浅谈PVC-U型材混料工艺及影响

吴强 杜正富

（安徽公元科技发展有限公司， 安徽宣城，242200）

1.前言

PVC型材加工流程主要有混料、挤出、真空冷却定型等三个步骤组成。混料包括配料、热混、冷混等。混料是生产PVC型材的第一道工序，具有十分重要的作用。在挤出过程中，一般采用锥形双螺杆挤出机，其正位输送作用远大于对物料的混合作用，因此各种助剂的均匀混合和混炼主要由挤出之前的混料来完成。用于PVC混合的设备主要有以下三种：（1）转鼓式混合机；（2）螺带式混合机；（3）高速混合机。而由于高速混合机具有混料周期短，并具有排除小分子无机物和自动调节的功能，因而成为PVC-U加工厂的首选。就像德国某专家说：“好的混料设备可以补偿塑化性能差的挤出机，但塑化性能再好的挤出机也不能弥补混料设备较差带来的影响。”所以选择混料设备也是很重要的。因为混合料的质量将很大程度上影响到后期的生产是否能正常进行，产品质量是否良好。这些都对混料质量提出了严格要求。因此，如何科学混料并做好混料质量的监控，是作为塑料制品生产企业必须重视的工作。本文将阐述混料作用和原理及混料工艺对混料效果的影响。

2.配料

配料就是严格按配方组分、用量的要求，采用不同精度的计量器具（用量较大的，可用精度为10g的电子秤计量；用量较小的，必须用精度为1g的电子秤计量），准确对生产所需的各种原料进行称重、配比。配方组分、用量是经过多次严格试验得出的，用量过大会增加成本，用量过少会影响PVC型材的性能，因此如果配料工作出现差错，对PVC型材质量影响极大。

3.混料的作用及原理

PVC型材是把由PVC树脂、稳定剂、改性剂、填充剂、着色剂及其它助剂组成的多分散体系混合后应用于成型加工的。混料通常要经过热混和冷混两个阶段，混合好的混配料叫做干混料。热混，是指将混合物加热到软化温度或软化温度以上所进行的掺混过程。热混过程中的热源通常是搅拌叶片高速剪切所产生的摩擦热。分析热混过程中原料状态的具体变化过程是：在高速搅拌机的作用下，占绝对比例的PVC大颗粒被高速剪切作用所破碎，PVC颗粒比表面积增加形成较强的静电吸附作用；另一方面，配方中低熔点的润滑剂、加工助剂等也会在温度上升过程中逐渐熔化，粘附于PVC颗粒周围，起着PVC与无机小颗粒之间粘接剂的作用；再有，PVC颗粒在最初的破碎后，随着温度上升而逐渐膨胀，当温度超过其玻璃化温度（Tg）87℃时，PVC颗粒从外到内逐渐软化，并达到一定的预塑化程度，变软甚至微熔的PVC颗粒也有利于小粒径无机颗粒的粘附，所有这些因素共同作用的结果就是：随着混料过程的进行，配方中的小粒径组份碳酸钙和钛白粉颗粒将逐渐粘附并镶嵌到PVC颗粒周围，使得PVC颗粒的粒径从破碎变小又逐渐增大，配方中大颗粒CPE的状态变化类似PVC，最终使得配方中的小粒径组份逐渐消失，不同粒径的共混体最终变成粒径较大而均匀的粉体。其过程中PVC物料各组分的变化过程为：颗粒细化--重新组合--粒径增大--部分凝胶化--分散均匀的物料。

而冷混即热混料在冷混锅中，通过叶片低速搅动，其散发的热量通过冷混锅夹套中冷却水带走，直至将原料降到设定温度以下的过程。冷混与热混的工作原理有所不同。热混一般不设外加热设备，主要靠高速旋转的桨叶带动物料与物料相互碰撞以及物料与料筒的摩擦、剪切产生的热能，使常温物料变成热混料。而冷混机的料筒带夹层，夹层中流动着冷却水；并且一般冷混机的容积是热混机的2～3倍左右。进入冷混机的热混料在比较宽敞的环境和旋转桨叶不停地搅拌、翻滚下，其热量被料筒内壁夹层中的冷却水吸收，自身逐渐冷却。PVC物料热混后应立即冷混，以防止热混料长时间在高温下存放而发生降解。同时，热混料如不经过冷混，在自然状态下冷却易重新吸收水分，对挤出造成不良影响。冷混不仅可以防止PVC物料在高温下冷却的吸水返潮现象，也是PVC物料在放热过程中进一步排出其分子间水分的过程。PVC物料的冷混出料温度对保证干混料的质量有很重要的作用。经过热混冷混的干混料，需静置一段时间“熟化”后即可使用。

3.1 热混和冷混的五个作用：

第一、使原料各组份在空间上均匀分布，取得一定的均一性，显然这是各组分充分发挥作用的基础；

第二、通过热混，使PVC粒子有一个从原态到破碎微熔再到重新凝结聚集的过程，使干混料取得一定的预塑化效果，从混合状态的描述法来说，即获取一定的分散程度；

第三、使干混料经过混料过程后，消除太小粒径组份，使得干混料整体的粒径分布相对较大而且集中，提高了干混料的表观密度和流动性，这不仅利于干混料的稳定输送，同时也可提高产量。

第四、通过热混，尽可能排除原料中的水份和低挥发组分，消除这些组份对产品质量的影响。

第五、通过冷混，首先以防止热混料长时间在高温下存放而发生降解；其次防止PVC物料在高温下冷却的吸水返潮现象，也是PVC物料在放热过程中进一步排出其分子间水分的过程；第三可消除干混料的静电反应，防止发生“架桥”现象。

