PVC管材塑化度判断

比较硬质PVC管材塑化度与力学性能的关系，得出硬质PVC管材塑化度的最佳范围为60%~70%。分析配方、混料、工艺条件对塑化度的影响，以指导生产过程，并将塑化度调整到最佳塑化范围。

在加工过程中，硬质PVC的粒子结构将发生很大变化，在较低加工温度下，由于热和剪切力的作用，颗粒分解成初级粒子；随着温度的升高，初级粒子部分被粉碎；当加工更高时，初级粒子可全部粉碎，晶体熔化，边界消失，形成二维网络，这一过程称为熔融或凝胶化，一般成为塑化。塑化度正是制品结晶程度与PVC初级粒子熔化程度的反映，塑化度可用流变法测量。

PVC塑化后在制品中形成了贯穿的结晶网络，这种结构的变化，必然引起力学性能的改变，进而影响制品的性能。因此，在硬质PVC加工过程中，控制好塑化度，使制品各部分塑化均一，对保证硬质PVC管材质量非常重要。国家技术监督局发布的GB/T10002.1-1996中，用增加二氯甲烷浸渍试验来反映管材塑化的情况。

1、硬质PVC管材的最佳塑化度

硬质PVC未塑化或塑化度低时，PVC初级粒子未解体或解体很少，粒子间还未融合；塑化度100%时，所有初级粒子融合，制品冷却后，可形成均匀分布，贯穿整个制品的结晶网络，晶网会限制分子链的运动。这两种结构的管材冲击强度较低，与管材韧性有关的指标（如落锤冲击性能）不易达标，这两种塑化度的管材都不是我们希望的。

大量研究和测试结果表明：硬质PVC管材的综合性能最佳值是在塑化度为60%~70%时得到的。因此，我们应选择适当的条件，使塑化度均匀并控制在此范围内。

2、塑化度的调整

塑化度的调整应从配方、混料、加工条件等方面综合考虑。

（1）PVC树脂

用悬浮法生产的PVC树脂有疏松型和紧密型。疏松型树脂表皮较薄、内部疏松、亚粉粒体积较大且大小均匀，易于破碎，释放初级粒子。这样的树脂经混合，可使助剂分布均匀，经过挤出加工后，易获得塑化均一的管材。

除PVC树脂的形态外，树脂的相对分子量也影响塑化，相同配方和加工条件下，分子量越大，虽然管材韧性好，但塑化度降低。

（2）稳定剂

目前，国内采用的主要热稳定剂为铅系稳定剂（主要为三碱式硫酸铅，硬脂酸铅等）。固体铅盐稳定剂分散性差，难塑化易造成大的应力集中，要求所用铅盐越细越好，最好经过研磨。另外，铅盐对人体健康有害，这些稳定剂在给水管配方中用量有限制，如含铅稳定剂用量不能超过3份。

（3）润滑剂

外润滑性强的配方使PVC受到较小的剪切力，低的剪切力水平可提高初级粒子“存活”的温度或延长其“寿命”，所以在相同的加工条件下，润滑性强的配方，可使管材塑化度降低。为了使管材塑化度保持一定，就要增加加工设备的剪切能力（如提高螺杆转速）或提高加工温度，或延长物料在设备中停留的时间（提高机台阻力既可延长“停留时间”，又可增加剪切强度）。

（4）改性剂对塑化的影响

使用抗冲击改性剂时，物料粘附金属倾向增强，剪切摩擦热增加，往往会促进塑化，故应适当增加润滑剂用量，以适当推迟塑化，获得最佳塑化度。

但选择CPE作改性剂时，相对分子量低的外润滑剂如石蜡易溶于CPE中，降低润滑效果，还会影响增韧效果，应选用与改性剂相容性差，相对分子量或熔点较高的润滑剂，如聚乙烯蜡、高级脂肪酸及其它皂类润滑剂。具有核——壳结构的改性剂，其极性很强的壳会阻碍润滑剂进入软芯，因此对润滑剂的选择不很严格。

3、混合的调整

混合是指降低组分料非均匀性的过程。因此，混料质量好坏将影响塑化是否均一。实际加工中遇到的许多问题，如挤出过程中混料脉动，塑化不均等均与混料有关。

硬质PVC管材混料多采用高速混合机进行，冷混机冷却。

混料中应注意以下问题：

（1）混合机加料量选择

物料体积为高速混合机空容积50%以下时，摩擦热小，达到混合温度（120℃）需15min以上；加料量50%~70%，达到混料温度仅为8min~10min；加料量在70%以上混合效果变差，物料的物性不均一，导致管材塑化不均。因此，我们应将加料量控制在混合室空容积的50%~70%。

（2）高速混合温度的选择

料温在50℃以下时，PVC树脂颗粒在强力搅拌下，其粉粒和亚粉粒被击碎，干粉料的表观密度变化不大。

料温在80℃以上到120℃左右时，树脂颗粒胀大，颗粒尺寸趋于均匀，颗粒的平均尺寸与原始状态相近，同时，干混料密度迅速增加。料温在120℃以上，树脂颗粒尺寸减少而干混料表观密度仍在提高。

树脂颗粒变大并均匀地在干粉料中流动，使输送量均匀，再考虑到100℃以上时对排出干燥物料中的水汽有益处，所以一般高速混合温度在100℃~120℃。

对于普通单螺杆挤出机，直接用粉料生产时，为了使管材有高的塑化度，往往将热混温度提高到140℃以上，但是不宜超过150℃。这是因为固体稳定剂仅粘附于树脂颗粒表面，对内部的PVC起不到稳定作用，热混温度太高会使树脂分解变色。而冷混温度在40℃左右即可。

（3）高速混合时的加料顺序

硬质PVC配方的加料顺序应有利于助剂作用的发挥，避免助剂的不良协同效应，并有利于提高分散程度和速度。

稳定剂与树脂同时加入到热混机中，以便及早发挥稳定作用。

皂类和内润滑剂随后加入，以便充分渗入树脂内部。蜡类外润滑剂宜在料温接近出料温度时再加，以免蜡类干扰其它助剂的分散。

填料对助剂有吸收作用，宜最后加入。以便助剂先在树脂中得以分散。

加工改性剂宜在蜡类加入之前，稳定剂加入之后加入，对于具有防止热分解倾向的改性剂，如CPE，可与树脂一并加入。如果考虑冲击改性剂吸收润滑剂的倾向强于PVC树脂，为避免润滑剂被吸收后物料加工性的明显变化，及吸收润滑剂后改性效果的降低，也可在最后加入。易结团的冲击改性剂，为了使其分散良好，宜最后加入。

总之，助剂的加料顺序应避免助剂间的相克相消，提高相辅相成的效果，使助剂在PVC树脂中得以充分分散。

典型的加料顺序如下：

①低速下，将PVC树脂加到混合室中；

②在60℃于高转速下，将稳定剂及皂类加入到树脂中；

③在80℃左右，于高转速下，将加工改性剂、内润滑剂、颜料及抗冲击改性剂加到料中；

④100℃左右，高转速下，加入蜡类；

⑤110℃高转速下加填料；

⑥在110℃~120℃低转速下排出物料，送入转动着的冷混机中；

⑦冷混到40℃排出，过筛使用。