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抗析出PVC密封条的开发

更新时间:2009-03-28

由于PVC性能优良,价格低廉,市场供应充足,因此在冰箱、冰柜、恒温箱、住宅门窗的密封材料领域仍以软质PVC材料为主。PVC密封条不仅成本低而且加工容易,同时加入改性剂后可使其表观性能近似于橡胶,具有橡胶般的表面光滑性、柔软性及回弹性,因而已被广泛应用于家用电器、汽车、建筑等领域[1]。然而,目前PVC密封条在使用中仍有许多缺陷,如回弹性差、耐低温性能不足、增塑剂容易析出等。

解决软质PVC材料的增塑剂析出问题一直是PVC研究的热点领域。在PVC冰箱密封条生产中,要求密封条具有较好的抗析出性能,即样品与PCM板材的粘接力小于12 N。笔者在试验中发现,采用高熔融指数、高VAc含量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物这类高分子增塑剂时,虽然密封条与PCM板材的粘接力能够做到很小,但这些高分子增塑剂都是粒料,与PVC树脂粉体共混时均匀性较差,导致密封条性能不够稳定;另外,这些高分子增塑剂在配方中使用量大,市场价格偏高,限制了高分子增塑剂在PVC密封条中的应用。笔者对PVC密封条的抗析出性能进行了研究。

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1 试验部分

1.1 原材料

PVC,S-1000、S-1300,中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂;PVC,DH2500,杭州电化集团有限公司;聚酯增塑剂A,进口;聚酯增塑剂B,进口;增塑剂TOTM,山东齐鲁增塑剂股份有限公司;超细活性碳酸钙,常州碳酸钙有限公司;钙锌稳定剂,9700,德国熊牌集团;复合铅盐稳定剂,市售。

1.2 试验仪器

高速搅拌机,张家港万塑机械有限公司;热模压机,IDT 5 37A,日本安田精制会社;双辊混炼机,PL-160,南京橡塑机械厂有限公司;老化试验箱,DL401A,上海试验仪器厂有限公司;拉力计,市售。

1.3 试验方法

(1)混料。

按配方称量好物料,然后将PVC树脂、稳定剂、润滑剂、填料等加入高速混合机中,先加入1/3的增塑剂,然后高速混合,待物料达到70~80 ℃时,继续加入剩下的增塑剂,最终混合温度达到110~120 ℃时将物料放到低速混合机,待物料降到40~45 ℃时放料。

熔体流动速率按照GB/T 3682—2000《热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》测试。

先采用双辊开炼机开炼出厚度约2 mm的片材,辊温为150 ℃,塑化时间为2~3 min;再使用热模压机压制成厚度1 mm的片材。

(3)性能测试。

这就是对对数平均不等式的基本应用,解题关键是找出lnx1- lnx2与 x1- x2之间的关系,然后只需将对数平均不等式证明一边就可以,可以大大缩短做题时在脑海里设计思路的时间。

邵氏硬度A按照GB/T 2411—2006《塑料和硬橡胶 使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)》测试。

(2)片材的制备。

为了方便试验,与PCM板的粘接力的测试结果用kg表示。测试结果为:密封条,1.5 kg;片材,1.8 kg。从测试结果可看出:密封条与PCM板的粘接力要小于片材。这可能是因为压制片材时压力较大(20 MPa),外润滑剂等小分子不容易析出在表面;而密封条采用单螺杆挤出机生产,由于机头口模处压力较小,组分中的外润滑剂极易迁移到密封条表面,在外润滑剂的作用下,密封条与PCM板的粘接力变小。

与PCM板的粘接力按照企业标准QMB-J54.003-2015a《冰箱磁性门封条技术规范》测试:从密封条上均匀剪下100 mm长的试样,将片材制作成三角形状,均放入磁条,自然吸附于PCM板材或喷涂板材正面。将准备好的测试样件放置于(70±1) ℃的烘箱内,24 h后取出静置至室温状态,使用拉力计均匀拉下,记录拉力峰值。考虑数据偏差,测试时至少取5个样品,放置于PCM板不同区域,按照测得的最大值进行判定。试验如图1所示。

系统式 (1) 获得编队控制一致性,实质是设计合理的控制协议ui(t),使系统中各个跟随者的状态参量与领航者达到一致.

