聚氯乙烯塑料捏和工藝分析

　　偉大領(lǐng)袖毛主席教導我們:“離開具體的分析，就不能認識任何矛盾的特性。”因此，對于聚氯乙烯塑料的捏和工藝必須進行具體的分析。聚氯乙烯塑料分為軟質(zhì)和硬質(zhì)兩類，無論是軟質(zhì)或硬質(zhì)，捏和的目的都是使塑料中各組份分散均勻，成為一個均態(tài)多相的混和物。而兩類塑料中所含的組份是不同的，在硬質(zhì)塑料中，一般是不加或少加增塑劑(相當聚氯乙烯樹脂重量的5~10%)，成為所謂半硬質(zhì)聚氧乙烯塑料。而在軟質(zhì)塑料中卻加入大量增塑劑(相當聚氯乙烯樹脂重量的40~80%)。因此硬質(zhì)和軟質(zhì)塑料的捏和工藝也有所不同。

　　1、硬質(zhì)塑料的捏和

　　對于硬質(zhì)塑料捏和的溫度控制有個認識過程，以前采用500升Z形攪拌捏和機時，是完全不加熱的冷捏和方式，后來發(fā)覺捏和料粉塵飛揚嚴重，對操作人員身體健康不利，嚴重的會引起鉛中毒，而且捏和料還不易塑化，影響生產(chǎn)效率。我廠工人同志在實踐中發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)塑料在加熱捏和后，可以減少粉塵飛揚，同時有利于塑化。在500升Z形攪拌捏和機中，發(fā)現(xiàn)當蒸汽壓力控制在3~4公斤/厘米²，捏和一定時間(如40分鐘)后，捏和料的體積明顯地縮小了，看上去有些發(fā)粘和潮濕的樣子，捏和料粉塵不但不飛揚，而只好塑化。這是什么道理呢?原來是在硬質(zhì)塑料中，一般添加有硬脂酸鹽類(如鉛鹽、鈣鹽等)，硬脂酸鉛的熔點為104~110°C，硬脂酸鈣的熔點在118°C左右，當捏和料溫度上升到110°C左右時，它們就熔化或部分熔化而粘附在樹脂表面，使樹脂顆粒粘在一起，從而減少了樹脂顆粒間的空隙，增大了樹脂的堆積密度，減少了捏和料的粉塵飛揚，因為是熱態(tài)捏和料，所以也有利于塑化。

　　需要注意的是蒸汽壓力不宜過高，否則，因為捏和料溫度過高，在存放過程中，特別在夏季室溫較高時，易發(fā)生分解變質(zhì)的現(xiàn)象。

　　高速捏和機，由于攪拌轉(zhuǎn)速快，混和均勻，并產(chǎn)生摩擦熱大，所以無論熱捏和或者冷捏和，握和料粉塵飛揚相對減小，且有利于塑化。

　　半硬質(zhì)塑料捏和的加料順序為：聚氯乙烯樹脂→穩(wěn)定劑→增塑劑→著色劑(色漿，母料)→填充劑→潤滑劑。

　　半硬質(zhì)塑料以微加熱捏和為好。如采用冷捏和，則不利于塑化，影響生產(chǎn)效率。如采用像硬質(zhì)塑料那樣熱捏和，則少量的增塑劑(其中包括穩(wěn)定劑，著色劑漿料中的增塑劑)極易被樹脂吸收，而使穩(wěn)定劑、著色劑結(jié)塊，不利于分散均勻。同時，由于樹脂吸收了增塑劑而產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象，使體積增大，堆積比重減小，因此容易造成粉塵飛揚。如采用微加熱捏和，則一部分增塑劑被樹脂吸收，而另一部分增塑劑則吸附在樹脂表面潤濕樹脂，一方面減小了粉塵飛揚，同時也有利于塑化。一般500立升Z形攪拌捏和機蒸汽壓力控制在0.5公斤/厘米²，捏和時間為40分鐘左右。

