填料對(duì)pvc管材有影響嗎

填料對(duì)pvc管材有影響嗎 填料雖然只占PVC管材配方的很小一部分，但對(duì)提高PVC管材的性能和質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用，而且會(huì)對(duì)PVC管材生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生很大的影響。因此，填料增加后應(yīng)及時(shí)調(diào)整潤(rùn)滑體系予以平衡，否則會(huì)對(duì)PVC管材的生產(chǎn)造成極大的破壞作用。

填料又稱填充劑，是一類添加到塑料中能增加體積、降低制品成本的物質(zhì)。填料不但降低了塑料制品的生產(chǎn)成本，提高了樹(shù)脂的利用率，同時(shí)也擴(kuò)大了樹(shù)脂的應(yīng)用范圍，而且一些填料的應(yīng)用還可賦予或提高管制品某些特定的性能，如尺寸穩(wěn)定性、阻燃性、電氣絕緣性、防粘性、不透明性和剛性。有些填料還能提高管材的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。

本文以采用了碳酸鈣填料的、用于110規(guī)格管材的0#～4#配方（各配方的配比情況如表中所示）為例，通過(guò)6項(xiàng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)來(lái)討論在管材生產(chǎn)過(guò)程中填料是如何影響PVC管材生產(chǎn)的，并就其中出現(xiàn)的各種問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案。

1、 混料工藝

在PVC管材配方中增加填料后，首先會(huì)對(duì)混料電流造成較大影響。如圖1所示，在混料初期，0#～4#配方樣品中的混料電流值差較小。在55℃～65℃之間，各配方的電流值差為5A，當(dāng)混料溫度上升至65℃～75℃時(shí)，混料電流值差只有2 ～3A。這是由于在此溫度范圍內(nèi)，配方中的外潤(rùn)滑劑開(kāi)始溶解，發(fā)揮潤(rùn)滑作用，從而使電流保持在一定范圍內(nèi)。隨著混料溫度不斷升高，混料電流呈現(xiàn)較大的差異，且填料含量越高，混料電流相對(duì)越低。這表明填料比例增加后，由于潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑作用，使其具有較低的切導(dǎo)熱系數(shù)，從而極大地降低了物料與混料機(jī)槳葉之間的摩擦熱，并同時(shí)降低了馬達(dá)的負(fù)載，導(dǎo)致混料電流呈下降趨勢(shì)。

填料對(duì)混料電流的影響

隨著填料含量的增加，混料時(shí)間呈上升趨勢(shì)。增加1倍的填料，混料時(shí)間可延長(zhǎng)22%左右。這也與混料電流下降相對(duì)應(yīng)，當(dāng)電流值為67 ～76 A時(shí)，混料電流處于一個(gè)較低的曲線，而增加改質(zhì)劑后，降低了物料混合過(guò)程中的摩擦熱，同時(shí)由于高混鍋排料溫度的升高，延長(zhǎng)了混料時(shí)間，從而為配方中各組分提供了充分的混合時(shí)間，顯著提高了PVC樹(shù)脂的包覆效果和干混料的混合均勻性。

填料對(duì)混料時(shí)間的影響

填料的增加對(duì)干混料表觀密度的影響示意圖。從圖中可以看出，填料的增加對(duì)表觀密度的影響很小，只有1%左右。這是由于填料的流動(dòng)性比較好，尤其是在高溫時(shí)流動(dòng)性能更好，所以在混料過(guò)程中由于CaCO3的加入降低了PVC顆粒之間、PVC顆粒與機(jī)械表面之間的摩擦，從而使得物料的總摩擦力減少，而且CaCO3的加入量越多，現(xiàn)象越明顯。

填料對(duì)干混料表觀密度的影響

總之，填料的增加會(huì)大大降低混料工序的效率，但不會(huì)對(duì)干混料的質(zhì)量造成較大影響。

2、 管材的加工性能

有研究表明，填料的含量對(duì)管材的加工性能影響顯著。當(dāng)填料含量較低時(shí)，由于填料分散于PVC粒子之間，妨礙了PVC粒子的熔融，從而減緩了物料的塑化速度，延長(zhǎng)了塑化時(shí)間，但可有效提高PVC管材的剛性。填料加量過(guò)多則會(huì)提高物料的粘性，平衡轉(zhuǎn)矩也會(huì)隨之升高。

