全国材＿科助剂技术经济和应用研讨会论文集Ｕ二ＰＶＣ配方流变测量技术及其分析凌秋灵‘（广东广洋高科技股份有限公司，广州，５１１３５６）摘要ｊ本文对流变测量技术作了简要的概述，并就Ｕ—ＰＶＣ配方中加工改性剂、抗冲击改性ｊｆＩ、、填充剂、润滑荆等组分对流变性能的影响进行了研究。关键词毒Ｕ－－ＰＶＣ流变特性Ｉ前言及确定工艺条件．转矩流变仪是基于物料由粉状固体变成流变特性是指高分子材料在受热和高速熔体的塑化过程中，熔体受转动螺杆、转轴、模口等作用产生的阻抗丽提出的模拟熔体实际动态加工的一种试验装置。通过试验，可获丽发生剪切、拉仲和压缩流变，这种行为较复得物辩在设定温度、剪切速率条件下扭矩和杂，不仅取决于温度、剪切和拉伸速率，而且温度随时间的轨迹图．与高分子本身的分子结构、分子量、分子量分目前用扭矩流变仪进行研究的内容，以用混合器进行的工作较多，我们的工作中也在ＰＶＣ配方设计过程中，必须正确了解经常要使用混合器．２流变测量技术概要压力、扭矩和粘度等工艺条件，动态耐热、耐２．１混合器温度的确定剪切稳定性，物料熔融速率等ＰＶＣ在高温和在标准的塑化测试中，根据ＰＶＣ混合物的种类及制品加工所需的温度，把测量混合器加热到１５０一１７５℃间的某个设定温度，如需测定ＰＶＣ混合物的动态热稳定性能，则通此，为了取得最优化的工艺条件及产品质量，常将涓量混合器加热到１９０℃左右。必须对ＰＶＣ混合物的可加工性进行研究。要２．２转子转速的确定完成上述工作，目前最科学、最可靠的方法就经验证明，３０转／分的速度较适合于是通过转矩流变仅进行试验，它只需很少的ＰＶＣ混合物塑化行为的研究，速度提高则剪样品就可以在实验室模拟实际生产工艺，从切加大，塑化时间减少，速度降低则塑化时间扭矩流变特性判断ＰＶＣ配方体系的合理性加长．剪切力作用下的熔体行为特征，如物料在混炼过程中，料体受挤压、摩擦、剪切、撕拉作用布和添加剂以及添加量等密切相关．配方中各组分的作用及相互影响，在加工过程中需了解有关的工艺参数和性能，如温度、高剪切速率下的熔体行为特征，只有充分了解ＰＶＣ混合物的流变特性后，才能正确、迅速、可靠地对配方及工艺进行及时调整ｊ因凌秋灵．Ｕ—ＰＶＣ配方流变测量技术及其分析·９Ｓ·２．３加料测试样品经加料器加入到测量混合器中，为得到可重复比较的测试结果，样品加料时间应控制小于２０秒，还应避免迅速加压时扭矩过大损坏仪器，在平行测试中加料时间的差异不得超过士５秒，此外，样品重量的差异在平行测试中不得超过士０．１克。２．４扭矩流变曲线及其分析Ｕ—ＰＶＣ混合料典型的曲线由图１所示：Ｏａ段是加料段，树脂粒子在混合器内转子的转动下作相对滑动，由于粒子处于固态，相互问的摩擦力较大，对转子的阻抗也大，故加料峰ａ点扭矩较高，ｂ点是最低扭矩，表示固态粒子相互滑动阻力减小，ｆ是熔融峰，在ｂｆ段，由于外界加热作用，以及转子带动物料所产生的剪切作用，产生摩擦热，在这双重热的作用下，树脂粒子逐渐熔融成为均匀的熔体，经过ｆ点以后，物料的流动已由前段的树脂粒子的相对滑动转变熔体的均匀变型，成为大分子链（链段间）的相对位移过程．ｅ点为平衡扭矩，表明熔体粘滞阻力的大小，ｆ点熔融峰被称为最大扭矩，Ｔｆ为物料熔融时间，反映物料在加工条件下的塑化速度。当ＰＶＣ已发生交联或降解时，扭矩会逐步升高或降低，Ｔｄ称为动态热稳定时间。在不同的测试条件下，测试材料在热和剪切力作用下的动态稳定性曲线下面积的积分是加工过程中输入的机械能，按下式计算：Ｗ—Ｍ＊Ｔ＊妒（Ｎ．Ｍ）式中：Ｗ——能量（牛顿米）Ｍ——扭矩（牛顿米）Ｔ一时间（分）霍——角速度＝２＊ｎ＊Ｒ（转／分）沿螺杆的扭矩，原则上塑化行为与测试的扭矩曲线一致，杆在一定温度的筒中转动．沿筒的方向，首先是加料，粉未或颗粒料由料筒加入后，在机器的第一区受压缩，然后开始塑化，在通过螺杆的三分之二长度后，所有的颗粒全部熔融并均匀化，最后通过一个一定形状的模具，成型为制品，沿着机器螺杆，扭矩值按如下规律分布：首先在把物料加入到筒中时出现了一个峰，接着在压缩区扭矩下降较多，在塑化区（即２／３螺杆处），扭矩又升到最大值，之后扭矩又稍稍下降到一个均匀的水平，因此流变曲线各特征数据对应螺杆扭矩分布如图１所示．对生产机械来说，知道了塑化时问就可以确定在一定的螺杆速度下爨塑化一种ＰＶＣ所需要的螺杆长度，或者对已知的螺杆长度确定速度和挤出量的大小，借助于这种测试方法，可以找到ＰＶＣ的最佳加工条件，也可以用于新配方的开发。