　　2、軟質(zhì)塑料的捏和

　　如上所述，軟質(zhì)聚氯乙烯塑料中添加有大量的增塑劑，為了使軟質(zhì)塑料經(jīng)捏和后各組份分散均勻，成為一個均態(tài)多相的混合體系，必須對增塑劑和樹脂的相互作用進行深人的研究。

　　為了保證軟質(zhì)聚氯乙烯塑料在捏合過程中分散均勻，必須探索捏和過程中增塑劑對聚氯乙烯樹脂的溶脹行為，從此獲得判斷捏和終點和合理制定捏和工藝的依據(jù)。

　　作為線型極性高聚物的聚氯乙烯樹脂，在增塑劑中首先發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象，稱之為“溶脹。當樹脂體積膨脹到分子間相對活動的阻力足夠小時，才會開始出現(xiàn)樹脂大分子和增塑劑小分子間的相互擴散，從而逐步溶解。在捏和過程中，要求溶脹完善，分散均勻。

　　當我們在顯微鏡下追跡浸漬增塑劑的聚氯乙烯樹脂在升溫時的溶脹過程時，聚氯乙烯樹脂溫度在65°C以下幾乎沒有膨脹，在65°C以上則出現(xiàn)明顯的膨脹現(xiàn)象。溫度繼續(xù)上升，體積也繼續(xù)膨脹，但是當溫度達到85°C附近時，膨脹的速度反有降慢的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象持續(xù)到100°C時才又開始迅速膨脹，直至聚氯乙烯樹脂與增塑劑界面消失。

　　這種溶脹的轉(zhuǎn)折情況，可從溫度對聚氯乙烯樹脂的固有狀態(tài)的影響及增塑劑分子的擴散作用來理解。因為在65°C以下，樹脂處于玻璃態(tài)下，增塑劑分子的擴散也是極慢的，當溫度升高時，加快了增塑劑的擴散速度，使少量的分子滲入到樹脂顆粒中，而逐步使樹脂顆粒成為有彈性的狀態(tài)。同時也為增塑劑的擴散提供了有利條件，使樹脂體積迅速膨脹，這稱為第一溶脹溫度。但隨著增塑劑在樹脂外層滲入深度漸深時，增塑劑的擴散力有所下降，以致在85°C附近出現(xiàn)膨脹緩慢的現(xiàn)象，這是增塑劑濃度在樹脂內(nèi)部逐步平衡的過程，抑制了樹脂周圍的增塑劑滲入速度，所以體積膨脹的速率反而下降。這也可以說明聚氯乙烯樹脂在增塑劑中溶脹是一個擴散控制的過程，這稱為溶脹中止溫度。當溫度繼續(xù)上升至樹脂內(nèi)部增塑劑濃度漸趨平衡的時候，使增塑劑在樹脂分子中活動又有可能，加快了擴散滲入速度，樹脂的體積又重新迅速膨脹，這重復出現(xiàn)的溶脹溫度稱第二溶脹溫度。溫度的繼續(xù)升高，不但增

　　塑劑向樹脂擴散，同時樹脂也漸漸向增塑劑內(nèi)擴散，這種雙向的擴散結(jié)果，最后使樹脂的顆粒界面消失，此時的溫度稱為溶化溫度。

　　通過試驗，使我們認識到在生產(chǎn)中可以采用測量捏和料體積變化的方法來作為判斷樹脂溶脹程度的依據(jù)，并可繼續(xù)探索軟質(zhì)塑料捏和過程中影響溶脹完善和分散均勻的因素。

