门窗用PVC异型材主要性能及其影响因素

　　及其影响因素王善良（山东鲁宏塑窗机械集团总公司，山东省章丘市250200）随着我国化学建材产业的发展，PVC塑料门窗也得到了更普及的推广和应用。同时，人们也对门窗的质量和性能有了更高的要求。一般PVC型材厂和门窗组装厂对产品主要检测、控制PVC塑料异型材的低温落锤冲击、焊角强度、加热后状态及加热后尺寸变化率等4项常规性能指标。影响这些性能的因素很多，比如：原料的性能、配方、混料、挤出设备、挤出模具、挤出成型工艺等。本文着重探讨影响常规性能指标的4项因素。

　　1影响低温落锤冲击性能的因素PVC树脂分子量及其分布生产PVC异型材所用的树脂是悬浮法生产的疏松型树脂，其聚合度为1000左右。一般而言，树脂的聚合度越大，材料的机械性能越高，耐低温及耐热性越好。对于低温冲击性来说，希望采用高分子量的树脂，但因其加工比较困难，所以选择的树脂，聚合度不能太大。树脂的分子量分布也是选择树脂的一个重要指标。分子量分布窄，其加工性能和制品性能都较均一，材料的力学性能较高；分子量分布宽，则表明聚合物中存在一定数量的偏低或偏高分子量的部分，偏低部分会影响冲击强度，偏高部分会造成塑化不均匀，使材料不能形成连续的均相体系，故也会降低冲击强度。

　　1.2抗冲改性剂在PVC异型材的配方体系中，直接影响冲击性能的是抗冲改性剂。现在国内一般采用氯化聚乙烯（CPE）改性体系，而国外一般都采用丙烯酸酯类改性剂（ACR）。相比较而言，使用CPE的工艺要求较ACR要苛刻，且耐候性也不如ACR.但由于CPE抗冲改性剂的价格便宜、国内产量大、技术成熟，因此国内的CPE应用较ACR广泛。CPE是由高密度聚乙烯（HDPE）在盐酸水溶液中悬浮氯化而得，即用氯原子部分地取代HDPE分子链上的氢原子的产物，通常其含氯量为25%~40%.应用于PVC异型材的CPE，―般为含氯量36%~38%的橡胶类弹性体。由于氯原子的存在，使CPE成为极性聚合物，与带有极性基团的PVC有较好的相容性。

　　人们对塑料门窗的质量和性能也提出了更高的要求。控制好门窗用PVC异型材的性能，是保证成窗质量的关键。探讨了影响PVC型材4项常规主要性能，特别是低温落锤冲击性能的因素，并提出了控制性能指标的措施。

　　如果CPE的含氯量太低，则与PVC的相容性差，不易形成立体网状结构；如果含氯量太高，超过40%，则与PVC分子链更为相似，虽然CPE与PVC有良好的相容性，但改性效果不佳。在CPE/PVC增韧体系中，随着CPE用量的增加，体系的冲击强度也增加，但并不是一直增加。在CPE用量低于8份时，冲击强度增加的幅度较小；在8~12份时，其冲击强度有显著的增加；当用量在15~20份时，冲击强度增加又较小；超过20份，再加入过量的CPE，也不会有太大的变化。并且，随剪切速率的不同，CPE对冲击强度的影响也不同。如果剪切速率太低，使CPE在PVC中不能形成分相不分离的立体网状结构；剪切速率太高，已形成的网状结构，部分会在高剪切速率下被破坏，同样不能达到zui佳的增韧效果。

　　1.填充料碳酸钙对PVC型材冲击影响较大的另一种助剂是碳酸钙（CaC3）。加入CaCO：，一是可增加尺寸稳定性；二是可降低成本。当CaC3用量较少时，还会起到一定的补强作用。一般应用于PVC中的碳酸钙是轻质钙，由于CaCO：为无机相，与PVC的相容性差。如果一味地追求降低成本而增加Ca-CO：用量，则材料的冲击强度会急剧下降。为了增加与PVC的相容性，一般可采用硬脂酸或偶联剂，对其表面进行处理。这样可适当增加填料用量，而不致对冲击强度有太大的影响。CaCO：的粒径越小，就越容易填充到PVC粒子内部，有利于提高材料的冲击强度。

　　1.润滑剂PVC配方体系中，润滑剂的选择和添加量也直接影响冲击强度。内润滑剂与PVC粒子的相容性较好，如硬脂酸单甘油酯等；外润滑剂与PVC粒子的相容性差，加工时容易从PVC体系中析出，形成界面润滑，如聚乙烯腊、石腊等。不管何种润滑剂，过量都会造成型材的冲击强度下降。尤其是像聚乙烯腊，对冲击强度的影响特别大，有时甚至给加工造成困难，型材不能成型。故润滑剂的选择和添加量都应慎重。

