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塑料异型材拉伸冲击指标的影响因
点击:120 日期:2018-6-8 14:28:58

1绪言
        塑料异型材拉伸冲击指标作为材料韧性的一个判据,不像低温落锤冲击、焊角检测能给人以直观的感觉。据了解在一些中小型材生产企业, 大多还没有配置拉伸冲击指标的检测设备。但是, 拉伸冲击试验对于型材而言,是一个最能表征材料韧性性能的窗口。在GT/T 8814-2004《未增塑聚氯乙稀(PVC—U)门窗异型材》国家标准颁发之前,全国塑料制品标准化技术委员会曾对国内一些大型骨干型材企业的送检产品进行试验验证:1.5m低低温落锤冲击、拉伸冲击强度、简支梁冲击强度等指标不合格的企业居多。据国内部分省份技术、产品质量监督、检验部门检测报道塑料异型材拉伸冲击强度、简支梁冲击强度等指标不合格的企业大约在50%左右。这应引起行业大多数中、小企业的高度重视。
        现就影响型材拉伸冲击指标的一些因素做一番简单剖析,以便行业间更多的交流和分享。
2关于型材拉伸冲击指标
        料的拉伸冲击强度是从型材上截取一段规定长度作为试片, 以单位断口面积或厚度的能量为标准,单位为J/m2或J/m。显而易见试件拉伸冲击强度与受冲击时参与吸收冲击能的体积大小有关。高分子韧性材料在一定负荷下, 大分子链能迅速产生链段运动由变形来吸收外功,随吸收冲击能的链段数增加,即随参与吸收冲击能的体积增大,冲击强度增大。由此可知,拉伸冲击值与低温冲击指标不同点是低温冲击与型材结构、规格、壁厚相关,而拉伸冲击仅和型材壁厚有关,与型材结构、规格等因素无关, 相对而言,是一个表征材料纯韧性的不可或缺的一个度量指标,能较充分地能反馈出材料的韧性性能指标高低。料受冲击后会呈现不同的状态①试样屈服变形而不开裂②试样屈服后开裂断开③试样全断面脆性断开。材料受拉伸冲击后,若产生第一种状态,则材料有延展的表征,拉伸冲击值最高, 基本属于韧性断裂若产生第三种状态,则材料没有延展的表征,拉伸冲击值最低,基本属于脆性断裂第二种状态介乎于脆性和韧性之间。如图所示图样条从左至右,拉伸冲击值增大。样条受冲击后,出现因拉伸应力发白现象的样条,可反映出冲击能量散开在较大体积内,被链段运动所吸收而转化为热能,材料较难发生断裂,因而冲击值较高反之,未出现拉伸应力发白现象的样条, 冲击能量未被有效吸收,表现出脆断, 冲击值较低。经实践验证纯粹的材料韧性状态是不常见的,试验出现的大部分均为后两种断裂状态.


3拉伸冲击的影响因素
3.1 原材料的影响
3.1.1树脂的影响
        PVC树脂的分子量应予保证, 且分布不宜过宽。聚合物分子量小, 即分子链短, 分子间作用力小, 受力时, 易产生分子间的滑移而导致断裂。分子量大,分子链间的次价键力往往比主价键力还大,在受力时,可能只发生分子链间的滑移, 主要是分子键主价键的断裂导致材料破坏其次,分子量大也有利于形成分子链间的缠结,使得分子链间相互联结增强,有利于在受力时以网络结合方式去受力,提高冲击韧性。树脂分子量意味着高分子量分布窄,有利于材料冲击韧性的提高,但同时也得考虑加工性能以及性价比,不能片面追求高分子量。
3.1.2填充剂的影响
        填充料主要为碳酸钙,这类无机填料最易导致拉伸冲击指标下降,因而要求填料分散性好、粒径分布窄、800目以上。若填料未经活化处理,混料时易团聚不易分散,除导致电流波动影响加工外,更重要的是导致型材拉伸冲击指标离散性大。若粒径分布大,颗粒不均匀性程度高,干粉料如果不过筛而直接进人挤出机,生产出的型材拉伸冲击指标也不均匀。同时填料必须有细度要求,总体上讲,填料目数越高,对型材韧性越有利。除了填料本身的原因外,在用量方面,从成本与性能角度考虑,应掌握好一个度,若超过25份,很难保证拉伸冲击指标达标。
3.1.3抗冲剂的影响
        未经改性的PVC树脂是硬脆性材料,冲击强度很低, 常温
下只有3kj/m2~5kj/m2,可见,单纯的PVC树脂的冲击强度不能满足使用要求,因此, PVC型材配方设计时必须考虑加人抗冲改性剂。可用于PVC树脂冲击改性的的增韧材料主要有聚化氯乙烯(CPE),丁二烯与苯乙烯的共聚物(MBS)等,而增韧剂增韧应满足以下三个条件①玻璃化转变温度应远低于使用温度②能形成弥散的第二相,而不能溶于基体③不同相能很好匹配,界面结合良好。众多改性剂中,尤以ACR的综合性能最佳,但考虑到成本因素, 目前国内绝大多数厂家均选择CPE。但是,不同的生产厂家CPE的性能也有较大差别,因此,应选择知名稳定厂家生产的CPE。此外,抗冲击改性剂的用量很关键。CPE的用量时,各方面的指标必须兼顾,最低不应低于10份。
3.1.4润滑剂的影响
        润滑剂在型材配方中是既不可缺少,又不能过多使用的一种微量助剂。若缺少不仅影响型材外观质量,也影响物料的分散性,继而导致型材质量不稳定若过多不仅影响物料塑化和制品内在质量, 同时导致析出严重, 影响制品外观质量。因此在添加润滑剂时,应充分依据以上情况,进行综合平衡调整。
3.2混料的影响
        在配方确定的情况下,干粉料质量的好坏决定了型材能否稳定生产。物料在一定的混料工艺条件下,充分混合后,型材的性能指标也可能出现较小的离散性。关于混料工艺,笔者认为应根据电流、温度和时间三因素变化情况予以确定,制定适合本公司的混料工艺。高混锅内物料经由固体、单相、不均态向多相、均态、部分凝胶态转化,PVC颗粒和其他组分不断相互渗透.PVC基体的熔化程度(凝胶化程度)对聚合物的最终冲击强度有着重要的影响。据此,PVC必须有足够的凝胶化时间,笔者公司的混料时间基本为物料凝胶化前2min~4min,凝胶化阶段3min~6min,之后1min~2min,总共用时9min~10min,此时型材冲击韧性指标离散小。图2为混料工艺控制曲线图:电流1显示凝胶化时段为240s~510s;电流2显示凝胶化时段为240~450s;电流3显示凝胶化时段为270s~480s.


