聚氯乙烯塑料捏和工藝分析

　　偉大領(lǐng)袖毛主席教導(dǎo)我們:“離開(kāi)具體的分析，就不能認(rèn)識(shí)任何矛盾的特性。”因此，對(duì)于聚氯乙烯塑料的捏和工藝必須進(jìn)行具體的分析。聚氯乙烯塑料分為軟質(zhì)和硬質(zhì)兩類(lèi)，無(wú)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(gè)均態(tài)多相的混和物。而兩類(lèi)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(dāng)聚氯乙烯樹(shù)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(dāng)聚氯乙烯樹(shù)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(duì)于硬質(zhì)塑料捏和的溫度控制有個(gè)認(rèn)識(shí)過(guò)程，以前采用500升Z形攪拌捏和機(jī)時(shí)，是完全不加熱的冷捏和方式，后來(lái)發(fā)覺(jué)捏和料粉塵飛揚(yáng)嚴(yán)重，對(duì)操作人員身體健康不利，嚴(yán)重的會(huì)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(shí)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(yáng)，同時(shí)有利于塑化。在500升Z形攪拌捏和機(jī)中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)蒸汽壓力控制在3~4公斤/厘米²，捏和一定時(shí)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(yáng)，而只好塑化。這是什么道理呢?原來(lái)是在硬質(zhì)塑料中，一般添加有硬脂酸鹽類(lèi)(如鉛鹽、鈣鹽等)，硬脂酸鉛的熔點(diǎn)為104~110°C，硬脂酸鈣的熔點(diǎn)在118°C左右，當(dāng)捏和料溫度上升到110°C左右時(shí)，它們就熔化或部分熔化而粘附在樹(shù)脂表面，使樹(shù)脂顆粒粘在一起，從而減少了樹(shù)脂顆粒間的空隙，增大了樹(shù)脂的堆積密度，減少了捏和料的粉塵飛揚(yáng)，因?yàn)槭菬釕B(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(guò)高，否則，因?yàn)槟蠛土蠝囟冗^(guò)高，在存放過(guò)程中，特別在夏季室溫較高時(shí)，易發(fā)生分解變質(zhì)的現(xiàn)象。

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

　　半硬質(zhì)塑料捏和的加料順序?yàn)椋壕勐纫蚁?shù)脂→穩(wěn)定劑→增塑劑→著色劑(色漿，母料)→填充劑→潤(rùn)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(shù)脂吸收，而使穩(wěn)定劑、著色劑結(jié)塊，不利于分散均勻。同時(shí)，由于樹(shù)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(yáng)。如采用微加熱捏和，則一部分增塑劑被樹(shù)脂吸收，而另一部分增塑劑則吸附在樹(shù)脂表面潤(rùn)濕樹(shù)脂，一方面減小了粉塵飛揚(yáng)，同時(shí)也有利于塑化。一般500立升Z形攪拌捏和機(jī)蒸汽壓力控制在0.5公斤/厘米²，捏和時(shí)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(gè)均態(tài)多相的混合體系，必須對(duì)增塑劑和樹(shù)脂的相互作用進(jìn)行深人的研究。

　　為了保證軟質(zhì)聚氯乙烯塑料在捏合過(guò)程中分散均勻，必須探索捏和過(guò)程中增塑劑對(duì)聚氯乙烯樹(shù)脂的溶脹行為，從此獲得判斷捏和終點(diǎn)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(shù)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(dāng)樹(shù)脂體積膨脹到分子間相對(duì)活動(dòng)的阻力足夠小時(shí)，才會(huì)開(kāi)始出現(xiàn)樹(shù)脂大分子和增塑劑小分子間的相互擴(kuò)散，從而逐步溶解。在捏和過(guò)程中，要求溶脹完善，分散均勻。

　　當(dāng)我們?cè)陲@微鏡下追跡浸漬增塑劑的聚氯乙烯樹(shù)脂在升溫時(shí)的溶脹過(guò)程時(shí)，聚氯乙烯樹(shù)脂溫度在65°C以下幾乎沒(méi)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(dāng)溫度達(dá)到85°C附近時(shí)，膨脹的速度反有降慢的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象持續(xù)到100°C時(shí)才又開(kāi)始迅速膨脹，直至聚氯乙烯樹(shù)脂與增塑劑界面消失。

