摘 要：通過(guò)一系列對(duì)比試驗(yàn)，分析PVC異型材加熱后尺寸變化率影響因素，提出改善異型材尺寸變化率的看法。
關(guān)鍵詞：PVC異型材、加熱后尺寸變化率
關(guān)于PVC異型材加熱后尺寸變化率在國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)GB8814-2004中有明確規(guī)定，即規(guī)定加熱后尺寸變化率為≤2%。比標(biāo)準(zhǔn)GB8814-98中尺寸變化率為≤2.5%指標(biāo)有了更高的要求。目前，塑料門窗的制做向采光面積大的方向發(fā)展，塑料門窗在做大，所以PVC異型材加熱后尺寸變化率應(yīng)該引起足夠的重視。如果不注意這個(gè)問(wèn)題，在制成塑料門窗使用后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的日曬使塑料門窗框、扇變形，大大降低了塑料門窗的密封和保溫功能。為了保證塑料門窗框、扇不變形，應(yīng)該對(duì)塑料門窗制造的主要原材料 --- PVC異型材的加熱后尺寸變化率影響因素進(jìn)行研究。本文從原材料、工藝條件、設(shè)備條件三方面進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)并淺析。
一、 原材料對(duì)尺寸變化率的影響
生產(chǎn)PVC異型材的重要原材料有9—10種，影響到加熱后尺寸變化率的有聚氯乙烯、抗沖劑、穩(wěn)定劑、填料、潤(rùn)滑劑等。
首先，選取二個(gè)廠家的PVC樹脂進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果加熱后尺寸變化率是不一樣的。從表1、2可以看出，無(wú)論調(diào)整機(jī)組還是調(diào)整產(chǎn)品，不同廠家生產(chǎn)的PVC樹脂對(duì)異型材的加熱后尺寸變化率有影響。這種影響我認(rèn)為主要是PVC聚合物的分子量分布不同所引起的。廠家2 PVC的分子量分布比廠家1 PVC的分子量分布窄。
用分子量分布窄的PVC樹脂生產(chǎn)異型材，加熱后尺寸變化率要比分子量寬的PVC樹脂小。這是因?yàn)?span lang="EN-US"> PVC分子量分布窄，加工溫度范圍窄，在擠出過(guò)程中，部分PVC分子鏈發(fā)生斷裂產(chǎn)生分子鏈交聯(lián)，使熔體粘度增高，宏觀上，異型材的角強(qiáng)度降低，脆性增加導(dǎo)致低溫落錘個(gè)數(shù)增多，在熱的作用下分子鏈恢復(fù)自由狀態(tài)受到交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的束縛，使異型材的尺寸變化率減小。
穩(wěn)定劑的生產(chǎn)廠家和質(zhì)量不同，對(duì)PVC物料在混料和擠出的熱狀態(tài)下穩(wěn)定效果不同。選取三個(gè)穩(wěn)定劑生產(chǎn)廠家做對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3、表4。我們知道，PVC樹脂在熱、光、機(jī)械的作用下易產(chǎn)生分解現(xiàn)象，加入穩(wěn)定劑可以抑制、終結(jié)這些分解現(xiàn)象。因?yàn)?span lang="EN-US">PVC降解要生成多烯序列（>C = C<）組，線型大分子先轉(zhuǎn)化為支鏈結(jié)構(gòu)，最終轉(zhuǎn)化為交聯(lián)的體型結(jié)構(gòu)。這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)多，宏觀上異型材低溫落錘個(gè)數(shù)增多，但對(duì)尺寸變化率影響不大。所以，就異型材加熱后尺寸變化率來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定劑對(duì)其影響不大。
