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润滑剂在PVC异型材配方中的重要作用

   2023-11-26 1510
核心提示:PVC异型材是PVC硬制品的主要品种之一,占PVC树脂总消耗量的22.9%,并以每年平均7%以上的速度增长。

PVC异型材

PVC异铝材是PVC硬制品的主要品种之一,占PVC树脂总消耗量的22.9%,并以每年平均7%以上的速率下降。有一定规模的铝材生产厂家共有390多家,生产能力近280万吨,2003年产值150万吨,销量达130多万吨,预计2005年市场需求将达到150—160万吨。

因为PVC异管材主要用于室外外的木门,所以除了对各类性能有极高的要求,同时其外形质量也相当重要,在PVC硬制品中属于高质量要求的产品。

PVC配方体系的设定和各类涂料的选定是保证PVC管材品质的重要诱因,配方中除稳定体系和改性体系外,润滑体系对铝材的加工性能及制品的外型和各项物性指标都有很大影响。因其药量少,其重要作用却常常易被人们所忽略,PVC异铝材加工过程和制品的好多缺陷,都和润滑剂的选定和配比有着密切关系。为此,润滑剂在PVC异铝材配方中具有非常重要的作用。

润滑剂的分类和作用机理

依据润滑剂的作用机理,可将润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂两类。内润滑剂是指在聚合物熔体以后能使聚合物分子之间的磨擦力减弱的润滑剂;外润滑剂是指在聚合物熔体前后能使粒子聚合物之间和聚合物熔融与金属表面之间的互相磨擦降低的润滑剂。

对于润滑剂的作用机理,因为影响润滑剂作用的诱因多且复杂,在这儿仅能按照通常经验作一简略说明。

内部润滑——塑化或软化机理

就PVC而言,润滑剂和增稠剂可以视为同一类物质,所不同的是润滑剂的极性较低、碳链较长,因此同二氯甲烷相比,润滑剂和PVC相容性明显增加。正因为润滑剂与PVC相容性低(且又有一定的相容性),所以只有少量的润滑剂分子能象二氯甲烷一样穿入聚合物的分子链之间,消弱分子链间互相引力,而使聚合物在变型时分子链互相之间更容易滑动和旋转,同时又不至于过于减少聚合物的玻璃化湿度(Tg)。

界面润滑机理

润滑剂附着在熔体树脂的表面或附着在加工机械、模具的表面产生润滑剂分子层。因为润滑剂分子层的存在而产生润滑界面,结果增加了树脂与加工机械之间的磨擦,润滑界面膜的黏度和它的润滑效率取决于润滑剂的熔点和加工体温。通常来说,分子碳链长的润滑剂因为更能使两个磨擦面远离,因此具有更大的润滑疗效。

受润滑剂影响的塑胶性质

流变性

润滑剂对PVC流变性的影响是明显的。润滑剂对于溶解有非常明显的影响,充分发散的外润滑剂覆盖在树脂粒子上,使磨擦生热量降低,以化学作用形式延后粒子的聚结和融化,并妨碍聚合物大分子链短链段的互相扩散。与此相反,充分分散的内润滑剂起假二氯甲烷的作用,能促使融化过程。通常的润滑剂均具有内、外润滑剂的性能,这两种作用的大小随品种而异。选择润滑剂的基本原则是设法得到受控制的融化速度。

合理的润滑体系是PVC—U调控塑化速度的最有效、最常用的方式,也是PVC—U加工时必须使用润滑剂的主要诱因之一。外润滑剂通过降低对金属表面的黏结性及磨擦力,延长塑化时间。内润滑剂借助低温下与PVC的相容性消弱了聚合物分子间的内聚力,促使融化过程,使熔融黏度增加,流动性降低。

不论是哪一类润滑剂均能使熔融气温增加。润滑剂的作用是通过外部滑动减少所加剪切力的效能;而内润滑剂的作用则是减少熔融黏度,这其实也能减少磨擦生热量。

熔融断裂,通常觉得是具有弹性的聚合物熔融发生了紊流的结果,这同样还能通过润滑剂的平衡来进行控制。

热稳定性

通常,因润滑剂能增加加工时的料温,所以对热稳定性会形成良好的作用。更明晰地说,个别润滑剂如金属皂,本身就具有稳定性的功能;个别润滑剂如甘油单酯起螯胶囊的作用;另外一些润滑剂能与稳定剂发生互相作用。

