PVC異型材是PVC硬制品的主要品種之一，占PVC樹脂總消耗量的22.9%，并以每年平均7%以上的速度增長(zhǎng)。有一定規(guī)模的型材生產(chǎn)廠家共有390多家，生產(chǎn)能力近280萬噸，2003年產(chǎn)量150萬噸，銷量達(dá)130多萬噸，預(yù)計(jì)2005年市場(chǎng)需求將達(dá)到150—160萬噸。
由于PVC異型材主要用于室內(nèi)外的門窗，所以不僅對(duì)各種性能有極高的要求，同時(shí)其外觀質(zhì)量也相當(dāng)重要，在PVC硬制品中屬于高質(zhì)量要求的產(chǎn)品。
PVC配方體系的設(shè)定和各種助劑的選取是保證PVC型材品質(zhì)的重要因素，配方中除穩(wěn)定體系和改性體系外，潤(rùn)滑體系對(duì)型材的加工性能及制品的外觀和各項(xiàng)物性指標(biāo)都有很大影響。因其用量少，其重要作用卻往往易被人們所忽視，PVC異型材加工過程和制品的很多缺陷，都和潤(rùn)滑劑的選取和配比有著密切關(guān)系。因此，潤(rùn)滑劑在PVC異型材配方中具有十分重要的作用。
1.潤(rùn)滑劑的分類和作用機(jī)理
根據(jù)潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理，可將潤(rùn)滑劑分為內(nèi)潤(rùn)滑劑和外潤(rùn)滑劑兩類。內(nèi)潤(rùn)滑劑是指在聚合物熔融之后能使聚合物分子之間的摩擦力減小的潤(rùn)滑劑；外潤(rùn)滑劑是指在聚合物熔融前后能使粒子聚合物之間和聚合物熔體與金屬表面之間的相互摩擦減少的潤(rùn)滑劑。
對(duì)于潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理，由于影響潤(rùn)滑劑作用的因素多且復(fù)雜，在這里僅能根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)作一簡(jiǎn)要說明。
1.1 內(nèi)部潤(rùn)滑——塑化或軟化機(jī)理
就PVC而言，潤(rùn)滑劑和增塑劑可以視為同一類物質(zhì)，所不同的是潤(rùn)滑劑的極性較低、碳鏈較長(zhǎng)，因而同增塑劑相比，潤(rùn)滑劑和PVC相容性顯著降低。正由于潤(rùn)滑劑與PVC相容性低（且又有一定的相容性），所以只有少量的潤(rùn)滑劑分子能象增塑劑一樣穿入聚合物的分子鏈之間，削弱分子鏈間相互引力，而使聚合物在變形時(shí)分子鏈相互之間更容易滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又不至于過分降低聚合物的玻璃化溫度（Tg）。
1.2 界面潤(rùn)滑機(jī)理
潤(rùn)滑劑附著在熔融樹脂的表面或附著在加工機(jī)械、模具的表面形成潤(rùn)滑劑分子層。由于潤(rùn)滑劑分子層的存在而形成潤(rùn)滑界面，結(jié)果降低了樹脂與加工機(jī)械之間的摩擦，潤(rùn)滑界面膜的粘度和它的潤(rùn)滑效率取決于潤(rùn)滑劑的熔點(diǎn)和加工溫度。一般來說，分子碳鏈長(zhǎng)的潤(rùn)滑劑由于更能使兩個(gè)摩擦面遠(yuǎn)離，因而具有更大的潤(rùn)滑效果。
2. 受潤(rùn)滑劑影響的塑料性質(zhì)
2.1 流變性
潤(rùn)滑劑對(duì)PVC流變性的影響是顯著的。潤(rùn)滑劑對(duì)于溶化有十分顯著的影響，充分發(fā)散的外潤(rùn)滑劑覆蓋在樹脂粒子上，使摩擦生熱量減少，以物理作用方式推遲粒子的聚結(jié)和熔化，并阻礙聚合物大分子鏈短鏈段的相互擴(kuò)散。與此相反，充分分散的內(nèi)潤(rùn)滑劑起假增塑劑的作用，能促進(jìn)熔化過程。一般的潤(rùn)滑劑均具有內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的性能，這兩種作用的大小隨品種而異。選擇潤(rùn)滑劑的基本原則是設(shè)法得到受控制的熔化速率。
