PVC物料挤出塑化机理及配方调整方向

一、PVC物料挤出塑化机理

根据PVC物料在挤出机机筒中的三段塑化历程，将螺杆分为三个区域：固体输送区、熔融区、熔体输送(挤出)区。PVC物料挤出塑化机理的讨论就是对物料在机筒中的螺杆三段塑化历程机理的讨论。



螺杆三段区域示意图

1.1、 固体输送区塑化机理

在机筒中，把固体聚合物(PVC)及其助剂的流动、预热、压实区域定义为固体输送区。首先，料斗内固体聚合物粒子向机筒内流动是靠重力实现的，随着螺杆的转动，粒子向机头方向推进的同时，料斗内粒子不断流动。在固体输送区(机筒C1区)PVC物料中的高分子、小分子等粒子逐渐被加热，同时，螺杆剪切作用和粒子之间摩擦也使粒子热量增加，从而使粒子在致密状态中充分接触、扩散、渗透。

在这个区域内，由于螺杆的螺距、螺棱宽度等发生变化，PVC物料粒子被致密地压实，形成在螺槽上滑动的固体床或固体塞。固体塞运动是依靠机筒表面与固体塞之间的摩擦力，而螺杆与固体塞之间的磨擦力却阻止固体塞运动。所以在机筒内，造成PVC物料粒子不在同一方向前进，而是不时地翻滚、打滑，随螺杆旋转、"架桥"，在"桥"后堆积起来，突破"桥"，随着PVC物料挤出和PVC物料在料斗内的流动，过程反复进行。

在这个区域，较好的PVC物料挤出塑化质量，从状态上看是PVC由玻璃态转化为高弹态；从聚集态结构看，是50%～60%的PVC树脂颗粒破碎变化为初级粒子，各种助剂粒子的表面与初级粒子充分接触、扩散。

值得指出的是：对于稳定的运转，料斗内固体料的高度无论什么时候都必须在某个临界值以上。在这个临界值以上，料面高度的变化将不影响挤出机的性能，但是，如果料面高度低于临界值，变成一个强烈的不稳定因素。固体料面高度的变化会引起底部压力的变化，会改变挤出机的运转状况，导致PVC物料挤出塑化质量的恶化。

1.2、熔融区塑化机理

在机筒中，把固体聚合物和熔体共存区域定义为熔融区或相变区。该区为C2、C3加热区。熔融区是挤出机的主要部分，特别是温度的设定(机筒C2区、C3区、螺杆芯部)及螺杆转速设定、螺杆与螺杆的间隙、螺杆与机筒的间隙等，对PVC物料挤出质量有重要影响。当PVC物料达到熔融区时，由于螺杆的螺距、螺棱宽度等发生变化，PVC物料颗粒在被挤压致密的同时，已经产生了相当大的压力，这些压力与周围热介质的软化作用一起，把压实的颗粒变成密实的"固体床"。此时的固体床是由一部分PVC高弹态与一部分PVC玻璃态、少量的PVC粘流态组成的混合状态。固体床具有螺旋形螺槽的形状并且在螺槽内滑动。由于这种相对运动，在固体床和机筒表面之间的熔膜内便产生了速度分布。于是，熔膜中的熔体开始向螺纹推进而流动，当它遇到螺棱时，螺棱便将熔体从机筒上"刮下"，并且聚集在推进螺纹前方的螺槽后部的熔池中。当固体床沿着螺槽移动时，越来越多的熔料被带入熔池，因此，熔池的尺寸增加，而固体床的尺寸则减少。固体床被逐渐破坏而成为粘流态向前输送。

在这个区域，较好PVC物料挤出塑化质量，从状态上看，PVC由高弹态转化为粘流态；从聚集态结构来看，由60～70%PVC初级粒子破碎变化为一级粒子，各种助剂分子与PVC一级粒子接触，形成物理与化学的结合。

在熔融区，提高PVC物料挤出塑化质量的因素有：

(1)增加螺杆转速

(2)提高熔融区机筒设定温度

(3)合适的螺杆与机筒间隙

对于特定的PVC异型材生产配方，应该有一组最佳的熔融区机筒温度。

韧性哥疑问：增加螺杆转速一定能提高塑化吗？对于单螺杆来说，提高转速意味着增加了挤出产量，一般肯定降低了塑化。

1.3、 熔体输送区塑化机理

在机筒中，把固体聚合物完全转化为熔体，熔体被强制输送到机头处的部分定义为熔体输送区(机筒C4加热区)。在这个区域内，熔融大分子在剪切作用下与各种助剂进一步反应、级粒子与少量初级粒子共同组成的结晶体，这部分初级粒子可以提高最终材料的强度、韧性。当含有这种结晶体材料被挤出、冷却后，在外力的作用下，初级粒子能够阻碍一级粒子的运动，达到强度的提高；又由于初级粒子表面积大，在受到冲击时可以吸收部分冲击能，提高韧性。

