塑料配方设计的基本程序

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：配方中的内、外润滑剂的组合称为润滑体系。润滑体系中内、外润滑剂的平衡在配方设计中最难掌握，内润滑剂加入过量会使制品塑化质量较差，而外润滑剂过量除在定径套及口模处析出外，严重时还会影响产品的品质和产量。此外，还应调整或挑选技术素质相对较好的操作人员进行配方试验，配方设计人员必须到生产现场亲自指导并了解试验的全过程，发现问题及时调整配方及工艺，以达到最佳效果。

现仅以硬质聚氯乙烯（UPVC）管材为例，详细加以说明。

1.各组分的调整与组合

UPVC配方中PVC树脂是主要原料，其成型加工温度通常不低于170℃，所以纯PVC树脂是无法直接加工成制品的。因而稳定剂是配方中必不可少的组分，加入相关的一种或几种稳定剂，就可组成稳定的配方体系。

由于在挤出过程中物料在双螺杆或螺杆与机筒的间隙中因剪切力、挤压力、摩擦力的作用，使其分子之间的摩擦增加，过度的内部摩擦会使物料在加工过程中熔体黏度变差，制品变黄，脆性增加。因此，必须在配方中加入内润滑剂，以减少分子间的摩擦作用，避免因摩擦产生的物料分解，改善熔体黏度。另外，在加工过程中，物料所接触的机筒内壁，以及成型机头中各个部件都会产生一定的摩擦作用并可能使其黏附。为了减少这类摩擦作用，配方中应加入外润滑剂。为了使PVC材料在整个加工过程中产生的摩擦热较合理，必须同时使用内、外两种不同的润滑剂。配方中的内、外润滑剂的组合称为润滑体系。润滑体系中内、外润滑剂的平衡在配方设计中最难掌握，内润滑剂加入过量会使制品塑化质量较差，而外润滑剂过量除在定径套及口模处析出外，严重时还会影响产品的品质和产量。因此，内、外润滑剂的比例很重要，要求合理、平衡，使用量过多或过少均会直接影响PVC材料的加工及其产品的性能，而合适的内、外润滑剂配比可改善制品的外观和内在品质。

UPVC塑料管在加工成型时因挤出设备性能较差或挤出机螺杆和机筒磨损较大、模具压力不够、配方中填充料过多或改性剂过多等因素，都会产生物料的熔融塑化时间延长、塑化质量下降现象，使产品的品质变差。为了能有效地促进物料在挤出时的凝胶塑化，有必要在配方中加入高聚物加工助剂，它不但能降低加工温度，也能放宽工艺温度的可调范围，从而提高产品质量的稳定性。这种在配方中能促进或改善塑化条件的添加剂组分，称为加工助剂。

为了进一步拓宽使用领域，改善加工和应用条件，对PVC材料进行改性非常重要。改性的目的和要求是在保持PVC原有优良性能的基础上，克服一些性能上的缺陷，以达到某些稳定场合和条件下的使用要求。目前，对PVC材料的改性主要有如下几个目的。

1）使PVC材料具有一定韧性。

2）克服低温脆性。

3）提高使用温度，使之具有一定的耐热性。

4）降低表面电阻率或体积电阻率，使之具有抗静电性。

5）使材料发泡或微发泡，减轻制品的质量，降低材料的消耗从而降低成本。

6）使材料透明，制成透明制品，扩大其应用范围。

7）提高阻燃性能，使之适应消防等特殊场合使用。

8）赋予材料磁性、导热性、耐磨性等特殊性能，使之适合具有特殊性能要求的领域使用。

为了达到上述目的，在配方中需加入符合这些要求的添加剂，这种改变材料性能的添加剂称为改性剂。

选择合适的着色剂，使PVC管材具有各种色彩，以适合不同领域的使用要求，这在配方中也是必不可少的。

PVC树脂的疏松性，决定了它是所有已知塑料中最适合添加填充剂的材料。合理地添加填充剂，不但可以有效地降低生产成本，还可以提高产品在加工时的尺寸稳定性，但填充剂必须经过选择，添加量也必须合理，否则将影响产品质量。

通常在配方设计中，将这些相关材料的配比组合用下面的通式来表示：

PVC树脂+稳定体系+润滑体系+加工助剂+改性剂+填充剂+着色剂

2.配方中各组分配比的形式

配方中各组分的配合比例是以份数形式来表示的，通常PVC树脂质量为100份，则其他组分用相应的份数来配比。

生产企业在具体实施时，可根据混料机容量的大小来确定每一份的质量。例如，使用200L混合机拌料时，最佳的每份质量为0.5kg，则配方应按下列方法折算成质量，以便对原材料进行称量。

