PVC配方質(zhì)量好壞，看潤(rùn)滑

　　PVC配方質(zhì)量好壞，看潤(rùn)滑

　　大量的研究與實(shí)踐表明：PVC-U的塑化程度在65%左右時(shí)，其各項(xiàng)力學(xué)性能最好，這就要求在加工PVC-U時(shí)必須掌握適當(dāng)?shù)乃芑潭龋瑑?nèi)潤(rùn)滑劑在降低塑化扭矩的同時(shí)能促進(jìn)塑化(縮短塑化時(shí)間)，而外潤(rùn)滑劑在改善PVC-U的流動(dòng)性的同時(shí)又能延遲塑化。因而在設(shè)計(jì)PVC-U配方時(shí)，調(diào)整內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的比例及加入總量，就能調(diào)控PVC-U的塑化速率(塑化時(shí)間)，而調(diào)控塑化速率則是內(nèi)、外潤(rùn)滑作用平衡的重要研究?jī)?nèi)容。但是，由于塑料潤(rùn)滑作用的多變性及潤(rùn)滑平衡的多樣性，至今在國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)到關(guān)于潤(rùn)滑平衡方面的專論文章，筆者就塑料潤(rùn)滑作用平衡(以下簡(jiǎn)稱潤(rùn)滑平衡)提出一些觀點(diǎn)，供廣大讀者參考。

　　潤(rùn)滑平衡的設(shè)計(jì)

　　潤(rùn)滑平衡的設(shè)計(jì)是PVC-U配方設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵的一環(huán)。

　　1.1 潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑作用目前尚沒(méi)有真正意義的理論及規(guī)律

　　對(duì)―般PVC-U配方設(shè)計(jì)而言，筆者認(rèn)為配方設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及主要內(nèi)容是內(nèi)、外潤(rùn)滑劑種類的選擇及它們的比例和加入總量的設(shè)計(jì)。潤(rùn)滑劑加入總量應(yīng)適宜，而內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的比例更重要，盡管總量足夠，但如果比例失調(diào)，也不合連續(xù)地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。然而對(duì)于PVC-U加工過(guò)程至關(guān)重要的潤(rùn)滑體系，在目前還沒(méi)有可稱為理論的理論，甚至連可以有效地指導(dǎo)配方實(shí)驗(yàn)的規(guī)律也沒(méi)有。唯一的所謂規(guī)律是借鑒普通化學(xué)中“相似相溶”規(guī)律，也就是潤(rùn)滑劑的極性與pvc樹(shù)脂的極性越相似，其相容性越奸，因而其內(nèi)潤(rùn)滑作用也越好;反之外潤(rùn)滑作用較強(qiáng)，但是這個(gè)規(guī)律對(duì)于配方設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性亦很有限因?yàn)榕袛酀?rùn)滑劑的極性的根據(jù)是潤(rùn)滑劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)，即潤(rùn)滑劑分子中含有的羥基、酯基、羧基、酰胺基以及醚基、酮基等極性官能團(tuán)的種類、數(shù)量及其與長(zhǎng)鏈烷基的比例。由于潤(rùn)滑劑化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多樣，以及相鄰官能團(tuán)的相互影響，使得對(duì)潤(rùn)滑劑的極性大小的判斷更為困難，這就造成了單憑潤(rùn)滑劑的極性來(lái)推斷潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑作用與潤(rùn)滑劑實(shí)際上所起的潤(rùn)滑作用之間的差異性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的想象。

　　1.2 潤(rùn)滑作用的多變性問(wèn)題的復(fù)雜性還不僅如此，更為重要的是潤(rùn)滑劑與樹(shù)脂的相容性(即潤(rùn)滑作用)還受其他條件的影響，尤其是其他潤(rùn)滑劑與增塑劑等助劑的影響更為顯著，這種改變甚至可使內(nèi)潤(rùn)滑劑變成外潤(rùn)滑劑，也就是說(shuō)，同一種潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑作用會(huì)隨著添加量的不同，隨著配方中其他助劑組成的不同，隨著加工條件的不同而改變。

