色主要有酞菁蓝（四）绿色主要为酞菁绿；（五）白色主要用钛白粉；（六）紫色主要是塑料紫RL；（七）黑色主要是碳黑。

另外，荧光增白剂用于增白，金粉、银粉用于彩色印花，珠光粉使塑料具有珍珠般散光。

七、发泡剂PVC用的发泡剂主要是ADC发泡剂和偶氮二异丁腈及无机发泡剂。