二、如何提高PVC产品的塑化度

2.1、塑化度对产品性能的影响：

PVC产品的性能与塑化度息息相关，塑化度不良，制品发脆，力学性能不能达到要求；塑化度过高，制品会出现黄线，力学性能也不合格，塑化度在PVC制品的加工过程中是非常重要的。

①当塑化度60%时，拉伸强度最高；

②当塑化度65%时，冲击强度最高；

③当塑化度70%，断裂伸长率最高；

对于生产给水用管材的物料塑化度为60-65%为最宜。因为在这范围内它能体现拉伸强度和冲击强度两个性能。

2.2、温度对塑化度的影响：

高分子材料在低于80℃时不能成熔体，呈玻璃态，处于玻璃态的物料即硬又脆，在玻璃态下材料不能加工；随着温度的升高到160℃时物料处于高弹态，但在该区域物料还是无法流动，只能使物料变软、粘弹性增加；真正能达到PVC熔体加工的、而且有流动性的，温度应在160-200℃之间，但是对于任何稳定剂，在温度高于200℃时，长期受热，物料又分解了，所以在控制塑化度时，温度只能控制在160-200℃之间。在这40℃的温差范围内，PVC的温度设置在170-180℃之间时，塑化较好。

2.3、提高塑化度的方法：

①通过提高机身和螺杆的温度。

②待螺杆转速正常时，提高喂料机的喂料速度来提高塑化度。（加大喂料量能提高吗？）

③在挤出机额定转速和满足喂料的情况下，提高挤出机的转速。

④给干粉料一个良好的熟化期（12—48h）

韧性哥疑问：这个熟化是否就是拌好料放置一段时间啊？

熟化期的作用：

a. 消除静电、减少污染

b. 增加表观密度

c. 提高塑化度

d. 低分子聚合分散均匀，防止挤出不稳定。

e. 通过降低合流芯的温度来提高部分塑化度。

2.4、如何判断塑化度：

①通过主机电流判定塑化度以（65/132生产线为例，主机电流以46-52A为宜，我公司因为是低钙产品，以45-50A为宜。前提是：螺杆转速16~22r/min，喂料充满并与螺杆转速相匹配，温度设定与螺杆转速及主机电流相匹配）；

②通过主机真空排气孔观察物料的塑化度（即物料在螺杆螺棱螺槽中间充满60%以上，螺棱凹槽中粉料呈豆腐渣状态且凹槽底部物料被压平）；

③通过模具口模的熔体物料的粘弹性来判定塑化度（该方法较为适用于刚开机时）；

④通过合流芯的熔体压力及熔体温度来判定塑化度（其缺点为若仪表失灵或合流芯传感器被焦料糊死等因素会影响检测结果的准确性）

三、PVC配方冬季调整方向

PVC塑料本身的耐寒性及低温冲击性能较差，使用温度下限一般为-15℃，外部温度又夏季的30多度，降为冬季的-10℃左右，温差较大，部分企业的PVC制品配方没有及时调整，产品性能质量就会出现波动下降，例如制品会比夏天时脆，加工相对困难等等。因此随着天气变冷，PVC制品配方应该做出相应的调整。

冬季气温低，PVC分子运动比夏季时相对困难，外在表现，PVC韧性下降，脆性增强，冬季生产PVC配方在保证不黏模的情况下外润滑用量尽量少，内润滑适度提高。

我国PVC硬质品，使用的增韧剂多数是CPE，冬季的用量要适当提高。填充剂钙粉、滑石粉等会增加PVC的脆性，冬季可以适当降低。

产品质量要求较高，钙粉含量少的制品，可以选用抗冲ACR或者MBS，以避免制品冬天太脆夏季太软。

同时，我们也应该考虑到加工温度、冷却温度、牵引速率、模具设计等方面对PVC耐寒性造成的影响，结合良好的配方设计，在气温下降较大时及时作出相应的调整。

来源：网络，感谢原作者！

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