氯化聚氯乙烯树脂于1958年由美国古立德公司(BFGoodrich)开发研制成功, 它是聚氯乙烯树脂(PVC)的氯化产物, 经过氯化处理的PVC氯含量可由57%提高到64%~ 75%, 随着氯含量的增加, 相应的耐温性, 刚性, 耐化学腐蚀性, 阻燃性, 消烟性等都得以增强, 但CPVC树脂熔融粘度增加, 脆性增大, 冲击强度下降, 热稳定性降低, 给CPVC的挤出加工带来很大难度, 同时如果工艺控制不当将会产生大量的HCl气体而使加工设备和模具受到严重腐蚀, 因此CPVC树脂的挤出加工问题一直是人们讨论的焦点. 在CPVC树脂的加工过程中, '塑化' 是关键, 因而, 如何从配方, 设备及工艺技术上得到好的塑化质量, 是CPVC树脂加工的关键.
一, 氯化聚氯乙烯 (PVC—C) 管材的配方
1, 热稳定剂
CPVC树脂在加工过程中较PVC更容易分解, 因此需要加入比PVC更多的热稳定剂, 试制时, 可以按照PVC加入量的1.5~ 2.5倍加入, 然后再根据试制情况适当增减, 总的原则是: 热稳定剂不得添加过多, 否则会影响CPVC树脂的塑化. 基本上, 加工PVC的热稳定剂都可以加工CPVC, 如铅盐稳定剂, 钙锌稳定剂, 复合铅稳定剂, 金属皂类稳定剂和液体有机锡稳定剂等, 在众多的热稳定剂中, 当管材有不同的特殊要求时, 在选用上是有所区别的, 生产卫生级CPVC管材时应选用无毒的钙锌稳定剂或有机锡稳定剂;生产对耐温性能有要求的管材时, 应尽量避免使用液体有机锡稳定剂;生产高抗冲管材时, 不加硬脂酸钙.
2, 润滑剂
润滑剂的作用与热稳定剂的作用同等重要, 加入量过少, 会造成加工困难, 甚至会给设备带来相当大的损害, 加入量过多, 不仅影响塑化质量, 还会降低管材的维卡软化温度, 因此如何掌握好润滑剂的加入量是关键, 也是CPVC管材配方的设计关键, 甚至可以说, CPVC管材配方的设计其实也是润滑体系的设计. CPVC树脂的熔体粘度大, 至少是PVC树脂的2倍[1], 因此润滑剂的加入量要稍多于PVC树脂. 当使用不同的稳定剂时, 其配方中内, 外润滑剂的配比是不同的, 一般来讲, 使用铅盐稳定剂, 需要配置较多的内润滑剂和适量的外润滑剂;使用有机锡稳定剂, 需要配置较多的外润滑剂和适量的内润滑剂;使用带润滑体系的复合稳定剂时, 内, 外润滑剂用量均要适当减少. 内润滑剂可以选用硬脂酸(HSt), 外润滑剂则需选用高温石蜡, PE蜡或氧化聚乙烯蜡, 一般石蜡不宜单独作为CPVC树脂的外润滑剂. 总之, 协调好了内, 外润滑剂之间的配比关系, 那么该配方虽然不能说是一个成熟的配方, 至少在挤出成型方面是不会有什么问题的.
3, 抗冲改性剂和加工助剂
由于CPVC树脂氯含量较高, 它的抗冲击性能比PVC树脂更差, 必须加入抗冲击剂加以改性, 常用的抗冲击剂有: CPE, MBS, ABS和抗冲型ACR等, 在CPVC管材的加工中加入CPE, 其增韧效果十分明显, 添加量在8~ 12份之间增韧效果最好, 但加入CPE会明显降低管材的维卡软化温度;MBS, ABS对维卡软化温度影响较小, 但由于它们的分子链中含有不饱和双键, 耐候性较差;抗冲型ACR是较为理想的抗冲击改性剂, 但价格较高. 综合上述原因, 笔者推荐使用CPE/MBS的混合体作为抗冲击改性剂, 可以兼顾产品对维卡软化温度, 抗冲击性, 耐候性及价格等诸方面的要求, 二者的配比以1.5: 1为宜. 目前国内使用的加工助剂主要为ACR,它是几种丙烯酸酯类化合物混合在一起的产物, 它可以提高树脂的塑化程度, 但CPVC树脂由于熔融粘度较大, 分子之间不需要再借助其他助剂来增加摩擦热, 它比PVC树脂更容易塑化, 因此在挤出加工CPVC管材时应少加或不加ACR类促凝剂.
