一文读懂PVC塑化度，详细汇总

    各位小伙伴们，是不是经常遇到问题后，别人的回答都有说到塑化度不好？塑化不行？那么，啥是塑化？ 怎么辨别？怎么改进呢 ？
     PVC 塑化原理
    1通俗的说法
    材料混配完成后，PVC塑料在高速混料中，产生了很大的摩擦热，从而使PVC塑料树脂中的润滑剂充分熔化，渗透吸附到PVC塑料表面，也使助剂、填料等均匀地分布于PVC塑料颗粒的相中。
    混合好的料进入挤出机后，由挤出机通过加热方式提供热能，PVC塑料中的外润滑首先由低能量区向高能量区运动，形成初级润滑。PVC塑料树脂在吸附能量以后，颗粒开始膨胀，进入高弹态。由于外润滑在初始运动时，带走了一部分能量，从而保证了PVC塑料的初期稳定性能。
    这时，对PVC塑料粒子来说，外润滑、内润滑和加工助剂由于其熔点和玻璃化温度较低，就形成了能量中心。热能不断地促进了内外润滑剂和加工助剂的运动，轰击着已膨胀的PVC塑料颗粒，使颗粒外层不断聚集能量。此后，通过螺杆的挤压、剪切，外层分子开始运动，内层分子便被裸露出来。新的能量又促进了裸露微粒再次膨胀，再次挤压、剪切，从而使PVC塑料分子得以充分运动，发生塑化。这时，稳定剂和润滑剂等其它助剂，也被均匀地分布在PVC塑料的每个相中，流动性就变得越来越好。
 
    2稍微官方点的说法
    PVC树脂是由多层粒子聚合而成，在硬质PVC加工过程中，多层粒子结构的形态会发生很大变化，这种变化是在受热和剪切力的同时作用下产生的。
    首先是50～250μm的树脂颗粒破碎游离出1―2μm的初级粒子(或称二次粒子)。随着加工的进行(如物料在料筒内的输送)，物料受到更高温度和剪切力的作用，初级粒子破碎。
    一般当料温高于190℃时，次级粒子可以全部破碎，晶体熔化，粒子边界消失而形成三维网络结构。这种三维网络的形成过程称为凝胶化或塑化。
    高分子物理所指的凝胶化是微交联物的溶胀过程，这种凝胶物是不能溶解的；而PVC的凝胶化是考虑多层粒子结构和分子链的部分再结晶形 成的可溶解的三维网络结构。凝胶化度是表征PVC“多层粒子结构”破坏的程度，从工艺上讲是指PVC树脂塑化的程度。
    PVC加工过程中，随着温度的升高，其强度和刚度降逐渐增大，但冲击强度在达到最大值后下降。因此，有一个最佳加工温度，即存在一个最佳塑化度。所以通过判定PVC-U制品的塑化度与其力学性能的关系来控制生产工艺尤为重要。
 
    如何判断塑化度
    1目测法（最常见、最常用）
    1、通过主机电流判定塑化度以（65/132生产线为例，主机电流以46-52A为宜，低钙产品，以45-50A为宜。前提是：螺杆转速16~22r/min，喂料充满并与螺杆转速相匹配，温度设定与螺杆转速及主机电流相匹配）；
    2、通过主机真空排气孔观察物料的塑化度（即物料在螺杆螺棱螺槽中间充满60%以上，螺棱凹槽中粉料呈豆腐渣状态且凹槽底部物料被压平）；
    3、通过模具口模的熔体物料的粘弹性来判定塑化度（该方法较为适用于刚开机时）；
    4、通过合流芯的熔体压力及熔体温度来判定塑化度（其缺点为若仪表失灵或合流芯传感器被焦料糊死等因素会影响检测结果的准确性）
    5、在加工过程中，观察物料塑化情况。关闭真空泵，移开视镜，用肉眼观察机筒内的物料，若物料均匀地包覆在螺槽内表面，且物料表面又很光滑，无凹凸不平现象，可视为塑化良好。
    6、观察制品表面状态，表面有光泽，无发抖、模糊感觉，手感光滑，内腔光滑为塑化良好。
 
    以下2 3 4点 是比较复杂的方法
    2溶剂法
    1、在烧杯中加入二氯甲烷溶剂至高度为250px，取约125px异型材浸入其中。未经塑化的PVC树脂可被二氯甲烷溶解；
    2、塑化度低的PVC型材由于未形成三维网络结构，溶剂分子能渗入结晶网络链段间，使制品表面有絮状物出现，表面疏松等；
    3、当异型材的塑化度较高时，已形成较好的三维网络结构，溶剂分子较难进入链段间，制品难以溶解，仅有溶胀现象。塑化度良好的异型材用二氯甲烷浸泡后表面光滑均一，无脱层龟裂现象。
 