３Ｕ－－ＰＶＣ配方中各组分对流变性能的影响不同组分对配方流变性能的影响可以从表１配方的流变曲线图中得到分析。３．１加工助荆加工改性剂ＡＣＲ对流变性能的影响是大家熟知的：促进塑化，提高熔体强度，加入ＡＣＲ后的相应的流变曲线表现为；塑化时间提前。扭矩及熔温均升高（见图２中的曲线１＃及２４），这主要是因为ＡＣＲ类树脂与金属问有较高的摩擦系数，ＡＣＲ的加入使Ｕ—ＰＶＣ熔体转变成粘壁熔体，其结果使最靠近加工设备壁的物料层停留时间较长，且在较高的剪切力下，熔体的热应力提高，从而加速体系的塑化过程，熔温及扭矩升高。·９６·全罾材料助剂技术经济和应用研讨会论文集图１流变曲线与物料在挤出机中沿螺杆转矩的对应图图２【℃】ＳｔｏｃｋＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［℃］／ｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｕｒｖｅ凌秋灵．Ｕ－－ＰＶＣ配方流变测量技术及其分析·，７·图３【Ｎｍｌ５０．ＯＴｏｒｑｕｅ［Ｎｍ］／Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｕｒｖｅ４０．０３０．Ｏ２０．０１０．Ｏ０，０【℃ｌＳｔｏｃｋＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＩ＊Ｃ］／ｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｕｒｖｅ２１０．０１９０．Ｏ１７０．Ｏ１５０．０１３０．０表１流变实验配方ＰＶＣＣａＣ０３ＡＣＲＣＰＥＴｉ０２．稀土稳定剂备注１１００１０１．５８．５５３．０２１００１００８．５５３．０３１００１０１．５０５３．０４１００１５‘１．５８．５５３．０５ｉ００１０：１．５８．５５３．０ＰＥ蜡０．３６１００１０１．５８．５５３．０内润滑０．３７１００１０１．５８．５５纯稳定剂（无外内润滑）表中１＃一７＃配方中所用稀土稳定剂已复合内外润滑剂。９８‘全国材料助剂技术经济和应用研讨会论文集图４【Ｎｍ】Ｔｏｒｑｕｅ【Ｎｍ】／Ｍｅａｕｒｅｉｎｇｃｕｒｖｅ５０．Ｏ４０．０３０，．０２０．Ｏ１０．００【℃ｌＳｔｏｃｋＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［℃］／Ｍｅａｓｕｄｎｇ２１０．Ｏ１９０．０１７０．Ｏ１５０．Ｏ１３０．０表２流变实验结果塑化时间融熔温度最小扭矩最大扭矩平衡扭矩平衡温度ＭＩＮ℃ＮＭＮＭＮＭ℃１２’１２＂１８８１３．０２８．８２５．５２０１２２’５０＂１８９１０．３２６．６２２．７１９８３３’０８”１８９８．３２６．７２４．８２００４３’０６＂１９０９．２２７．３２４．５１９９５２’３２＂１８９９．８２５．５２４．０２００６２’０６＂１８９１１．９２７．１２５．０２０１７２’１０＂１８９１３．５２９．８２７．０２０２（测量仪器：ＢＲＡＢＥＮＤＥＲＬａｂＳｔａｔｉｏｎ混合器温度１８５℃，转子转速３０ＲＰＭ）凌秋灵．Ｕ—ＰＶＣ配方流变测量技术及其分析图５ＩＮｔｏ］Ｔｏｒｑｕｅ［Ｎｍ］／Ｍｅａｕｒｅｉｎｇ５０．０ｃｕｒｖｅ４０．０３０．Ｏ２０．Ｏ１０．０Ｏ【℃】２１０．０ＳｔｏｃｋＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌ＊Ｃ］／Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ１９０．Ｏ１７０．Ｏ１５０．０１３０．０３．２抗冲击改性剂３．４润滑剂图３中的曲线表明，ＣＰＥ的加入同样可以使体系的塑化时间明显减少，但对熔体扭矩＼粘度的提高无ＡＣＲ明显，这主要是因为润滑剂对流变性能的影响较明显，图５为外润滑作用不同时的流变图。从图５可知，外润滑不足时（见曲线７），加料峰及熔融峰均高且尖，扭矩很大，物料塑化时间及到达平衡的时间较短，融温升高很快，有可能导致粘辊现象的发生而容易导致物料局部发热厉害而使ＰＶＣ分解，而且设备磨耗和动力损耗也ＣＰＥ与ＰＶＣ相容性好，具有一定的增塑作用。３．３填充剂填充剂的增加，增大了内摩擦力且填充剂一般均通过表面活性处理，因此会推迟塑化时间，扭矩稍降低，见图４。较大．