　　(1)不同物理構(gòu)型的聚氯乙烯樹脂對溶脹的影響：在樹脂制造過程中，由于用的分散劑不同，制得的樹脂顆粒形狀也不相同，有棉花球狀和乒乓球狀兩種。棉花球狀的結(jié)構(gòu)便于增塑劑的滲入，它沒有明顯的第一溶脹溫度，因為它一開始就溶脹，而且達到視比容(單位重量捏和料所占體積毫升/克)極大值時的溫度也比乒乓球狀為低，時間也快。而乒乓球樹脂有明顯的起始溶脹溫度(65°C)，在生產(chǎn)過程中，因為沒有過量的增塑劑，所以隨著溫度的升高，也不出現(xiàn)第二次溶脹現(xiàn)象，但達到視比容最大值時也是85°C左右，這與實驗數(shù)據(jù)還是相符的。在生產(chǎn)過程中一也可觀察到，當樹脂體積膨脹到視比容最大時，說明樹脂周圍的增塑劑己全部為樹脂所吸收，只是增塑劑在外層。當增塑劑濃度在樹脂內(nèi)部進一步平衡的時候，出現(xiàn)樹脂體積反而縮小的現(xiàn)象，以致視比容下降，出現(xiàn)凝膠化狀態(tài)。在這種清況下，加入其它小劑量的助劑時則不利于分散均勻。因此在捏和過程中，小劑量助劑的加料順序需要十分注意。

　　(2)不同類型增塑劑對聚氯乙烯樹脂溶脹的影響：增塑劑對樹脂溶脹與增塑劑和樹脂的混和性(相溶性)關(guān)系很大。

　　由于增塑劑對聚氯乙烯樹脂的溶脹起始溫度和達到視比容極大值的溫度是不同的。在塑料生產(chǎn)配方中，由于增塑體系的品種和用量不同，所以捏和工藝也有所不同。

　　(3)增塑劑預熱對聚氯乙烯樹脂溶脹的影響：增塑劑預熱與不預熱對樹脂溶脹的影響也不同。

　　增塑劑預熱后，加快了它的擴散速率，強化了傳熱過程，在同樣捏和條件下，可使樹脂達到溶脹最高蜂的時間縮短，這對提高捏和效率、提高設(shè)備生產(chǎn)能力有很大好處。

　　除了增塑劑預熱外，樹脂也可以適當預熱，這對于提高捏和效率也是有利的。

　　在軟質(zhì)塑料捏和過程中，為使樹脂和增塑劑溶脹完善，使捏和料分散均勻，還必須注意加料順序。當捏和料需要加入一定量的填充劑(如碳酸鈣)時，首先將樹脂和增塑劑混和，使樹脂溶脹完善，然后再借助于機械攪拌，使溶脹完善的樹脂再與填充劑充分混和。如若將樹脂和填充劑先混和，隨后加入增塑劑時，則因為填充劑的顆粒構(gòu)型一般比樹脂更為疏松，當二者同時存在時，則增塑劑首先滲入填充劑顆粒中，而不能起到樹脂溶脹完善的作用。當捏和料中加入一定量的漿狀配合劑(如穩(wěn)定劑、著色劑等)時，也應使樹脂溶脹完善后再加入，這樣有助于分散均勻。若在樹脂溶脹前就加入，則樹脂先吸收漿料的增塑劑，而使配合劑造成結(jié)團，以致分散不均勻。

　　對于多組份的軟聚氯乙烯塑料，捏和過程中用定量的方法來測定各組份的分散均勻性是十分繁復而困難的。但是，我們可以采用測定各階段捏和料中某一重要組份(如穩(wěn)定劑)的含量變化或定性的方法比較，即取各階段捏和料直接熱壓成試片后，將試樣進行烘箱鼓風熱態(tài)化試驗，對比捏和料的穩(wěn)定性，以資摸索不同捏和工藝對穩(wěn)定劑分散均勻性的影響。也可以肉眼觀察試片上白色穩(wěn)定劑斑點或著色劑斑點的大小和多少，以資區(qū)別組份分散狀況。也可以對壓片后的試樣用手感覺其軟硬分布的均勻性，以資判斷增塑劑的分散和吸收情況。