合理的潤(rùn)滑體系是PVC—U調(diào)控塑化速率的較有效、較常用的方法，也是PVC—U加工時(shí)必須使用潤(rùn)滑劑的主要原因之一。外潤(rùn)滑劑通過減少對(duì)金屬表面的粘附性及摩擦力，延長(zhǎng)塑化時(shí)間。內(nèi)潤(rùn)滑劑利用高溫下與PVC的相容性削弱了聚合物分子間的內(nèi)聚力，促進(jìn)熔化過程，使熔體粘度降低，流動(dòng)性增加。
不論是哪一類潤(rùn)滑劑均能使熔體溫度降低。潤(rùn)滑劑的作用是通過外部滑動(dòng)減小所加剪切力的效能；而內(nèi)潤(rùn)滑劑的作用則是減小熔體粘度，這當(dāng)然也能減小摩擦生熱量。
熔體破裂，一般認(rèn)為是具有彈性的聚合物熔體發(fā)生了湍流的結(jié)果，這同樣能夠通過潤(rùn)滑劑的平衡來進(jìn)行控制。
2.2熱穩(wěn)定性
一般，因潤(rùn)滑劑能降低加工時(shí)的料溫，所以對(duì)熱穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生良好的作用。更明確地說，某些潤(rùn)滑劑如金屬皂，本身就具有穩(wěn)定性的功能；某些潤(rùn)滑劑如甘油單酯起螯合劑的作用；另外一些潤(rùn)滑劑能與穩(wěn)定劑發(fā)生相互作用。
2.3干混料的物性
Guimon指出，潤(rùn)滑劑能影響PVC強(qiáng)力高速混合時(shí)的壓實(shí)程度及較終的表觀密度和凝膠化程度。在用雙螺桿擠出時(shí)尤其如此。因?yàn)槠鋽D出量與干混料的表觀密度成正比，同時(shí)部分凝膠化的粒料在擠出中熔化所需的能量較少，所以擠出量較高。
2.4力學(xué)性能
潤(rùn)滑劑能影響拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度等力學(xué)性能。潤(rùn)滑劑對(duì)型材力學(xué)性能的影響主要體現(xiàn)在型材的焊角強(qiáng)度和耐低溫沖擊性能。潤(rùn)滑劑對(duì)制品低溫沖擊的影響，主要是通過對(duì)制品塑化效果的影響反映出來。塑化程度越好，低溫沖擊強(qiáng)度越高。在充分保證物料塑化的前提下，隨潤(rùn)滑劑用量的增加，焊角強(qiáng)度有減小的趨勢(shì)。大量實(shí)驗(yàn)表明，外潤(rùn)滑劑過量時(shí)焊角強(qiáng)度較差，且具有較好的耐低溫落錘沖擊強(qiáng)度。反之，外潤(rùn)滑劑不足時(shí)，焊角強(qiáng)度較好而耐低溫落錘沖擊強(qiáng)度較差。
2.5熱變形溫度
因?yàn)橐话愕臐?rùn)滑劑熔點(diǎn)均較低，而且其中某些潤(rùn)滑劑還是液體，當(dāng)這些物質(zhì)加入后，將與硬PVC及其他組份組成一整體，對(duì)PVC塑料的玻璃化溫度（Tg）產(chǎn)生影響，使其熱變形溫度降低。
2.6 電性能
一般說，潤(rùn)滑劑的極性或離子性越強(qiáng)則性能越差，而且溫度越高，差別變得越大。除體積電阻率和與此相關(guān)的導(dǎo)線絕緣電阻以外，表面電阻率也會(huì)受潤(rùn)滑劑的影響。極性較大的潤(rùn)滑劑可減小表面電阻率且能造成一定的抗靜電效果。
2.7表面特性
潤(rùn)滑劑由于與PVC具有低的相容性，能夠向表面遷移，因而可影響PVC塑料的表面特性。就有利的方面來說，某些潤(rùn)滑劑可使軟PVC具有滑動(dòng)和抗粘連性能。但使用過量時(shí)，則會(huì)過分滲出引起層合、粘連、壓紋和印刷困難，此外，潤(rùn)滑劑還能影響輔助增塑劑的相容性和滲出性。對(duì)于PVC異型材潤(rùn)滑體系選用合理，就會(huì)充分保證物料的塑化度，使型材表面質(zhì)量較佳。潤(rùn)滑劑過量會(huì)影響型材的焊接質(zhì)量和強(qiáng)度。
