PVC-U 管材的配方要点之小小归纳（作者：旗山一只猴）材料名称类型作用聚氯乙烯树脂基料热稳定剂热稳定剂主要分以下几类：铅盐类、金属皂塑料在成型加工中因热、摩擦、剪切等物理作用和使用过程中因热、光、类、有机锡类及复合稳定剂类氧等外界条件作用而发生降解，从而使制品性能变坏，甚至失去使用价值。为抑制这种现象发生，需添加热稳定剂加工助剂PVC 加工助剂剂主要是丙烯酸酯类的高分子1.促进PVC 树脂的塑化2.改善制品的外观质量3.提高PVC-U 制品的综聚合物，如ACR。其它如MBS、ABS、EVA 等合性能，如制品的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、抗蠕强度、耐撕抗冲改性剂也有加工改性的功效，但不如单裂性等。纯加工改性剂的效果显著加工改性剂常用的抗冲改性剂有：MBS、ABS、EVA、CPE 经改性的PVC 树脂是硬脆性材料，抗冲击强度很低，常温下只有等35KJ/m2，低温时抗冲击强度更差。其原因是这类材料对缺口的敏感性。通过在配方中添加橡胶弹性体成分，可有效地提高PVC 制品的抗冲击韧性。国内几乎全部采用共混改性的技术，在配方体系中引入抗冲击改性剂，从而既保持了PVC-U 的高模量、高刚性，又大大提高了常温及低温抗冲击性能、改善抗冲击韧性。光稳定剂光稳定剂包括紫外线吸收剂和光屏蔽剂，较PVC 塑料制品在日光照射下，日光中波长在290400nm 之间的紫外线能理想的紫外线吸收剂有二苯甲酮类（如破坏PVC 结构的化学键，使塑料出现泛黄、变脆、龟裂、粉化、表面失UV-531），光屏蔽剂有颜料（如炭黑、二氧去光泽等现象，这即是平常所说的塑料的老化。为了提高制品的抗紫外化钛（金红石型钛白粉））等。线能力，光稳定剂能够显著地吸收（或反射）对PVC 形成较强破坏的光能，而放出没有破坏性的光
能（长波）或热能，从而使PVC 得到稳定。填料的选择轻质碳酸钙就是提高PVC 树脂的性能指标和保证产品尺寸的稳定性，同时降价型材的材料成本。润滑剂内润滑剂和外润滑剂能够降低熔体对金属表面的粘附，提高熔体的流动性，即降低内摩擦和外摩擦的助剂称为润滑剂。着剂着PVC 作为一种通用型树脂，广泛应用于化工、电子、建筑、机械等领域。但因为其固有的加工性、热稳定性、抗冲击性能等较差的弱点，在使用时必须添加各种助剂进行化学改性，从而弥补它自身的缺陷。本文以PVC-U 型材为例，简要介绍配方设计过程中各种材料的选择要领和方法。一、配方设计原则所谓配方，是指为制得某种特定制品，在基材中添加其它不同配比的特定性能的物质（即助剂或添加剂）而组成的复合体系。这些助剂或添加剂如何选择，以及构成怎样的配比关系，需要依据一定的原则。1、根据制品的用途设计制品需要什么性能，则相应选取何种助剂。制品的性能、结构、用途、使用环境、期望的寿命等，都是配方设计的主要依据。2、助剂与树脂的相容性用于配方的各类助剂需与树脂有良好的相容性，这样才能均匀地分散于树脂中，同树脂有机地结合在一起，从而发挥其各自应有的作用。3、各类助剂间的组合搭配、相互影响及其协同效应。4、助剂的耐加工性在选择固体助剂时，要保证其在成型加工过程中不分解；在选择液体助剂时，则要保证在加工中不逸出。5、成型加工用设备、成型加工方法和工艺不同加工设备、加工方法要求助剂品种及用量不同。6、助剂的来源与成本在同等性能条件下，要选择来源广、产地近、价格低的品种。7、助剂的毒性及对环境的影响大部分助剂都有毒性或低毒性，粉末状助剂还有粉尘的污染，因而助剂的毒性除需考虑必须满足制品使用性能要求外，应尽可能选用对环境污染小、对操作人员健康影响少的助剂。二、PVC 树脂的选择目前，工业化生
