ASA_PVC共混改性技术在PVC彩色共挤型材加工中应用研究.

ASA/PVC 共混改性技术在PVC 彩色共挤型材加工中应用研究

吴 郁

宁波浙东塑料建筑材料有限公司 宁波 315101

摘要:本文概述了ASA/PVC 共混改性彩色共挤型材的制备工艺,分析讨论了不同配比共混体系对共挤加工性能、材料力学性能以及材料耐候性能的影响。

关键词:ASA/PVC 共混改性 耐候性

1 概述

PVC塑料门窗具有优异的节能隔声效果,目前在国内已普及应用。由于PVC分子结构中存在较不稳定的α-Cl,因此纯PVC加工的材料耐候性差,在户外容易受太阳光中紫外光线破坏而引起发黄发红等变色现象;金红石型TiO 2具有优异的光折射效果,通过添加一定比例的金红石型TiO 2,可以起到折射屏蔽紫外线效果,从而确保材料不变色,因此市场上所见的PVC门窗型材通常以白色为主。近年来随着社会发展,人们对门窗材料表面彩色化需求越来越大。目前彩色PVC型材一般是通过在干混料中直接添加颜料进行着色,但因配色原因,材料配比中不能添加足量的TiO 2(一种白色颜料,以致产品在户外耐候性较差、型材色彩选择性非常小。一种采用具有优异耐候性能的高分子材料作为共挤层材料,将其与PVC主体材料共挤形成复合材料的共挤加工技术,可使

型材表面色彩丰富多样,颜色牢固不易褪色。

ASA聚合物是丙烯氰(A-苯乙烯(S-丙烯酸酯(A无定型三元共聚物,其分子结构如下,其分子结构中无双键等不稳定基团,分子结构稳定,具有优异的耐候性能,同时该材料具有很好的力学性能,国外已广泛应用于汽车配件领域。ASA其溶解度参数δ为9.6-9.8,与PVC的溶解度参数9.5-9.7非常接近,理论分析二者相容性很好,可以混合形成塑料合金,以改善PVC材料力学性能。试验通过ASA与PVC根据不同比例进行共混造粒,主机采用锥形双螺杆挤出机,辅机采用专用单螺杆挤出机,通过共挤形成彩色共挤复合型材;分析讨论了不同共混配比对共挤加工性能、制品表面硬度、力学性能以及耐候性能的

影响。

2 试验部分

2.1试验主要原料

SG-5型 PVC 树脂 上海氯碱化工有限公司 Larans ASA 树脂 德国BASF 化学公司 T-109 稳定剂 阿托菲纳化学公司 D320抗冲改性剂 阿托菲纳化学公司 颜 料 德国BASF 化学公司

2.2试验仪器及设备

FM-500/1750进口混料机组 德国THYSSEN设备制造公司 SJZ55/100锥形双螺杆造粒机组 上海经纬挤出机械制造有限公司 CON63锥形双螺杆挤出生产线 奥地利THEYSHON设备制造公司 CO-32 THEYSHON共挤机 奥地利THEYSHON设备制造公司 LUXOR 80自动上料干燥机 德国摩丹干燥设备公司

HS80NP共挤型材模具 奥地利TOPF模具制造公司

WSD-Ⅲ型色度仪 北京康光仪器有限公司

低温落锤试验机 河北承德金键检测仪器公司

XJJ-5简支梁冲击试验机 河北承德金键检测仪器公司 XHRD-150塑料洛氏硬度计 山东莱州市试验机总厂

QUV紫外线加速耐候试验机 江苏中铭仪器有限公司

2.3 试样制备

1试验以浅灰色(RAL 7035为参照颜色,按照配方比例(见表1,使用FM-500/1750 德国THYSSEN进口混料机组进行混料,形成适合挤出加工的四种干混料。

表1 试验干混料配比

配比1 纯ASA干混料

配比2 ASA:PVC=2:1干混料 配比3 ASA:PVC=1:1干混料 配比4 纯PVC干混料

2本试验共挤机选用单螺杆挤出机,该机适合粒料挤出加工,因此需要对上述四个配比干混料进行造粒,我们采用锥形双螺杆造粒机组进行造粒;制成粒径约3mm的粒料;

3ASA粒料以及共混粒料具有吸水性,含水量在0.3%左右,必须经烘干处理,否则表面会出现麻点、不光等缺陷,试验中采用德国摩丹LUXOR 80干燥机对配比1粒料在80℃干燥3小时,对配比2、配比3粒料在55℃干燥2小时,配比4粒料在50℃干燥1小时;PVC粒料烘干温度相对要低,主要是PVC本身材料含水率较低,同时避免高温使材料结块。

4共挤挤出,共挤模具设计要求必须使基材与共挤层在定型段具有相同的流速,同时具有一定的压缩比,以保证共挤异型材挤出时粘接良好,共挤层厚度均匀。我们以CON63奥地利THEYSHON挤出机为主机、CO-32 THEYSHON共挤机为辅机、以HS80NP共挤型材模具为试验模具进行共挤挤出四种试验配比的共挤产品,技术先进的进口挤出设备和模具确保制品共挤层厚度均匀,便于进行试验对比;

共挤挤出加工工艺流程如图所示:

图1 ASA/PVC共混改性彩色共挤型材工艺流程

四种配比产品生产工艺参数如表2所列:

