2.9　混料工藝

2.9.1　合理的配方

硬質(zhì)聚氯乙烯異型材配方是指以聚氯乙烯樹脂為主體，適當(dāng)加穩(wěn)定劑、改性劑、著色劑、潤滑劑和其它助劑。根據(jù)所選用添加劑的種類、數(shù)量不同，可組成性能差異很大的各種配方。由于每個(gè)企業(yè)能采用的原料品種不一致，各自具有的生產(chǎn)條件、設(shè)備水平以及模具狀況都存在差異，因此各廠都必須根據(jù)自己的實(shí)際情況，開發(fā)適合自己的生產(chǎn)配方。

確定合理的配方，需從以下幾點(diǎn)考慮。

（1）滿足硬度聚氯乙烯門窗異型材的主要性能要求：①有良好的力學(xué)性能，在強(qiáng)度、剛度、抗沖擊性能等指標(biāo)上應(yīng)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8814的要求；②有良好的加工性、熱穩(wěn)定性，特別是用擠出機(jī)進(jìn)行復(fù)雜斷面異型材成型時(shí)，還需能夠保證制品尺寸穩(wěn)定性和表面光澤度；③保證塑料能在-40～70℃的條件下正常使用；④耐老化性和耐久性，在各種氣候條件下長期戶外使用，不產(chǎn)生變形、變色、粉化及力學(xué)性能下降的現(xiàn)象，保證期望的壽命。

（2）考慮各種原材料的選擇和用量，各組分間的組合搭配：互相影響及協(xié)同效應(yīng)。選擇助劑時(shí)不能孤立地選配，應(yīng)全面考慮各方因素，所考慮的物性指標(biāo)并非獨(dú)立變化，往往互相影響，相互制約。如為了提高PVC的抗沖擊性能，添加CPE、EVA、抗沖ACR是有效的，但會(huì)引起彈性模量、剛性和耐燃性的下降。

（3）考慮原材料的來源和成本。在設(shè)計(jì)配方時(shí)，必須合理地結(jié)合我國資源情況選用原料，在滿足性能要求的情況下，應(yīng)使配方的成本較低。

（4）考慮成型加工用設(shè)備、成型加工方法和成型工藝對(duì)配方的要求。硬質(zhì)聚氯乙烯異型材通常使用雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)，現(xiàn)使用的雙螺桿擠出機(jī)有錐形雙螺桿擠出機(jī)和平行雙螺桿擠出機(jī)兩種，而進(jìn)口機(jī)和國產(chǎn)機(jī)又有很大的差別，主要在于國產(chǎn)機(jī)剪切能力差。進(jìn)口機(jī)不同國家也有較大差別。相同廠家生產(chǎn)的大擠出量、高速擠出的設(shè)備與小擠出量、低速擠出的設(shè)備對(duì)配方的要求也是不同的。因此，配方設(shè)計(jì)時(shí)，必須慎重選擇各種助劑及其用量以適應(yīng)成型設(shè)備和工藝的特點(diǎn)，減少成型中所產(chǎn)生的種種困難。

硬質(zhì)PVC異型材配方需要通過成型加工、產(chǎn)品性能測(cè)試以及各項(xiàng)主要指標(biāo)的檢驗(yàn)來最終確定，是一個(gè)反復(fù)實(shí)踐、反復(fù)認(rèn)識(shí)的過程，需經(jīng)多次的試驗(yàn)，不斷加以修正和完善，最終得出合理的配方。由于新的高性能原材料、更先進(jìn)的設(shè)備不斷涌現(xiàn)，配方也應(yīng)不斷變化。

各異型材生產(chǎn)廠配方主要區(qū)別在熱穩(wěn)定劑和抗沖改性劑上，現(xiàn)使用的抗沖改性劑主要有CPE、EVA和抗劑沖ACR，其成型加工性能、耐沖擊強(qiáng)度、耐候性能、制品的焊接性能較純PVC都得到明顯改善。但三者之間也有所差別，各有優(yōu)缺點(diǎn)，CPE與EVA和ACR相比，綜合改性的效果不如ACR顯著，CPE和EVA改性機(jī)理相同，改性的PVC復(fù)合物的加工范圍較窄，缺口沖擊強(qiáng)度與加工溫度高低和塑煉時(shí)間長短有密切關(guān)系，改性后的PVC彎曲模量下降較大；ACR改性的PVC復(fù)合物，成型加工范圍較寬，成型溫度和塑煉時(shí)間對(duì)缺口沖擊強(qiáng)度影響較小，彎曲模量下降也較小，制品焊接性能和耐候性優(yōu)良，耐沖擊強(qiáng)度最佳。因而近年來ACR在改性PVC中特別是戶外窗框材料中用量增長很快，是目前公認(rèn)的高效、耐候性沖擊改性劑。