　　1.3 內(nèi)、外潤(rùn)滑平衡的多樣性事實(shí)上，不同類型的加工設(shè)備如雙螺桿及單螺桿擠出、注塑、壓延等設(shè)備，均要求各自不同的潤(rùn)滑平衡。嚴(yán)格地講，同類設(shè)備、不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，甚至同一臺(tái)設(shè)備，舊的與新的設(shè)備，對(duì)潤(rùn)滑平衡均有不同的要求。不同類型的產(chǎn)品，如管材、片材、膜以及異型材，要有各自不同的潤(rùn)滑平衡。如斷面復(fù)雜的異型材、擠出片材、注塑制品、中空制品、吹塑膜及高透明制品均要求有較高的塑化程度，更好的熔體流動(dòng)性，因而要求內(nèi)、外潤(rùn)滑劑，尤其是內(nèi)潤(rùn)滑劑的加入量要多一些，而管材則對(duì)熔體黏度及流動(dòng)性要求相對(duì)不太高，塑化程度以60%～70%為宜，因而外潤(rùn)滑劑相對(duì)可以比內(nèi)潤(rùn)滑劑的用稍多。但是注塑制品則要求盡可能少用非極性外潤(rùn)滑劑，以便盡可能減少外潤(rùn)滑劑對(duì)熔接痕強(qiáng)度的影響。上述內(nèi)容均說(shuō)明了潤(rùn)滑平衡的多樣性。這就造成潤(rùn)滑作用理論的研究較為困難，在實(shí)際配方設(shè)計(jì)時(shí)，也極大地增加了潤(rùn)滑劑配方設(shè)計(jì)的難度。

　　筆者認(rèn)為，對(duì)于一般PVC-U而言，配方設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是內(nèi)、外潤(rùn)滑劑種類、比例及加入總量的設(shè)計(jì)，就是潤(rùn)滑平衡的設(shè)計(jì)。

　　B潤(rùn)滑平衡的研究方法

　　對(duì)于潤(rùn)滑平衡的設(shè)計(jì)來(lái)講，既不精楚內(nèi)、外潤(rùn)滑劑在配方中實(shí)際的潤(rùn)滑作用強(qiáng)度，又不知其他潤(rùn)滑劑及其他助劑對(duì)其潤(rùn)滑作用影響的具體情況。最簡(jiǎn)單的方法，是用只問(wèn)最后結(jié)果，不管其作用機(jī)理如何的宏觀概括研究方法，即只考慮因素(內(nèi)、外潤(rùn)滑劑和其他助劑)對(duì)最終結(jié)果(潤(rùn)滑平衡)的貢獻(xiàn)的研究法，也就是不管內(nèi)、外潤(rùn)滑劑及其他助劑之間如何相互作用及其影響程度的大小，只看它們對(duì)潤(rùn)滑平衡最終結(jié)果的綜合影響的方法。

　　C潤(rùn)滑平衡的定義及其定量表述

　　內(nèi)、外潤(rùn)滑劑品種適當(dāng)，內(nèi)、外潤(rùn)滑劑比例與加入總量適當(dāng)，達(dá)到適當(dāng)?shù)乃芑俾始叭垠w粘度(扭矩流變曲線上適當(dāng)?shù)乃芑瘯r(shí)間及塑化扭矩)。也就是能保證特定的加工設(shè)備及工藝經(jīng)濟(jì)地、連續(xù)地生產(chǎn)出合格塑料制品的潤(rùn)滑體系，即為內(nèi)、外潤(rùn)滑平衡體系。