4, 其他添加剂
其他添加剂包括填充剂和着色剂.
4.1填充剂
加入适量的填充剂不仅可以降低成本, 还可以改善加工性能. 它可以降低CPVC树脂的加工粘度, 改善混料分散性, 减少挤出加工时对设备和模具的粘附性, 同时, 作为刚性粒子的填充剂, 还可以提高CPVC管材的抗冲击性能. 最常用的填充剂是碳酸钙, 加入量以不超过5份为宜, 否则会影响制品的性能
4.2着色剂
CPVC管材比PVC管材颜色略深, 呈灰白色, 但可以根据需要, 添加一些着色剂, 在加入着色剂的同时应加入少量的金红石型钛白粉, 以掩盖住CPVC管材的灰色, 减少其对着色剂的影响.
二, 氯化聚氯乙烯 (PVC—C) 管材的加工技术
1, 挤出机
挤出加工CPVC管材通常选用平行或锥形双螺杆挤出机, 鉴于CPVC比PVC更易塑化的特性, 选用平行双螺杆挤出机更容易控制CPVC管材的挤出生产. 配方中如果用的是铅盐稳定剂, 要求挤出机要有较好的塑化性能;如果配方是用有机锡为稳定剂, 则要求挤出机螺杆的压缩比不要太大.
2, 加工工艺
2.1物料的混合
CPVC树脂的混合工艺与PVC树脂一样, 需要高速混合和低速冷却搅拌两个过程, 通常高速混合温度宜控制在115~ 125℃, 不能太高, 否则容易混出发黄的物料, 在挤出过程中造成物料的分解或出现 '过塑化' 现象. 低速冷却搅拌的温度控制在40~ 50℃, 也不能过高, 否则混出的物料会因与室温相差太大的关系, 使物料吸收过多空气中的水分而影响制品的性能.
2.2挤出温度
CPVC管材的挤出工艺重点是工艺温度, 它将直接影响管材的塑化质量. 一般工艺温度会因挤出机塑化性能的不同, 而有很大的差异, 有时这种差异会有20~ 30℃. 理论上, CPVC材料的加工温度要比PVC高, 但实际上, 根据我们多年的加工经验, CPVC的加工温度要比PVC低5~ 8℃, 这是因为CPVC熔融粘度比PVC大, 熔融的分子之间将会产生大量的摩擦热, 这时如果挤出机再提供给它过多的热量, 很容易造成物料的分解.
在工艺温度设定上, 应尽量保持曲线的平缓, 这样有利于CPVC树脂的塑化质量, 曲线忽上忽下不利于管材的塑化, 一般曲线为 'U' 形是比较适宜的. 整个工艺温度的控制大体可以分为三部分: 机筒, 合流芯和模具, 机筒温度从一区开始依次递减, 合流芯温度又要比机筒温度略低一些, 在模具的温度设定中, 值得注意的是口模的温度和芯模的温度, 口模的温度应比机筒的加热段温度低10℃左右, 否则会影响管材的纵向回缩率, 对纵向回缩率无要求的管材则不受此限制, 芯模加热可以在管材正常牵出后即断开, CPVC熔体的热量和对芯模摩擦所产生的热量完全可以维持芯模的温度.
三, 结语
CPVC管道在国内是一种比较新颖的管道, 但是由于CPVC树脂的特殊性, 给其加工尤其是连续加工带来了一定的难度, 使得不少厂家望而却步, 使该管材在国内的推广和应用遇到一些困难, 我公司生产CPVC管道已有五年时间, 在生产加工方面积累了不少的经验, 本文通过CPVC的配方和加工技术两方面对CPVC管材的生产做了介绍, 希望能对生产该管材和正要引进该管材的厂家以借鉴, 以使得该管材在我新疆地区能得到快速, 健康发展.