    3拉伸法
    按GB／T 1040―1992《塑料拉伸性能试验方法》在规定的试验温度和试验速度下，在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止。
    当塑化度较低或较高时，断裂伸长率较低。当型材断裂伸长率在140％～150％时，塑化良好。制品的断裂性能与塑化度密切相关。塑化度为60％时制品的断裂强度最大。塑化度为70％时，制品的断裂伸长率最大。
 
    4 DSC法
    在DSC样品池中放入10～15mg待测样品，以10℃/min加热速率使试样从室温加热到240℃。仪器自动记录样品熔化过程中吸收热量的曲线。将完全未经加工的PVC干混物的塑化度视为0、高温下加工的试样视为完全塑化状态，其塑化度设为100％，以此设定条件来计算处于两极端情况之间PVC加工物料的塑化度。因此，塑化度是一个相对值。
    在获得的DSC中，面积A的吸热量(△HA)是PVC中熔点较低部分微晶熔融时的吸热能量，而面积B的吸热能(△HB)则是PVC中熔点较高部分微晶(比较完善的晶区)熔融时的吸热能量，单位为J／g。
在DSC曲线上吸热峰B峰点对应的温度为该配方的加工温度，面积A的起点一般为110 ℃左右，面积B的终点一般为240℃左右。通过DSC分析软件自动计算面积A和面积B的值。
     随着加工温度升高，DSC曲线中吸热能量增加，A峰对应的面积增大，塑化度提高。
    1、不同加工方法和不同用途的PVC－U制品，熔融度的要求并不是相同的；同时，在通常的加工条件下，要使物料中所有PVC粉粒达到分子水平的熔融既不可能也是完全没必要的。
    2、PVC-U异型材的塑化度是按主要力学性能的要求来控制的。在塑化度较低时，拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率等都很差；随着塑化度的提高,制品的刚性和强度都随之增加，并达到一个最大值，直到出现屈服现象；而韧性在随塑化度提高而达到一个最大值后，进一步提高塑化度则会导致韧性降低。
    3、因此，采用DSC法测试PVC-U异型材的塑化度，并使其控制在60％－70％比例时的PVC-U异型材具有最佳的力学性能。用DSC方法分析PVC-U物料熔融过程中微晶的变化及吸热能量情况，并计算其塑化度已成为一种方便、准确的方法。

     稍微总结一下
    目测法：简单，常用。只能用于粗略判断；
    溶剂法：迅速，容易操作，但不能定量判断；
    拉伸法：可定量判断，但需要大量样品，且实验过程中影响结果的因素太多，限制了对塑化度的研究；
    DSC法：可定量测量，且准确、方便。
综合使用以上4种方法，对正确评价PVC制品塑化质量，控制制品成型加工过程、优化工艺配方、指导PVC新产品的应用都十分必要。
  
     塑化度对产品性能的影响

    塑化度不良，制品发脆，有纹路，内壁粗糙等，力学性能不能达到要求；
    塑化度过高，制品会出现黄线，力学性能也不合格，塑化度在PVC制品的加工过程中是非常重要的。
    实验总结：
    1、当塑化度60%时，制品拉伸强度最高；   
    2、当塑化度65%时，制品冲击强度最高；  
    3、当塑化度70%时，制品断裂伸长率最高；

    为什么硬质PVC塑化程度只有60%~70%？
    1、PVC混合料在扭矩一时间曲线中塑化峰处的塑化程度，与挤出机螺杆2/3处有相似地对应关系。
    2、挤出机螺杆2/3 处是挤出机塑化段末端和均化段开始处，也就是PVC物料塑化将要完成的区间，而扭矩一时间曲线上塑化峰处的PVC物料却是含有大量高弹态与黏流态的混合物，塑化程度存在着巨大差异。
    3、PVC 制品是塑化到2/3的黏流态与1/3高弹态即冷却固化、成型的混合物。扭矩流变曲线中塑化扭矩处，PVC塑化程度与其制成品的塑化度十分相近了。

    PVC制品的塑化程度在60%~70%时，力学性能最优。
    1、由于PVC的加工温度远高于分解温度(约100摄氏度) ，熔体黏度高。提高塑化度，就意味着PVC树脂要接收较长时间的高温及强剪切作用，造成降解，使制品的力学性能下降。
    2、PVC树脂有约10%的结晶，这些结晶是PVC树脂合成时自由地、缓慢地生成的。它的“晶核”就像“乱麻团”一样，分子链相互穿插、缠绕在一起，形成一个强有力的物理“缠绕结点”。塑化度在60%~70 %时，这些“缠绕结点”如同海岛一样，分布在熔融的PVC熔体中，在外力作用下有利于力的吸收和传递。
    3、塑化程度过大，这些“晶核”将被破坏，PVC成型后虽也可以重新结晶，但由于强剪切力的作用，PVC分子链大都沿剪切力方向取向，这时形成的结晶内PVC 分子链也基本是有序排列，缠绕程度下降而使拉伸强度。断裂伸长率及冲击强度下降。