产的PVC 树脂主要以悬浮法和乳液法为主，而悬浮法生产树脂的应用更为普遍。1、PVC-U 异型材中树脂的选型不同型号悬浮法PVC 树脂的性能指标列表如下：对PVC 树脂而言，型号不同，直接影响到最终产品的生产工艺和产品质量。一般来讲，聚合度越高，则熔体粘数越大，流动性越差，给加工带来的困难也愈大，但树脂的物理机械性能、耐热性愈好。型材生产多选择SG-5、SG-6 型PVC 树脂。对于壁薄、模具结构复杂或断面较大的型材产品，往往选择SG-6型树脂或粘数（η值）较小的SG-5 型树脂；而对于常用结构则以SG-5 型树脂为主。2、PVC 树脂的检测PVC 树脂的控制指标有十几种之多，但对型材生产企业来讲，检测设备不可能样样具备，一般可选择其中对生产影响较大的几个指标进行进货检验，其它指标则靠谨慎选择生产厂家，并尽量保持供货稳定来保证。型材生产用的PVC 树脂可选择检测的性能及指标如下：（1）白度（160℃，10min）：≥74（2）粘数η（或K 值）：118107ml/g（或K 值6866）（3）水份及挥发份：≤0.5（4）表观密度：≥0.42g/ml 三、热稳定剂系统的选择塑料在成型加工中因热、摩擦、剪切等物理作用和使用过程中因热、光、氧等外界条件作用而发生降解，从而使制品性能变坏，甚至失去使用价值。为抑制这种现象发生，需添加热稳定剂。1、作用机理PVC 树脂的分子结构具有活性基团，在受热100℃左右或强剪切作用下就会降解释放出HCL 气体，使PVC 渐渐由白变棕至黑，同时，HCL 气体还具有自动催化作用，促使PVC 树脂进一步降解。在160℃左右的成型加工温度下，降解反应加速，脱HCL 的同时还发生变、交联，从而使性能变坏。优良的热稳定剂具有以下功能：（1）吸收或中和加工和使用过程中脱出的HCL，终止其自动催化作用；（2）置换PVC 分子链中不稳定的氯原子，抑制脱HCL 反应；（3）与聚合分子中的双键
发生加成反应，消除或减缓制品变；（4）防止分子结构氧化；（5）中和PVC 树脂中杂质，如催化剂残基、端基等。2、热稳定剂的分类热稳定剂主要分以下几类：铅盐类、金属皂类、有机锡类及复合稳定剂类。铅盐类热稳定剂主要靠吸收PVC 分解产生的HCL，阻止HCL 对PVC 的催化降解作用。这类稳定剂的特点是稳定作用强，价格低廉，但铅盐有毒，也在一定范围内限制了它的应用。常用的有三盐基硫酸铅和二盐基性亚磷酸铅等。金属皂类热稳定剂是铅、钙、钡等金属与硬脂酸、月桂酸等生成的皂类。主要有硬脂酸盐、月桂酸盐、蓖麻油酸盐等。有机锡类热稳定剂具有良好的耐热性和透明性，可单独使用，也可与金属皂类稳定剂并用。用量少（一般0.91.5 份），但稳定功效优异。复合稳定剂包括三种：（1）以金属皂类或盐类为基础的液体复合物；（2）上述基础的固体复合物；（3）以有机锡稳定剂为基础的复合物；（4）单体铅盐的复配体系；（5）铅盐/稀土的复合体系。目前，以后三种稳定剂为最常用。3、热稳定剂的选择在选择稳定剂系统时，应首先考虑制品性能和使用场合的特殊要求，据此选择主稳定剂。如为了防止硫污染、满足卫生要求，可有选择地使用有机锡；室外用品要采用耐紫外线老化的稳定剂配合，如亚磷酸酯、亚磷酸盐等。主稳定剂选定后，应根据需要选择辅助稳定剂，发挥协同效应，以提高稳定效果，降低成本。稳定剂的种类和配合比例选定后，其用量的多少要根据稳定剂的效率和加工方式确定。稳定效率高的稳定系统总量可适当降低；双螺杆挤出过程中物料受热历程较短，加热温度较低，稳定剂用量可比单螺杆挤出机的少些；浅或白制品中稳定剂比深制品多些。当然，稳定剂的用量除满足正常生产的要求外，还应留有充分余地，以防止温度失控或加工温度选择不当，意外停机等情况
