ASA/PVC共混改性技术在PVC彩色共挤型材加工中应用研究

发布时间:2007-09-14 285

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TiO2具有优异的光折射效果,通过添加一定比例的金红石型TiO2,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TiO2,以致产品在户外耐候性较差、型材色彩选择性非常小。ASA/PVC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,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),加工出四种干混料。

表 1: 试验配方配比

2)采用锥形双螺杆造粒机组进行造粒;

3)ASA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,采用干燥机对配比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。

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

 5)试样经48小时室温稳定放置,分别对配型材检验标准进行硬度、单缺口简支梁冲击强比1、配比2、配比3和配比4试样按照度、低温落锤冲击强度(-10℃,1kg,1.5m,10GB/T8814-2004门、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)个试样)测试,结果如表3:

6)采用QUV紫外线加速耐候试验机,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18min/102min,老化时间4000小时。测试结果如表4所列;

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。

表 3: 共混材料的力学性能

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;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。

表 4: 试验配方试样的老化性能

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。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。 5)试样经48小时室温稳定放置,分别对配型材检验标准进行硬度、单缺口简支梁冲击强比1、配比2、配比3和配比4试样按照度、低温落锤冲击强度(-10℃,1kg,1.5m,10GB/T8814-2004门、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)个试样)测试,结果如表3:

6)采用QUV紫外线加速耐候试验机,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18min/102min,老化时间4000小时。测试结果如表4所列;

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。

表 3: 共混材料的力学性能

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;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。

表 4: 试验配方试样的老化性能

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。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。




                         吴 郁
                  宁波浙东塑料建筑材料有限公司 宁波 315101