　　3.1 適當(dāng)?shù)乃芑瘯r(shí)間 潤(rùn)滑平衡既不是個(gè)固定值，又因缺乏潤(rùn)滑作用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所以造成定量表述潤(rùn)滑平衡很困難。因此，只能用對(duì)比類推法對(duì)潤(rùn)滑平衡進(jìn)行研究。也就是首先研究已經(jīng)確認(rèn)是潤(rùn)滑平衡的體系，把它在塑料加工設(shè)備上的塑化情況與它在扭矩流變曲線上表現(xiàn)出的塑化情況進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：潤(rùn)滑平衡體系在扭矩流變曲線上的塑化時(shí)間對(duì)應(yīng)于擠出機(jī)2/3左右的位置，也就是對(duì)應(yīng)擠出機(jī)塑化段將結(jié)束、均化段將開(kāi)始的位置。如果不是潤(rùn)滑平衡體系，其塑化時(shí)間對(duì)應(yīng)于擠出機(jī)的位置將有所改變。塑化時(shí)間對(duì)應(yīng)擠出機(jī)的位置小于2/3時(shí)期，則過(guò)度塑化，對(duì)于PVC-U而言有可能熱分解，物料發(fā)黃;塑化時(shí)間對(duì)應(yīng)擠出機(jī)的位置大于2/3時(shí)，則塑化度不夠，制品較糙、發(fā)脆。由上述分析可得出結(jié)論：可以用扭矩流變曲線上的塑化時(shí)間作為定量判斷潤(rùn)滑體系是否處于平衡狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.2 適當(dāng)?shù)乃芑ぞ貙?duì)于PVC-U而言，塑化扭矩的大小比平衡扭矩更接近塑料加工即將結(jié)束時(shí)實(shí)際的樹(shù)脂熔體扭矩，也就是說(shuō)，在塑化扭矩處的物料粘度比較接近實(shí)際塑料加工即將結(jié)束時(shí)的熔體粘度。所謂內(nèi)、外潤(rùn)滑劑比例及總量適當(dāng)是指能滿足工藝要求的用量，使樹(shù)脂具有較合適的塑化速率、熔體粘度及適當(dāng)粘附性，從而保證加工設(shè)備能經(jīng)濟(jì)地、連續(xù)地生產(chǎn)合格或優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。另外擠出機(jī)雖然也給出了扭矩值或主機(jī)電流值，但它們是表示固體樹(shù)脂由玻璃態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)、粘流態(tài)整個(gè)過(guò)程的平均扭矩值或平均消耗的能量，并不能正確地反映樹(shù)脂在塑化時(shí)的黏度或扭矩值。

　　D生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)室中如何判斷內(nèi)、外潤(rùn)滑平衡

　　外潤(rùn)滑劑用量不足則有黏附現(xiàn)象，塑化時(shí)間短，試樣表面不光滑;外潤(rùn)滑劑過(guò)量則塑化時(shí)間明顯延長(zhǎng)，力學(xué)性能下降，變脆，可能有析出現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)手拭有油樣感覺(jué)。內(nèi)潤(rùn)滑劑用量不足則塑化扭矩較大、塑化時(shí)間較長(zhǎng);內(nèi)潤(rùn)滑劑過(guò)量則塑化時(shí)間較短、塑化扭矩較小，但熱穩(wěn)定時(shí)間也變短，有熱分解現(xiàn)象，試樣內(nèi)壁不光滑

　　E 內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的比例及總量的確定，即潤(rùn)滑平衡的設(shè)計(jì)

　　內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的品種或牌號(hào)確定后，要確定內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的使用比例及在配方中的加入總量。只有確定一個(gè)合適的內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的比例及加入總量，才能合理地兼顧pvc樹(shù)脂熔體的流動(dòng)性、防粘性及塑化速率，才能滿足特定的加工設(shè)備、工藝及制品的特殊要求，也只有這樣的潤(rùn)滑體系才能保證經(jīng)濟(jì)地、連續(xù)地生產(chǎn)合格或優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，即達(dá)到潤(rùn)滑平衡。由于影響潤(rùn)滑作用的因素眾多，又因潤(rùn)滑平衡的多樣性，所以配方工作者根據(jù)特定的加工設(shè)備及產(chǎn)品特性設(shè)計(jì)一個(gè)潤(rùn)滑平衡體系是比較困難的。因?yàn)闊o(wú)法準(zhǔn)確確定塑化時(shí)間、塑化扭矩等重要數(shù)值，因而缺乏控制塑化速率、熔體流動(dòng)性(即熔體黏度)的依據(jù)。如果有一個(gè)參照物，即標(biāo)準(zhǔn)樣或近似的標(biāo)準(zhǔn)樣，這個(gè)問(wèn)題就迎韌而解了。

