PVC对热极为敏感,当温度达到90℃时,就开始发生轻微的热分解反应,当温度升到120℃以后分解反应加剧,在150℃加热10min,PVC树脂就由原来的白色逐步变为黄色、红色、棕色、黑色。而PVC要达到黏流态的加工温度则要高于此温度。所以,为了使PVC具有实用价值,在其加工过程中需要加入增塑剂、稳定剂、润滑剂等众多品种的添加剂和填料,ACR就是其中一种重要的加工助剂。它属于丙烯酸酯类加工助剂,是甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的共聚物。笔者采用转矩流变仪对流变实验和挤出实验进行了分析,探讨了ACR加工助剂在PVC加工过程中的影响。

1 实验原料及仪器

(1)实验原料见表1。

  (2)实验仪器

高速混合机,智能转矩流变仪,实验用单螺杆塑料挤出机(扁平模具,粉料螺杆)

2 实验配方及混料

2.1 实验配方

为能明显地考查ACR在PVC加工过程中的影响,对ACR使用不同的用量来进行比较,从而得到如表2所示实验配方。

2.2 物料混合的条件及操作过程

混合的设备主要是高速混合机。把混合室清扫干净,高速混合机的夹套温度设定在100℃,然后开始升温,夹套温度升到100℃以后,保温一段时间,使混合室的温度升到75℃左右,加入配好的物料,盖上盖子并拧紧把手,开始混料。整个混料的时间在20min左右,待混合室的温度到115℃时出料。由于本实验室没有冷却搅拌机,到一定温度出料以后,把温度很高的料摊开在盘中冷却,并不断翻动,以便使温度下降得更快、冷却更均匀,料冷却至室温后,将料存放备用.

3 流变实验

3.1 转矩流变仪的作用原理与功能

转矩流变仪是一种多功能双转子测量仪。它所使用的各种混合器测量头是大型生产用混合器的微缩复制品。它可模拟密炼、挤塑等工艺过程。这类流变仪的设计是为造成高湍流、高剪切的效果,以使聚合物多组分熔体得以充分、良好的混合。由于混合腔及转子的形状复杂,温度控制情况各不相同,因而只能用于对几种样品的试验结果作直接、平行的比较。转矩流变仪可测量转矩与温度、时间的关系。由于转矩的大小直接反映了物料的黏度和消耗功率的多少以及随时间的变化,因而可用它进行配方设计和指导工艺条件的选择。实践证明,它具有很高的使用价值和经济价值,可减少大规模生产设备的试验性运转次数,并可节省加工性能试验需消耗的大量物料。

3.2 实验条件

本实验有3个加热区,每区的温度相同,都是175℃,转子的转速为50r/min,每次往混合腔中的加料量为62g。

3.3 实验结果及分析

实验叠加图如图1所示,各配方流变实验数据对比见表3。

从图1叠加曲线上可以看出,随着ACR用量的增加,PVC体系的塑化时间缩短,可见ACR具有促进PVC熔融的作用。一方面,ACR黏附在PVC粉料微粒上,有利于热及剪切力的传导,从而缩短了塑化时间,降低了塑化温度,促进PVC粒子塑化;另一方面,由于丙烯酸酯加工助剂硬度较大,具有较强的粒子破碎能力,使PVC粒子在短时间内破碎成初级粒子,达到迅速熔融和塑化的目的。从实验结果的对比来看,当ACR的用量增加到0.5份时,塑化时间缩短25s,而最大扭矩只升高0.1N·m;当ACR的用量增加到1.5份时,塑化时间缩短1min,最大扭矩升高1.6N·m。可见,ACR在促进PVC熔融、缩短塑化时间方面具有非常明显作用的同时,对PVC的机械加工性能方面无明显的不良影响。

4 挤出实验

本实验所用挤出机是哈尔滨哈普电器技术有限责任公司提供的实验用单螺杆挤出机,用它可以模拟厂家加工产品的过程。在实验室,其主要作用是测量、记录在挤出过程中的扭矩大小,通过扭矩变化来对比挤出物料的加工难易程度以及机械强度,并通过观察挤出片的表面及断面情况来断定挤出片的质量好坏,由此对配方进行调整。

4.1 挤出机的工作原理

PVC树脂在挤出机中的塑化历程有3段:固体输送段、熔融段和熔体输送段。

(1)固体输送段。当挤出机各区温度都升到设定值并保温一段时间后,启动电机,则螺杆按设定好的转速进行转动。加入要挤出的物料,则物料在自身重力的作用下,由加料口进入螺槽。随着螺杆的旋转,物料在机筒螺杆摩擦力的作用下被向前输送。

(2)熔融段。物料一方面从机筒螺杆吸收热量,另一方面由于与机筒螺杆之间的摩擦和物料颗粒之间的摩擦而产生大量的热量,使料温不断升高,与机筒内表面相接触的物料首先熔融。随着螺杆的旋转使更多的物料熔融,最终物料由干粉状态都变成了熔融态,被螺杆螺纹推动进入下一阶段。

(3)熔体输送段,即挤出段。熔融大分子在剪切力的作用下与各种助剂进一步反应并被均化,PVC物料黏流体由熔体输送段连续不断地送往模具,被定量挤出,形成熔体压力,保证了挤出物最终成型产品的密实度,从而得到合格的产品。

4.2 挤出条件

一区、二区、三区、四区温度分别为165、180、185、205℃,螺杆的转速为30r/min。

4.3 挤出过程把物料从加料斗加入挤出机内,加料阀门全开。物料加入后通过电脑上的显示曲线注意扭矩的变化,观察挤出曲线是否正常。如果扭矩在上升的过程中突然下降,一般存在两种情况:①加料斗内物料已用完,这时如果曲线还不完善,须及时补料;②物料在加料斗中架桥,这也是考查物料干流性的一个方面,出现此情况一般为干流性不好,需要敲打漏斗而使物料进入挤出机。

在本挤出实验过程中,当螺杆转速为50r/min时,挤出机扭矩很高,扭矩一直都有上升趋势,不能达到平稳状态。当螺杆转速降到30r/min时,能够形成平稳的扭矩曲线,整个实验过程中物料下料一直很顺畅。

实验结束后,须加停车料保护螺杆及机筒(停车料为自配,稳定性很好,能确保在开始加热的过程中不在机头内出现糊料),然后才能关闭挤出机。

4.4 挤出结果及分析

挤出结果曲线图如图2所示,挤出实验扭矩对比列于表3

使用ACR配方的PVC制品挤出实验扭矩比无ACR配方的略高。配方1#与配方2#的挤出扭矩相差0.5N·m,配方2#与配方3#的挤出扭矩相差0.9N·m。由此可以得出,挤出实验与流变实验的结论相似,ACR对PVC的机械加工性能方面无明显的不良影响。

5 结 语

ACR加工助剂促进了PVC加工体系的熔融,改善了熔体的流变性能,而且与PVC不相容部分可向熔融树脂体系外迁移,从而改善了其脱模性,并且没有增加加工设备的功率消耗,可见其在PVC加工体系中充当着重要的角色.

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