摘要：PVC注塑制品如電子設備览露、電子元件等領域發(fā)展十分迅速荧琼。通常PVC注塑件外觀及物理性能同其加工過程關系密切，PVC加工助劑是可改善PVC加工性能一類助劑，主要為核-殼型丙烯酸酯化合物（ACR）命锄。ACR對于PVC的作用可歸結為三點：
1堰乔、促進PVC樹脂熔融；
2脐恩、改善PVC的熔體流變性镐侯；
3、或可以改善PVC樹脂的潤滑性能驶冒，防止熔融的PVC粘附設備苟翻。本文重點闡述了在ACR類加工助劑在硬質(zhì)PVC注塑領域的優(yōu)點及功能，并且陳述了加工助劑選擇的要點骗污。
前言
硬質(zhì)PVC通過注塑可以制成特殊形狀的材料崇猫，可用于電器外殼、管件需忿、閥門元件等诅炉，拓寬了PVC應用的寬度及廣度。對于注塑來說屋厘，最大的挑戰(zhàn)為特殊型腔結構的磨具涕烧，狹長的流道導致的加工難同原材料成本、外觀擅这、性能等的矛盾澈魄，PVC也不例外。
為了實現(xiàn)注塑所要求的加工性及熔體流動性仲翎，PVC樹脂需要配合添加劑得以實現(xiàn)痹扇，這其中最為重要的添加劑是PVC加工助劑。PVC加工助劑是廣義的概念溯香，是一類可以改善PVC加工性能的助劑鲫构，本文中所討論的加工助劑僅限于核-殼型丙烯酸酯類加工助劑，通常它的分子量為100,000-60,00,000范圍內(nèi)玫坛，它添加量低结笨，每100份PVC樹脂中，丙烯酸酯類加工助劑的添加量僅為0.5~2份湿镀，但它可明顯改善硬質(zhì)PVC的加工性能炕吸。
提升PVC的加工性能可以有多種方式，如提升PVC樹脂的塑化熔融過程勉痴；改善熔體進入模具的方式赫模；改善PVC熔體對金屬表面的粘附性等。丙烯酸酯類加工助劑可具有上述一種或幾種功能蒸矛，這取決于ACR加工助劑分子組成瀑罗，分子量及結構胸嘴。然而，PVC加工助劑的多樣性卻帶來了加工助劑選擇的復雜性斩祭，如何根據(jù)產(chǎn)品要求來選擇合適的加工助劑并非簡單劣像。本文系統(tǒng)地介紹了加工助劑應用上的特點，為加工助劑選擇提供了指導和依據(jù)摧玫。
實驗部分
通過兩組配方以考察加工助劑不同的作用耳奕。其一，選擇PVC（K=60）的配方去描述加工助劑對PVC熔融塑化诬像，噴流吮铭，澆口發(fā)白及金屬粘附性能的影響。其二颅停，對于充模性要求較高的領域，選擇K=51的PVC樹脂掠拳，考察加工助劑對其熔體粘度的影響癞揉。具體配方如下表所示：
表一PVC配方表
丙烯酸酯類加工助劑作為變量，包括不同組成及不同分子量溺欧。其中低分子量的丙烯酸酯加工助劑的分子量小于10萬喊熟；中分子量加工助劑的分子量為10萬-50萬；高分子量加工助劑的分子量為100萬到300萬姐刁；極高分子量加工助劑的分子量為300萬-600萬芥牌。
一些實驗結果通過哈克轉矩流變儀進行測試，在這些配方中聂使，PVC是以干混料的形式存在壁拉。對于澆口發(fā)白及噴流等測試先通過雙螺桿造粒，隨后在注塑機上進行測試柏靶，測試條件是在討論中指定的實驗結果弃理。
丙烯酸酯加工助劑的作用
丙烯酸酯類加工助劑在PVC中的作用可歸結為三點，1屎蜓、促進PVC樹脂熔融痘昌；2、改變PVC熔體流變性炬转；3辆苔、改善PVC的潤滑性。某些丙烯酸酯加工助劑只具備上述的某一種功能扼劈，而某些具備兩種甚至是全部上述功能驻啤。最為重要的是需要了解做PVC加工的需求，需要選擇丙烯酸酯類加工助劑的哪種功能测僵，由此選擇何種類型的加工助劑街佑。本文重點闡述了加工助劑的功能及在注塑中的優(yōu)點谢翎，由此引申出如何選擇加工助劑。
促進PVC樹脂熔融