研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，在不改變擠出成型模具的情況下增加填料，管材的外徑出現(xiàn)了偏大的問(wèn)題，并同時(shí)伴隨著壁厚尺寸出現(xiàn)誤差等問(wèn)題。這是因?yàn)樘盍项w粒的加入限制了PVC分子鏈的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)功能，因而對(duì)那些與PVC分子鏈有關(guān)的材料性能均有影響。提高材料的模量會(huì)降低離模膨脹率和熱收縮率，這樣處于高溫下的管坯在進(jìn)入真空定徑裝置冷卻定型的過(guò)程中，收縮比例減小，從而導(dǎo)致管坯的壁厚有所減小，出現(xiàn)壁厚達(dá)不到原有標(biāo)準(zhǔn)，甚至低于標(biāo)準(zhǔn)下限的現(xiàn)象。

填料對(duì)扭矩和熔體壓力的影響

3、 管材擠出設(shè)備

填料含量的增加對(duì)擠出工藝的要求大為不同。隨著填料含量的增加，在擠出過(guò)程中物料的扭矩值增大，導(dǎo)致在原有的擠出工藝條件下管材生產(chǎn)出現(xiàn)過(guò)塑化問(wèn)題，且管材的擠出量隨之下降，造成產(chǎn)量的降低。如圖4所示，在相同的擠出工藝條件下，隨著填料含量的增加，扭矩值和熔體壓力呈逐步上升趨勢(shì)。隨著填料含量的增加，螺桿中物料的密度也隨之增大，使得物料在擠壓、剪切過(guò)程中的摩擦力增加，摩擦熱因此急劇增加，從而導(dǎo)致螺桿、機(jī)筒4區(qū)（均化擠出段）的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)定溫度（如圖5所示），而此時(shí)設(shè)備自身的冷卻系統(tǒng)已達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)，無(wú)法使該區(qū)溫度繼續(xù)下降，通常會(huì)高出設(shè)定溫度15℃～25℃。這時(shí)若要緩解物料的過(guò)塑化問(wèn)題，必須將實(shí)際溫度降低至130℃以下，而在如此低的溫度下生產(chǎn)管材，由于物料對(duì)螺桿磨損以及扭矩的上升對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行極為不利，而且此時(shí)物料塑化所需的熱能需要大量的機(jī)械能來(lái)轉(zhuǎn)換，這樣長(zhǎng)時(shí)間的擠出運(yùn)轉(zhuǎn)勢(shì)必會(huì)加劇螺桿及設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)的損壞。

填料對(duì)擠出工藝控制方面(工藝溫度)的影響

另一方面是填料本身對(duì)管材擠出設(shè)備的磨損。一般，各礦物性填料的莫氏硬度為2.5～3，即便是硬度低于鋼材的填料，其尖角也會(huì)對(duì)設(shè)備有影響。從機(jī)筒抽真空處觀察到的塑化情況與螺桿扭矩曲線上表現(xiàn)出的塑化情況對(duì)比發(fā)現(xiàn)，粒徑大小以及粒徑分布均勻程度直接影響混料的塑化時(shí)間和螺桿扭矩的變化，甚至顆粒大小、分布和形狀相同的填料，若硬度較高，對(duì)料筒、螺桿、混料機(jī)槳葉，甚至是模具都會(huì)有較大的磨損。

填料對(duì)pvc管材有影響嗎？綜上所述，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，填料增加后的情況：試樣0#～4#的液壓實(shí)驗(yàn)時(shí)間從23min～60min不等。試樣0#～3#主要是剪切熱大，物料有過(guò)塑化現(xiàn)象，均出現(xiàn)了韌性變形：試樣0#的液壓時(shí)間為23min，此時(shí)物料并未出現(xiàn)塑化過(guò)度的現(xiàn)象，但存在螺槽中物料填充不足的現(xiàn)象；試樣1#降低了主機(jī)速度，由于塑化效果不充分，出現(xiàn)了脆爆現(xiàn)象；試樣2#的機(jī)身2區(qū)和機(jī)頭2區(qū)溫度比1#高5℃，雖進(jìn)一步改善了塑化效果，大大延長(zhǎng)了液壓實(shí)驗(yàn)時(shí)間，但仍然達(dá)不到國(guó)標(biāo)要求。這4次工藝調(diào)整使得物料的塑化狀態(tài)逐漸由條狀轉(zhuǎn)變?yōu)樾鯛?，扭矩值和熔體壓力也逐漸恢復(fù)到原有水平，液壓實(shí)驗(yàn)逐漸好轉(zhuǎn)，但仍然達(dá)不到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。這樣我們對(duì)試樣4#的滑劑種類進(jìn)行了調(diào)整，適當(dāng)?shù)脑黾恿藘?nèi)潤(rùn)滑劑的比例，對(duì)比發(fā)現(xiàn)該試樣有效提高了填料的分散性，改善了塑化效果，而且所獲得的混料電流值最高，液壓實(shí)驗(yàn)性能最好。