抗沖劑在PVC異型材中主要是提高產(chǎn)品的抗沖性能，雖然可以提高異型材表面的光潔度，但是對(duì)異型材加熱后尺寸變化率的影響不能忽視。PVC抗沖改性劑一般分為二類：一類是 網(wǎng)絡(luò)聚合物，另一類是“核—殼”結(jié)構(gòu)共聚物。將二種類型的抗沖劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同類型的抗沖劑對(duì)加熱后尺寸變化率有不同的影響，第二類抗沖劑加入到異型材中加熱后尺寸變化率小。見(jiàn)表5。
KM355P、ACR類抗沖劑屬于“核—殼”結(jié)構(gòu)共聚物，它由二部分組成，其核是一類低度交聯(lián)的丙烯酸酯類橡膠聚合物，殼是甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等接枝聚合物，這類特殊的高分子聚合物包圍的園形橡膠體形成“核—殼”結(jié)構(gòu)。“核--殼”類改性劑增韌機(jī)理通常以銀紋—剪切帶理論解釋較為普遍。 “核--殼”結(jié)構(gòu)改性劑，常通過(guò)加入典型的交聯(lián)單體的共價(jià)鍵進(jìn)行交聯(lián)，其核芯具有很好的彈性。殼是具有較高玻璃化溫度（Tg）的 高聚物，粒子間容易分離，可均勻地分散至PVC基材中，并能和PVC基材相互作用。由于這種殼PMMA與PVC有一定的作用，相對(duì)CPE彈性體在熱的作用下，其彈性變形小，表現(xiàn)為異型材加熱后尺寸變化率低。
目前，國(guó)內(nèi)異型材生產(chǎn)廠家主要采用的抗沖劑是CPE
因?yàn)?span lang="EN-US">CPE樹脂在生產(chǎn)過(guò)程中，在最后處理階段常常加入碳酸鈣以防止CPE顆粒粘接結(jié)塊。CPE廠家不同造成異型材熱尺寸變化率不同，我認(rèn)為是由于碳酸鈣顆粒在CPE中分散的不均勻、部分CPE顆粒聚集造成的。一定量的碳酸鈣顆粒在CPE中得到充分的分散均勻，這種CPE加入到PVC物料中，使CPE顆粒均勻分散到PVC樹脂中，改善了加工性能，生產(chǎn)的異型材加熱后尺寸變化率小。相反，由于部分CPE顆粒聚集，使CPE顆粒不能均勻分散到PVC樹脂中，局部彈性體多，造成生產(chǎn)的異型材加熱后尺寸變化率大。
又由于CPE彈性體聚合物在擠出過(guò)程中，出現(xiàn)CPE顆粒彈性拉伸定型，在以后的熱作用下，CPE顆粒彈性要恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)容易造成異型材尺寸變化率變化。所以，一定量的CPE加入不會(huì)引起大的變化。如果CPE用量增大，彈性體增多，彈性拉伸強(qiáng)烈，分子鏈縱向取向加大，使異型材加熱后尺寸變化率就要增大。
碳酸鈣的加入不但可以降低原材料的成本，而且可以改善異型材的加入后尺寸變化率。一般來(lái)說(shuō)，碳酸鈣增加，異型材加熱后尺寸變化率降低，從表9可以看出。表8顯示不同廠家生產(chǎn)的碳酸鈣對(duì)異型材加熱后尺寸變化率的影響是不同的。
碳酸鈣屬于無(wú)機(jī)材料，在PVC異型材中，碳酸鈣粒子填充在PVC分子鏈間，阻礙PVC分子鏈的運(yùn)動(dòng)，隨著碳酸鈣量的增加，這種阻礙作用增大，使異型材加熱后尺寸變化率降低。碳酸鈣廠家不同使異型材加熱后尺寸變化率不同的原因是碳酸鈣粒度不同，活化方法不同。
綜合起來(lái)，從原材料考慮，PVC、CPE、碳酸鈣是影響異型材加熱后尺寸變化率的重要因素。
設(shè)備條件對(duì)尺寸變化率的影響
生產(chǎn)異型材的主要設(shè)備有擠出機(jī)、模具。擠出機(jī)的重要技術(shù)指標(biāo)之一是擠出機(jī)的塑化效果，其效果直接影響到異型材的性能。表10、表11是二組不同生產(chǎn)廠家的擠出機(jī)組生產(chǎn)異型材的對(duì)比試驗(yàn)。機(jī)組2是由于擠出機(jī)塑化不均，使PVC粒子與其他組份的粒子分布不均勻，造成擠出過(guò)程中部分PVC分子鏈被強(qiáng)拉伸，分子鏈縱向取向不均勻，使異型材在熱的作用下，尺寸變化率大。