　　所以，確定潤(rùn)滑平衡的實(shí)驗(yàn)程序首先是標(biāo)準(zhǔn)樣的測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)樣最好選擇加工性能好、品質(zhì)優(yōu)良、同一類加工設(shè)備生產(chǎn)的同一類產(chǎn)品的高速攪拌混合料

　　(1)標(biāo)準(zhǔn)樣的測(cè)試：把一定質(zhì)量的試樣加到扭矩流變儀中，在一定轉(zhuǎn)速及溫度下測(cè)小其塑化時(shí)間、塑化扭矩及熱分解時(shí)間等參數(shù)。

　　(2)改變內(nèi)潤(rùn)滑劑的品種和數(shù)量，改變塑化扭矩值使其接近標(biāo)準(zhǔn)樣的數(shù)值。也就是改變PVC熔體流動(dòng)性，即熔體粘度。

　　(3)在基本調(diào)整好樹(shù)脂熔體粘度或塑化扭矩的前提下，通過(guò)改變外潤(rùn)滑劑的品種與數(shù)量，調(diào)整塑化時(shí)間，使之比標(biāo)準(zhǔn)樣略有延長(zhǎng)，大概延長(zhǎng)3%左右。外潤(rùn)滑劑在一定范圍內(nèi)也能影響塑化扭矩，隨著外潤(rùn)滑劑用量的增加，塑化扭矩值也有所降低?！∫貏e注意的時(shí)的塑化扭矩值絕對(duì)不能高于標(biāo)準(zhǔn)樣的數(shù)值，必須比標(biāo)準(zhǔn)樣的塑化扭矩值略低，約降低1%～2%為宜。如果塑化時(shí)間已經(jīng)比標(biāo)準(zhǔn)樣延長(zhǎng)了3%左右，而塑化扭矩仍然達(dá)不到要求時(shí)，可以按比例增加內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的用量，直到塑化時(shí)間及塑化扭矩均達(dá)到要求為止。因?yàn)閺呐ぞ亓髯儍x實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)的微小差異均可對(duì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)造成巨大的影響。

　　(4)防粘附性：如果塑化扭矩及塑化時(shí)間基本滿意以后，防粘附性仍然不足，可以適當(dāng)按比例增加內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的用量，如果感覺(jué)物料已經(jīng)不粘流變儀混合頭的轉(zhuǎn)子，則有可能是潤(rùn)滑劑總量過(guò)量，達(dá)到了高水平的潤(rùn)滑平衡?？砂幢壤m當(dāng)減少內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的用量，直至有些輕微發(fā)粘時(shí)為止。在此基礎(chǔ)上以微調(diào)方式適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)加內(nèi)、外潤(rùn)滑劑，直至不發(fā)粘，再稍多加一點(diǎn)，這是較低水平的潤(rùn)滑平衡，也是較接近實(shí)用水平的潤(rùn)滑平衡。高水平的潤(rùn)滑平衡雖然可以稍提高樹(shù)脂混合料的熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)熱分解時(shí)間，略微降低熱穩(wěn)定劑的用量，減少配方成本，但外潤(rùn)滑劑的析出現(xiàn)象有可能較嚴(yán)重，對(duì)連續(xù)生產(chǎn)不利，停機(jī)次數(shù)有可能增加，生產(chǎn)率有可能下降，并帶來(lái)諸多不便，也可能影響產(chǎn)品質(zhì)量及二次加工性能。因?yàn)閮?nèi)、外潤(rùn)滑劑畢竟是小分子的加工助劑，能滿足加工及制品質(zhì)量要求即可，入量過(guò)多則勢(shì)必影響制品的力學(xué)性能。

　　(5)放大實(shí)驗(yàn)：把實(shí)驗(yàn)(4)初步確定的配方在生產(chǎn)中進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)，考察并發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，如粘附嚴(yán)重或扭矩過(guò)大，主機(jī)電流過(guò)大，或塑化率過(guò)大、過(guò)小等。可以有針對(duì)性地調(diào)整潤(rùn)滑體系。如此反復(fù)幾次即可設(shè)計(jì)出比較滿意的、并能滿足特定設(shè)備及工藝要求的潤(rùn)滑平衡體系.