弹性pvc时发生物料分解。四、加工改性剂的选择加工改性剂主要是针对PVC 树脂加工性能差而开发的。PVC 难加工的特性是由于本身的加工温度与分解温度比较接近所决定的；它的熔体粘度大，流动性差，在加工设备中停留时间较一般树脂长，易在设备和模具的死角积料、分解；PVC 的熔体强度差，树脂间粘合力不高，容易产生熔体破裂，使得制品外观变差。使用加工改性剂可克服PVC 在加工中的各种缺陷。PVC 加工改性剂主要是丙烯酸酯类的高分子聚合物，如ACR。其它如MBS、ABS、EVA、ACR 等抗冲改性剂也有加工改性的功效，但不如单纯加工改性剂的效果显著。1、加工改性剂的功能（1）促进PVC 树脂的塑化未加入有加工改性剂的PVC 混合料或单纯的PVC 树脂，在较宽的温度范围内和金属间摩擦系数较低，常称为“滑壁”树脂。另一类树脂，如PE、PS、PMMA 等则被称为“粘壁”树脂。PVC 加工过程中，塑化所需热能来自于加热和摩擦剪切两个方面，在大部分情况下，剪切对塑化的影响显得尤其重要。加工助剂如ACR 加入到PVC 混合料后，使处于固态、热弹性态和热塑性态的PVC 物料也具有了“粘壁”性能，从而使熔体变成具有剪切流动的粘壁熔体，其结果使最靠近加工设备壁的物料层停留时间较长，又加之外层物料有较高的剪切强度，使得熔体的热应力提高了，从而加速了物料的塑化过程，缩短了塑化时间，提高了设备的加工能力。（2）改善制品的外观质量纯粹的PVC“滑壁”熔体从模具口模出来时，制品表面暗淡无光；而加入改性剂ACR 后，在160℃左右的加工温度下即可使熔体具有“粘壁”特性，生产出的制品具有光滑表面。当然，增加外润滑剂在一定程度上也可提高制品的外观质量，但往往造成塑化不良，从而影响到制品的力学性能。（3）提高PVC-U 制品的综合性能ACR 与PVC 树脂具有很好的相容性，使用ACR 加工改性剂后，能增加PVC 粒子之间的相互作用，
改善PVC混合料的塑化、加工行为，可使物料塑化更完全，制品性能更均匀，从而能明显提高制品的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、抗蠕变强度、耐撕裂性等。2、常用加工改性剂的选用加工改性剂可分为润滑型和非润滑型两类，而以非润滑型为主。它能促进PVC 塑化，增加熔体强度，提高制品的表面光洁度和离模膨胀作用；但随着其分子量的增加，又会不同程度地增加熔体粘度。最早的加工改性剂是美国罗门哈斯公司于20 世纪30 年代研制出来的ACR 产品。此后，日本、西欧等国家在这一领域的研究也卓有成效。我国自己开发的ACR 产品，ACR 按特性粘数等指标不同分为ACR 201、301、ACR 401 等品种，但相比国外知名品牌如罗门哈斯、星羽化学、日本三菱等的产品来尚有一定距离。体现在添加量上，国产ACR 201 添加大约 2 份才能起到如P21A、P551A 等国外产品1 份的作用。五、抗冲改性剂的选择未经改性的PVC 树脂是硬脆性材料，抗冲击强度很低，常温下只有35KJ/m2，低温时抗冲击强度更差。其原因是这类材料对缺口的敏感性。通过在配方中添加橡胶弹性体成分，可有效地提高PVC 制品的抗冲击韧性。国内异型材生产企业几乎全部采用共混改性的技术，在配方体系中引入抗冲击改性剂，从而既保持了PVC-U 的高模量、高刚性，又大大提高了常温及低温抗冲击性能、改善抗冲击韧性。这类抗冲击改性剂具有较低的玻璃化温度（Tg），在室温或在稍低的环境温度下呈现高弹态。1、抗冲改性剂的种类按照抗冲改性剂的增韧机理不同可分为网络聚合物和“核-壳”结构共聚物。前者如氯化聚乙烯（CPE）、乙烯-乙酸乙烯酯（EVA）；后者如丙烯酸酯类聚合物（ACR）。2、抗冲改性剂的选择国内异型材生产企业中大约有80以上采用CPE 作为抗冲击改性剂，但由于其抗