PVC樹脂的一種最為重要的特征是顆粒性沐旨，無論懸浮聚合或本體聚合的PVC都具有顆粒態(tài)森逮。顆粒的外部直徑約為100微米，里面由無數(shù)亞微米粒子組成磁携，其直徑約為1微米褒侧，該結構如圖1中第一個圖所示。
圖1谊迄、PVC樹脂的塑化過程
在剪切和熱的雙重作用下闷供，PVC可變成可加工成型性的熔體。這個過程中PVC粒子結構破壞统诺，初級粒子釋放歪脏，并且需要初級粒子中的分子相互作用、擴散粮呢，形成具有一定內(nèi)聚力的熔融材料婿失，這個過程通常視為PVC從顆粒狀材料變?yōu)槠交黧w的過程，如圖1所示啄寡。然而豪硅，顆粒狀的PVC并非為熱和剪切的良好導體，其結果為整個PVC塑化過程并不均勻挺物，某些地方仍為顆粒狀未塑化的PVC樹脂懒浮，而某些地方已經(jīng)成為了過塑化的熔體，樹脂已經(jīng)產(chǎn)生降解识藤。
PVC加工助劑旨在促進PVC熱和剪切的傳遞砚著，促進PVC均一的熔融塑化。通常情況下蹋岩，丙烯酸類加工助劑以粉末的形式存在赖草，可均勻地分散在PVC樹脂中，憑借其優(yōu)異的相容性及較高分子量剪个，它可增加整個系統(tǒng)的摩擦秧骑，從而促進熔融，并可改善塑化的均一性扣囊。
PVC是塑化熔融過程可通過哈克轉矩流變儀進行測試乎折。圖2 為K=60的兩條PVC混合物的轉矩流變圖，其中一條曲線為未添加加工助劑PVC混合物侵歇，另外一條為額外添加2份中分子量加工助劑的PVC混合物骂澄。圖3為不同時間點上PVC復合物的數(shù)碼照片。其中圖3上面一排的圖片并未添加加工助劑惕虑，下一排添加了2份加工助劑坟冲。
圖2.PVC混合料的轉矩流變圖
圖3不同時間點內(nèi)PVC混合物在轉矩流變儀中的照片
通過比較圖2及圖3磨镶，可明顯看出PVC加工助劑可改善PVC熔融塑化過程，90s左右便產(chǎn)生了粘性平滑的熔體健提，而沒有添加加工助劑的配方琳猫，90s后產(chǎn)生的仍為易破碎的熔體，熔融并不完全私痹。在擠出或注塑工藝中脐嫂，PVC在設備中的停留時間一般很短。PVC樹脂熔融速率提升十分重要紊遵，在噴嘴或模具處可改善表面粗糙及平滑度账千。此外，加工助劑還可以提供熔體的光澤性暗膜。（加工助劑存在的條件下匀奏，150s時顯示出熔體光澤性，而無加工助劑的條件下学搜，240s才顯示出熔體的光澤性攒射。）
加工助劑因為增加了熔體塑化的均勻性，這可減少注塑中的成型缺陷恒水，提高成品率，增加產(chǎn)品的一致性饲齐。
總之钉凌，加工助劑的好處促進PVC融合，更短的時間內(nèi)塑化捂人，產(chǎn)品表面更細膩而具有光澤御雕，由于塑化均勻性的提升，產(chǎn)品外觀及質(zhì)量更均一滥搭。
改善熔體流變性
PVC是粘彈性流體酸纲，同時具有粘性和彈性的熔體性質(zhì)，即熔融狀態(tài)下受到外力作用后瑟匆，具有抗流性及回彈行為闽坡，傾向于返回初始變形狀態(tài)。PVC 的熔體粘彈性是由PVC分子在加工過程中相互纏結而產(chǎn)生的愁溜。ACR類加工助劑可以改變PVC熔體的粘度和彈性疾嗅。
ACR類加工助劑的分子量一般高于PVC樹脂，其分子量通常是PVC樹脂的1到100倍冕象。當ACR的分子量同PVC樹脂接近時代承，除了對PVC樹脂熔融有促進作用外，對熔體流變性能改善作用微乎其微渐扮；然而论悴，當ACR的分子量遠高于PVC時掖棉，它可以顯著提高PVC的熔體粘度和彈性。PVC熔體的粘彈性可通過多種方式體現(xiàn)膀估，它在注塑加工表現(xiàn)形式可分為三種幔亥，噴流（jetting），澆口發(fā)白（gate blush）及流動長度（Flow lengths）玖像。
噴流