雖然ACR耐沖擊改性劑改性效果優(yōu)異，但其價(jià)格較高，且國內(nèi)目前尚無大批量工業(yè)化產(chǎn)品，來源靠進(jìn)口。CPE改性劑的原材料來源豐富，制造工藝簡單，價(jià)格較便宜，而且是我國目前唯一可批量大量提供的改性劑。目前的年產(chǎn)量已經(jīng)突破50萬噸。因此，除個(gè)別廠使用進(jìn)口和國產(chǎn)抗沖ACR改性劑外，我國多數(shù)硬質(zhì)PVC塑料異型材、塑料門、窗用異型材、管材、管件及建筑材料生產(chǎn)廠家多采用CEP/PVC共混改性體系。

熱穩(wěn)定劑，使用最多的是鉛鹽類、金屬皂類和有機(jī)錫類，鉛鹽類熱穩(wěn)定劑因熱穩(wěn)定性高、電絕緣性能好，吸水性低，價(jià)格低廉而被廣泛使用。單體鉛鹽的分散性較差，用量較高，同時(shí)為了減少鉛粉對(duì)生產(chǎn)工人身體健康的影響，有許多異型材廠使用復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑。金屬皂類熱穩(wěn)定劑主要是硬脂酸、月桂酸和蓖麻油酸的鎘、鋇鈣、鋅等二價(jià)金屬鹽。一般混合使用，組分間協(xié)同作用好、價(jià)格低。有機(jī)錫類穩(wěn)定劑是含碳-錫鍵的烷基化錫的衍生物，其中烷基可以是甲基、丁基或辛基，它的熱穩(wěn)定性高，加入量少，但價(jià)格高。

配方舉例如下，僅供參考。

①鉛鹽系配方（質(zhì)量份）

氯化聚乙烯改性聚氯乙烯　　100（15:85）

復(fù)合鉛穩(wěn)定劑　　4～6

加工助劑　　1.0～1.5

碳酸鈣（輕質(zhì)）　　4～8

金紅石型鈦白粉　　4～6

亞磷酸酯　　0.5～0.8

②丙烯酸酯（ACR）改性配方（質(zhì)量份）

a.SPVC（K值66～68）　　100

三元ACR共聚物　　5～7

Ba/Cd/Pb復(fù)合穩(wěn)定劑　　2.5～4

加工潤滑劑（內(nèi)、外）　　0.8～1.0

碳酸鈣（輕質(zhì)）　　4～8

b.SPVC（K值66～68）　　100

三元ACR共聚物　　5～7

鋇-鎘復(fù)合穩(wěn)定劑（4:6）　　2～4

加工潤滑劑（內(nèi)外）　　0.8～1.0

碳酸鈣（輕質(zhì)）　　4～8

鈦白粉（金紅石型）　　4～6

亞磷酸酯　　0.5～0.8

環(huán)氧酯　　1.0～1.5

c.SPVC（K值66～88）　　100

氯化聚乙烯（氯含量36％～38％）　　8～10

有機(jī)錫穩(wěn)定劑　　2～2.5

加工潤滑劑（內(nèi)外）　　1～1.5

加工助劑　　1～2

③鋇/鎘類配方（質(zhì)量份）

氯化聚乙烯改性聚氯乙烯　　100（15:85）

鋇-鎘復(fù)合穩(wěn)定劑　　1.5～2.0

亞磷酸酯　　0.5～0.8

羥基硬脂酸（Loxiol G21）　　0.3～0.5

環(huán)氧大豆油　　1～2

潤滑劑　　0.5～1.0

碳酸鈣（輕質(zhì)）　　4～8

鈦白粉（金紅石型）　　4～6

④SPVC（K值66～68）　　100

氯化聚乙烯（氯含量36％～38％）　　8～10

三堿式硫酸鉛　　2～3

二堿式亞磷酸鉛　　1.5～2

硬脂酸鉛　　0.5～0.8

硬脂酸鈣　　0.5～0.8

加工潤滑劑（內(nèi)外）　　0.5～1.0

加工助劑　　1～2

鈦白粉（金紅石型）　　4～6

碳酸鈣（輕質(zhì)）　　4～8

⑤清洗料配方（質(zhì)量份）

PVC　　100

三堿式硫酸鉛　　6.0

硬脂酸鈣　　1.0

硬脂酸　　6.0

高分子蠟　　1.0

2.9.2　聚氯乙烯的配料及混合

在塑料制品生產(chǎn)中只有少數(shù)合成樹脂可單獨(dú)使用，大部分合成樹脂需要與其它助劑混合均勻后方可用于成型。例如聚烯烴塑料，均由樹脂廠直接提供粉料和粒料；聚氯乙烯則需要塑料制品廠自己進(jìn)行配方和制備粉料和粒料。把樹脂與各種助劑組分相互混合在一起，成為均勻體系（粉料或粒料）的操作過程被稱為配制，簡稱配料。