原材料质量

PVC树脂 100份×0.5kg=50kg

稳定剂 ××份×0.5kg=××kg

润滑剂 ××份×0.5kg=××kg

加工助剂 ××份×0.5kg=××kg

改性剂 ××份×0.5kg=××kg

填充剂 ××份×0.5kg=××kg

着色剂 ××g

配方设计是一项复杂的技术工作，它涉及原辅料的性能、各生产厂产品的规格型号及质量、挤出设备、模具及各辅机的性能、PVC加工工艺及工艺控制等环节。因此，配方设计人员应该是具备对原辅料、设备、模具、加工工艺等有较为全面和系统知识的技术骨干。对PVC生产各个环节的了解既要有理论知识，也要有实际经验，这样才能根据不同的原辅料及生产条件设计出合适的配方。

3.成熟配方的确定过程

（1）根据产品性能的要求确定试验配方单在确定配方单时，必须分析所用材料各方面的性能，特别要注意其用量的限定范围，分析其加工过程中的不利因素，从而确定合理的用量。另外，还必须指定和了解使用该配方所涉及的一切加工设备及模具的状况，同时制订加工工艺单。此外，还应调整或挑选技术素质相对较好的操作人员进行配方试验，配方设计人员必须到生产现场亲自指导并了解试验的全过程，发现问题及时调整配方及工艺，以达到最佳效果。

（2）通过小试后的总结转入批量生产一旦小试成功，必须总结试验过程，根据测试室对产品性能的检测，对配方中各种材料组分的配比作进一步的调整（微调），同时写出总结报告。小试与批量投产有着量的变化，外部干扰因素也会扩大，同时设备、模具、控制仪表的性能等均有差别，操作人员的技术水平也会参差不一，因此在转为批量生产时，要充分考虑可能出现的情况，做好各种准备工作，确保批量生产的成功。

（3）配方的验证配方的验证除了对产品各项性能的多次检测外，还应征集产品投放市场后客户对产品品质的反馈意见，更重要的是令使用该配方生产的产品质量稳定，生产也较规范。

（4）配方的成熟配方定型后，在生产中不能随意改动，经过两三年的生产及应用考核，相对较合理的配方称为成熟配方。

一个成熟的配方通常只适用于某一企业，这是因为各企业的生产和技术条件并不完全一样，同一配方在不同的生产企业会产生不同的结果。

4.用于生产的配方单的基本格式

不管生产何种PVC管材，其大致的生产工艺流程都可用下面的形式来表示：

配方→高速混合→低速冷拌→过筛→双螺杆挤出机挤出→冷却定型→定长切断→扩口（或不扩口）→检验→包装入库。

生产配方单的基本格式如下：

对于混料，有一定的工艺要求，且必须加以重视。如配方中有液体添加剂，则必须先加入液体添加剂，不可将原辅料一次性投入到拌缸中。由于PVC树脂的体积（表面积）随着温度的上升而增大，液体添加剂容易渗透到物料中。如果将主辅料一次性投入，液体添加剂除渗透到PVC树脂中，还会渗透到填充剂、改性剂等添加剂中，其结果是降低了液体添加剂的使用效果，特别是硫酸丁基锡这类高效稳定剂，其添加量极少，很可能因部分渗透到其他添加剂中而降低了它的稳定效果。

当PVC树脂的温度达到80～90℃时，体积（表面积）明显增大，这时加入固体粉状或颗粒状的稳定剂效果最好。外润滑剂必须最后加入，如过早加入外润滑剂，由于外润滑剂包覆在PVC树脂的表层，并形成一层膜，从而阻碍了其他添加剂与PVC树脂的作用。

因此，在混料过程中，如果有液体添加剂成分，如有机锡类稳定剂、各类液体增塑剂等，在高混加料时务必注意加料顺序。通常情况下，加料顺序及混合方法为：PVC树脂+液体添加剂，混合1～2min；当混合温度达到80～90℃，加入固体稳定剂、内润滑剂；混合温度达到90～100℃，再加入外润滑剂，如石蜡类等；混合温度达到105～125℃后，转为低拌并冷却至40～45℃。对于上述要求，一般生产企业都不够重视，以致当产品发生质量问题时找不到原因。

塑料配方设计的基本程序

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