　　這種溶脹的轉(zhuǎn)折情況，可從溫度對(duì)聚氯乙烯樹(shù)脂的固有狀態(tài)的影響及增塑劑分子的擴(kuò)散作用來(lái)理解。因?yàn)樵?5°C以下，樹(shù)脂處于玻璃態(tài)下，增塑劑分子的擴(kuò)散也是極慢的，當(dāng)溫度升高時(shí)，加快了增塑劑的擴(kuò)散速度，使少量的分子滲入到樹(shù)脂顆粒中，而逐步使樹(shù)脂顆粒成為有彈性的狀態(tài)。同時(shí)也為增塑劑的擴(kuò)散提供了有利條件，使樹(shù)脂體積迅速膨脹，這稱為第一溶脹溫度。但隨著增塑劑在樹(shù)脂外層滲入深度漸深時(shí)，增塑劑的擴(kuò)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(shù)脂內(nèi)部逐步平衡的過(guò)程，抑制了樹(shù)脂周?chē)脑鏊軇B入速度，所以體積膨脹的速率反而下降。這也可以說(shuō)明聚氯乙烯樹(shù)脂在增塑劑中溶脹是一個(gè)擴(kuò)散控制的過(guò)程，這稱為溶脹中止溫度。當(dāng)溫度繼續(xù)上升至樹(shù)脂內(nèi)部增塑劑濃度漸趨平衡的時(shí)候，使增塑劑在樹(shù)脂分子中活動(dòng)又有可能，加快了擴(kuò)散滲入速度，樹(shù)脂的體積又重新迅速膨脹，這重復(fù)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(shù)脂擴(kuò)散，同時(shí)樹(shù)脂也漸漸向增塑劑內(nèi)擴(kuò)散，這種雙向的擴(kuò)散結(jié)果，最后使樹(shù)脂的顆粒界面消失，此時(shí)的溫度稱為溶化溫度。

　　通過(guò)試驗(yàn)，使我們認(rèn)識(shí)到在生產(chǎn)中可以采用測(cè)量捏和料體積變化的方法來(lái)作為判斷樹(shù)脂溶脹程度的依據(jù)，并可繼續(xù)探索軟質(zhì)塑料捏和過(guò)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(shù)脂對(duì)溶脹的影響：在樹(shù)脂制造過(guò)程中，由于用的分散劑不同，制得的樹(shù)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(méi)有明顯的第一溶脹溫度，因?yàn)樗婚_(kāi)始就溶脹，而且達(dá)到視比容(單位重量捏和料所占體積毫升/克)極大值時(shí)的溫度也比乒乓球狀為低，時(shí)間也快。而乒乓球樹(shù)脂有明顯的起始溶脹溫度(65°C)，在生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)闆](méi)有過(guò)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(dá)到視比容最大值時(shí)也是85°C左右，這與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還是相符的。在生產(chǎn)過(guò)程中一也可觀察到，當(dāng)樹(shù)脂體積膨脹到視比容最大時(shí)，說(shuō)明樹(shù)脂周?chē)脑鏊軇┘喝繛闃?shù)脂所吸收，只是增塑劑在外層。當(dāng)增塑劑濃度在樹(shù)脂內(nèi)部進(jìn)一步平衡的時(shí)候，出現(xiàn)樹(shù)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(shí)則不利于分散均勻。因此在捏和過(guò)程中，小劑量助劑的加料順序需要十分注意。

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

　　由于增塑劑對(duì)聚氯乙烯樹(shù)脂的溶脹起始溫度和達(dá)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(yù)熱對(duì)聚氯乙烯樹(shù)脂溶脹的影響：增塑劑預(yù)熱與不預(yù)熱對(duì)樹(shù)脂溶脹的影響也不同。

　　增塑劑預(yù)熱后，加快了它的擴(kuò)散速率，強(qiáng)化了傳熱過(guò)程，在同樣捏和條件下，可使樹(shù)脂達(dá)到溶脹最高蜂的時(shí)間縮短，這對(duì)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(yù)熱外，樹(shù)脂也可以適當(dāng)預(yù)熱，這對(duì)于提高捏和效率也是有利的。

　　在軟質(zhì)塑料捏和過(guò)程中，為使樹(shù)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(dāng)捏和料需要加入一定量的填充劑(如碳酸鈣)時(shí)，首先將樹(shù)脂和增塑劑混和，使樹(shù)脂溶脹完善，然后再借助于機(jī)械攪拌，使溶脹完善的樹(shù)脂再與填充劑充分混和。如若將樹(shù)脂和填充劑先混和，隨后加入增塑劑時(shí)，則因?yàn)樘畛鋭┑念w粒構(gòu)型一般比樹(shù)脂更為疏松，當(dāng)二者同時(shí)存在時(shí)，則增塑劑首先滲入填充劑顆粒中，而不能起到樹(shù)脂溶脹完善的作用。當(dāng)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(shí)，也應(yīng)使樹(shù)脂溶脹完善后再加入，這樣有助于分散均勻。若在樹(shù)脂溶脹前就加入，則樹(shù)脂先吸收漿料的增塑劑，而使配合劑造成結(jié)團(tuán)，以致分散不均勻。

　　對(duì)于多組份的軟聚氯乙烯塑料，捏和過(guò)程中用定量的方法來(lái)測(cè)定各組份的分散均勻性是十分繁復(fù)而困難的。但是，我們可以采用測(cè)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(jìn)行烘箱鼓風(fēng)熱態(tài)化試驗(yàn)，對(duì)比捏和料的穩(wěn)定性，以資摸索不同捏和工藝對(duì)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(diǎn)或著色劑斑點(diǎn)的大小和多少，以資區(qū)別組份分散狀況。也可以對(duì)壓片后的試樣用手感覺(jué)其軟硬分布的均勻性，以資判斷增塑劑的分散和吸收情況。