氯化聚氯乙烯樹脂於1958年由美國古立德公司(BFGoodrich)開發研製成功, 它是聚氯乙烯樹脂(PVC)的氯化產物, 經過氯化處理的PVC氯含量可由57%提高到64%~ 75%, 隨著氯含量的增加, 相應的耐溫性, 剛性, 耐化學腐蝕性, 阻燃性, 消煙性等都得以增強, 但CPVC樹脂熔融粘度增加, 脆性增大, 衝擊強度下降, 熱穩定性降低, 給CPVC的擠出加工帶來很大難度, 同時如果工藝控制不當將會產生大量的HCl氣體而使加工設備和模具受到嚴重腐蝕, 因此CPVC樹脂的擠出加工問題一直是人們討論的焦點. 在CPVC樹脂的加工過程中, '塑化' 是關鍵, 因而, 如何從配方, 設備及工藝技術上得到好的塑化質量, 是CPVC樹脂加工的關鍵.
一, 氯化聚氯乙烯 (PVC—C) 管材的配方
1, 熱穩定劑
CPVC樹脂在加工過程中較PVC更容易分解, 因此需要加入比PVC更多的熱穩定劑, 試製時, 可以按照PVC加入量的1.5~ 2.5倍加入, 然後再根據試製情況適當增減, 總的原則是: 熱穩定劑不得添加過多, 否則會影響CPVC樹脂的塑化. 基本上, 加工PVC的熱穩定劑都可以加工CPVC, 如鉛鹽穩定劑, 鈣鋅穩定劑, 複合鉛穩定劑, 金屬皂類穩定劑和液體有機錫穩定劑等, 在眾多的熱穩定劑中, 當管材有不同的特殊要求時, 在選用上是有所區別的, 生產衛生級CPVC管材時應選用無毒的鈣鋅穩定劑或有機錫穩定劑;生產對耐溫性能有要求的管材時, 應盡量避免使用液體有機錫穩定劑;生產高抗沖管材時, 不加硬脂酸鈣.
2, 潤滑劑
潤滑劑的作用與熱穩定劑的作用同等重要, 加入量過少, 會造成加工困難, 甚至會給設備帶來相當大的損害, 加入量過多, 不僅影響塑化質量, 還會降低管材的維卡軟化溫度, 因此如何掌握好潤滑劑的加入量是關鍵, 也是CPVC管材配方的設計關鍵, 甚至可以說, CPVC管材配方的設計其實也是潤滑體系的設計. CPVC樹脂的熔體粘度大, 至少是PVC樹脂的2倍[1], 因此潤滑劑的加入量要稍多於PVC樹脂. 當使用不同的穩定劑時, 其配方中內, 外潤滑劑的配比是不同的, 一般來講, 使用鉛鹽穩定劑, 需要配置較多的內潤滑劑和適量的外潤滑劑;使用有機錫穩定劑, 需要配置較多的外潤滑劑和適量的內潤滑劑;使用帶潤滑體系的複合穩定劑時, 內, 外潤滑劑用量均要適當減少. 內潤滑劑可以選用硬脂酸(HSt), 外潤滑劑則需選用高溫石蠟, PE蠟或氧化聚乙烯蠟, 一般石蠟不宜單獨作為CPVC樹脂的外潤滑劑. 總之, 協調好了內, 外潤滑劑之間的配比關係, 那麼該配方雖然不能說是一個成熟的配方, 至少在擠出成型方面是不會有什麼問題的.
3, 抗沖改性劑和加工助劑
由於CPVC樹脂氯含量較高, 它的抗衝擊性能比PVC樹脂更差, 必須加入抗衝擊劑加以改性, 常用的抗衝擊劑有: CPE, MBS, ABS和抗沖型ACR等, 在CPVC管材的加工中加入CPE, 其增韌效果十分明顯, 添加量在8~ 12份之間增韌效果最好, 但加入CPE會明顯降低管材的維卡軟化溫度;MBS, ABS對維卡軟化溫度影響較小, 但由於它們的分子鏈中含有不飽和雙鍵, 耐候性較差;抗沖型ACR是較為理想的抗衝擊改性劑, 但價格較高. 綜合上述原因, 筆者推薦使用CPE/MBS的混合體作為抗衝擊改性劑, 可以兼顧產品對維卡軟化溫度, 抗衝擊性, 耐候性及價格等諸方面的要求, 二者的配比以1.5: 1為宜. 目前國內使用的加工助劑主要為ACR,它是幾種丙烯酸酯類化合物混合在一起的產物, 它可以提高樹脂的塑化程度, 但CPVC樹脂由於熔融粘度較大, 分子之間不需要再藉助其他助劑來增加摩擦熱, 它比PVC樹脂更容易塑化, 因此在擠出加工CPVC管材時應少加或不加ACR類促凝劑.
