cpvc樹脂加工工藝的探討

cpvc樹脂加工工藝的探討

氯棕櫚酸（cppcc）樹脂的總含量一般為61%70%。由于其物理機(jī)械，尤其是耐溫性、耐候性、耐腐蝕性、耐老化性、粘度、剛性等，隨著含氯量的增加而增加。因此用它制造管材,非常適用于埋地高壓電纜工程中保護(hù)高壓電纜,此外它還可以應(yīng)用于給水工程和集中供暖系統(tǒng)中輸送熱水。但是含氯量的增加也使CPVC樹脂的熔融黏度增加、脆性增大、沖擊強(qiáng)度下降、熱穩(wěn)定性降低,給CPVC加工帶來很大困難。同時(shí)如果工藝控制不當(dāng)將會(huì)產(chǎn)生大量的HCl氣體而使加工設(shè)備和模具受到嚴(yán)重腐蝕,因此CPVC樹脂的加工問題一直是人們討論的焦點(diǎn)。在CPVC樹脂的加工過程中,“塑化”是關(guān)鍵,因而,如何從配方、設(shè)備及工藝技術(shù)上得到更好的塑化效果,是CPVC樹脂加工的關(guān)鍵。文章主要以生產(chǎn)符合GB2479-2005標(biāo)準(zhǔn)的埋地式高壓電力電纜用氯化聚氯乙烯(PVC-C)套管為例,討論CPVC管材的生產(chǎn)工藝。1原材料的選擇1.1采用水相懸浮法生產(chǎn)cpvc樹脂國外生產(chǎn)CPVC的著名廠商,如美國的B.F.Goodrich公司、德國的BASF公司、法國的ATOFI公司等首先研制生產(chǎn)CPVC樹脂的專用PVC樹脂,采用在懸浮法聚合的過程中添加特殊的助劑,然后將這一專用PVC樹脂再經(jīng)過水相懸浮法生產(chǎn)CPVC樹脂。中國山東旭業(yè)新材料股份有限公司在參閱了國際上CPVC生產(chǎn)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,利用自己的科研力量所生產(chǎn)含氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%~70%的CPVC擠出級(jí)CPVC樹脂J700,其加工性能優(yōu)越,已在國內(nèi)市場(chǎng)上顯示了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。該樹脂采用水相懸浮進(jìn)行氯化反應(yīng)生產(chǎn)氯化聚氯乙烯,其主要特點(diǎn)是分段氯化,利用可控制的分段反應(yīng)溫度和壓力使其獲得氯化均勻的CPVC樹脂。為了減少在氯化過程中所產(chǎn)生的籽鏈和支化反應(yīng)現(xiàn)象,宜在氯化反應(yīng)前進(jìn)行脫氯處理。根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明,J700適合生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)CPVC管材,其物理性能可與國外品牌相媲美。1.2cpvc樹脂的選擇CPVC樹脂與PVC具有較好的相容性,在研究PVC與CPVC(含氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)61.6%)共混物時(shí)發(fā)現(xiàn),在整個(gè)組成范圍內(nèi)都只有1個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,透射電子顯微鏡顯示了共混物為均相結(jié)構(gòu)。因此考慮到CPVC樹脂難以加工,且價(jià)格大約是PVC樹脂的3倍左右?？紤]到產(chǎn)品的物理性能及于加工和生產(chǎn)成本因素,在生產(chǎn)CPVC管材時(shí),一般加入一定比例的PVCSG-5型樹脂。相關(guān)研究表明:用CPVC/PVC合金制造管材,維卡軟化溫度可達(dá)100℃,并且扁平試驗(yàn)和落錘沖擊試驗(yàn)均能達(dá)到GB2479-2005標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)近年來的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),筆者選擇齊魯石化生產(chǎn)的PVCSG-5型樹脂。