聚氯乙烯物料有粉料和粒料之分，這是由制品的性能要求和成型方法決定的，以往的擠出成型工藝過程多采用粒料，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高和成型設(shè)備的改進(jìn)現(xiàn)在已有不少工藝改用粉料。一般來講，單螺桿擠出成型多用粒料，雙螺桿擠出成型多用粉料。

混合料的制備過程主要包括樹脂及各種助劑的準(zhǔn)備和原料的稱量與混合兩個(gè)方面。原料的準(zhǔn)備首先是根據(jù)制品已選定的塑料配方進(jìn)行必要的原料預(yù)處理、計(jì)量及輸送等過程，然后再進(jìn)行混合。混合的目的是將原料各組分相互分散以獲得均勻的物料，也稱為干混料。原料混合后的均勻程度將直接影響制品質(zhì)量，可見混合工序在聚氯乙烯塑料異型材成型加工中是極關(guān)鍵的問題。因此，下面將討論混合過程的作用原理、粉料和粒料制備的方法。配料的工藝流程如圖2-5所示。

（1）擠出成型用PVC混合料的制備　聚氯乙烯塑料是由聚氯乙烯樹脂、穩(wěn)定劑、改性劑、填充劑、著色劑及其它助劑組成的多分散體系混合物。必須把樹脂和其它助劑進(jìn)行配料混合后才能應(yīng)用于成型加工。所謂配料，就是把各種組分相互混在一起，盡可能成為均勻體系（粉料、粒料），為此必須采用混合操作。

混合，一般包括兩方面的含義，即混合和分散。混合是使兩種或多種組分所占空間的最初分布情況發(fā)生變化，其原理如圖2-6所示；分散是指混合中兩種或多種組分的物理特性發(fā)生了一些內(nèi)部變化，如顆粒尺寸減小或溶于其它組分中，圖2-7是分散作用的示意圖。混合和分散操作，一般是同時(shí)進(jìn)行和完成的。即在混合過程中同時(shí)通過粉碎、研磨等機(jī)械作用使被混合物料的粒子不斷減少，從而達(dá)到均勻分散的目的。在塑料的配料過程中常見的混合如下。

①不同組分的粉狀物料的混合，如粉狀的聚氯乙烯和粉狀添加劑的混合；②塑性物料的混合，如聚苯乙烯和聚丁二烯在熔融狀態(tài)的混合；③粉狀物料與液狀物料的混合，如增塑聚氯乙烯是粉狀樹脂與液體增塑劑的混合。

擠出成型用聚氯乙烯干粉混合料的制備是將各種原材料按配方經(jīng)正確計(jì)算和準(zhǔn)確稱量后，加入速熱混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱混合。達(dá)到規(guī)定溫度和時(shí)間后放入冷混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷卻，配制成均勻松散、不結(jié)塊、易流動(dòng)的粉狀混合物，可供下道工序單螺桿擠出機(jī)造粒或雙螺桿擠出機(jī)直接將粉料擠出成型。

（2）混合的基本原理　混合、捏合、塑煉都是塑料成型物料配制中常用的混合過程，很難將三者區(qū)別開，也很難給它們明確定義。通常把初混合看作是粉狀固體物料之間的簡單混合；捏合是指液體與粉狀固體物料的浸漬及混合；塑煉是指塑性物料與液體或固體物料的混合，也稱混煉。初混合及捏合是在樹脂熔融溫度以下和較緩慢的機(jī)械剪切作用下完成的，混均后物料各組分的性質(zhì)基本上沒有變化。塑煉則是在樹脂熔融溫度以上和較高的剪切速度下進(jìn)行的，塑煉后的物料中各組分在物理和化學(xué)性質(zhì)上會(huì)有一定的變化。

混合是指將兩種或兩種以上的組分互相分散開，以獲得組成均勻的混合物。混合過程一般是靠擴(kuò)散、對(duì)流、剪切三種作用來完成的。

①擴(kuò)散作用　擴(kuò)散作用是利用各組分之間的濃度差，使組分微粒從濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域遷移，從而達(dá)到組成的均一。對(duì)于氣體與氣體之間的混合，擴(kuò)散作用能較快地自發(fā)進(jìn)行。在液體與液體或液體與固體之間，擴(kuò)散作用也較明顯，但在固體物料之間，擴(kuò)散作用是很小的，只有靠升高溫度、增加接觸面積、減少料層厚度才能加快擴(kuò)散作用的進(jìn)行。

②對(duì)流作用　對(duì)流作用是使兩種或兩種以上的物料向互相占有的空間流動(dòng)，以期達(dá)到組成的均一。對(duì)流需要借助外力的作用，通常采用機(jī)械力攪拌，即使物料作不規(guī)則流動(dòng)而達(dá)到對(duì)流的目的。

