ASAPVC共混改性技术在PVC彩色共挤型材加工中应用研究

1、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 -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

2、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

3、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 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

4、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

5、具 奥地利 TOPF 模具制造公司WSD-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

6、 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

7、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 ( 1

8、80 178 175 175 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 1905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

9、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 32.00 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 (300-890n

10、m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 4.163 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

11、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

12、击性能优良。3实际加工过程中配比 1、配比 2 材料在挤出 1020 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

13、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 -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