        应该指出目前大部分中小企业依然采用“一锅烩”加料方式进行混料。这种方式不仅对物料均匀分散有一定影响, 同时也会加剧高混锅的磨损。正确的加料方式应该是按程序分三步加料, 随树脂一道首先应加人稳定剂和内滑剂, 待温度达到60℃左右时时再加人加工助剂、CPE,待温度到80℃一90℃℃时再加入碳酸钙、钦白粉、外滑剂、色料等助剂。第一步就加人热稳定剂,可以充分发挥它对PVC树脂的热稳定作用较早加人内润滑剂, 有助于润滑剂分子及时浸润到聚合物大分子之间,消弱聚合物大分子之间的内聚力,使PVC与其他物料分散的更加均匀钦白粉过早加料会影响制品表面光洁度和色泽,且对混料罐磨损较大碳酸钙过早加料,不仅对混料罐磨损较大,而且会优先吸收内润滑剂加工助剂过早加人会优先吸收铅盐稳定剂,使PVC接受量减少,导致混料稳定性下降外润滑剂加料过早会使混料摩擦与剪切热降低, 影响混料效果与稳定剂分散性能色母料加料过早会影响彩色型材色泽等。
3.3挤出工艺的影响
        挤出工艺参数的设置以物料达到良好塑化为基准。通过真空孔观察物料状态,以橘皮状或豆腐渣状为指标,初步断定物料的塑化情况。产品出来之后,对产品力学指标进行检测,进一步改进工艺围绕物料良好塑化所需要的热量,合理调整温度、螺杆转速、牵引速度和冷却程度,注意监测工艺参数的变化,适时作出合理调整。总之,物料塑化良好,拉伸冲击指标也就有了保证。
3. 4 检侧条件的影响
3.4.1环境温度的影响
        由于PVC具有自身刚性好、韧性差的特点,在PVC制品加工过程中,需添加延性的第二相粒子(如CPE等弹无性体)以改善材料的低温脆性。因此,对于含有弹性体的PVC复合材料,在较低温度区段, 橡胶体基本处于玻璃态而不起作用或作用很小,呈全脆性断裂而在高温度区段,橡胶体有足够的延性而使应力得到充分松弛, 呈韧性断裂。这就解释了为什么同样的材料同样的检测设备, 夏天检测的结果会好于冬季检测的结果。因此进行型材各项指标试验时,应按GB/T 8814—2004《未增塑聚氯乙稀(PVC-U门窗异型材)标准的规定进行状态调节。即试验在(23士2)℃的环境下进行状态调节,用于检测外观、尺寸的试样,调节时间不少于1h,其他检测项目调节时间不少
于24h, 并在此条件下进行试验。
3.4.2试样的影响
        在冲裁过程中,试样边缘不总是平整光洁的,边缘通常较粗糙,呈现出一些较尖锐的细小突起或“' '型缺口,这些突起或缺口就是一个个的应力集中点,这就与制样尽可能消除应力的初衷背道而驰,检测数据当然不能如实反映材料的本来性能。因此,对于试样,应通过打磨等手段降低边缘的粗糙程度,尽量消除应力的影响。此外,试样的尺寸应测量准确。
3.4.3检测设备的影响
        落锤冲击试验机的操作规程必须铭记于心,设备必须保证水平度,设备必须安置在坚固的基础上,实验过程中设备不能摇晃,合理选择好丁字头规格质量以及落锤规格,保证丁字头的安放位置合理。若落锤选择过大,检测出的结果偏小,若落锤选择过小,落锤冲击试件不断而得不到准确的检测值。
4总结
        (a)拉伸冲击是表征材料纯韧性指标的一项不可或缺的试验。
        (b)原材料质量、剂量混料、挤出生产工艺环境温度、试样制作、检测设备都会影响拉伸冲击试验结果。

 
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