③剪切作用　剪切作用是利用機(jī)械剪切力，促使物料組分達(dá)到均一的混合過程。剪切作用可用圖2-8說明，物料塊［圖2-8（a）］上有一個(gè)力F作用于上平面而使其產(chǎn)生平行移動(dòng)，由于下平面不動(dòng)使物料塊發(fā)生變形、偏轉(zhuǎn)或拉長而成為圖2-8（b）中的形狀。在這個(gè)過程中物料的體積沒有變化，只是截面變小、向傾斜方向伸長，并使表面積增大，擴(kuò)大了物料的分布區(qū)域，因而使其進(jìn)入另外的物料塊占有空間的機(jī)會(huì)加大，滲入別的物料塊中的能力增加，因此達(dá)到了混合均勻的目的。利用剪切力的混合作用，特別適用于黏彈性物料，因?yàn)轲椥晕锪系酿ざ却螅鲃?dòng)性差，又不能用粉碎的方法將其分散混合。用剪切作用混合時(shí)，由于兩剪切力之間的距離一般很小，因此，物料在變形過程中，很均勻地分散在整個(gè)物料中。

實(shí)際上在混合過程中，擴(kuò)散、對(duì)流、剪切幾種作用都是同時(shí)作用的。只是在一定條件下，其中的某種占優(yōu)勢(shì)而已。但不管是哪種作用，除了造成層內(nèi)流動(dòng)還應(yīng)產(chǎn)生層間流動(dòng)，才能達(dá)到最佳的混合效果。對(duì)于塑料成型物料混合物的配制來說，混合時(shí)許多原料多為粉狀，混合主要靠對(duì)流來完成。在高速混合機(jī)及捏合機(jī)中進(jìn)行的混合就是這種混合。在塑料塑煉過程中所用的密煉機(jī)、雙輥塑煉機(jī)、混煉式擠出機(jī)等主要靠剪切作用來完成，使物料混合均勻。

（3）混合前的準(zhǔn)備工作

①樹脂過篩　過篩的目的主要是篩出混在樹脂內(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)。常用的設(shè)備有振動(dòng)篩、平動(dòng)篩和圓筒篩。

②固體助劑粉碎　為使塊狀助劑均勻地分散在樹脂中，必須先將它們破碎成盡可能小的顆粒。

③粉狀助劑磨漿　為使穩(wěn)定劑、填充劑、著色劑等粉狀助劑均勻地分散在樹脂中，在配制軟質(zhì)聚氯乙烯混合料時(shí)，必須先將它們與增塑劑按一定比例在攪拌器內(nèi)攪拌混合均勻后，再用三輥研磨機(jī)幾次研磨成細(xì)度符合要求的漿料。

④母料配制　為使配方中含量較少的組分（如著色劑）均勻分散，可先將樹脂和多于配方中用量若干倍的著色劑經(jīng)捏合機(jī)冷攪拌，配制成分散均勻的母料。

（4）混合設(shè)備

制備PVC干混粉料的設(shè)備，主要采用附有蒸汽夾套或電加熱的機(jī)械攪拌機(jī)（也稱為捏合機(jī)）。大致可分為低速攪拌機(jī)、高速攪拌機(jī)和管道式攪拌機(jī)三種。目前多采用由高速轉(zhuǎn)動(dòng)的熱混合機(jī)和低速轉(zhuǎn)動(dòng)的冷混合機(jī)組成的熱、冷混合機(jī)組。

①低速攪拌機(jī)　這類攪拌機(jī)有Z形攪拌機(jī)，∑形攪拌機(jī)、螺帶式攪拌機(jī)等。其攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)形式雖有不同，但攪拌效率基本相同，均屬于低速、低效、開放式間歇操作的攪拌裝置。現(xiàn)以Z形攪拌機(jī)為例說明如下。該種裝置的主體是一個(gè)鋼槽，槽底為兩個(gè)半圓形，內(nèi)襯不銹鋼，槽體裝有夾套可通蒸汽加熱或通冷水冷卻，槽型兩邊底部裝有一對(duì)相反轉(zhuǎn)動(dòng)的Z形攪拌槳，見圖2-9。其主軸轉(zhuǎn)速為20～40r/min，副軸為10～20r/min，速比約為22:1。Z形攪拌槳見圖2-10。攪拌槳也可以是其它形式，見圖2-11。

②高速攪拌機(jī)　高速熱混合機(jī)主體部分是一個(gè)密閉的不銹鋼制成的圓筒式容器，夾套可用蒸汽或電加熱。并設(shè)有溫度測(cè)量和時(shí)間控制裝置，如圖2-12所示。容器底部有兩片高速旋轉(zhuǎn)的攪拌槳，其轉(zhuǎn)速因規(guī)格型號(hào)不同而不同，一般分高速和低速兩檔，高速為750～1100r/min，低速為400～750r/min。物料由葉攪拌槳沿壁急劇散開，而向上葉攪拌槳中心部位下落，形成旋渦狀運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到迅速混合均勻。刮料板（也稱折流板）是為便于物料均勻分散而設(shè)的，可作角度和上下調(diào)節(jié)。在高速攪拌下，物料因內(nèi)摩擦和攪拌槳、容器壁摩擦所產(chǎn)生的熱量，以及夾套中蒸汽或電加熱傳入的熱量，使溫度不斷上升，致使熔融態(tài)的助劑或增塑劑能很快地滲入聚氯乙烯樹脂空隙，形成半凝膠化的干混料。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)物料通過排料口及管道卸入冷混機(jī)中進(jìn)行冷卻混合，當(dāng)混合料溫度冷卻到40℃以下時(shí)，將物料通過卸料口及管道送入貯料倉或裝入袋內(nèi)，這種高速熱混合機(jī)和低速混合機(jī)聯(lián)混裝置，具有效率高、混合均勻、熱能耗低、密閉性好等優(yōu)點(diǎn)，是PVC塑料加工中普遍應(yīng)用的混料設(shè)備。