4.混料工艺对混料效果的影响

4.1 投料顺序及其对混料效果的影响

根据各种原料的作用和相互之间的协同效应，配方中各种原料的加入应该分段加入。合理的投料顺序是首先在低速搅拌下加入PVC；高速搅拌启动后温度升到60℃时加入稳定剂与皂类稳定剂（对复合颗粒状稳定剂适宜与PVC同时加入）；80℃度左右时，将加工助剂、内润滑剂、颜料以及抗冲改性剂 加入（如果润滑剂复合在稳定剂中则同稳定剂一同加入）；当温度升到100℃左右时加入蜡类等外润滑剂；110℃时，加入碳酸钙与钛白粉等无机物。首先加入PVC与稳定剂，可以充分发挥稳定剂对PVC的稳定作用；内润滑早加入利于原料的初步凝胶化作用；然后加入加工助剂、抗冲改性剂等以利于其与PVC的混合；外滑剂稍后加入，是为了避免外滑剂作用影响到原料之间的摩擦和分散；碳酸钙、钛白粉等无机粒子最后加入，一方面避免了无机填料对润滑剂的吸收，另一方面也减少这些较硬粒子对混料设备的磨损。这样的加料顺序将使整个混料更为科学。但是，这样的加料方式工艺复杂，对设备与控制的要求更高，另外明显延长混料周期，使混料效率下降。所以，实际生产时，很多厂家实行所有原料同时投入进行混料的工艺。根据经验，同时投料进行混合，只要有合适的混料工艺，其干混料一样能很好地满足生产需要。

4.2 热混与冷混温度对混料效果的影响

热混温度需要高于PVC的玻璃化温度。其具体设定值要根据热混的目的是否达到来定。如果热混温度偏低，首先是干混料中小粒径组份仍有很多，干混料易产生静电，不利于流动，甚至在管道输送过程中容易出现原料分层的现象，严重影响产品质量；其次是干混料的预塑化程度不够，不利于后期生产取得较好的塑化水平，产品的材料性能受影响；第三是原料中的水份等挥发份没除尽，使后期加工中析出增加，产品易出现气泡、甚至降解等现象，严重影响产品外观和材料性能。如果热混温度设置太高，首先使部分PVC树脂颗粒被打破，甚至个别颗粒已分解[1]；其次干混料预塑化程度过高，稳定剂在混料时即消耗太多，影响后期生产时的工艺控制和产品的材料与外观性能，甚至影响产品的耐候性。设定热混温度不仅要根据干混料本身的状态来定，还需要根据配方和后期挤出机的塑化能力来进行适当的调整。通常配方中小粒径组份比例较高，或者后期挤出机的塑化能力不够，则热混温度应适当高一些。反之亦然。通常情况下，u-PVC异型材配方的热混温度设定在115℃～120℃左右。冷混温度的设定，根据经验通常设定在40～45℃。冷混温度过高，干混料未充分冷却即被储放，将使中间部位原料受过多余热影响，消耗过多稳定剂，干混料甚至出现粉红等降解现象。冷混温度过低，不利于提高混料效率。

4.3 热混料的投入量对混料效果的影响

热混时每一锅的热混料的投料量通常以热混锅净空间的65～75%为宜。混料量太少，则热混时摩擦热产生不足，干混料温度上升缓慢，不仅延长热混时间，还可能消耗太多的稳定剂和润滑剂；混料量太多，则原料不容易混合均匀，水气等不易排尽，也最终影响到干混料质量。

4.4 干混料静置时间对混料效果的影响

经过热混和冷混的干混料需静置一段时间，一般要在储料罐中至少静置12小时以上。如果干混料静置时间太短或未经静置熟化的干混料直接进入挤出机进行加工，由静电引起生产过程的波动，如电流不稳、螺杆扭矩忽大忽小等，挤出时容易发生型材发喘（平行双螺杆反应尤甚）的情况，在喂料的设备上易发生“架桥”现象。试验表明，静置24小时后，混合料的表观密度明显增加。另外，如果能使用大容量的储料罐放置干混料，在储料罐中加入均化管，在通过自重取料时将对大批量的干混料再进行一次均化作用，使物料中各组分的分布更均匀，利于加工与产品质量的稳定。

4.5 冷却速率对干混料的影响

除了上述条件对混料质量的影响外，经验表明，冷却速率对干混料的表观密度影响也较大。冷却速率越快，产品的表观密度越大，更利于高速挤出冷混的冷却水温度通常控制在13℃～15℃[2]。

4.6 排料过程中振动筛对挤出生产过程中的影响

在冷拌结束排料时，使用有振动筛的装置进行过滤干混料，可以将干混料中的大颗粒杂质滤去，从而使挤出生产过程中减少型材制品中的杂质量及卡料现象。

5.结语

要生产出优质的PVC型材，保证其在挤出时获得良好的塑化，进而保障后期优秀的各项性能，就必须有混合优质良好的干混料。该做到科学混料并做好混料质量的监控工作。

[1]王朝霞，王艳.浅谈硬质PVC混料工艺对加工行为的影响[A].2005年全国塑料门窗行业年会论文集[C].北京：中国建筑金属结构协会塑料门窗委员会，2005:90-93.

[2]常波.聚氯乙烯混料工艺研究[A].2003年全国塑料门窗行业年会论文集[C].北京：中国建筑金属结构协会塑料门窗委员会，2003:162-164.