當熔體通過淖瞎龋口進入模具時，通常情況下捐寥，熔融的流體在口膜處有擴張或膨脹現(xiàn)象笤昨，流體接觸墻壁，一層熔體貼在模具內(nèi)壁上握恳，其余部分熔體互相擠壓并充滿到模具中瞒窒，這種流動填充模式叫做噴泉流，如圖4左側圖所示乡洼。噴泉流中崇裁，流體貼著模具內(nèi)壁流動，并伸展而充滿模具束昵。然而在某些情況下拔稳，熔體在口膜處膨脹不足以接觸到模具內(nèi)兩邊的墻壁，熔體直接噴射到模具中锹雏，這種噴射通常稱為噴流巴比。
圖4：噴泉流及噴流示意圖
使用高分子量的加工助劑幫助熔體在模口處擴張或膨脹并接觸模具內(nèi)壁而形成噴泉流礁遵。分子量越高的加工助劑越有效減少噴流形成轻绞。圖5為相同注塑條件下PVC注塑的兩個棒條的照片。左邊的樣條配方中未使用加工助劑佣耐，由于發(fā)生噴流現(xiàn)象政勃，表面粗糙。右邊的樣條使用了1份加工助劑兼砖，在注塑中發(fā)生噴泉流奸远，表面光潔平整。使用加工助劑給注塑加工帶來更多靈活性讽挟，可更加廣泛的選擇磨口尺寸及注塑速率而避免噴流現(xiàn)象發(fā)生然走。
圖5.噴泉流及噴流注塑樣條比較
澆口發(fā)白
表2不同加工助劑及用量對澆口泛白及熔體物性的影響
實驗加工溫度：200℃
澆口發(fā)白是一種表面缺陷，通常原因是流線從一部分口模中輻射出來戏挡。如圖6左側圖所示芍瑞，其橫截面顯示了膨脹性澆口發(fā)白，這種現(xiàn)象通常發(fā)生在不使用加工助劑或使用低分子量的加工助劑的配方中褐墅。右邊的橫截面顯示了輕微的澆口發(fā)白拆檬，使用高分子量的加工助劑可減少澆口發(fā)白洪己。 表2為使用不同種類及數(shù)量加工助劑對澆口泛白及熔體物性的影響。
圖6注塑中的澆口發(fā)白對比
越高分子量的加工助劑可有效減少澆口發(fā)白竟贯。例如：一份低分子量的加工助劑對減少澆口發(fā)白幫助很小答捕，基本與不加入加工助劑的情況類似。使用一份高分子量的加工助劑可以明顯改善澆口發(fā)白屑那，相同結果也會發(fā)生在使用半份超高分子量的加工助劑拱镐。使用一份超高分子量的加工助劑，澆口發(fā)白現(xiàn)象幾乎消失持际。澆口發(fā)白和熔體黏度有關沃琅，熔體貼在模具內(nèi)墻上的模口區(qū)內(nèi)承受高強度的壓力蜘欲。低黏度的熔體由于無法承受這種壓力而產(chǎn)生冷流（cold flow）并導致流體線（flow line）益眉，加工助劑可以提高熔體承受壓力的能力。
一種描述熔體黏度的方法為毛細管流變測試姥份，在這個測試中郭脂，PVC 粒子在毛細管黏度計中融化并擠出細長條。細條線被兩個帶卷的齒輪固定住并以選定的速度加速澈歉。加速后熔體所承受的力測量會被測量展鸡。隨著齒輪移動得越來越快，最終達到了一個點使得融體細條斷裂埃难。斷裂力和斷裂速率被記錄下娱颊，表2給出斷裂力和斷裂粘度。表2中凯砍，斷裂力在使用一份高分子量加工助劑和半份超高分子量加工助劑中數(shù)值相同，與澆口發(fā)白情況一樣拴竹。使用一份超高分子量加工助劑的斷裂力的數(shù)值更高悟衩，這些測試說明高分子量加工助劑增加熔體強度使得其承受更大壓力。
流體長度（ flow length）
高分子量加工助劑可以減少噴流和澆口發(fā)白栓拜，但注塑應用中不宜使用超高分子量加工助劑座泳，原因是超高分子量加工助劑增加熔體彈性的同時，大幅度的提高了熔體粘度幕与，減少了PVC熔體的流動性挑势，增加了熔體進入到模具中的阻力。通常情況下啦鸣，描述熔體流動性的方法是在一定的壓力下潮饱，把熔體注入到螺旋形模具中，測定流體的長度诫给。熔體的螺旋長度越長香拉，說明熔體的流動性越好啦扬。