干混料的物性

Guimon强调,润滑剂能影响PVC强力高速混和时的压实程度及最终的表观密度和凝胶化程度。在用双螺杆挤出时尤其这么。由于其挤出量与干混料的表观密度成反比,同时部份凝胶化的粒料在挤出中溶化所需的能量较少,所以挤出量较高。

热学性能

润滑剂能影响拉伸硬度、伸长率和冲击硬度等热学性能。润滑剂对铝材热学性能的影响主要彰显在铝材的焊角硬度和耐高温冲击性能。润滑剂对制品高温冲击的影响,主要是通过对制品塑化疗效的影响反映下来。塑化程度越好,高温冲击硬度越高。在充分保证物料塑化的前提下,随润滑剂药量的降低,焊角硬度有减少的趋势。大量实验表明,外润滑剂过量时焊角硬度较差,且具有较好的耐高温落锤冲击硬度。反之,外润滑剂不足时,焊角硬度较好而耐高温落锤冲击硬度较差。

热变型气温

由于通常的润滑剂熔点均较低,但是其中个别润滑剂还是液体,当这种物质加入后,将与硬PVC及其他组份组成一整体,对PVC塑胶的玻璃化气温(Tg)形成影响,使其热变型气温增加。

电性能

通常说,润滑剂的极性或离子性越强则性能越差,但是气温越高,差异显得越大。除容积内阻率和与此相关的导线绝缘内阻以外,表面内阻率也会受润滑剂的影响。极性较大的润滑剂可减少表面内阻率且能引起一定的抗静电疗效。

表面特点

润滑剂因为与PVC具有低的相容性,才能向表面迁移,因此可影响PVC塑胶的表面特点。就有利的方面来说,个别润滑剂可使软PVC具有滑动和抗挛缩性能。但使用过量时,则会过于渗出导致层合、粘连、压纹和彩印困难,再者,润滑剂能够影响辅助丁酯的相容性和渗出性。对于PVC异铝材润滑体系选用合理,都会充分保证物料的塑化度,使管材表面质量较佳。润滑剂过量会影响铝材的点焊质量和硬度。

外形

润滑剂对成品外型,如颜色、光泽和透明度等也会形成一定影响,不同的润滑体系可能会使同种染料形成不同的颜色疗效。对于PVC异铝材,在保证塑化的条件下,适量降低外润滑则会增强表面洁白度,润滑剂过量会导致制品的许多缺陷,如物料上出现花斑和冻伤的痕迹,定型模析出物过多,使管材表面出现凹痕等。

润滑剂的选用原则及应用中需注意的问题

在塑胶制品生产中,好多诱因会影响润滑作用,如聚合物的种类、聚合方式、成型方式、加工机械、加工条件、各种添加剂之间的互相影响等。选用润滑剂时应综合考虑,同时还要考虑制品所要求的性能。

对于PVC异铝材配方,润滑剂投入量其实较少,但对铝材的加工和内在性能影响很大。因而怎么充分发挥润滑体系的作用,较大程度上依赖于润滑体系的选择与匹配,选用润滑剂应遵守如下原则:

(1)要注意配方体系润滑的内外平衡,适应前期、中期、后期各段对物料润滑性的要求,达到润滑平衡的一致性和常年性。外滑多,挤出速率快,但物料易生,塑化不好;内滑多,挤出量大,物料塑化较好。早期润滑不好,会使挤出力矩偏大。后期润滑不足,会造成螺杆均化段、压缩段、口模段润滑不足,物料剪切剧烈,影响铝材的表面质量及内在性能,严重的都会导致分解。通常按照润滑剂的熔点和加工气温结合来判断润滑剂在配方中早期、中期和后期的润滑性。