2.8.外觀
潤(rùn)滑劑對(duì)成品外觀，如顏色、光澤和透明度等也會(huì)產(chǎn)生一定影響，不同的潤(rùn)滑體系可能會(huì)使同種顏料產(chǎn)生不同的顏色效果。對(duì)于PVC異型材，在保證塑化的條件下，適量增加外潤(rùn)滑則會(huì)提高表面光潔度，潤(rùn)滑劑過量會(huì)造成制品的許多缺陷，如物料上出現(xiàn)斑紋和燒傷的痕跡，定型模析出物過多，使型材表面出現(xiàn)劃痕等。
3.潤(rùn)滑劑的選用原則及應(yīng)用中需注意的問題
在塑料制品生產(chǎn)中，很多因素會(huì)影響潤(rùn)滑作用，如聚合物的種類、聚合方法、成型方法、加工機(jī)械、加工條件、各種添加劑之間的相互影響等。選用潤(rùn)滑劑時(shí)應(yīng)綜合考慮，同時(shí)還要考慮制品所要求的性能。
對(duì)于PVC異型材配方，潤(rùn)滑劑投入量雖然較少，但對(duì)型材的加工和內(nèi)在性能影響很大。因此如何充分發(fā)揮潤(rùn)滑體系的作用，較大程度上依賴于潤(rùn)滑體系的選擇與匹配，選用潤(rùn)滑劑應(yīng)遵循如下原則：
(1) 要注意配方體系潤(rùn)滑的內(nèi)外平衡，適應(yīng)前期、中期、后期各段對(duì)物料潤(rùn)滑性的要求，達(dá)到潤(rùn)滑平衡的一致性和長(zhǎng)期性。外滑多，擠出速度快，但物料易生，塑化不好；內(nèi)滑多，擠出量大，物料塑化較好。初期潤(rùn)滑不好，會(huì)使擠出扭矩偏大。后期潤(rùn)滑不足，會(huì)導(dǎo)致螺桿均化段、壓縮段、口模段潤(rùn)滑不足，物料剪切劇烈，影響型材的表面質(zhì)量及內(nèi)在性能，嚴(yán)重的還會(huì)造成分解。一般根據(jù)潤(rùn)滑劑的熔點(diǎn)和加工溫度結(jié)合來判定潤(rùn)滑劑在配方中初期、中期和后期的潤(rùn)滑性。
(2)潤(rùn)滑劑的濃度應(yīng)維持在較小限度用量?jī)?nèi)，雖然潤(rùn)滑劑在配方中具有和穩(wěn)定劑同樣重要的地位，但并不是用量越大越好，我們所講的潤(rùn)滑內(nèi)外平衡，是在一定限度內(nèi)的平衡，因?yàn)闈?rùn)滑劑與PVC樹脂的不相容性，過多地加入會(huì)對(duì)PVC共混體系產(chǎn)生不良影響。許多出現(xiàn)的加工以及和熱穩(wěn)定性有關(guān)的問題,以及制品的許多缺陷，究其根源都可能是潤(rùn)滑劑用量過大造成的。
(3)選用潤(rùn)滑性時(shí)要注意配方中穩(wěn)定劑、加工助劑、改性劑、填料等對(duì)潤(rùn)滑作用的貢獻(xiàn)和影響。潤(rùn)滑體系的平衡，不是潤(rùn)滑劑之間的簡(jiǎn)單平衡，而且整個(gè)配方體系的潤(rùn)滑平衡。不同穩(wěn)定體系的配方，對(duì)潤(rùn)滑劑的要求不同，潤(rùn)滑劑在配方中發(fā)揮的潤(rùn)滑作用也不盡相同，如在鉛鹽穩(wěn)定體系的PVC混合配方中，潤(rùn)滑劑的極性愈大，與PVC相容性愈好，而在有機(jī)錫穩(wěn)定體系中則變化不大，因有機(jī)錫本身具有增塑作用。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，稀土穩(wěn)定劑因其稀土元素的特殊結(jié)構(gòu)，使其和潤(rùn)滑劑的協(xié)調(diào)效應(yīng)更明顯，易使PVC凝膠化，可減少塑化時(shí)間，提高熔體流動(dòng)性。
另外，在PVC異型材配方設(shè)計(jì)和調(diào)整過程中，潤(rùn)滑劑選用時(shí)還應(yīng)注意：