③管道式攪拌機(jī)　主體由兩段ф125mm×1400mm的混合管串聯(lián)組成，管內(nèi)配置一根多翼轉(zhuǎn)軸，由變速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，以1000r/min左右的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)。翼片角度分正反兩個(gè)方向。混合管外配置蒸汽夾套加熱。混合時(shí)，物料在管內(nèi)受到加熱和劇烈的剪切，從而能迅速地被攪拌均勻并連續(xù)地被制成干混料。管道式攪拌機(jī)如圖2-13所示。

（5）混合過程中物料狀態(tài)的變化　混合物料的聚集狀態(tài)，密度差異，顆粒的尺寸、分布和形態(tài)，組分的加入順序和混合條件都影響混合過程。為了制定合理的混合操作規(guī)程，有必要研究PVC粉粒形態(tài)及其混合物的表觀密度、顆粒平均直徑在高速混合過程中的變化。

①熱混合過程中PVC粉料顆粒形態(tài)變化　由懸浮法生產(chǎn)的PVC粉料，一般由1～2μm的不規(guī)則圓形初級(jí)粒子堆積而成，粉料顆粒直徑約為100～300μm。通過在不同溫度下高速攪拌，取樣觀測(cè)PVC顆粒形態(tài)和平均粒徑的實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)論：在常溫狀態(tài)下PVC粉料顆粒大小不一，小顆粒較多，在擠出成型過程中極易引起塑化不均勻。當(dāng)溫度達(dá)到50℃左右時(shí)，原來大的堆積粒子變小，小的顆粒逐漸消失。這顯然是因?yàn)樵跓峄旌线^程中，大的堆積粒子受剪切破碎成小粒子，小顆粒吸收了熱能和機(jī)械能而活性增加，逐漸和其它顆粒結(jié)合在一起，使平均粒度增大。當(dāng)溫度達(dá)到120℃左右時(shí)，粒子大而均勻，小顆粒幾乎完全消失，并在顆粒的某一部分或邊緣變得透明或半透明，這種現(xiàn)象說明PVC顆粒由于吸收熱能而產(chǎn)生了部分凝膠化。當(dāng)溫度達(dá)到130℃左右時(shí)，PVC顆粒的粒度趨于穩(wěn)定，凝膠化程度更深。由此可以得出PVC粉料在高速混合攪拌下，既有顆粒細(xì)化、重新結(jié)合，粒徑增大而均勻的形態(tài)變化，又有表現(xiàn)密度增大和部分凝膠化的功效。顆粒的增大，會(huì)起到致密的作用，使顆粒的表觀密度達(dá)到最大值，從而提高擠出產(chǎn)量；重新結(jié)合和均化，有利于擠出成型過程的均勻塑化；部分凝膠化，可加速物料擠出時(shí)的塑化進(jìn)程。

②熱混合過程中PVC粉料混合物表觀密度和直徑的變化　表觀密度Db和顆粒平均直徑dcp隨混合溫度的變化規(guī)律如圖2-14和圖2-15所示。

硬質(zhì)PVC配方混合物在20～40℃范圍內(nèi)，Db在0.5～1.0min內(nèi)就可以達(dá)到相當(dāng)高的值（0.57～0.58g/m3），但是其dcp卻有所下降。這是由以下兩個(gè)原因造成的：在20～40℃溫度范圍內(nèi)，高速混合機(jī)的葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)，剪切力把PVC樹脂堆積結(jié)團(tuán)的大顆粒和各種助劑顆粒進(jìn)行粉碎，造成dcp減小，但是混合機(jī)的葉片的傾角側(cè)面又把剪切力變?yōu)閴毫ν瑫r(shí)將物料壓實(shí)，因而Db增加。

在40～110℃溫度范圍內(nèi)，大部分混合物的Db繼續(xù)增加，但速度緩慢，而dcp則由小逐漸增大。

在高溫，即110～140℃范圍內(nèi)，Db繼續(xù)增大，dcp大多達(dá)到最大值后又開始下降。PVC粉料顆粒部分凝膠化，顆粒均化和相當(dāng)部分的助劑熔化是此區(qū)的主要特點(diǎn)，也是熱混合的目的之一。