夕卜润滑适量时（见曲线１），加料峰及塑化峰均降低，物料塑化后，温度逐步升高有利于避免局部过热；外润滑过量时（见曲线５），·１００··全国材料助剂技术经济和应用研讨会论文集图６【Ｎｍ】５０．０Ｔｏｒｑｕｅ［Ｎｍ］／Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｕｒｖｅ４０．０３０．Ｏ２０．０１０．ＯＯ【℃】２ｌＯ．ＯＳｔｏｃｋＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［。；１３］／Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｕｒｖｅ１９０．０１７０．０１５０．０１３０．Ｏ加料峰及塑化峰均很低，塑化峰很宽，各时期的扭矩值也很低。这表明，外润滑过多有碍于外润滑作用，使塑化峰变宽，扭矩下降；但不同之处在于温度变化不一样（见温度一时间曲线图）．内润滑过量会导致内摩擦生热起作用，物料升温较快，而不像外润滑较多时，熔温会下降。４结论树脂微粒界面破裂，熔融时间变长，料与金属表面出现打滑现象，扭矩达平衡值的时间会很长。图６是内润滑作用不同的流变曲线图，曲线７是无内润滑剂的流变曲线，曲线１是内润滑适量的物料ｊ曲线６是内润滑过量的情况，从图可知内润滑的影响与外润滑的影响有雷同及不同之处，内润滑过量时，也可导致塑化峰、加料峰及扭矩低，这主要是因为内润滑剂过量时，不单起内润滑作用，而且也起配方中如内外润滑剂配置得当，树脂熔化后能起到控制粘度和层流作用，可产生很好的协同润滑效应，相互作用，能脱模，又降低粒间摩擦，要判断一个配方内外润滑是否平衡．可在此配方体系中适当增加填料，流变凌秋灵．Ｕ—ＰＶＣ配方流变测量技术及其分析·１０１·曲线如有下述表征，则内外润滑已平衡，加料子以适当的润滑，又能与树脂较好的相容，不峰降低，最大扭矩和平衡扭矩适当降低，塑化时间和到达平衡的时间变化不大，如果熔融后物料温度能迅速升高．即润滑剂能给予粒影响甚至促进塑化，这样润滑效果更好．综合上述，各类助剂对流变特性的影响如表３所示：表３备类助剂对流变特性的影响助剂塑化时间缩短缩短推迟推迟缩短最大扭矩（塑化峰）变窄升高降低降低塑化峰宽变窄变窄变宽平衡扭矩升高变化不大熔温升高升高不一定降低加工改性剂ＡＣＲ抗冲改性剂ＣＰＥ填料外润滑内润滑降低降低加宽不一定变窄降低（无外滑明显）升高在实际中，大量的工作是要调整ＰＶＣ混合料的流变曲线，以适应不同机台的需要，这设计和评价２黄少慧，扭矩流变仪在聚合物研究中的应用就要求配方设计者熟知各种助剂对流变的影响及作用，不但如此，还必须熟知产品性能与配方各组分之间的关系。参考资料１韩宝仁，硬聚氯乙烯塑料及其异型材配方U-PVC配方流变测量技术及其分析
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凌秋灵
广东广洋高科技股份有限公司,广州,511356
1. 杨福生 ACR在PVC加工中的作用与发展[期刊论文]-化工科技市场2001,24(3)
2. 郑慧琴.杨黎黎.Zheng Huiqin.Yang Lili 流变剪切粘度测量不确定度的评定[期刊论文]-合成技术及应用2008,23(3)3. 王文治.Chen Ya-wei.Wang Wen-zhi.Chen Ya-wei 聚氯乙烯热稳定剂性能评价(续)[期刊论文]-塑料助剂2008(4)4. 李迎.陈亭 用于聚合物流变性测量的智能转矩流变仪的研制[期刊论文]-聚氯乙烯2004(3)5. 转矩流变仪在PVC产品加工中的应用[会议论文]-2008
6. 陈龙.刘国才.Chen Long.Liu Guocai 核壳结构ACR改性PVC研究[期刊论文]-塑料科技2006,34(3)7. 王文治.陈亚伟.WANG Wen-zhi.CHEN Ya-wei 聚氯乙烯热稳定剂性能评价[期刊论文]-塑料助剂2008(3)8. 贾仁广.何杰.吴香发 不同牌号加工助剂在PVC配方体系中的分析研究[会议论文]-2006
9. 郑小军.赵东日.ZHENG Xiao-jun.ZHAO Dong-ri ACR对PVC加工性能的影响[期刊论文]-聚氯乙烯2006(6)10. 申欣.吴广峰 抗冲击改性剂ACR增韧聚氯乙烯[期刊论文]-上海塑料2003(3)
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