硬聚氯乙烯加工与润滑剂
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213 内、外润滑平衡的多样性
事实上不同类型的加工设备,如挤出(又分单、双螺杆) 、注塑、压延, 均要求有不同的润滑平衡。严格地讲,同类设备,不同生产厂家的产品, 甚至同一个设备新的与旧的对润滑平衡均有不同的要求。不同类型的产品,如管、膜、片以及型材, 也有各自不同的润滑平衡。例如, 生产异型材、挤出片材、注塑制品、中空制品、吹塑膜及高透明制品均要有较高的塑化程度,较高的流动性,因而要求较高的塑化速率,所以内润滑剂要多一些;而对于管材的生产而言, 它的塑化程度以60 对于压延工艺,为了熔融的PVC 易于剥离压延辊, 外润滑剂亦应多一些;而注塑工艺则要尽可能少用外润滑剂,尽可能地减少外润滑对熔接痕强度下降的影响。
214 实验室中如何评价内、外润滑平衡
21411 内、外润滑剂用量均不足
其特点是塑化扭矩较大, 熔体粘附性较严重,有可能提前热分解。
21412 内、外润滑剂用量均过量
其特点是析出较严重, 制品力学性能下降(如试样较脆) ,二次加工性能较差,但其他实验数据均与内、外润滑平衡时相似。
21413 内润滑剂较少,外润滑剂较多
其特点是塑化时间较长,塑化扭矩较大,有可能出现析出现象(外润滑剂过量) 。
21414 内润滑剂较多,外润滑剂较少
其特点:塑化时间较短,有较重的粘附现象,有可能热稳定性变差。总之外润滑剂用量不足则有粘附现象,塑化时间短;过量则力学性能下降,有可能有析出现象。内润滑剂用量不足, 则塑化扭矩较大, 塑化时间较长; 过量则塑化时间较短,塑化扭矩较小,热稳定性有可能变差。
21415 关于从流变仪得到数据的分析
熔体的流动性与粘度成反比, 粘度又与扭矩成正比。所以,熔体流动性越好,扭矩越低。在扭矩流变仪的结果中给出三种扭矩值,即最小扭矩,最大扭矩(塑化扭矩) 及平衡扭矩。笔者认为,塑化扭矩是评价润滑剂改善PVC 树脂流动性的最重要指标。当然,最小扭矩及平衡扭矩也有一定的参考意义, 但它们均与塑化扭矩有很好的对应关系, 一般塑化扭矩大,最小扭矩及平衡扭矩也较大,反之亦然。笔者还认为, 塑化扭矩对实际加工设备转动装置能量消耗的影响远大于平衡扭矩的影响。原因有二: ①在一般接近实用硬PVC配方中均有ACR 加工助剂, 在这种情况下,不同的润滑体系的塑化扭矩值的变化较大,而平衡扭矩值变化却很不显著[8 ] ; ②由于多种原因(如尽量避免热分解,提高生产率等) ,加工者希望熔融物料在平衡扭矩所对应的时间尽可能地短一些,即达到预期塑化程度后,塑料熔体尽早离开加工设备。虽然塑化扭矩只是一个峰值, 但整个塑化峰所对应的时间的积分面积(能量消耗) 却远大于平衡扭矩所对应的时间的积分面积(能量消耗) 。事实亦证明:塑化扭矩只大百分之几,因它积分面很大,所以消耗的能量亦很大,加工设备因不堪重负,而有可能“报警”[10 ]。
对于塑化峰的峰值(塑化扭矩, 塑化时间) 常见于报道中, 但对塑化峰的形状(即半峰宽度及半坡斜率) 却少见评论, 事实上, 半峰宽度及后半坡斜率亦是润滑体系影响树脂熔化特性一个重要标志。
相对而言, 能耗较少, 较充分地利用了摩擦热,进一步促进了树脂塑化, 减少树脂在设备中停留时间,有利树脂的热稳定化,并为进一步提高生产效率提供了可能性。
3 润滑剂的选择
前已述及内、外润滑剂平衡的多样性以及“相容度”影响润滑剂的作用和属性。这些均给配方工作者在选择和应用润滑剂时带来诸多不便。因为选择润滑剂既没有“理论”指导, 也没有带有普遍意义的规律可供参考。虽然如此,仍然有一些经验可供参考。
311 选择润滑剂的一般原则
如前所述, 要合理兼顾PVC 树脂的流动性、防粘性及塑化速率。也就是一定要使内、外润滑作用平衡,达到能经济、连续生产的目的。
研究与实践表明: 并不是100 虽然2 #配方的塑化扭矩只比1 #配方大了2 塑化扭矩3 #比1 #小013N ·m, 小了018 石蜡的熔点随品种而异,在选用时应选高熔点石蜡,用量亦不宜太多, 否则因其挥发而破坏中、后期润滑平衡,甚至影响连续开车时间。
41115 与其他助剂的协同效应
一些多羟基部分酯化物的内润滑剂, 可以络合不稳定氯原子, 从而有一定辅助热稳定剂作用, 同时也能起到防雾滴及抗静电作用; 作为热稳定剂的金属皂类, 只要使用得当,也可以起很好的润滑作用。
41116 有较好的质量价格比
事无万全, 一个润滑剂要完全达到上述各项要求几乎是不可能的, 也没有必要。只要能满足特定的设备及工艺要求, 正常生产即可。例如异型材一般不要求透明度、电性能等特性。因此, 就无需选用具备这些性能的品种。
412 使用润滑剂的操作弹性
好的润滑剂不仅具有润滑作用强及上述的一些性能外, 还应有较宽的操作弹性。如配料比的微小差异、工艺条件的变动(温度的波动、压力增减等) , 尤其是为了提高产出率而提高挤出速度等情况时, 生产者希望润滑体系仍然处于平衡状态, 保证更经济地高速连续化产。
413 选择润滑剂时所需的实验
(1) 双辊混炼机实验
称取100g PVC 树脂, 按设计配方加入待考察的润滑剂及其他助剂, 并把粉料基本混均匀, 在双辊温度达到180 ±2 ℃时, 启动双辊把粉料倒入双辊间,并开始掐秒表计时,测定其抱辊时间,观察粘辊情况。
(2) 扭矩塑化仪(Brabender) 实验试验在相同实验条件下考察配方中不同润滑剂的润滑特性,测试其塑化时间、塑化扭矩及半峰宽度。转速低或设定温度低时, 塑化时间较长, 塑化扭矩较低, 半峰较宽; 转速高或温度高时其结果与上述情况相反。
(3) 析出实验
在待测配方中加入一些颜色较深的颜料(例如红色颜料) , 在双辊混炼机上混炼5～7min , 然后用加有30phr DOP 及4phr TiO2 的软片清洗双辊。比较软片上红色程度, 确定析出程度。