(2)润滑剂的含量应维持在最小限度药量内,尽管润滑剂在配方中具有和稳定剂同样重要的地位,但并不是药量越大越好,我们所讲的润滑内外平衡,是在一定限度内的平衡,由于润滑剂与PVC树脂的不相容性,过多地加入会对PVC共聚物体系形成不良影响。许多出现的加工以及和热稳定性有关的问题,以及制品的许多缺陷,究其症结都可能是润滑剂药量过大导致的。

(3)选用润滑性时要注意配方中稳定剂、加工涂料、改性剂、填料等对润滑作用的贡献和影响。润滑体系的平衡,不是润滑剂之间的简单平衡,但是整个配方体系的润滑平衡。不同稳定体系的配方,对润滑剂的要求不同,润滑剂在配方中发挥的润滑作用也不尽相同,如在铅盐稳定体系的PVC混和配方中,润滑剂的极性愈大,与PVC相容性愈好,而在有机锡稳定体系中则变化不大,因有机锡本身具有共混作用。据有关文献报导,稀土稳定剂因其稀土元素的特殊结构,使其和润滑剂的协调效应更显著,易使PVC凝胶化,可降低塑化时间,提升熔融流动性。

另外PVC异型材,在PVC异铝材配方设计和调整过程中,润滑剂选用时还应注意:

(1)注意加工气温对润滑剂润滑作用的影响。起外部润滑作用的润滑界面膜的黏度和它的润滑效率取决于润滑剂的熔点和加工体温,假如润滑剂的熔点接近于加工气温时,则因为润滑剂的黏度太大而会阻碍界面膜的产生,反之假如润滑剂的熔点太低,则又会因为润滑剂过分黏稠而使界面膜破坏,造成润滑疗效不好。随着加工气温的下降,润滑剂与树脂的相容性降低,润滑剂的挥发损失也减小,通过补加外润滑剂和选用正常加工湿度下相容性较低的润滑剂而得到解决。

(2)注意润滑剂的分散性,如分散不均,会导致局部润滑,所以在应用时必须充分混和,必要时添加改善分散性的组份或则将润滑剂载于粉碎的惰性载体上(如硅酸盐)。在低药量或中等药量时起内润滑作用的润滑剂,当药量接近相容性极限时,外润滑作用日渐提高。

(3)注意润滑剂对制品要求性能的影响,如外形上要考虑喷霜、颜色甩尾、迁移性等;表面性能上应考虑彩印性、粘合性、光泽性、疏水性等,机械性能上应考虑硬度、层间剥离性等。

(4)润滑剂应配合使用,对于塑胶配方体系,单用一种润滑剂很难达到理想的润滑疗效,通常均采用几种润滑剂复合使用的方法,以期达到加工和制品性能的要求,同时也可通过复配提升润滑剂的效率,降低润滑剂的总体药量。由于几种润滑剂配合使用后,难熔与易熔润滑剂会互相渗透,且易熔润滑剂的增稠剂和表面迁移能力增加,使加工范围变宽,提升熔融结构的均匀性并能提升制品的热学性能和外形质量,充分保证挤出过程中物料润滑平衡。

润滑剂在PVC异铝材配方中常用品种和体系

在异铝材配方中,因为稳定体系的不同,所选用的润滑剂也有差异,在铅盐稳定体系中,可选用油酸、硬脂酸甘油酯、聚乙烯蜡等作润滑剂,在无毒的钙、锌复合稳定体系及稀土复合稳定体系中,可选用油酸、硬脂酸丁脂、石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙等作润滑剂,在有机锡配方中,可选用油酸钙、石蜡、氧化聚乙烯蜡等作润滑剂,常用润滑剂主要性能如下:

油酸钙:

黑色粉末,熔点148-155℃,无毒,有优良的润滑性和加工性,无硫化污染,与碱式铅盐和铅皂并用,可提升凝胶化速率,药量通常为0.1-0.4PHR。

硼酸

红色或微红色颗粒,熔点70-71℃。在90-100℃下平缓挥发,在硬PVC加工中作外润滑剂,药量通常为0.2-0.5PHR,并有避免层析水垢的疗效,但药量过大易喷霜。