  

(a)片材

  

(b)密封条

  

(c)烘箱老化

  

(d)粘接力测试

 

图1 粘接力试验Fig.1 Adhesion test

1.4 主要技术指标

研制的PVC密封条的主要技术指标见表1。

 

表1 PVC密封条的主要技术指标

 

Table 1 Main technical indexes of PVC sealing strips

  

测试项目技术指标测试标准拉伸强度/MPa≥12.5GB/T 1040.2—2006断裂伸长率/%≥300GB/T 1040.2—2006邵氏硬度A69~72GB/T 2411—2008与PCM板的粘接力/N≤12QMB-J54.003-2015a

2 结果与讨论

2.1 简化试验

由于笔者所在的实验室没有密封条成型设备,为了简化试验流程,笔者采用相同的配方制得相同厚度的密封条与片材,测试其性能,找出密封条与片材粘接力的对应关系,从而用片材代替密封条进行试验。

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2.3.2 聚酯增塑剂B用量的选择

试验配方:PVC树脂,100份;钙锌稳定剂,5份;增塑剂TOTM,70份;超细活性碳酸钙,10份;润滑剂,适量。

2.2 PVC树脂的选择

随着PVC树脂分子质量的增大,PVC材料的物理、力学性能一般有所提高,但加工难度变大;而低分子质量PVC树脂的力学性能较低,但容易成型加工。目前,国内PVC密封条多以高聚合度PVC(聚合度在1 700以上)为主体,通过增塑、共混等改性手段制成PVC热塑性弹性体,再进一步加工而成。虽然这种材料具有许多优异的性能,但由于PVC树脂的分子质量较高,具有熔融温度高、流动性差等不利因素[2]

笔者分别采用平均聚合度为1 000、1 300和2 500的PVC树脂制成片材,测试其性能,结果见表2。

 

表2 不同聚合度下PVC材料的性能

 

Table 2 Performances of materials of PVC with different polymerization degree

  

PVC树脂拉伸强度/MPa断裂伸长率/%邵氏硬度A与PCM板的粘接力/kg熔体流动速率②/gS-100011.736368.71.9313.8S-130013.236570.01.824.6DH250015.637070.51.580.7

①基本配方为PVC,100份;钙锌稳定剂,4.5份;TOTM,80份;超细活性碳酸钙,5份;润滑剂,适量。

②测试条件为10 min、5 kg、175 ℃。

从表2可以看出:随着PVC树脂聚合度的增大,PVC材料的力学性能提高,硬度增加,与PCM板的粘接力明显降低,这是因为高聚合度PVC树脂吸收和固定增塑剂的能力强,增塑剂的析出减少,粘接力减小。从熔体流动速率可看出:随着聚合度的提高,PVC材料的熔体流动性大幅度下降,说明加工性能变差,挤出加工将变得越来越困难。综上所述,为了兼顾力学性能及加工流动性,选择平均聚合度1 300的PVC树脂为抗析出密封条的基础树脂。

2.3 增塑剂的筛选

增塑剂是PVC软制品加工中不可缺少的重要组分,它可以使PVC加工成具有类似橡胶性质的高分子材料,适用于生产高档软质PVC制品。增塑剂的结构是影响PVC材料性能的关键因素。极性较强的增塑剂以及分子质量较大的增塑剂,与极性PVC大分子链之间的相互作用较强,从而不易析出。

2.3.1 增塑剂种类的选择

试验选择了3种抗析出性能相对较好的大分子增塑剂,分别为TOTM、聚酯增塑剂A、聚酯增塑剂B,其对PVC材料性能的影响见表3。

 

表3 增塑剂种类对PVC材料性能的影响

 

Table 3 Effect of different kinds of plasticizer on performances of PVC materials

  

增塑剂拉伸强度/MPa断裂伸长率/%邵氏硬度A与PCM板的粘接力/kgTOTM12.936070.11.85聚酯A13.934970.71.49聚酯B13.834070.61.39

注:基本配方为PVC,100份;钙锌稳定剂,4.5份;增塑剂,80份;超细活性碳酸钙,5份;润滑剂,适量。

从表3可以看出:只有添加聚酯增塑剂B的PVC材料的粘接力达到了指标要求,但其硬度略高于添加TOTM的PVC材料,表明聚酯增塑剂B的抗析出性能优于TOTM,但增塑效率略低于TOTM。综合考虑,选择聚酯增塑剂B作为抗析出密封条的增塑剂。

由此可知,片材与PCM板的粘接力1.8 kg相当于密封条与PCM板的粘接力1.5 kg,而密封条的指标为小于1.23 kg(12 N),则计算得出片材与PCM板的粘接力小于1.47 kg即符合指标要求。

聚酯增塑剂B的用量对PVC材料性能的影响见表4。

拉伸性能按照GB/T 1040.2—2006《塑料 拉伸性能的测定 第2部分:模塑和挤塑塑料的试验条件》测试。

 

表4 聚酯增塑剂B的用量对PVC材料性能的影响

 

Table 4 Effect of polyester plasticizer B content on performances of PVC materials

  

