PVC塑化、黏度、流动性

PVC-U的塑化性能、熔体粘度与熔体强度
氧氟沙星甘露醇一、塑化度的定义:
PVC树脂是由多层粒子聚合而成。在硬质PVC加工过程中多层粒子结构的形态会发生很大变化。这种变化是在受热和剪切力的同时作用下产生的。首先是50-250μm的树脂颗粒破碎游离出1―2μm的初级粒子(或称二次粒子)。随着加工的进行(如物料在料筒内的输送)物料受到更高温度和剪切力的作用初级粒子破碎。一般当料温高于190℃时次级粒子可以全部破碎晶体熔化粒子边界消失而形成三维网络结构。这种三维网络的形成过程称为凝胶化或塑化。所以,塑化度的重点,是粒子边界消失。消失的程度决定了塑化度的高低。
假设有10g塑化度100%的PVC颗粒,通过某种不会破坏PVC分子结构的方式,将该颗粒进行破碎。分别测量破碎为100万份和破碎为1万份后的两种材料的塑化,二者会有显著的不同。破碎100万份的塑化度会低于破碎1万份的。这就要求我们关注加工过程中所体现的塑化不足的真实原因。
例如:管材挤出时,相同的材料、设备、挤出模具与工艺。A条件下,口模光滑,产出的管材表面也是光滑的,进行二氯甲烷试验完全无腐蚀;B条件下,口模表面吸附了较多的析出物,造成管材表面哑光或者粗糙,进行二氯甲烷试验时,可能会出现一定程度的腐蚀。这种结果显然是口模粗糙导致了管材表面熔体出现破裂现象;除了清理口模,我们假设有一种高度光滑的材料,我们把这种材料加入到PVC混
双导程蜗杆好料中,这种材料不会影响PVC的塑化度,但是挤出时,会析出到管材表面,改善了熔体与口模之间的摩擦力,二氯甲烷试验则会完全无腐蚀。
又例如:生产PVC管件时,相同的材料、设备、注塑模具与工艺。A条件下,管件烘箱试验完全无开裂;B条件下,将浇口套内径由8mm更换为4mm,此时甚至可能出现无法注满型腔的现象。即使注满,烘箱试验时,也极为容易出现浇口开裂的现象。
上述两个例子,都是成型过程发生了变化,对材料塑化度的要求没有变化,但是对加工性能提出了更高的要求。所以,如何保证塑化度与加工性能,是值得关注的。
二、塑化过程:
玻璃态的PVC树脂混合物,经过加热、剪切、压缩,PVC树脂颗粒(直径100-200μm)破碎为初级粒子(直径1μm),再到初级粒子之间的界面逐步消失,形成三维网状结构的过程。如下图:
1——PVC混好料,加工助剂吸附在PVC树脂颗粒表面,少量进入到颗粒空隙内部;
2——受热和挤压后,PVC树脂颗粒之间轻度熔合;
3——继续受热和挤压后,PVC树脂颗粒之间进一步熔合;
4——受剪切后,PVC树脂颗粒破碎为初级粒子;
闪蒸塔5——受到热和挤压后,PVC初级粒子之间开始轻度熔合;
6——继续受到热和挤压或者剪切后,PVC初级粒子之间开始熔合;
7——PVC初级粒子重度熔合,初级粒子边界基本消失;
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8——PVC大分子之间开始出现次生结晶。
塑化过程中,热和挤压能促进PVC树脂颗粒表面逐渐向内部塑化,是一个由颗粒表面到内部的过程;剪切则能促进PVC树脂颗粒的破碎,促进各种加工助剂与初级粒子的均匀混合,同时,剪切造成的初级粒子之间的摩擦,产生热量,促进初级粒子由表面向内逐渐塑化。从上述过程可知,导致塑化的主要源头是热量。热量来源于摩擦热与外部加热。而剪切和挤压,能促进三维空间内,不同位置的PVC
树脂颗粒受热更加均匀。另外,剪切和挤压导致的摩擦可能导致局部过热而产生PVC树脂分解,此时加入滑剂,使物料之间(PVC混好料内部,可以使树脂之间、树脂与填充料之间、树脂与螺杆和料筒之间)的摩擦热在一个适度的范围内。即:保持适当的摩擦产生热量,降低对外部加热的需求和过热导致的分解倾向,又不能导致摩擦热过低,而延迟塑化或者无法塑化。
无法塑化的概念,并非是完全未发生塑化,对于实际加工,指的是在正常加工范围内,无法均匀的塑化。比如:三维空间内,1kgPVC混好料,局部100g塑化度达到100%,二剩余900g塑化度仅达到了10%,显然是无法加工的。为提高900gPVC混好料的塑化,继续加热或剪切,会导致塑化度已经达到100%的100g 混好料造成过热、分解。
塑化过程也是PVC树脂由玻璃态——玻璃态、高弹态混合物——玻璃态、高弹态、粘流态混合物的过程。以下为一种理论假象比例:随着塑化的进行,玻璃态会逐渐减少,高弹态和粘流态逐渐增多。而粘流态又是由高弹态转变而来,所以高弹态会出现一个上升后下降的过程。