該樹脂一般用來生產(chǎn)硬質(zhì)PVC管材。1.3抗沖型acr由于CPVC樹脂氯含量較高,它的抗沖擊性能比PVC樹脂更差,必須加入抗沖擊劑加以改性,常用的抗沖擊劑有:CPE、MBS、ABS和抗沖型ACR等。但CPE玻璃化溫度較低,加入會(huì)降低CPVC管材的耐熱性能,而抗沖型ACR對(duì)CPVC管材的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量降低較多,專用于抗沖改性的ABS較少,且ABS易分解,綜合考慮各種因素,選用MBS作為CPVC管材的抗沖改性劑。根據(jù)試用不同廠家、不同型號(hào)的MBS,筆者最終選用日本鐘淵生產(chǎn)的B564型MBS。1.4穩(wěn)定劑的選用CPVC樹脂在加工過程中較PVC更容易分解,因此CPVC熱穩(wěn)定劑的選擇尤為重要。在加工過程中,一般需要加入比PVC更多的熱穩(wěn)定劑,但是熱穩(wěn)定劑不易添加過多,否則會(huì)影響CPVC樹脂的塑化。常用的熱穩(wěn)定劑有復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑,Ca/Zn穩(wěn)定劑以及有機(jī)錫類穩(wěn)定劑等?；诃h(huán)保和實(shí)用性的考慮,選擇Ca/Zn穩(wěn)定劑。經(jīng)過多次試驗(yàn),選擇新加坡三益SAK-C278-NP穩(wěn)定劑為主穩(wěn)定劑,同時(shí)加入一定量的輔穩(wěn)定劑,從而達(dá)到完全理想的熱穩(wěn)定效果,同時(shí)對(duì)管材的其他物理性能影響極小。1.5其他表面活性劑CPVC樹脂具有很高的熔體黏度和更差的熱穩(wěn)定性,必須加入一定量的潤(rùn)滑劑來降低熔體黏度和改善熔體的金屬剝離性,從而延長(zhǎng)材料的穩(wěn)定性及成型加工時(shí)間。根據(jù)EsmailOElakesh等人的研究,用聚乙烯石蠟和硬脂酸作為CPVC樹脂加工的內(nèi)外潤(rùn)滑劑,來達(dá)到降低CPVC樹脂黏度、改善熔體金屬剝離性、減少擠出負(fù)載和降低分子間作用力的目的。另一方面,潤(rùn)滑劑的加入,會(huì)降低CPVC樹脂的耐熱性,所以必須控制加入潤(rùn)滑劑的用量。通過多次生產(chǎn)及試驗(yàn),作者選擇了克萊恩生產(chǎn)的PE-520聚乙烯石蠟和印尼PT.SUMI.ASIH生產(chǎn)的SA1801作為生產(chǎn)的內(nèi)外潤(rùn)滑劑。1.6填料對(duì)接枝的影響填料的加入一方面會(huì)提高CPVC管材的維卡軟化溫度,提高CPVC管材的熱穩(wěn)定性,降低CPVC管材的熱收縮,降低生產(chǎn)成本,另一方面會(huì)降低CPVC管材的拉伸強(qiáng)度、落錘沖擊強(qiáng)度。作者常用填料一般為碳酸鈣。通常說來,碳酸鈣的粒徑越小,碳酸鈣進(jìn)行表面活化處理,對(duì)管材的拉伸強(qiáng)度和落錘沖擊強(qiáng)度影響越小,但是目數(shù)太大后,碳酸鈣容易團(tuán)聚,不利于分散,反而不利于管材質(zhì)量。近年來隨著對(duì)活性納米碳酸鈣的研究發(fā)現(xiàn),與普通碳酸鈣相比,納米碳酸鈣具有優(yōu)異的性能.它在塑料、橡膠等高分子材料中具有補(bǔ)強(qiáng)作用,可提高產(chǎn)品的機(jī)械性能;或者在保證性能不變的條件下增加填料的用量,降低生產(chǎn)成本。但是加入活性納米碳酸鈣過多,會(huì)提高熔體的黏度,使加工困難。因此筆者選擇800目的活性碳酸鈣和納米碳酸鈣使用配合使用。1.7顏色粉末根據(jù)GB2479-2005標(biāo)準(zhǔn)對(duì)顏色的要求,采用市售桔紅色色粉。