更高分子量的加工助劑會導致螺旋流體長度更短，明顯降低的熔體的流動性凫碌。長度測試結果表明加工助劑添加量在5份時差距最明顯扑毡，但在真實情況中加工助劑添加量很少，一般不會超過2份盛险。超高高分子量的加工助劑僅減少1-2%的流動瞄摊，在噴流和澆口發(fā)白上的好處超過流動性上的損失。但是在流體長度具有決定性影響的應用中苦掘，低或中等分子量的加工助劑幫助熔融且不增加熔體黏度會更合適换帜。
潤滑劑
潤滑劑在PVC中用來減少摩擦，摩擦由內(nèi)摩擦和外摩擦組成鸟蜡，內(nèi)摩擦是PVC內(nèi)部粒子之間膜赃，外摩擦是PVC與加工機械的金屬內(nèi)壁產(chǎn)生。潤滑劑通過減少摩擦來防止PVC的降解揉忘，許多種物質(zhì)都可以用作潤滑劑跳座，減少PVC內(nèi)摩擦的物質(zhì)通常與PVC具有相容性而減少PVC外摩擦的物質(zhì)與PVC相容性差。潤滑劑可以是低分子量或高分子量的聚合物泣矛，低分子量外潤滑劑用來改善金屬脫模性疲眷，但存在缺點，就是它們在高分子與設備之間容易板面析出（plate out）您朽，留下殘留物需要清理狂丝。
產(chǎn)品選擇
在選擇加工助劑時，必須認識到不同產(chǎn)品在其提供的功能中存在差異哗总，并且它們的性能屬性需要與在PVC化合物中所需要的功能相匹配几颜。同樣重要的是確定與某些產(chǎn)品相關的權衡，例如表面平整性和流體長度讯屈，并檢查產(chǎn)品屬性的平衡是否適合加工過程蛋哭。丙烯酸酯類加工助劑可以被分為4類（A,B,C&D）
A型加工助劑主要用來促進熔融，分子量在50萬或者更小并且與PVC易混合涮母。B型促進熔融并且改變?nèi)垠w流變性谆趾，可以被用來減少噴流和澆口發(fā)白。他們分子量大于50萬并容易混合叛本。C型加工助劑被用來提供潤滑性沪蓬，與PVC相容性差并對熔融有反向作用。因此與A或B型加工助劑混合使用来候。D型加工助劑提供潤滑跷叉，熔融和流變性的平衡并擁有混合特性。可以單獨使用或者為了增強某項功能與其他3種中任意一種混合使用性芬。
選擇加工助劑產(chǎn)品時應將其性能與PVC化合物中所需要的屬性相結合峡眶。如A型產(chǎn)品在需要促進熔融且不需要熔體黏度，噴流和澆口發(fā)白的情況下最適合植锉。如果考慮噴流和澆口發(fā)白辫樱，應使用B類產(chǎn)品。為提高金屬脫離性俊庇，應用C型產(chǎn)品但對熔融有負作用狮暑。當一個產(chǎn)品需要潤滑性、熔融和熔體彈性的綜合提升時辉饱，可以用D型產(chǎn)品搬男。在某些例子中，為獲得理想的加工助劑性能可以混合使用兩種加工助劑彭沼，例如B和C缔逛，B和D。
加工助劑使用量也很重要姓惑，通常在0.5-2份褐奴。為了滿足要求并減少性能上的權衡與成本，在對熔體彈性要求高的情況下于毙，使用少量高分子量的加工助劑比大量低分子量的加工助劑表現(xiàn)好敦冬。加工助劑供應商應提供信息和建議來幫助決策產(chǎn)品在不同混合物中的合適用量。
結論：
PVC化合物中使用丙烯酸加工助劑以提高其加工性能,他們的功能被分為三個方面,促進熔融唯沮，改變?nèi)垠w流變性和潤滑脖旱。這些功能都對PVC注塑模具里的化合物產(chǎn)生相應的益處。熔融促進型加工助劑能提供更快介蛉、更連續(xù)的熔融和更均勻的熔體萌庆。流變性改性型加工助劑可以增加熔體彈性，從而減少噴流和澆口發(fā)白币旧。潤滑型加工助劑有助于減少金屬粘接践险，延長設備前后清洗之間的工作時間。有些加工助劑只表現(xiàn)出一種功能而有些則表現(xiàn)出兩種甚至3中功能佳恬。為PVC化合物應用選擇一個合適的加工助劑并決定合適的用量是非常重要的。（文章來源于網(wǎng)絡）
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