冲击改性效率较低，加工工艺范围较窄、制品表面光泽度不高、离模膨胀及热收缩率较大，且对剪切速率变化较敏感，不太适于高速挤出等，用量正逐渐减少，被性能更优异的ACR 类抗冲改性剂所替代。两者之间的性能比较见表1。表 1 各类抗冲击改性剂性能比较ACR CPE EVA刚性 3 23 2热稳定性 5 4 4加工性 5 3 3耐气
候劣化强度 5 4 4耐气候变性5 4 4注：数字1 5 表示性能劣优3、抗冲击改性剂用量对制品性能的影响抗冲击改性剂的用量一般依制品性能要求确定。通常抗冲击改性剂用量增加，抗冲击强度、断裂伸长率等韧性指标上升，而拉伸强度、弹性模量等刚性指标下降，热变形温度也会下降。但随着改性剂用量继续增加时，冲击强度会在显示一极大值后，增长趋势明显变缓。因此改性剂用量过少，材料中形成的可诱发局部屈服-剪切带的应力集中区域较少，改性效果不明显；但其用量过大，常会形成较大的凝胶区，可能导致过大的应力，使PVC 链断裂，导致冲击强度不高及其它性能变差。用氯化聚乙烯弹性体作为高分子增塑剂来改性聚氯乙烯不仅对提高共混体系的弹性、韧性和低温性能具有特殊意义，而且对其耐候性，耐热性和化学稳定性都远远超过了其他橡胶改性的聚氯乙烯六、光稳定剂系统的选择PVC 塑料制品在日光照射下，日光中波长在290400nm 之间的紫外线能破坏PVC 结构的化学键，使塑料出现泛黄、变脆、龟裂、粉化、表面失去光泽等现象，这即是平常所说的塑料的老化。为了提高制品的抗紫外线能力，常加入光稳定剂。1、光稳定剂的种类光稳定剂包括紫外线吸收剂和光屏蔽剂，它们能够显著地吸收（或反射）对PVC 形成较强破坏的光能，而放出没有破坏性的光能（长波）
或热能，从而使PVC 得到稳定。较理想的紫外线吸收剂有二苯甲酮类（如UV-531），光屏蔽剂有颜料（如炭黑、二氧化钛）等。2、光稳定剂的选择光稳定剂是制品耐候性及使用寿命的表征，是衡量PVC-U 型材?柿亢没档囊桓鲋匾 副辍６ 位 匝橇姿崆ψ魑 恢智ρ卫嗳任榷 粒 彼 宰贤夤庥薪锨苛业奈 兆饔茫 彼 虢鸷焓 ?TiO2并用时，可大大延长制品寿命。此外，在气温较高、紫外线光照较强的地区，可微量添加紫外线吸收剂。二氧化钛是白颜料中着力最强的品种，具有优良的遮盖力和着牢度。它分金红石型和锐钛型两种。金红石型钛白粉耐热性、耐候性较好，屏蔽紫外线的作用强，不易变黄，而且耐水性也较好，是PVC-U 型材配方中不可或缺的高效光稳定剂。金红石型钛白粉在TiO2 分子表面经过特殊的处理，包覆一层SiO2 和AL2O3，有些品种还另外多包覆一层有机硅成份（如德国Kronos 的
K2220 产品、澳大利亚美礼联的RCL-696 产品等），使得TiO2 具有良好的耐候性、分散性；同时有机物处理后的钛白粉与周围介质之间能形成紧密连接，在PVC-U 型材防粉化方面有更大帮助。七、润滑剂系统的选择热塑性塑料都是在熔融状态和剪切作用下成型的，而高聚物的熔体具有较高的粘性，在加工过程中的剪切应力下熔体流动时会产生两种作用：一种是熔体与机筒、螺杆、模具等金属表面相互摩擦而产生粘附；另一种是熔体流动过程中树脂大分子之间的相对运动而产生摩擦。前者为外摩擦，后者为内摩擦。熔体对金属表面的粘附在加工中是有害的，而大分子链间的内摩擦过于剧烈，会导致熔体迅速升温，使高聚物高温降解。能够降低熔体对金属表面的粘附，提高熔体的流动性，即降低内摩擦和外摩擦的助剂称为润滑剂。
1、润滑剂的种类根据润滑剂在加工中的作用不同可分为外润滑剂和内润滑剂两种。外润滑剂就是降低外摩擦作用，降低熔体对金属表面的粘附。由于润滑剂分子间的内聚能较低，故在熔体和金属表面之间形成了屏障，降低了界面的摩擦力和粘附性。