石蜡

熔点57-63℃,不含极性官能团,属典型的外润滑剂。因为它熔点低,易蒸发,熔融黏度小,只能在较窄范围内起润滑作用,适用于单、双螺杆挤出机挤出,通常药量为0.1-0.8PHR。本品透明度差,易起皱。

聚乙烯蜡

黑色粉末,软化点约在100-117℃,因为其相对分子质量较大,熔点高,挥发性低因此在较高湿度和剪切速度下,也显示显著润滑疗效。适用于硬PVC单、双螺杆挤出,常用量为0.1-0.5PHR。

氧化聚乙烯蜡

粉色或淡红色粉末或颗粒,氧化聚乙烯蜡虽富含少量极性官能团,仍与PVC不相容,但润滑效率较高,可增强聚合物与金属间的润滑性,提升挤出效率,改善着色剂的分散性,赋于制品良好的透明性和光泽。药量0.1-0.5PHR。

油酸甘油酯

粉末状物,熔点85-87℃,具有优良的耐热性和流动性,可降低填充剂药量,并可促使塑化。与蜡类并用,可改善PVC-U热稳定性。通常药量为0.2-0.6PHR。

在实践中人们发觉,两种或两种以上润滑剂配合使用时,出现了与单独使用时不同的疗效。在异铝材配方中,大多采用复配形式。常用润滑剂配合体系及特性汇总如下:

油酸钙—石蜡(聚乙烯蜡)润滑体系:

配方中单独使用油酸钙,可加速塑化,提升熔融黏度,减小占空比,并具有一定脱模疗效PVC异型材,而单独使用石蜡,表现出延后塑化,增加扭矩,无脱模作用。将硼酸钙和石蜡(聚乙烯蜡)按一定比列混和使用时,表现出了良好的疗效,物料扭矩值可增加好多,这是因为石蜡溶入油酸钙分子间,加强了润滑作用,表现出很强的协同疗效,改善了润滑剂的分散情况。

油酸—石蜡(聚乙烯蜡)润滑体系

和油酸钙—石蜡(聚乙烯蜡)体系的作用机理相同,可提升配方的热稳定性,减少收缩,提升流动性,使脱模便捷。

氧化聚乙烯蜡—酯类—硬脂酸钙

聚乙烯蜡—酯类—硬脂酸钙并用时,随聚乙烯蜡药量降低,塑化时间显著延长,而氧化聚乙烯蜡—石蜡—酯类—硬脂酸钙并用时,随氧化聚乙烯蜡药量降低,塑化时间却有先下降后增加的趋势,呈显著的协同疗效。

其实,在研究PVC异形配方时PVC异型材,除了需单个了解每种润滑剂的特性和作用,还需明白其之间的协同疗效,再者,PVC异铝材配方还需随加工设备和磨具的差别有所调整和改变。

5、结论:

一个良好的润滑体系,可防止PVC-U物料塑化后黏附金属表面,减少加工设备的荷载,增加加工煤耗,改善加工熔融的流动性,防止剪切过热导致PVC分解,同时也促使熔体,提升制品产值,而又不产生熔融缺陷和熔融断裂,并且因为加工流动性的提升,能够改善肉质,降低光泽,降低制品硬度等,对配方体系有极大的贡献。

由于影响润滑剂润滑疗效的诱因好多,其中主要有:塑胶中的其他组份,PVC的结构方式和聚合方法、所用的加工设备和工艺条件,最终制品应具有的性能等。因而在PVC异铝材生产配方的设计和变更时,应综合剖析和认真对待润滑剂的选定和药量。由于许多出现的加工问题和热稳定性问题,以及制品的许多缺陷,究其症结都与润滑剂有关,甚至是其使用不当所至,因而把润滑剂放在与稳定剂同等重要的位置看待,可以在实际生产中少走弯路,防止何必要的损失和浪费。

其实,润滑剂在PVC异铝材配方中具有重要作用,我们应当给与更大的关注和注重,以使我们异铝材质量更趋完美。

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