　　1.混料设备和挤出设备好的混料设备和挤出设备是获得高冲击强度的关键。原料与助剂混合的均匀程度、共混料表观密度的大小，都会对冲击强度造成很大的影响。如果混料设备的混合效果差，即使是挤出机的塑化、混炼再好，也不可能得到高冲击强度的材料。一般混料温度在110C、混合时间9~10min、加料量是混合料容量的50%~70%时，可获得较好的干混料。如果干混料的表观密度在0.67g/cm3左右，说明干混料的混合效果较好。其次，润滑剂对干混料的表观密度和凝胶化速率有重要影响，一般润滑剂zui好在PVC树脂及其它助剂混合以后，在出料之前、20°Q时，在高速搅拌下加入。PVC型材要想获得良好的冲击强度，还需要挤出设备具有良好的塑化、混炼能力，这需要有好的螺杆结构设计。一般还要有排气装置，把原料中夹杂的挥发份抽出，以免夹在型材中形成微气孔，影响冲击强度。同时，还要有螺杆冷却装置。因为物料在均化段受进一步压缩、强烈剪切，会产生多余的热量，如果不及时把这部分热量带走，就会使型材断面有气泡，降低型材的密实度，导致冲击强度下降。

　　1.6模具模具对低温冲击性能的影响，主要表现在熔体压力和消除材料的内应力上。较高的熔体压力，能使型材的密实度增加，使体系中微观分子间距离减小、互相作用强烈，从而保证有较高的冲击强度。其次，通过口模设计，尽量消除高速挤出所带来的内应力。从冷却方式来说，要使型材尽量冷却均匀，如果型材各点的冷却速率差别太大，会由于温度梯度的不同造成温度内应力，从而影响冲击强度。

　　1.7挤出成型工艺挤出成型工艺对冲击强度的影响也相当重要。根据挤出设备、模具和干混料的质量不同，其工艺也应随之变动。通过调整工艺，达到zui佳塑化状态，才能获得理想的冲击强度。现在国内一般以锥形双螺杆为主。首先，挤出过程需要适当的挤出温度。在一定范围内，温度稍高些对冲击强度有利；但如果温度太高，导致PVC部分地分解，会降低材料本身性能，并且分解释放出的HCl有时夹杂在型材中，会导致冲击强度下降。根据笔者经验，调整温度时，应使出口模的熔体既要有一定弹性，又不能太粘。对于计量加料的双螺杆挤出机，排气效果、加料速度与主机速度的匹配也很重要。为了保证有足够的挤出压力，应使进料比大一些。这样，可以使物料提前填满螺槽，增加混炼效果；但如果进料过大，会从排气口冒料，使排气不好；如果进料比再增大，就会使剪切更强烈，导致物料分解，产生气泡，在一定程度上也会破坏CPE网状的增韧结构，直接导致冲击强度下降。如果进料量太少，物料混炼程度不够，塑化不好、挤出压力小、产品不密实，并且粉料到排气口时未塑化，容易被真空抽走，达不到应有的排气效果。

　　以上影响冲击强度的各因素并不是独立的，而是互相关联的。在实际生产中，需综合考虑各因素，才能使制品有良好的低温冲击强度。

　　2影响焊角强度的因素要想获得高焊角强度，一般首先应保证材料塑化良好、配方适宜。从配方角度来说，必须保证稳定剂的质量和用量，否则其剩余稳定性不够，焊接温度较挤出温度要高很多。使型材在通常的焊接温度下颜色变黄、分解严重，将直接影响焊接质量。对焊接影响zui大的还是润滑剂的使用。有些型材生产厂家，为了增加制品光洁度、减少机械摩擦等目的，加入的润滑剂数量较多。这样虽然从材料外观看没多大问题，对型材的冲击性能影响也不大，但焊接时，无论是内润滑剂还是外润滑剂均与PVC的相容性不太好；并且一般润滑剂的熔点都在50~150°c，焊接加热时很容易析出到熔融表面，使PVC分子的亲合力下降，导致焊角强度不够。

　　3影响加热后状态的因素影响加热后状态这一指标的主要因素是，挤出成型时挥发份排出的效果、塑化是否良好、混练是否均匀、型材的边角部位是否存在过大的内应力等。如果排气不好，就会出现气泡；局部存在过大的内应力，加热后就会出现裂痕、毛刺。

　　4影响加热后尺寸变化率的因素加热后尺寸变化率也是很重要的一个指标。对于安装好的门窗，如果型材尺寸变化率大，将导致门窗变形、焊角等薄弱部位开裂，直接影响成窗的使用。为控制型材加热后的尺寸变化率，首先要使型材有足够的密实度，也就是要求有足够的挤出压力。这样，加热后，由于PVC分子间堆砌紧密，链段活动空间小，材料尺寸变化就小。其次，可适当增加填料的用量，以增加型材的刚性。同时，要尽量消除内应力，这可通过适当增加口模平直段长度、改善流道设计、改善熔体流动性、提高定型冷却的速率和均匀性来实现。

　　5结语本文对PVC型材的以上4项常规性能指标，特别是冲击强度的影响因素及控制措施进行了分析和探讨。当然，除此之外，门窗用PVC异型材的生产厂家，还应使所生产的型材的其它各项技术性能指标均符合GB8814―1998规定的要求。

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