树脂加工方式
●挤出成型(管、型材)
●注塑成型(瓶、管件)
●压延成型(片材)
生产过程中存在
●物料之间的摩擦
●物料与设备之间的摩擦
润滑剂定义:
能改善各层粒子之间及熔体与加工设备金属表面之间摩擦力和粘附性,增大树脂的流动性,并可调控树脂塑化时间,保证连续生产正常进行的助剂称之为润滑剂。
一.发展概况
20世纪70年代前:
1)PVC主要以软制品为主,润滑剂品种和数量很少。
2)主要品种硬脂酸和石蜡
20世纪70年代后:
1)随着PVC硬制品的发展和挤出速度的提高,开始大量使用润滑剂。
2)加工设备、制品及加工工艺的不同,对润滑剂提出更高、更多样要求,促进了润滑剂新产品的开发。
3)关于润滑影响因素太多,制约了润滑剂理论研究,目前仍没有形成指导配方工作的系统理论。
润滑剂的选择与其说是一门科学,倒不如说是依据经验
不同润滑剂产品消费比例
不同塑料对润滑剂消费量
二.内外润滑剂与功效
1.PVC加工的特殊问题
1)由于PVC是强极性高分子,它在分子间和分子内链段之间的作用力较强,熔体粘度高,流动性差,剪切力增大,形成较大的摩擦热。并对金属表面有强的粘附性。
2)PVC树脂极易发生热分解,分解温度在130-140℃,但加工温度却在180-200 ℃,这极易导致熔体内部及金属表面局部过热而分解。
●内润滑剂:为防止熔体内局部过热,需要加入能穿插进初级粒子之间、分子之间及分子链段之间的润滑剂,降低PVC熔体粘度,增加流动性,减少摩擦热生成,叫做内润滑剂。
●外润滑剂:为了减少熔体对金属表面的粘附性及摩擦力而加入的润滑剂叫外润滑剂。
在PVC树脂加工过程中,不希望它过早塑化,使粘稠的熔体经受长时间的高剪切产生大量摩擦热,消耗大量热稳定剂,甚至产生热分解;也不希望过迟塑化影响产品质量。
如何控制塑化时间,常用的方法是选择合适的润滑体系,这是PVC加工必须加入润滑剂重要原因。
2.理想润滑剂的性能要求
1)易分散性:润滑剂在聚合物中有良好的分散性,否则导致局部过润滑或欠润滑现象发生。
2)与基础聚合物适当的相容性:相容性过大,润滑剂在聚合物中起到增塑剂作用,制品软化点降低;相容性太小,制品成型后产生喷霜现象
3)良好的热稳定性和高温润滑性:加工温度下不分解,与PVC相容性随温度变化小。
4)不影响制品最终性能:如强度;热变形温度;透明性等
5)卫生性;低成本。
3.润滑剂的功效
1.自供料段进入压缩段时开始塑化
2.计量段前完全凝胶化
1)降低熔体粘度
热塑性树脂的熔体粘度是表征加工流动性的重要参数。
温度上升—-流动性增加—-热分解;能耗大低分子量树脂—-流动性增加—-维卡耐热;强度低加入少量内润滑剂可以降低熔体粘度,提高熔体流动性,不影响制品的维卡耐热温度。
机理:润滑剂分子与聚合物树脂在较高温度下具有一定的相容性,插入到聚合物分子链之间削弱了分子间作用力,促进分子链之间的滑动,或包覆于初级粒子表面,改善初级粒子之间的相互滑动性,降低了熔体粘度。
2)减少内生热

内生热是由于熔体内部摩擦引起的,加入内润滑剂能赋予树脂内部结构单元较高的润滑性,同时对树脂的溶剂化作用很小,从而即减少了树脂摩擦生热,又避免了制品热变形温度下降。
3)脱模作用
脱模作用是外润滑剂的功效,外润滑剂多为与树脂的相容性有限,能从熔体迁移到表面。在熔体和金属表面形成稳定、相互隔离的分子层,抑制了熔体与金属表面的粘附。
4)延迟塑化作用
在树脂中加入相容性极低的润滑剂(外润滑剂)可以在加工温度下迁移到树脂颗粒或熔体表面,在树脂粒子之间或熔体与金属表面之间形成润滑层,减少了剪切变形和摩擦生热,达到延迟塑化的目的
5)防止熔体破裂
由于润滑作用增加了熔体在壁上的滑动速度,削弱了粘附–滑动作用,防止了熔体破裂。
6)改善制品的自润滑性润滑剂向制品表面迁移产生自润滑性
7)滑爽和防粘联作用
润滑剂作用方式:
4.润滑性的定量描述
1)相容度:相容度是某一润滑剂在一定条件下树脂中的“表观溶解度”即某种润滑剂在塑料加工中由起内润滑作用为主变成起外润滑作用为主的百分数。
如何理解加工助剂与润滑剂的作用?
●塑料熔体与真溶液不同
●相容度具有可变性(加工条件;配方)
2)内润滑剂指数
KING等人用100份PVC树脂与5份润滑剂配合,测定配合物的玻璃化温度降低值(ΔTg),用ΔTg和润滑剂体积分数Vi之比值作为内润滑剂指数表征PVC的内润滑效果
5.内外润滑平衡
符合特定的加工设备要求的塑化时间和熔体粘度的润滑体系称为润滑平衡体系
1)合适的熔体流动性:加入内润滑剂尽可能降低熔体粘度,增大流动性,减少摩擦热生成
2)合适的塑化时间:加入内外润滑剂调节塑化时间。
3)理想的防粘性:物料即不“打滑”影响输送,又不粘附加工设备。
6.内外润滑平衡的评价标准
1)内外润滑剂用量不足。现象是塑化扭矩大,熔体粘附性严重,可能发生热分解。
2)内外润滑剂用量过大。现象是析出严重,制品力学性能下降,二次加工性能差。
3)内润滑剂较少,外润滑剂较多。现象是塑化时间较长,塑化扭矩大,有析出现象。
4)内润滑剂较多,外润滑剂较少。现象是塑化时间较短,熔体粘附性严重,可能发生热分解。
7.润滑平衡的评价方法
1)小双滚评价法:
在恒定温度、转速、辊间距的条件下,观察测定配方的抱辊时间。
缺点:误差大
2)用挤出机评价
测定一定时间内挤出量和挤出机扭矩值。
特点:测定误差小,但不能区分内外润滑剂各自的作用。
3)玻璃化温度
用测定的玻璃化温度降低值表征润滑剂的内外润滑平衡,润滑指数越大(ΔTg/Vi),内润滑越好
4)用流变仪评价
塑化转矩:塑化过程中最大扭矩,树脂玻璃态消失,主要是高弹态,粘流态增加。
塑化时间:塑化转矩对应的时间减去加料峰时间
塑化温度:塑化转矩曲线C点对应的温度,塑化温度远比设定温度高。
内润滑剂在降低塑化转矩的同时可缩短塑化时间;而外润滑剂在降低塑化转矩的同时却延长塑化时间