當(dāng)溫度>140℃時(shí)，Dd達(dá)到最大值，dcp開始不同程度的下降，其原因有二：一方面是PVC顆粒凝膠化后體積變小；另一方面是助劑熔化，從而造成了Db增加和dcp下降。

當(dāng)溫度>115℃時(shí)，有些配方物料開始變色，出現(xiàn)分解現(xiàn)象。雖然凝膠化程度和Db進(jìn)一步提高，但這些配方已不可取。

由此可見，PVC各組分在高速混合過程中，并非只是各組分簡單的機(jī)械混合過程，而是一個(gè)復(fù)雜的PVC粒子物理變化過程。因此，混合過程的工藝條件對(duì)干混料質(zhì)量有重要影響。

2.9.3　混料前的各組分稱量

混料前各組分都需精確稱量，以保證準(zhǔn)確執(zhí)行配方，保證干混料性能均一。

各異型材廠由于生產(chǎn)規(guī)模不同，對(duì)原料稱量方法也有很大的差別，大的異型材廠都采用自動(dòng)配料計(jì)量裝置。原料由槽車裝袋或小包裝袋等分別投入到大型貯料罐中，然后經(jīng)吸引式或壓送式原料輸送裝置進(jìn)入自動(dòng)計(jì)量器（電子秤），此過程由電腦自動(dòng)控制，不同量的原料使用精度不同的電子秤，通常PVC單獨(dú)使用一臺(tái)電子秤，添加較多的穩(wěn)定劑、填充劑、改性劑和鈦白粉使用同一臺(tái)電子秤，其余潤滑劑等助劑用精度更小的電子秤，液體料使用單獨(dú)的計(jì)量裝置。由于電腦控制，配料計(jì)量精度高，能保證干混料的均勻性，不會(huì)使每批料性能有所差異。小的異型材廠由于生產(chǎn)能力小，無需引進(jìn)自動(dòng)計(jì)量裝置，通常以人工稱量為主。由于秤和人為因素，干混料性能無法保證均一。無論是電子秤，還是普通秤，在選擇精度時(shí)，通常以稱重量的1％作為其秤的精度，最好不要超過2％。

2.9.4　硬質(zhì)聚氯乙烯物料混合工藝

硬度PVC配方擬定以后，高速混合機(jī)的加料量、加料順序、混合溫度和混合時(shí)間等因素，是控制PVC干混料質(zhì)量和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。

（1）混合機(jī)的加料量和升溫速度的關(guān)系　圖2-16所示為混合機(jī)的加料量和升溫速度的關(guān)系。此曲線無外加熱源，只靠攪拌葉片剪切熱、摩擦熱進(jìn)行熱混合取得的結(jié)果。由圖中可以看出，投料量有一最佳值。當(dāng)物料體積和混合機(jī)容積之比<50％時(shí)，升溫速度較慢，均需15～20min才能達(dá)到終溫；當(dāng)比值為50％～70％時(shí)，物料翻騰良好，9～10min就可達(dá)到終溫，效率提高了30％以上，當(dāng)比值>70％時(shí)，物料升溫速度提高不多，且物料翻騰變慢，由于負(fù)荷過大，致使轉(zhuǎn)速下降，給混合帶來不利影響。因此，應(yīng)根據(jù)混料設(shè)備容積、出料溫度及混料時(shí)間要求來確定適宜加料量。

（2）混合工藝條件對(duì)干混料性能的影響　混合程度的好壞將直接影響制品的性能，特別是物理機(jī)械性能。雙螺桿擠出機(jī)的擠出產(chǎn)量與干混粉料的表觀密度成正比，部分凝膠化的PVC干混粉料在擠出機(jī)中熔融所需要的能量較低，擠出產(chǎn)量較高，能耗也較低，不易過熱分解。因此，高速混合操作程序和控制條件，應(yīng)該以獲得表觀密度較高，部分凝膠化、松散不結(jié)塊和均勻一致的干混粉料為準(zhǔn)則。

物料熱混合溫度是影響干混粉料性能最重要的因素之一。如前所述，硬質(zhì)PVC干混粉料的表觀密度和凝膠化程度與混合溫度有密切關(guān)系。固體組分加入的順序不但影響PVC的升溫速度，而且也影響混合時(shí)間和組分的分散及效能。實(shí)驗(yàn)證明，潤滑劑對(duì)干混粉料的表觀密度和凝膠化速度有重要影響，最好在PVC樹脂與其它添加劑混合以后，在溫度約低于終點(diǎn)溫度20℃以及高速攪拌下加入。

高速混合機(jī)混合過程中加料量、加料順序、混合溫度和混合時(shí)間都是重要的控制因素。對(duì)給定的PVC混合體系，應(yīng)制定出嚴(yán)格的操作規(guī)程，對(duì)硬質(zhì)PVC干混粉料混合過程終點(diǎn)控制，一般利用時(shí)間-溫度周期圖，如圖2-17所示。硬質(zhì)聚氯乙烯物料的混合工藝參數(shù)見表2-6。