塑化末段,会存在:1)未完全塑化的初级粒子;2)PVC大分子之间在塑化过程中形成的次生结晶,即PVC大分子在高度活跃状态时,某一时刻大分子之间形成高度取向,形成了结晶点,起到了较高强度的物理交联。
三、熔体黏度与熔体强度:
熔体黏度是指在外力作用下,熔体阻滞流动的能力。对于注塑加工,我们希望熔体粘度越低越好,越低的熔体粘度越有利材料充满型腔。对于挤出加工,我们希望保持适当的熔体粘度,便于挤出口模时的材料定型。对于同一配方和加工工艺,加工温度越高,流动性越好。PVC大分子收到的热量越多,分子链越活跃,分子之间的空隙越大,越有利于流动。
熔体强度是指熔体抵抗剪切力而不被破裂的能力。在注塑过程中,材料由芯层向外翻动前进,如果熔体强度过低,则会发生靠近型腔的材料出现熔体破裂的现象,即日常所见的冷斑。在挤出过程中,容易出现云纹、内壁毛糙等,二氯甲烷浸泡试验出现严重腐蚀。
上述缺陷是熔体黏度和熔体强度相互影响的。假设:熔体强度不变,熔体粘度下降,材料内部层流之间的剪切力降低,先前熔体强度不足导致的缺陷则会改善;假设:熔体粘度不变,熔体强度下降,材料内部层流之间的剪切力不变,但是材料表面的熔体仍然有可能破裂。
PVC塑化、熔体粘度、熔体强度的影响因素
影响因素塑化塑化均匀
粘度熔体强度
1PVC树脂极性增加延迟延迟增加增加
2PVC分子量分布宽度增加促进促进降低降低
3侧支链数
量增加短支链促进促进降低降低长支链延迟延迟增加增加
4侧支链长度增加促进延迟增加增加5内润滑增加促进促进降低降低6外润滑增加延迟降低降低降低7填充增加促进延迟增加降低8ACR等大分子加工助剂增
促进促进增加增加
1.PVC树脂之间的极性差异,主要取决于以下因素:
1)烯丙基氯中的氯及与其相连的碳;
2)与微量氧及残存的引发剂相连的碳等;
PVC分子之间的散力、诱导力,在热及剪切作用下,很容易被分开。
2.分子量分布宽度的影响
1)分子量分布较宽的PVC树脂中,低分子质量的PVC树脂的熔融温度、粘度均较低,可起到内润滑的作用,促进塑化,降低PVC树脂的熔体年度;高分子质量部分容易出现“鱼眼”,不利于成型加工;
2)分子量分布较窄的PVC树脂中,含有的低分子质量和高分子质量的PVC 树脂均较少,理论上熔体粘度变化不会太大;
3.侧支链长度及数量的影响
1)侧支链长度低于4个碳的,相互之间无法形成缠绕,反而增加PVC大分子之间的距离,数量越多,越促进塑化,降低熔体黏度及熔体强度;
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2)侧支链长度大于4个碳的,相互之间形成缠绕结构,数量越多,延迟塑化,增加了熔体粘度及熔体强度;
4.内润滑剂的影响:
(1)内润滑剂,尤其是增塑剂,降低了PVC分子之间的作用力,降低塑化温
度,使PVC大分子之间更容易分开,可显著促进塑化,降低熔体粘度与熔体强度;
(2)内润滑剂与PVC分子的相容性有限,超过某一用量,会析出到表面,起
到外润滑作用,延迟塑化;
(3)在流变仪上,增加内润滑,有时会表显为延迟塑化。这时候就需要对比
二者的热稳定性。
5.外润滑剂的影响:
(1)外润滑的增加,降低了PVC与螺杆、料筒之间的摩擦力,摩擦热减少,
延迟了塑化,增加了熔体粘度与熔体强度;
(2)外润滑的增加,降低了PVC熔体挤出或注塑时熔体与口模或型腔之间的
摩擦力,表观上促进了熔体的流动;
6.填充料
(1)无机填充物、无机颜料、金属氧化物等,可以与PVC分子形成络合物,
促进了热的传导,促进了塑化;
(2)增加了PVC分子之间的摩擦力,也会增加PVC分子的运动阻力,增加了
熔体粘度,增加了熔体强度;
7.ACR等大分子加工助剂
(1)加工助剂分子量远大于PVC树脂分子,同时与PVC树脂具有较好的相容
性,可以起到“搅拌”作用,即将不同位置的PVC数值颗粒“搅动”起
来,促进塑化的均匀性;
(2)辅助增加了PVC树脂颗粒与加工助剂之间的摩擦力,促进了热的生成;
(3)添加量较大的加工助剂,熔点低于PVC树脂,熔融的加工助剂可以诱导
皮卷尺PVC树脂的塑化。
2021-1-13

本文发布于:2024-09-24 23:31:23,感谢您对本站的认可!

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