PVC-U管材纵向回缩率的影响因素及解决措施

何正炎

(天津永高塑业发展有限公司，天津 300480)

我国PVC制品主要为建筑给排水管材及门窗型材等。到“十二五”末，建筑给排水塑料管材已占全部管材的85%，其中约60%的塑料管材为PVC-U管材。纵向回缩率是表征PVC-U管材耐蠕变及产品寿命的重要指标。PVC-U排水管材的纵向回缩率是指在150 ℃恒温状态下保持一定时间，在(23±2) ℃自然冷却后测定管材长度收缩的百分比。在生产过程中，PVC树脂处于黏弹态，分子链由于受力取向或解缠后经定径套瞬时冷却而被冻结，当外部环境温度为150 ℃时，分子链吸收热能，以前被冻结的势能释放，冷却定型时产生的形变得以恢复[1]，这就是PVC-U管材纵向回缩率的由来。

马一青认为PVC-U排水管材纵向回缩率表征的是管材的热胀冷缩[2]，这个观点值得商榷。因为冷却冻结的形变才是纵向回缩率产生的直接原因，这个形变只有PVC-U管材在玻璃化转变温度(85 ℃)到黏流态温度(175 ℃)之间时才会释放出来，且不可逆。而热胀冷缩是由于物体内粒子的振动幅度会随温度而改变造成的，当温度上升时，粒子的振动幅度加大，令物体膨胀；当温度下降时，粒子的振动幅度便会减少，使物体收缩。因此，纵向回缩率不能用来表征PVC-U管材的热胀冷缩。

在PVC-U排水管材的生产过程中，纵向回缩率超标的现象时有发生，需要生产和技术部门及时处理，以消除不合格隐患。笔者从原材料、模具、工艺等方面对纵向回缩率的影响因素进行探讨[2]，并对其产生机制进行分析，提出了相应的解决措施。

1 试验部分

1.1 试验原料

PVC-SG5型树脂，企业1、企业2；轻质碳酸钙，河北乾昊钙业有限公司；CPE,WK6000，浙江科利化工股份有限公司；稳定剂，500BH，浙江传化华洋化工有限公司；其他辅料，市售。

1.2 试验设备和仪器

PVC双螺杆挤出机，SJSZ80、SJSZ65，河北通达塑料机械有限公司；电子万能试验机，XWW20A，河北金建检测仪器有限公司；老化箱，RX-LH150，吴江市荣欣烘箱制造厂。

1.3 测试方法

PVC-U排水管材纵向回缩率按GB/T 6671—2001《热塑性塑料管材纵向回缩率的测定》中的方法B(即烘箱试验法)来测试。

2 结果与讨论

2.1 配方

采用Φ110×3.2的管材模具，考察碳酸钙与CPE用量对PVC-U管材纵向回缩率的影响，结果见表1。

表1 配方对PVC-U管材纵向回缩率的影响

由表1可知：增加碳酸钙用量可降低PVC-U管材的纵向回缩率，添加CPE则增加管材的纵向回缩率。这是因为碳酸钙是无机刚性粒子，其均匀分布在PVC分子链的空隙中，阻碍了PVC分子链构象的转变，增加了解缠或取向分子链的回缩、回缠的位能，所以增加碳酸钙用量管材纵向回缩率会变小；而CPE是大分子橡胶体，它的存在增加了PVC分子链的空隙距离，在同等外力作用下，分子弹性形变更大，在定径套中被固化的形变也越大，进而管材的纵向回缩率也变大。在实际生产过程中，一个定型的产品配方不会轻易更改碳酸钙和CPE的用量，特别是增加碳酸钙用量同时会改变产品密度、拉伸屈服强度等指标。综合考虑，最好从其他方面来降低PVC-U管材的纵向回缩率。

2.2 PVC树脂平均聚合度

采用Φ110×3.2的管材模具，考察PVC树脂平均聚合度对PVC-U管材性能的影响，结果见表2。

表2 PVC树脂平均聚合度对PVC-U管材性能的影响

从表2可明显看出：PVC树脂的平均聚合度变小，PVC-U管材的纵向回缩率也变小，但同时拉伸屈服强度也变小，维卡软化温度也略有降低。在同样的温度、剪切条件下，平均聚合度低的PVC树脂更容易塑化，即高弹态转化为黏流态更容易。因此，在冷却定型时，PVC熔体中残留的高弹态较少，被冻结的形变也少，管材的纵向回缩率也较小。但在实际生产中，不同厂家、不同批次的PVC树脂平均聚合度波动较大，造成PVC-U管材纵向回缩率波动较大，因此想通过控制PVC树脂的平均聚合度来调节管材的纵向回缩率非常困难。

2.3 芯棒外径

采用不同外径的芯棒生产了不同壁厚(Φ50×2.0、Φ50×1.8)的PVC-U管材，考察芯棒外径对其纵向回缩率的影响，结果见表3。

表3 芯棒外径对PVC-U管材纵向回缩率的影响

由表3可知：芯棒外径对PVC-U管材纵向回缩率的影响较大。采用外径较小的芯棒时，出口模的管坯壁厚较厚，其在机筒与模具中受到的剪切形变来不及恢复即受到牵引机的拉伸，加之口模与定径模距离较短(便于真空成型)，分子链冷却回缩时间短，产生的应变较多，最终造成管材纵向回缩率变大；采用外径较大的芯棒时，由于管坯壁厚较小，为了让管坯充分恢复、累积，此时的牵引力较小，产生的应变相应较少，纵向回缩率也就变小。在实际生产过程中，因为磨损以及模具经常除锈抛光，口模间隙逐年变大，所以芯棒使用几年后最好更新。在实际生产中，更换芯棒是减小PVC-U管材纵向回缩率效果最明显的方式之一。

2.4 工艺温度

采用Φ110×3.2的管材模具，考察工艺温度对PVC-U管材纵向回缩率的影响，结果见表4。

表4 工艺温度对PVC-U管材纵向回缩率的影响

由表4可知：工艺温度的改变对PVC-U管材的纵向回缩率有一定影响，特别是增加1区、2区机筒温度，一方面可加快PVC初级粒子融化，减少处于高弹态的物料；另一方面可减少螺杆对熔体的剪切，减少形变。但由于PVC树脂是热敏性树脂，为防止其分解，机筒1区、2区的温度增加幅度有限。在纵向回缩率略微超标时，通过调整工艺温度可使其快速达标。

3 结语

解决PVC-U管材纵向回缩率超标的问题，更换芯棒是最直接、有效的措施；增加机筒温度可在小范围内快速改善纵向回缩率；PVC树脂最好选则平均聚合度偏低的SG5型产品；另外，不建议通过调整配方来降低PVC-U管材的纵向回缩率。