    实践证明：
    1、在注塑、吹塑及压延工艺中塑化时间及塑化扭矩也可作为PVC 配方润滑平衡体系的定量标准。用这些工艺生产PVC制品的过程中，某一确切位置处的塑化情况，有与扭矩一时间曲线上塑化峰处PVC树脂混合物相似的塑化情况。 
    2、用悬浮PVC树脂加工或者做扭矩流变实验，PVC树脂混合物都要在较长时间的高温及强剪切作用下，才能由玻璃态固体逐渐变成高弹态与黏流态的混合物，不同牌号的悬浮PVC的任何一种加工方法中，都必然有某个点的塑化情况，与扭矩一时间曲线上塑化峰(即塑化时间)处的塑化情况对应，其制品的塑化程度也一定在60%~ 70%范围内。    
    3、如果PVC树脂混合物的塑化特性符合特定的加工设备及工艺要求，能连续正常生产出合格产品，该配方体系即为内外润滑作用平衡体系。这时，该配方在扭矩一时间曲线上塑化峰(塑化时间)处，PVC树脂的塑化情况一定与该特定加工设备的某一固定位置处的塑化情况相对应。
    4、如果是非“内外润滑作用平衡体系”配方，生产出来的悬浮法PVC制品的塑化程度不是大于70%就是小于60%，力学性能也达不到合格产品的水平。
       
     改善塑化度的方法

    1、通过提高机身和螺杆的温度。
    2、待螺杆转速正常时，提高喂料机的喂料速度来提高塑化度
    3、在挤出机额定转速和满足喂料的情况下，提高挤出机的转速。
    4、给干粉料一个良好的熟化期（12—48h）
    5、通过降低或升高合流芯的温度来调整塑化度
 
    以下主要讲解 熟化期和合流芯

    熟化期的作用：
    1、消除静电、减少污染
    2、增加表观密度
    3、提高塑化度
    4、低分子聚合分散均匀，防止挤出不稳定。

    合流芯的作用：
    1、将两根旋转螺杆挤出的熔体物料达到合流、熔接为一体的作用。
    2、塑化度的微调装置。
    3、通过合流芯的传感器测出熔体压力、熔体温度可以判断塑化度。
    一般制品厂家购买双螺杆挤出机后，螺杆结构已定下来则机台的塑化能力基本确定下来了。要提高其塑化能力效果只能是通过调整工艺和配方来完成。往往配方的调整会带来生产成本的上升及牵涉到与原有机台的匹配性。
所以我们最好是通过工艺温度调整，这种灵活方式来实现挤出物料的塑化度调整。
 
    双螺杆挤出机中“合流芯”部件就具有很好的体现该调节功能。当塑化度稍稍有点低或塑化度稍稍有点高时，就可以不用去考虑挤出机的其它问题，可以通过降低或升高合流芯的温度来调整塑化度。
 
    塑化不良就指塑化还差一点，微调是有一定的规律的，若挤出机四区的温度是170℃，合流芯的温度就可以设置成160℃或180℃，合流芯的温度不可以高于或低于四区10℃以上，因此合流芯的温度应以四区为标准上下10℃之内调整。

    降低合流芯的温度增加塑化度，
    提高合流芯的温度降低塑化度。

    原理阐述
    为此需再次阐述一下，“降低合流芯的温度增加塑化度，升高合流芯的温度反而降低塑化度”。
    我们PVC高分子材料它有一个特性，温度越高，流动性越快，但是不是无限度的，例如：一个方管材，有四个区加热，若左面流动慢、出料比较少，将这边加加温，流动性立马就增加，所以说越是加温，物体的流动性、挤出量就越快，为什么加温物体的流动性就快，是因为没有阻力了，很顺畅的挤出了，实际上我们可以把合流芯看做一个阀门，当我们的水的阀门完全打开的时候，水很顺畅的往下流，当阀门打开一半或完全关闭时，水就不流或流的很少，我们就把合流芯当做水的一个阀门，温度低的时候就等于把阀门关上一会，就是这种道理。
    通过来调整合流芯的温度来提高一定的塑化度，但是他不是完全的，用它来提高塑化度微量很小。塑化不良不是代表不塑化，是指    有一定的缺陷，所以当有塑化不良这种情况时，我们可以把合流芯的温度往下调，下调以后是不是塑化就良了，物料的流动就慢了，产生一个压力，产生压力的结果就是增加了塑化度。
 
    根据以上原理描述和实践总结，往往我们“改小挤出套流道孔径”迫使挤出压力上升，也能起到很好的增加调节塑化度的作用。

                  东莞市尚诺新材料有限公司                          www.sunvook.com