（3）PVC干混粉料的均一性　為了保證和提高干混粉料的均一性，應(yīng)注重某些后處理工作。高速混合機(jī)升溫到設(shè)定溫度時(shí)，立即轉(zhuǎn)入低速攪拌混合，并將混合物料排入低速冷混合機(jī)內(nèi)，將混合料迅速冷卻降溫至40℃以下，以免在貯存過程中變色、結(jié)塊。低速冷卻混合機(jī)的容積應(yīng)是高速攪拌混合機(jī)的兩倍以上，以便多批熱混合物料并批冷卻混合，獲得均一性更好的干混粉料。冷卻后干混粉料應(yīng)該過篩，除去結(jié)塊團(tuán)料和異物，保證粉料的均一性。由于抗沖擊改性劑顆粒比PVC顆粒粗糙，密度較低，風(fēng)送時(shí)它們可能從混合物中分離出來并浮在混合物料頂部，大大降低混合物的均一性，所以不能用風(fēng)力輸送PVC干混粉料。

2.9.5　混料的檢驗(yàn)

由于原材料或者混料機(jī)器及人為因素等原因，有可能引起混合料性能不均，最終引起異型材生產(chǎn)不穩(wěn)，廢品增多。因此對(duì)混合后的物料進(jìn)行定期檢查是必要的。

各種原材料經(jīng)混合后，很難分離，測(cè)出其中一種原材料含量困難極大。通常對(duì)于干混料監(jiān)測(cè)以下五種指標(biāo)：這五種指標(biāo)，國標(biāo)無明確規(guī)定，各異型材廠應(yīng)根據(jù)自己的生產(chǎn)實(shí)踐，主要考慮對(duì)異型材質(zhì)量的影響，確定合理的指標(biāo)，以下提供的指標(biāo)范圍僅供參考。

（1）水分及揮發(fā)物含量的測(cè)定　參考GB 2914—2008。

①方法　把一定量的干混料平鋪在一個(gè)規(guī)定尺寸的稱量瓶中，在（110±2）℃下加熱至恒重，將樣品的失重作為揮發(fā)物的重量。

②儀器

a.烘箱　（110±2）℃。

b.稱量瓶　ф70mm×35mm扁形玻璃稱量瓶。

c.分析天平　感量0.1mg。

d.干燥器　盛有變色硅膠的玻璃干燥器。

③步驟

a.把干凈的帶蓋稱量瓶在（110±2）℃的烘箱中加熱1h后取出，置于干燥器中冷卻至室溫，稱其重量為m（準(zhǔn)確至0.0002g）。

b.把約5g干混料均勻地鋪在稱量瓶底部，蓋上瓶蓋，稱其重量為m1（準(zhǔn)確至0.0002g）。

c.把盛有干混料的稱量瓶置于（110±2）℃的烘箱中，取下蓋子并留在烘箱里。關(guān)上烘箱門，烘1h后取出稱量瓶，放入干燥器中冷卻至室溫，準(zhǔn)確稱量，然后再放入烘箱加熱0.5h，同上述操作，直至恒重（即連續(xù)稱量相差不大于0.0005g），稱其重量為m2。在轉(zhuǎn)移和稱量的過程中必須始終蓋上蓋子。操作者必須戴細(xì)紗手套。

d.結(jié)果表示　揮發(fā)物（包括水）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)V按下式計(jì)算：