内润滑剂与PVC 之间有一定的相容性，这种相容性在常温下较小，但在高温下，尤其是在PVC 塑化状态下，相容性增大。润滑剂分子通常是进入PVC 大分子之间，从而削弱了PVC 大分子之间的作用力，减少其内摩擦，使熔体粘度下降，流动性增加。润滑剂没有内部、外部润滑明显的界限，不同材料配比中，仅仅是以一种为主，兼顾内、外润滑、初期和后期润滑的配合。2、润滑剂的选择理想的润滑剂应该是在成型温度下，与树脂相容性极小，对物料塑化无影响；而在使用条件下与树脂具有最大的相容性，分散好而不渗出。当然，这种完全理想的润滑剂是不存在的，通常是要几种并用。常用的润滑剂包括①硬脂酸及其衍生物——以内润滑为主，具有较好的初期润滑性，如硬脂酸、硬脂酸丁酯等；②饱和烃类——以外润滑为主，有较好的初期润滑性，如石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡等；③金属皂类——兼有内、外润滑功能，同时还充当热稳定剂，既有初期润滑性，更具有中、后期润滑性，如硬脂酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡等。配方体系中润滑剂的选择及决定配比是一项系统工程，原则上要做到内、外润滑平衡，同时还要保证前一中一后期润滑平衡。选择时要从以下几方面着手考虑：①已选定的热稳定剂系统中包含的润滑性。采用复合稳定剂的企业尤其应先弄清楚其中使用的润滑剂的品种和份量。②生产设备状况。挤出机螺杆是单螺杆还是双螺杆，是平行双螺杆还是锥形双螺杆，以及
机筒、螺杆的塑化能力怎样是选择润滑剂种类和份量的先决条件。一般来讲，单螺杆挤出机比双螺杆挤出机要多使用能促进塑化的内润滑剂，如金属皂类；机台的塑化能力下降后，也要适当增加促进塑化的内润滑剂，如硬脂酸类衍生物。③采用何种填料，使用何种抗冲改性剂及份量多少也是要考虑的因素。填料表面活性处理的材料多数是低熔点的内润滑剂，如硬脂酸。活性填料用量增大时，需相应减少润滑系统的内润滑成份，或适量增加外润滑剂用量。此外，作为抗冲改性剂的助剂一般都会促进塑化，所以当增大抗冲改性剂用量，或改用塑化性能更好的抗冲改性剂（如由CPE 转为ACR）时，常要采用推迟塑化的润滑剂配比，以获得理想的塑化程度和加工扭矩。八、填料的选择轻质碳酸钙填料在PVC-U 型材中的作用已是人所共知，归纳起来，就是提高PVC 树脂的刚性指标和保证产品尺寸的稳定性，同时降价型材的材料成本。PVC-U 型材生产中普遍采用的填料是碳酸钙，尤其是经过表面活化处理的轻质活性碳酸钙。填料活化处理后，能明显促进其在PVC 树脂中的分散性，同时因为其表面由亲水性变为了亲有机性（憎水性），故可以使无机填料与有机树脂间呈现较好的亲和性，增强塑料的坚韧性，提高强度。从碳酸钙的粒径大小来分有微细、超细和超微细等品种。一般来讲，碳酸钙的粒径越小，则在PVC 树脂中的分散性越好，相应地制品可获得光亮度更好的表面效果。掌握了各类助剂的使用功能和选择要点后，并不是就一定可以拿出一个理想的配方来。一个实用的、合理的配方往往要经过设计者反复多次的调整、验证，只有这样才能使之更符合实际生产需要，真正做到精益求精。PVC-U 给水管件的生产所用原料包括：PVC 树脂、热稳定剂、润滑剂、抗冲改性剂、加工助剂、填充剂及着剂等。1PVC 树脂PVC 树脂的选择主要考虑两方面。即：卫生性和加工性。①卫生性生产给水管件必须采用食品卫生级的PVC 树脂，该树脂中的氯乙烯单体VCM残留量小于
5mg/kg。②加工性出于给水管件属无增塑的硬质PVC 制品，因此，注塑时必须选择平均聚合度较小的树脂．即国产SG6 型及SG7 型树脂，或与其相对应的其它牌号树脂。2热稳定剂由于PVC 树脂的分解温度低于加工温度，加工时易发生
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