　　(6)如果沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)配方，可向有技術(shù)力量的國(guó)外大型熱穩(wěn)定劑或潤(rùn)滑劑的生產(chǎn)廠商索要參考配方，按參考配方試生產(chǎn)一次，找出加工過(guò)程及制品質(zhì)量存在的問(wèn)題。加工性問(wèn)題包括熔體黏度是否過(guò)高、主機(jī)扭矩值或主機(jī)電流是否過(guò)大、操作是否平穩(wěn)、連續(xù)開(kāi)車(chē)時(shí)間是否過(guò)短、粘附性是否嚴(yán)重等問(wèn)題。制品質(zhì)量問(wèn)題包括內(nèi)在質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)、二次加工性是否滿意。外觀質(zhì)量問(wèn)題包括：顏色是否泛黃、或有黑點(diǎn)、黑灰色或黃色條紋，表面是否光亮、內(nèi)壁是否凹凸不平等。同時(shí)用同一配方在扭矩流變化儀上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把流變實(shí)驗(yàn)結(jié)果與大生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題相互對(duì)照，找出內(nèi)潤(rùn)滑或外潤(rùn)滑不足，或是內(nèi)、外潤(rùn)滑均不足的原因。然后按上述實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，或用價(jià)格低的產(chǎn)品對(duì)原參考配方中的進(jìn)口潤(rùn)滑劑進(jìn)行取代實(shí)驗(yàn)

　　F增加潤(rùn)滑體系的操作彈性

　　好的潤(rùn)滑體系不僅具有潤(rùn)滑作用強(qiáng)、潤(rùn)滑劑用量少及前述的一些優(yōu)良性質(zhì)，還應(yīng)具有較寬的操作彈性，如配料比的微小差異、工藝條件波動(dòng)(如溫度、主機(jī)轉(zhuǎn)速的變化等)時(shí)，塑料加工從業(yè)者希望潤(rùn)滑體系仍然處于平衡狀態(tài)。這就要求內(nèi)、外潤(rùn)滑劑不僅要強(qiáng)強(qiáng)搭配，還應(yīng)具有較大的操作彈性。

　　這可以從兩方面加以解決：

　　不用或少用易揮發(fā)的潤(rùn)滑劑(像石蠟、Hst及硬脂酸丁酯等較易揮發(fā))，在整個(gè)加工的中、后期，因溫度等工藝參數(shù)的波動(dòng)而影響了它們揮發(fā)的程度，從而造成平衡系統(tǒng)失衡。用一些既有極性基團(tuán)又有超長(zhǎng)烷基的化合物，如褐煉酸的衍生物，脂肪酸、脂肪醇的低分子聚酯類OPE等內(nèi)、外潤(rùn)滑劑，內(nèi)、外潤(rùn)滑劑均能在不同程度上自動(dòng)調(diào)節(jié)潤(rùn)滑平衡。一旦因某種原因顯示內(nèi)潤(rùn)滑作用不足，外潤(rùn)滑作用過(guò)剩;或相反現(xiàn)象，配方中如果有一定數(shù)量的上述內(nèi)、外潤(rùn)滑劑，可在一定程度上自動(dòng)調(diào)節(jié)，使過(guò)剩的外潤(rùn)滑作用轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)潤(rùn)滑作用，或內(nèi)潤(rùn)滑作用轉(zhuǎn)變?yōu)橥鉂?rùn)滑作用。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是因?yàn)楣に嚄l件的變化改變了樹(shù)脂熔體與潤(rùn)滑劑的表觀溶解度所造成的。