式中，m0為干燥的稱量瓶重量，g；m1為加熱前的干混料加稱量瓶的重量，g；m2為加熱恒重后的干混料加稱量瓶的重量，g。

水分和揮發(fā)物含量一般不超過0.5％，否則要復(fù)查原材料，并對(duì)混料裝置進(jìn)行檢查，追查原因。

（2）表觀密度的測(cè)定

①儀器

a.天平　感量0.1g（藥物天平）。

b.漏斗　不銹鋼制成，內(nèi)壁光滑，形狀和尺寸見圖2-18（b），也可用圖2-18（a）的漏斗。

c.測(cè)量圓筒　金屬制成，內(nèi)壁光滑，容積為（100±0.5）mL，內(nèi)徑為40mm（見圖2-18）。

d.量筒或量杯：150～200mL。

e.刮料板：直尺。

f.擋料板：塑料板、金屬板均可。

②測(cè)定步驟

a.把漏斗垂直架置于試驗(yàn)支架上，其下端口在測(cè)量圓筒正上方20～40mm，并盡量與測(cè)量圓筒成軸線。

b.用擋料板封閉漏斗下端小口，將115～120mL試樣倒入漏斗中（特殊情況加150mL）。

c.迅速抽開擋料板，讓試樣自由流進(jìn)測(cè)量圓筒，用刮料板刮去測(cè)圓筒上部多余的試樣，并在天平上稱量圓筒中的試樣重，精確至0.1g。

d.每批料進(jìn)行三次測(cè)試（已測(cè)試樣不得重復(fù)使用）。

③結(jié)果表示　表觀密度Da（g/cm3）按下式計(jì)算：

式中，m為測(cè)量圓筒中試樣的質(zhì)量，g；V為測(cè)量圓筒的容積，100mL。

試驗(yàn)結(jié)果以3次測(cè)量的算術(shù)平均值表示，取兩位有效數(shù)字。

由于各異型材廠配方和混料設(shè)備、工藝有差別，干混料的表觀密度不會(huì)相同。取一段時(shí)間的平均值作標(biāo)準(zhǔn)值，再根據(jù)異型材質(zhì)量的變化情況確定其允許波動(dòng)范圍。最好在±0.02g/cm3范圍內(nèi)波動(dòng)。

④熱穩(wěn)定性　此項(xiàng)指標(biāo)通常不測(cè)，當(dāng)異型材生產(chǎn)過程中出現(xiàn)糊料較多等現(xiàn)象時(shí)，才測(cè)此項(xiàng)。

（3）熱穩(wěn)定性的測(cè)定方法　聚氯乙烯、氯乙烯共聚物、氯化聚合物與其它助劑的混合料，在高溫下擠出成型加工時(shí)易受熱分解放出氯化氫。聚氯乙烯樹脂及其混合料在規(guī)定的條件下，維持在一定溫度直到開始發(fā)生分解的時(shí)間為誘導(dǎo)時(shí)間ti。分解進(jìn)行到規(guī)定的程度所需的全部時(shí)間為穩(wěn)定時(shí)間ts。測(cè)定ts和ti均可表征聚氯乙烯混合料的熱穩(wěn)定性。

聚氯乙烯混合料熱穩(wěn)定性的測(cè)試方法有剛果紅法、pH法和布拉班得（Brabend）法等。本節(jié)主要介紹剛果紅法。

①原理　在靜空氣中，將試樣維持在規(guī)定的測(cè)試溫度，測(cè)定物料分解出的氯化氫導(dǎo)致紅試紙改變顏色到相當(dāng)于pH值為3的顏色時(shí)所需要的時(shí)間，即為穩(wěn)定時(shí)間。穩(wěn)定時(shí)間越長的穩(wěn)定性越好。

②儀器

a.計(jì)時(shí)器　刻度以分鐘表示。

b.油浴　附有攪拌器和溫度恒溫控制裝置，在120～210℃范圍內(nèi)，恒溫誤差為±1℃，油浴附有隔熱蓋、鐵架臺(tái)及夾子以固定測(cè)試試管。

c.玻璃試管　外徑（16±1）mm，壁厚0.5～0.6mm，長度150～160mm。

d.小玻璃管　內(nèi)徑2～3mm，長約100mm。

e.剛果紅試紙　寬約6mm，長30mm。

③測(cè)定步驟

a.在試管中裝入50mm高干燥的待測(cè)混合料，裝料時(shí)要輕輕振動(dòng)，以減少粒料，不要使樣品裝得太實(shí)。

b.用夾子夾住試管，將剛果紅試紙的一端折疊成夾角或卷起插入小玻璃管內(nèi)，然后將小玻璃管裝在試管中心，使剛果紅紙最低邊緣距試樣表面25mm。

c.將準(zhǔn)備好的試管浸入已達(dá)到規(guī)定溫度的油浴中，侵入深度為使試樣的表面與油浴液面在同一水平線上，試管裝置如圖2-19所示。

d.測(cè)定溫度按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定確定。對(duì)聚氯乙烯混合料通常選190～200℃。

e.記錄從試管插入恒溫油浴到剛果紅試紙顏色變成相當(dāng)于pH值為3時(shí)（顏色由紅變藍(lán)）所需的時(shí)間，即為穩(wěn)定時(shí)間ts，以分鐘表示。聚氯乙烯混合料在200℃時(shí)穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)大于20min。

e.每個(gè)試樣至少應(yīng)做兩個(gè)平行試驗(yàn)，也可以將兩個(gè)或三個(gè)試管同時(shí)侵入恒溫油浴。兩個(gè)試樣的測(cè)定結(jié)果與其平均值相差不應(yīng)大于30s，否則試驗(yàn)必須重做。

（4）白度　當(dāng)干混料混合不均時(shí)，通常白度發(fā)生變化，此項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)容易，可定期檢測(cè)，使用白度儀，取一段時(shí)間，檢測(cè)平均值作指標(biāo)值，根據(jù)異型材質(zhì)量變化情況確定范圍，一般不超過±2。

測(cè)定方法見塑料白度試驗(yàn)方法。

（5）雜質(zhì)含量　由于原材料或混料設(shè)備及用料裝置會(huì)帶入較多雜質(zhì)，影響型材質(zhì)量，所以需對(duì)此指標(biāo)進(jìn)行控制。

測(cè)定方法見機(jī)械雜質(zhì)測(cè)定。

通常控制小于30粒/g。