2cppc地板生產(chǎn)、加工2.1cpvc性能配方根據(jù)前文討論的各種原材料的特性和對(duì)CPVC管材生產(chǎn)中的影響,以及多次的試生產(chǎn)過程中不斷的調(diào)試,最終確定生產(chǎn)CPVC管材的配方如表1所示。2.2cppc一代產(chǎn)品2.2.1溫度對(duì)混料料表觀密度的影響混料工藝有兩個(gè)要求:一個(gè)是投料的次序,二是混料的溫度。通常情況下,按次序投料可以獲得更好的混料效果。它可以使用量較少的組分充分得到利用。而混料溫度的設(shè)定對(duì)CVPC物料的混合質(zhì)量和預(yù)塑化起到至關(guān)重要的作用。高速攪拌時(shí)混料溫度的提高應(yīng)該完全依靠物料在缸內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生,從而使物料由固體、單相、不均態(tài)向多相、均態(tài)、部分凝膠態(tài)轉(zhuǎn)化,而且物料溫度不斷上升,CPVC顆粒和其他組分不斷相互滲透,CPVC顆粒表面逐漸吸收或吸附穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等,可通過表觀密度的增加來衡量密實(shí)度。通常PVC樹脂的表觀密度僅為0.45~0.55g/cm3,而熱混料表觀密度可增大至0.63~0.70g/cm3。低速冷拌的溫度設(shè)定要保證以最短的冷卻時(shí)間獲得理想的混合物,以提高工效,減少成本。具體工藝詳見圖1所示。2.2.2工藝溫度的影響CPVC管材的擠出工藝重點(diǎn)是工藝溫度,它將直接影響管材的塑化質(zhì)量和最終產(chǎn)品的重量。除了工藝溫度外,其他如機(jī)身真空、定徑真空、牽引速度等也影響了管材的質(zhì)量。例如,機(jī)身真空可直接影響到管材的落錘沖擊強(qiáng)度,定徑真空影響到管材的內(nèi)外徑尺寸,而牽速度不僅僅影響到管材的壁厚,對(duì)管材的縱向回縮率也有一定的影響。在這里主要討論工藝溫度對(duì)管材的影響。理論上,CPVC材料的加工溫度要比PVC高,但實(shí)際上,根據(jù)多年的加工經(jīng)驗(yàn),CPVC的加工溫度要比PVC低5~8℃,這是因?yàn)镃PVC熔融黏度比PVC大,熔融的分子之間將會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦熱,這時(shí)如果擠出機(jī)再提供給它過多的熱量,很容易造成物料的分解。在工藝溫度設(shè)定上,應(yīng)盡量保持曲線的平緩,這樣有利于CPVC樹脂的塑化質(zhì)量。一般曲線為“U”形是比較適宜的。整個(gè)工藝溫度的控制大體可以分為三部分:機(jī)筒、合流芯和模具,機(jī)筒溫度從一區(qū)開始依次遞減,合流芯溫度又要比機(jī)筒溫度略低一些,在模具的溫度設(shè)定中,值得注意的是口模的溫度和芯模的溫度,口模的溫度應(yīng)比機(jī)筒的加料段溫度低10℃左右,否則會(huì)影響管材的縱向回縮率,對(duì)縱向回縮率無要求的管材則不受此限制,芯模加熱可以在管材正常牽出后即斷開,CPVC熔體的熱量和對(duì)芯模摩擦所產(chǎn)生的熱量完全可以維持芯模的溫度。根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),典型的加工溫度如表2所示。3cpvc/pvc混料樹脂的研制根據(jù)GB2479-2005標(biāo)準(zhǔn)提供的測(cè)試方法及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試,按照以上工藝配方生產(chǎn)管材的物理性能如表3所示。通過測(cè)試結(jié)果和試生產(chǎn)過程中,可以得出以下結(jié)論:1)埋地式高壓電力電纜用氯化聚氯乙烯套管的生產(chǎn)中,如果選用國產(chǎn)CPVC樹脂,必需選用管材專