【科普貼】PVC-U塑料管材發脆的原因分析（上）

一直以來塑料發脆是困擾一些企業正常運營的因素，管材發脆無論從截面外觀上還是安裝認同程度上都或多或少的影響著這些管材企業的市場份額和用戶信譽，管材發脆基本上在制品的物理、力學性能上得到充分體現。

本文將從配方、混料工藝、擠出工藝、模具和其他外界因素對造成PVC-U塑料管材發脆的原因進行了論述、分析。

PVC管材變脆主要性征為：下料時崩口、冷沖破裂。

造成管材制品物理、力學性能差的原因有很多，主要表現為以下幾種：

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配方及混料工藝不合理

（1）填料過多。針對目前市場上型材價格低，而原材料價格上漲的格局，管材廠家都是在降低成本上作文章，正規的管材廠家通過配方的優化組合，是在不降低質量的前提下，降低了成本；有些廠家卻在降低成本的同時也降低了制品質量。由于配方組份的原因，較直接有效的辦法是增加填料，在PVC-U塑料管材中常用的填料為碳酸鈣。

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在以前的配方體系中多數是填加重鈣，其目的是增加剛性和降低成本，但重鈣由于本身粒子形狀不規則而且粒徑比較粗與PVC樹脂本體的相溶性差，所以其添加份數很低，而且份數增大時會對管材的色澤和表觀造成影響。

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現在隨著技術的發展，大多采用超細輕質活化碳酸鈣、甚至是納米級碳酸鈣、其不僅起到增加剛性和填充的作用，而且還具有改性的作用，但是其填加量并不是無限度的，其比例應該加以控制。現在有些廠家為了降低成本將碳酸鈣加到20-50質量份，這大大降低了型材的物理力學性能，造成管材發脆現象。

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（2）抗沖擊改性劑添加種類、數量。抗沖擊改性劑是在應力作用下，能夠提高聚氯乙烯破裂總能量的一種高分子聚合物。

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目前硬質聚氯乙烯的抗沖擊改性劑的主要品種有CPE、ACR、MBS、ABS、EVA等，其中CPE、EVA、ACR改性劑的分子結構中不含雙鍵，耐候性能好，適宜做戶外建筑材料，它們與PVC共混，能有效的提高硬聚氯乙烯的抗沖擊性能、加工性、耐候性。

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在PVC/CPE共混體系中，其沖擊強度隨CPE的用量增加而增加，呈S形曲線。添加量在8質量份以下時，體系的沖擊強度增長幅度非常小；添加量在8-15質量份時增加幅度較大；之后增長幅度又趨于平緩。

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當CPE用量在8質量份以下時不足以形成網狀結構；當CPE用量在8-15質量份時，其在共混體系中連續均勻分散，形成分相不分離的網狀結構，使共混體系的沖擊強度增長幅度較大；當CPE用量超過15質量份時，就不能形成連續均勻的分散，而是有部分CPE形成凝膠狀，這樣在兩相界面上就不會有適宜分散的CPE顆粒來吸收沖擊能量，因而沖擊強度增長趨于緩慢。

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在PVC/ACR共混體系中，ACR可顯著提高共混體系的抗沖擊性能。同時“核一殼”粒子可均勻分散在PVC基體中，PVC是連續相，ACR是分散相，分散在PVC連續相中與PVC相互作用，起到加工助劑的作用，促進PVC的塑化和凝膠化，塑化時間短，具有很好的加工性能。成形溫度和塑化時間對缺口沖擊強度影響較小，彎曲彈性模量下降也小。

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一般用量在5-7質量份，經ACR改性的硬PVC制品有優良的室溫沖擊強度或低溫沖擊強度。而經實驗論證，ACR與CPE相比抗沖擊強度要高30%左右。因此在配方中盡可能采用PVC/ACR共混體系，而用CPE改性且用量低于8質量份時往往會引起管材發脆。

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（3）穩定劑過多或過少。穩定劑的作用是抑制降解，或與釋放出的氯化氫反應以及防止聚氯乙烯加工時變色。

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穩定劑根據種類不同用量也不同，但總的一點來說，用量過多會推遲物料的塑化時間從而使物料出口模時還欠塑化，其配方體系中各分子之間沒有完全溶合，造成其分子間結構不牢固。

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用量過少時會造成配方體系中相對低分子物降解或分解（也可以說成過塑化），對各組份分子間結構的穩固性造成破壞。因此穩定劑用量多少也會對管材的抗沖擊強度造成影響，過多或過少都會造成管材強度降低引起管材發脆現象。

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（4）外潤滑劑用量過多。外潤滑劑與樹脂相溶性較低，能夠促進樹脂粒子間的滑動，從而減少摩擦熱量并推遲熔化過程，潤滑劑的這種作用在加工過程早期（也就是在外部加熱作用和內部產生的摩擦熱使樹脂完全熔化和熔體中樹脂失去識別特征之前）是較大的。

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外潤滑劑又分前期潤滑和后期潤滑、潤滑過度的物料在各種條件下都表現為較差的外形，如果潤滑劑用量不妥，可能造成流痕，產量低，渾濁，沖擊性差，表面粗糙、粘連，塑化差等。特別是用量過多時，就會造成型材的密實度差、塑化差，而導致沖擊性能差，引起管材發脆。

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（5）熱混加料順序、溫度設值以及熟化時間對型材的性能也有決定性的因素。PVC-U配方的組分很多，所選擇加料順序應有利于發揮每種助劑的作用，并有利于提高分散速度，而避免其不良的協同效應，助劑的加料順序應有助于提高助劑的相輔相成效果，克服相克相消的作用，使應在PVC樹脂中分散的助劑，充分進入PVC樹脂內部。

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典型穩定體系配方加料順序如下：

a?低速運轉時，將PVC樹脂加到熱混鍋中；

b?在60℃時，高速運轉下加入穩定劑及皂類；

c?在80℃左右，高速運轉下加入內潤滑劑、顏料、抗沖擊改性劑、加工助劑；

d?在100℃左右，高轉速下加入蠟類等外潤滑劑；

e?在110℃，高速運轉下加入填料；

f?在110℃-120℃低轉速下排出物料至冷混桶中進行降溫；

g?冷混至料溫降至40℃左右時，卸料。上面加料順序較為合理，但在實際生產過種中，根據自身的設備及各種條件也有所不同，多數廠家除樹脂外，其他助劑一同加入。還有的是輕質活化碳酸鈣同主料一起加入等等。

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這就要求企業技術人員根據本企業的特點制定出適合自己的加工工藝及投料順序。

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一般熱混溫度在120℃左右，溫度太低時物料達不到凝膠化和混料均勻，高于此溫度部分物料可能會分解揮發，而且干混粉料發黃。混料時間一般在7-10min物料才能達到密實、均化、部分凝膠化。而冷混一般在40℃以下，而且要求冷卻時間要短，如溫度大于40℃且冷卻速度又慢，則制備的干混料會相對常規密實度差。

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干混料的熟化時間一般在24小時，大于這個時間物料易吸收水份或結塊，小于這個時間物料各分子間的結構還不太穩定，造成擠出時管材外形尺寸和壁厚波動較大。以上環節如不加強控制都會對管材制品的質量造成影響，個別情況便會表現為管材發脆。

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