(1)注意加工溫度對(duì)潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑作用的影響。起外部潤(rùn)滑作用的潤(rùn)滑界面膜的粘度和它的潤(rùn)滑效率取決于潤(rùn)滑劑的熔點(diǎn)和加工溫度，如果潤(rùn)滑劑的熔點(diǎn)接近于加工溫度時(shí)，則由于潤(rùn)滑劑的粘度太大而會(huì)妨礙界面膜的形成，反之如果潤(rùn)滑劑的熔點(diǎn)太低，則又會(huì)由于潤(rùn)滑劑過于稀薄而使界面膜破壞，導(dǎo)致潤(rùn)滑效果不好。隨著加工溫度的升高，潤(rùn)滑劑與樹脂的相容性增加，潤(rùn)滑劑的揮發(fā)損失也增大，通過補(bǔ)加外潤(rùn)滑劑和選用正常加工溫度下相容性較低的潤(rùn)滑劑而得到解決。
(2)注意潤(rùn)滑劑的分散性，如分散不均，會(huì)造成局部潤(rùn)滑，所以在應(yīng)用時(shí)必須充分混合，必要時(shí)添加改善分散性的組份或者將潤(rùn)滑劑載于粉碎的惰性載體上（如硅酸鹽）。在低用量或中等用量時(shí)起內(nèi)潤(rùn)滑作用的潤(rùn)滑劑，當(dāng)用量接近相容性極限時(shí)，外潤(rùn)滑作用逐漸增強(qiáng)。
(3)注意潤(rùn)滑劑對(duì)制品要求性能的影響，如外觀上要考慮噴霜、顏色漂移、遷移性等；表面性能上應(yīng)考慮印刷性、粘合性、光澤性、疏水性等，機(jī)械性能上應(yīng)考慮強(qiáng)度、層間剝離性等。
(4)潤(rùn)滑劑應(yīng)配合使用，對(duì)于塑料配方體系，單用一種潤(rùn)滑劑很難達(dá)到理想的潤(rùn)滑效果，一般均采用幾種潤(rùn)滑劑復(fù)合使用的方式，以期達(dá)到加工和制品性能的要求，同時(shí)也可通過復(fù)配提高潤(rùn)滑劑的效率，減少潤(rùn)滑劑的總體用量。因?yàn)閹追N潤(rùn)滑劑配合使用后，難熔與易熔潤(rùn)滑劑會(huì)相互滲透，且易熔潤(rùn)滑劑的增稠和表面遷移能力降低，使加工范圍變寬，提高熔體結(jié)構(gòu)的均勻性并能提高制品的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量，充分保證擠出過程中物料潤(rùn)滑平衡。
4.潤(rùn)滑劑在PVC異型材配方中常用品種和體系
在異型材配方中,由于穩(wěn)定體系的不同,所選用的潤(rùn)滑劑也有差別,在鉛鹽穩(wěn)定體系中,可選用硬脂酸、硬脂酸甘油酯、聚乙烯蠟等作潤(rùn)滑劑，在無毒的鈣、鋅復(fù)合穩(wěn)定體系及稀土復(fù)合穩(wěn)定體系中，可選用硬脂酸、硬脂酸丁脂、石蠟、聚乙烯蠟、硬脂酸鈣等作潤(rùn)滑劑，在有機(jī)錫配方中，可選用硬脂酸鈣、石蠟、氧化聚乙烯蠟等作潤(rùn)滑劑，常用潤(rùn)滑劑主要性能如下：
（1）.硬脂酸鈣：
白色粉末，熔點(diǎn)148-155℃，無毒，有優(yōu)良的潤(rùn)滑性和加工性，無硫化污染，與堿式鉛鹽和鉛皂并用，可提高凝膠化速度，用量一般為0.1-0.4PHR。
（2）.硬脂酸
白色或微黃色顆粒，熔點(diǎn)70-71℃。在90-100℃下緩慢揮發(fā)，在硬PVC加工中作外潤(rùn)滑劑，用量一般為0.2-0.5PHR，并有防止層析結(jié)垢的效果，但用量過大易噴霜。
（3）.石蠟
熔點(diǎn)57-63℃，不含極性基團(tuán)，屬典型的外潤(rùn)滑劑。由于它熔點(diǎn)低，易蒸發(fā)，熔體粘度小，只能在較窄范圍內(nèi)起潤(rùn)滑作用，適用于單、雙螺桿擠出機(jī)擠出，一般用量為0.1-0.8PHR。本品透明度差，易泛白。
(4)聚乙烯蠟
白色粉末，軟化點(diǎn)約在100-117℃，由于其相對(duì)分子質(zhì)量較大，熔點(diǎn)高，揮發(fā)性低因而在較高溫度和剪切速率下，也顯示明顯潤(rùn)滑效果。適用于硬PVC單、雙螺桿擠出，常用量為0.1-0.5PHR。
(5)氧化聚乙烯蠟