表2 生产工艺参数

工艺参数 配比1 配比2 配比3 配比4 共挤筒区1温度 (℃ 180 178 175 175 共挤筒区2温度 (℃ 185 182 182 182 共挤筒区3温度 (℃ 190 185 185 185 过渡连接体温度 (℃ 195 190 190 190 共挤口模 温度 (℃ 190 190 190 190 共挤转速 (R.P.M 12.0 13.0 13.5 13.5 共挤熔压 (Bar 176 185 201 210 共挤熔体温度 (℃ 195 192 191 190

5试样经48小时室温稳定放置,分别对配比1、配比2、配比3和配比4试样按照

GB/T8814-2004门、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U型材检验标准进行硬度、单缺口简支梁冲击强度、低温落锤冲击强度(-10℃,1kg,1.5m,10个试样测试,结果如表3:

表3共混改性材料力学性能

检测项目 配比1 配比2 配比3 配比4 试样共挤层厚度 (mm 0.38 0.35 0.32 0.32 硬 度 (HRR 75 78 83 89 简支梁冲击强度 (kJ/m2 37.5 35.8 34.8 32.0

0 0 0 1

低温落锤冲击破裂数(个

有无共挤层剥离现象 无剥离 无剥离 无剥离 无剥离

6采用QUV紫外线加速耐候试验机,分别对配比1、配比2、配比3和配比4试样进行人工老化测试,试验条件为:6.5kW氙灯,波长(300-890nm范围内辐射强度为(1000±200W/m2,箱内温度:(35-40℃,黑板温度(63±3℃,相对湿度:(65±5%,降雨周期:

18min/102min,老化时间4000小时。测试结果如表所列;

表4老化性能

老化前试样(浅灰色

配比

L a b 4000h老化后

△E

配比1 64.5 -1.90 1.03 0.82 配比2 64.8 -1.92 1.05 1.46 配比3 64.6 -1.87 1.08 2.28 配比4 64.4 -1.86 1.06 4.16

3 结果与讨论

1通过对四种配比的共混改性材料共挤挤出工艺进行比较分析,加工工艺参数变化较小,

表明ASA与PVC两种树脂相容性很好,流变性能、热膨胀系数非常接近;试验结果与理论相符;配方1螺杆转速较慢,但试样共挤层厚度值较大,表明纯ASA流动特性要好于PVC。

2表3显示四种配比的共混改性材料力学性能,测试结果表明,ASA材料低温抗冲击性能明显优于PVC,表3中显示配比2、配比3与配比4简支梁冲击强度明显提高,表明ASA与PVC共混可以提高PVC材料的韧性,ASA在共混体系中起到抗冲改性剂的作用;分析认为ASA属无定型三元共聚物,由于ASA结构中引入了丙烯酸酯橡胶,其玻璃化转变温度Tg为-50℃,使其共聚物具有极好的抗冲击性,尤其是低温抗冲击性能优良。

3实际加工过程中配比1、配比2材料在挤出10—20分钟后就出现型材表面拉痕,分析原因主要是材料在冷却过程中表面ASA层冷却速率较快,牵引移动过程中与真空冷却定型模真空气槽发生硬性摩擦,导致表面出现较多摩擦痕,同时在水箱内冷却过程中与定型插板摩擦易产生

拉痕;而试验结果显示配比3、配比4在挤出过程中基本没有出现较明显的摩擦痕;表3中对四种配比试样表面硬度进行对比,结果表明ASA材

料表面硬度明显要小于PVC,配比3与配比4硬

度值比较接近,PVC在共混体系中能够提高材料

表面硬度,有利于挤出加工,改善表面质量。

4试验采用浅灰色作为试验颜色,主要是

便于对比试验前后颜色变化;通过人工老化试

验,对颜色变化测试,结果表明纯ASA产品颜色

变化最小,耐候性最好,纯PVC产品耐候性最差。分析认为ASA为饱和主链结构,不含双键,因此

对紫外线的耐受能力很强,大分子链中的羰基和

氰基具备较强的耐紫外线能力,而苯环是典型的

稳定结构,很难发生光化学反应,因此材料本身

不易被紫外光破坏引起材料颜色变化;而PVC分

子结构中存在较活泼的α-Cl,容易被紫外线破

坏引起分子断链产生活泼的双键结构,当分子结

构中有连续的共轭双键产生后,材料就会产生显

色现象。人工老化检测结果显示配比2、配比3的 △E 值明显低于配比4,表明通过

ASA与PVC共混

改性,可以提高PVC材料耐候性能;主要是通过

共混后材料表面暴露的PVC分子比例减少,因而

降低材料表面颜色变化程度。

4 结论

ASA与PVC树脂相容性很好二者可共混使用,共混改性材料的挤出加工工艺温度与采用纯PVC 无明显变化;采用ASA/PVC共混改性材料作为共挤层材料,可以明显提高PVC彩色型材的耐候性;通过共混改性可以提高共挤材料的力学性能,同时可以改善共挤层材料表面硬度,更便于挤出加工。

参考文献

[1] 武利民。塑料,1992,21(4:14-l7

[2] 刘信社,张广成,姜晴莉。化学建材,2004,9: 11-13

[3] 朱复华。挤出理论及应用.中国轻工业出版社,2001

[4] 顾宜。材料科学与工程基础.化学工业出版社, 2002