4, 其他添加劑
其他添加劑包括填充劑和著色劑.
4.1填充劑
加入適量的填充劑不僅可以降低成本, 還可以改善加工性能. 它可以降低CPVC樹脂的加工粘度, 改善混料分散性, 減少擠出加工時對設備和模具的粘附性, 同時, 作為剛性粒子的填充劑, 還可以提高CPVC管材的抗衝擊性能. 最常用的填充劑是碳酸鈣, 加入量以不超過5份為宜, 否則會影響製品的性能
4.2著色劑
CPVC管材比PVC管材顏色略深, 呈灰白色, 但可以根據需要, 添加一些著色劑, 在加入著色劑的同時應加入少量的金紅石型鈦白粉, 以掩蓋住CPVC管材的灰色, 減少其對著色劑的影響.
二, 氯化聚氯乙烯 (PVC—C) 管材的加工技術
1, 擠出機
擠出加工CPVC管材通常選用平行或錐形雙螺杆擠出機, 鑒於CPVC比PVC更易塑化的特性, 選用平行雙螺杆擠出機更容易控制CPVC管材的擠出生產. 配方中如果用的是鉛鹽穩定劑, 要求擠出機要有較好的塑化性能;如果配方是用有機錫為穩定劑, 則要求擠出機螺杆的壓縮比不要太大.
2, 加工工藝
2.1物料的混合
CPVC樹脂的混合工藝與PVC樹脂一樣, 需要高速混合和低速冷卻攪拌兩個過程, 通常高速混合溫度宜控制在115~ 125℃, 不能太高, 否則容易混出發黃的物料, 在擠出過程中造成物料的分解或出現 '過塑化' 現象. 低速冷卻攪拌的溫度控制在40~ 50℃, 也不能過高, 否則混出的物料會因與室溫相差太大的關係, 使物料吸收過多空氣中的水分而影響製品的性能.
2.2擠出溫度
CPVC管材的擠出工藝重點是工藝溫度, 它將直接影響管材的塑化質量. 一般工藝溫度會因擠出機塑化性能的不同, 而有很大的差異, 有時這種差異會有20~ 30℃. 理論上, CPVC材料的加工溫度要比PVC高, 但實際上, 根據我們多年的加工經驗, CPVC的加工溫度要比PVC低5~ 8℃, 這是因為CPVC熔融粘度比PVC大, 熔融的分子之間將會產生大量的摩擦熱, 這時如果擠出機再提供給它過多的熱量, 很容易造成物料的分解.
在工藝溫度設定上, 應盡量保持曲線的平緩, 這樣有利於CPVC樹脂的塑化質量, 曲線忽上忽下不利於管材的塑化, 一般曲線為 'U' 形是比較適宜的. 整個工藝溫度的控制大體可以分為三部分: 機筒, 合流芯和模具, 機筒溫度從一區開始依次遞減, 合流芯溫度又要比機筒溫度略低一些, 在模具的溫度設定中, 值得注意的是口模的溫度和芯模的溫度, 口模的溫度應比機筒的加熱段溫度低10℃左右, 否則會影響管材的縱向回縮率, 對縱向回縮率無要求的管材則不受此限制, 芯模加熱可以在管材正常牽出後即斷開, CPVC熔體的熱量和對芯模摩擦所產生的熱量完全可以維持芯模的溫度.
三, 結語
CPVC管道在國內是一種比較新穎的管道, 但是由於CPVC樹脂的特殊性, 給其加工尤其是連續加工帶來了一定的難度, 使得不少廠家望而卻步, 使該管材在國內的推廣和應用遇到一些困難, 我公司生產CPVC管道已有五年時間, 在生產加工方面積累了不少的經驗, 本文通過CPVC的配方和加工技術兩方面對CPVC管材的生產做了介紹, 希望能對生產該管材和正要引進該管材的廠家以借鑒, 以使得該管材在我新疆地區能得到快速, 健康發展.