為了分析模具對(duì)異型材加熱后尺寸變化率是否有影響，我們將58 框二個(gè)模具進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一定的影響，見(jiàn)表12。這是因?yàn)槟ｎ^分流錐差異，內(nèi)腔有差異，造成出料不一樣，PVC的分子取向及其結(jié)構(gòu)各異性，異型材就會(huì)表現(xiàn)為加熱后尺寸變化率不同。
在此基礎(chǔ)上，又做了三組不同異型材斷面結(jié)構(gòu)的對(duì)比試驗(yàn)，見(jiàn)表13。從表中可以看出異型材的截面積不同，尺寸變化率不同。這可能由于異型材截面積與擠出量有關(guān)系，截面積小于擠出量，牽引拉伸變形大所致。
工藝條件對(duì)尺寸變化率的影響
工藝條件這里指的是生產(chǎn)環(huán)境溫度和異型材生產(chǎn)后的停放時(shí)間。
生產(chǎn)的環(huán)境溫度對(duì)異型材的熱尺寸變化率有影響，將二種環(huán)境溫度下生產(chǎn)的異型材進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)（表14），環(huán)境溫度低的條件下生產(chǎn)的異型材尺寸變化率大。這是由于生產(chǎn)出來(lái)的異型材表面及內(nèi)腔溫度與環(huán)境溫度差距大，異型材急速冷卻，內(nèi)部的大分子來(lái)不及舒展就被“凍住”停止運(yùn)動(dòng)了，在以后的熱作用下，大分子重新舒展，異型材表現(xiàn)為加熱后尺寸變化率大。
異型材在生產(chǎn)出來(lái)后，要求停放24小時(shí)以后使用。這是因?yàn)?span lang="EN-US">PVC異型材是含有高分子材料，高分子材料的特點(diǎn)是在成型后需要有應(yīng)力松弛過(guò)程，如果不給足夠的松弛時(shí)間就進(jìn)行使用，在熱的作用下就發(fā)生尺寸變化，而且隨著停放時(shí)間延長(zhǎng)，熱尺寸變化率降低。分別做了三種停放時(shí)間的對(duì)比試驗(yàn)，證實(shí)了停放時(shí)間對(duì)異型材尺寸變化率的影響。
通過(guò)上面的試驗(yàn)與分析可以看出，影響異型材加熱后尺寸變化率因素第一是原材料、第二是工藝條件。所以，要降低異型材加熱后尺寸變化率，提出如下改善看法：
1、配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該主要考慮PVC、CPE、碳酸鈣生產(chǎn)廠家的選擇，選擇時(shí)要在做對(duì)比試驗(yàn)的基礎(chǔ)上加以確定；增加CPE的用量提高異型材抗沖性能時(shí)，不能忽視CPE用量的增加帶來(lái)異型材尺寸變化率增大，可以通過(guò)增大碳酸鈣用量加以控制。這里就有一個(gè)既可以提高異型材抗沖性能，又能使異型材的加熱后尺寸變化率小，CPE與碳酸鈣用量的最佳配比的試驗(yàn)。
2、異型材廠家在采購(gòu)擠出機(jī)組時(shí)，應(yīng)該盡可能采購(gòu)塑化效果好的。不同廠家的擠出機(jī)，應(yīng)該采用不同的配方體系。
3、要充分認(rèn)識(shí)設(shè)備、異型材斷面結(jié)構(gòu)對(duì)異型材加熱后尺寸變化率的影響。從配方、工藝、調(diào)整以保證擠出機(jī)、模具滿足異型材加熱后尺寸變化率的要求，確定異型材斷面與機(jī)組擠出量匹配最佳工藝參數(shù)。
4、異型材生產(chǎn)必須保證生產(chǎn)環(huán)境溫度，生產(chǎn)后的異型材必須停放24小時(shí)后才能銷售。這一點(diǎn)應(yīng)該引起異型材廠家的足夠的認(rèn)識(shí)。
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