用量/份拉伸强度/MPa断裂伸长率/%邵氏硬度A与PCM板的粘接力/kg7015.132073.01.358013.935070.51.388513.035769.51.429012.336868.01.56

注:基本配方为PVC,100份;钙锌稳定剂,4.5份;超细活性碳酸钙,5份;润滑剂,适量。

从表4可以看出:随着聚酯增塑剂B用量的增加,PVC材料的抗析出性能变差,这是因为当PVC树脂中增塑剂的含量达到一定程度时,树脂颗粒内部的空隙已被增塑剂填满,多余的增塑剂在一定条件下就会向树脂表面渗透,使得与PCM板的粘接力增大。聚酯增塑剂B用量在85份以下时,PVC材料与PCM板的粘接力均能达到指标要求,但用量为70份时PVC材料的硬度较高,综合考虑,聚酯增塑剂B的用量在80~85份比较合适。

2.4 碳酸钙用量对PVC材料性能的影响

在PVC材料中加入无机粉状填料可以显著提高其耐热性、耐老化性并大幅降低成本[3]。碳酸钙是PVC加工中常用的一种填料,笔者考察了超细活性碳酸钙用量对PVC材料性能的影响,结果见表5。

 

表5 超细活性碳酸钙用量对PVC材料性能的影响

 

Table 5 Effect of ultrafine activated calcium carbonate content on performances of PVC materials

  

用量/份拉伸强度/MPa断裂伸长率/%邵氏硬度A与PCM板的粘接力/kg513.536169.81.361013.234970.21.432012.632271.01.523012.030872.11.76

注:基本配方为PVC,100份;钙锌稳定剂,4.5份;聚酯增塑剂B,85份 ;润滑剂,适量。

从表5可以看出:随着超细活性碳酸钙用量的增加,PVC材料的硬度提高,拉伸强度和断裂伸长率降低,与PCM板的粘接力增大。这是因为碳酸钙为无机填料,本身不吸收增塑剂,它的加入减少了增塑剂的活动空间,在受热条件下,增塑剂易向材料表面迁移,从而与PCM板的粘接力增大。因此,超细活性碳酸钙的用量不能过多,以5份为宜。

2.5 最终配方及产品性能

通过上述研究,最终确定了抗析出PVC密封条的配方:PVC S-1300,100份;钙锌稳定剂,4.5份;聚酯增塑剂B,80~85份(根据季节及应用情况进行调整);超细活性碳酸钙,5份;润滑剂,适量。按照该配方制备的抗析出PVC密封条的性能(见表6)达到了指标要求。

 

表6 抗析出PVC密封条的性能

 

Table 6 Propertis of migration resistant PVC sealing trips

  

项目拉伸强度/MPa断裂伸长率/%邵氏硬度A与PCM板的粘接力/N测试结果13.33587011.1技术指标≥12.5≥30069~72≤12

3 加工应用试验

山东某公司采用上述配方进行了冰箱密封条的试生产。所用设备为Φ 90单螺杆挤出机,螺杆长径比为25∶1;设定温度为1段130 ℃、2段140 ℃、3段155 ℃、4段165 ℃、机头150 ℃、模头140 ℃,挤出机转速为20.5 Hz,牵引速度为 15 m/min。

试验结果:所生产的密封条具有较好的加工性能,挤出速度快,产品表面光滑,具有较好的拉力和弹性,各方面性能均达到用户要求。密封条的性能测试结果见表7。

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表7 密封条性能测试结果

 

Table 7 Performance test results of sealing trips

  

项目拉伸强度/MPa断裂伸长率/%邵氏硬度A与PCM板的粘接力/N检测结果14.135070.611技术指标≥12.5≥30069~72≤12

4 结论

(1)试验得出的抗析出密封条配方为:PVC S-1300,100份;钙锌稳定剂,4.5份;聚酯增塑剂B,80~85份;超细活性碳酸钙,5份;润滑剂,适量。

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(2)实际加工试验结果表明:采用上述配方所生产的密封条表面光滑,具有较好的拉力和弹性,各方面性能均满足用户要求。

[参考文献]

[1] 郝智,曹新鑫,罗筑,等.汽车用软质PVC密封条粒料的研制与开发[J].贵州工业大学学报(自然科学版),2004(4):55-58.

[2] 金滟.汽车用PVC弹性体材料的加工性能[J].合成树脂及塑料,2001,18( 3):22-25.

[3] 杨照,谭红,罗筑,等.活性轻质和重质碳酸钙添加在软质PVC中的效果比较[J].塑料工业,2010,38(8):76-78.

 
刘容德,李静,刘浩,张桦
《聚氯乙烯》 2018年第03期
《聚氯乙烯》2018年第03期文献

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