白色或淡黃色粉末或顆粒，氧化聚乙烯蠟雖含有少量極性基團(tuán)，仍與PVC不相容，但潤(rùn)滑效率較高，可提高聚合物與金屬間的潤(rùn)滑性，提高擠出效率，改善著色劑的分散性，賦予制品良好的透明性和光澤。用量0.1-0.5PHR。
(6)硬脂酸甘油酯
粉末狀物，熔點(diǎn)85-87℃，具有優(yōu)良的耐熱性和流動(dòng)性，可增加填充劑用量，并可促進(jìn)塑化。與蠟類并用，可改善PVC-U熱穩(wěn)定性。一般用量為0.2-0.6PHR。
在實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)，兩種或兩種以上潤(rùn)滑劑配合使用時(shí)，出現(xiàn)了與單獨(dú)使用時(shí)不同的效果。在異型材配方中，大多采用復(fù)配方式。常用潤(rùn)滑劑配合體系及特點(diǎn)匯總?cè)缦拢?br>（1）.硬脂酸鈣—石蠟（聚乙烯蠟）潤(rùn)滑體系：
配方中單獨(dú)使用硬脂酸鈣，可加速塑化，提高熔體粘度，增大轉(zhuǎn)矩，并具有一定脫模效果，而單獨(dú)使用石蠟，表現(xiàn)出延遲塑化，降低轉(zhuǎn)矩，無脫模作用。將硬脂酸鈣和石蠟（聚乙烯蠟）按一定比例混合使用時(shí)，表現(xiàn)出了良好的效果，物料轉(zhuǎn)矩值可降低很多，這是由于石蠟滲入硬脂酸鈣分子間，強(qiáng)化了潤(rùn)滑作用，表現(xiàn)出很強(qiáng)的協(xié)同效果，改善了潤(rùn)滑劑的分散情況。
（2）.硬脂酸—石蠟（聚乙烯蠟）潤(rùn)滑體系
和硬脂酸鈣—石蠟（聚乙烯蠟）體系的作用機(jī)理相同，可提高配方的熱穩(wěn)定性，降低收縮，提高流動(dòng)性，使脫模方便。
（3）.氧化聚乙烯蠟—酯類—硬脂酸鈣
聚乙烯蠟—酯類—硬脂酸鈣并用時(shí)，隨聚乙烯蠟用量增加，塑化時(shí)間明顯延長(zhǎng)，而氧化聚乙烯蠟—石蠟—酯類—硬脂酸鈣并用時(shí)，隨氧化聚乙烯蠟用量增加，塑化時(shí)間卻有先升高后降低的趨勢(shì)，呈明顯的協(xié)同效果。
總之，在研究PVC異型配方時(shí)，不僅需單個(gè)了解每種潤(rùn)滑劑的特點(diǎn)和作用，還需明白其之間的協(xié)同效果，此外，PVC異型材配方還需隨加工設(shè)備和模具的差異有所調(diào)整和改變。
5、結(jié)論：
一個(gè)良好的潤(rùn)滑體系，可避免PVC-U物料塑化后粘附金屬表面，降低加工設(shè)備的載荷，降低加工能耗，改善加工熔體的流動(dòng)性，避免剪切過熱造成PVC分解，同時(shí)也促進(jìn)熔融，提高制品產(chǎn)量，而又不形成熔體缺陷和熔體破裂，而且由于加工流動(dòng)性的提高，還能改善色澤，增加光澤，增加制品韌性等，對(duì)配方體系有極大的貢獻(xiàn)。
因?yàn)橛绊憹?rùn)滑劑潤(rùn)滑效果的因素很多，其中主要有：塑料中的其他組份，PVC的結(jié)構(gòu)形式和聚合方式、所用的加工設(shè)備和工藝條件，較終制品應(yīng)具有的性能等。因此在PVC異型材生產(chǎn)配方的設(shè)計(jì)和變更時(shí)，應(yīng)綜合分析和認(rèn)真對(duì)待潤(rùn)滑劑的選取和用量。因?yàn)樵S多出現(xiàn)的加工問題和熱穩(wěn)定性問題，以及制品的許多缺陷，究其根源都與潤(rùn)滑劑有關(guān)，甚至是其使用不當(dāng)所至，因此把潤(rùn)滑劑放到與穩(wěn)定劑同等重要的位置看待，可以在實(shí)際生產(chǎn)中少走彎路，避免不必要的損失和浪費(fèi)。
總之，潤(rùn)滑劑在PVC異型材配方中具有重要作用，我們應(yīng)該給予更大的關(guān)注和重視，以使我們異型材質(zhì)量更趨完美。

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