PVC的混料工藝決定著PVC產(chǎn)品的質(zhì)量，本文章分為兩部分闡述，本文為第一部分；

一、前言

u-PVC即硬質(zhì)PVC制品，包括管材，管件，異型材等等。這其中又以異型材在戶外作結(jié)構(gòu)材料使用，對(duì)產(chǎn)品的耐候性能和材料要求更高；同時(shí)因斷面復(fù)雜，對(duì)配方加工性能的要求也相當(dāng)苛刻。這些都決定了異型材配方非常復(fù)雜，以u(píng)-PVC異型材為例，除了主料PVC外，通常還包括復(fù)合穩(wěn)定劑（包括穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、紫外線吸收劑和抗氧劑等）、抗沖改性劑（如CPE或AIM）、加工助劑（ACR）、鈦白粉（TiO2）、填料（常用碳酸鈣）與色料等[1]，原料品種通常在十多種以上。另一方面，從加工工藝來(lái)講，隨著擠出機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，具有很強(qiáng)塑化能力的雙螺桿擠出機(jī)已基本取代了單螺桿擠出機(jī)。u-PVC異型材和管材都可以由混合粉料經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)直接擠出成最終制品。由于雙螺桿擠出的生產(chǎn)省略了單螺桿擠出中的擠出造料環(huán)節(jié)，因此混合料的質(zhì)量將很大程度上影響到后期的生產(chǎn)是否能正常進(jìn)行，產(chǎn)品質(zhì)量是否良好。這些都對(duì)配料質(zhì)量提出了嚴(yán)格要求。因此，如何科學(xué)混料并做好混料質(zhì)量的監(jiān)控，是做為制品生產(chǎn)企業(yè)必須重視的工作。本文將以科學(xué)的異型材配方為例，闡述其混料工藝的作用和原理，并分析如何監(jiān)控混料質(zhì)量。

二、混料的作用與原理

u-PVC配方料的混配通常要經(jīng)過(guò)熱混和冷混兩個(gè)階段，混合好的混配料叫做干混料。所謂熱混，是指將混合物加熱到軟化溫度或軟化溫度以上所進(jìn)行的摻混過(guò)程，而冷混即熱混料在冷混鍋中，通過(guò)葉片低速攪動(dòng)，其散發(fā)的熱量通過(guò)冷混鍋夾套中冷卻水帶走，直至將原料降到設(shè)定溫度以下的過(guò)程。經(jīng)過(guò)熱混冷混的干混料，需靜置一段時(shí)間“熟化”后即可使用。熱混和冷混作用有四個(gè)方面：第一是使原料各組份在空間上均勻分布，取得一定的均一性[2]，顯然這是各組分充分發(fā)揮作用的基礎(chǔ)；第二是通過(guò)熱混，使PVC粒子有一個(gè)從原態(tài)到破碎微熔再到重新凝結(jié)聚集的過(guò)程，使干混料取得一定的預(yù)塑化效果，從混合狀態(tài)的描述法來(lái)說(shuō)，即獲取一定的分散程度[3]；第三是使干混料經(jīng)過(guò)混料過(guò)程后，消除太小粒徑組份，使得干混料整體的粒徑分布相對(duì)較大而且集中，提高了干混料的表觀密度和流動(dòng)性，這不僅利于干混料的穩(wěn)定輸送，同時(shí)也可提高產(chǎn)量；第四是通過(guò)熱混，盡可能排除原料中的水份和低揮發(fā)組分，消除這些組份對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。靜置干混料的目的，是消除混料過(guò)程中產(chǎn)生的靜電，并進(jìn)一步提高干混料的表觀密度和流動(dòng)性。

以常見異型材配方料為例，其配方組成中PVC和CPE均屬大顆粒成分(平均粒徑Dav為150～200μm)，復(fù)合穩(wěn)定劑以顆?；蚱瑺罴尤牒髸?huì)被破碎為小顆粒，但在混料條件下不至于小到碳酸鈣和鈦白粉的級(jí)別（10μm以下），加工助劑ACR雖然粒徑也較小，但配方中含量很少，同時(shí)熔點(diǎn)低于熱混溫度，會(huì)在熱混中熔融，因此配方中真正要考慮的小粒徑組份是碳酸鈣和鈦白粉。如圖1是某一異型材配方各原料的粒徑分布圖（圖中D10是指100份粉料中，有10%（體積比）的部分，其粒徑所低于的粒徑值，以此類推。Dav是指平均粒徑）。從圖1可以很明顯地說(shuō)明配方料的粒徑可簡(jiǎn)單分為兩個(gè)數(shù)量級(jí)，而小粒徑組份正是希望通過(guò)熱混而加以消除的。

圖1中D10指累計(jì)10%的組份所低于的粒徑值，D25指累計(jì)25%的組份所低于的粒徑值，以此類推。Dav即平均粒徑。熱混過(guò)程中的熱源通常是攪拌葉片高速剪切所產(chǎn)生的摩擦熱。分析熱混過(guò)程中原料狀態(tài)的具體變化過(guò)程是：在高速攪拌機(jī)的作用下，占絕對(duì)比例的PVC大顆粒被高速剪切作用所破碎，PVC顆粒比表面積增加形成較強(qiáng)的靜電吸附作用；另一方面，配方中低熔點(diǎn)的潤(rùn)滑劑、加工助劑等也會(huì)在溫度上升過(guò)程中逐漸熔化，粘附于PVC顆粒周圍，起著PVC與無(wú)機(jī)小顆粒之間粘接劑的作用；再有，PVC顆粒在最初的破碎后，隨著溫度上升而逐漸膨脹，當(dāng)溫度超過(guò)其玻璃化溫度（Tg）87℃時(shí)，PVC顆粒從外到內(nèi)逐漸軟化，并達(dá)到一定的預(yù)塑化程度，變軟甚至微熔的PVC顆粒也有利于小粒徑無(wú)機(jī)顆粒的粘附，所有這些因素共同作用的結(jié)果就是：隨著混料過(guò)程的進(jìn)行，配方中的小粒徑組份碳酸鈣和鈦白粉顆粒將逐漸粘附并鑲嵌到PVC顆粒周圍，使得PVC顆粒的粒徑從破碎變小又逐漸增大，配方中大顆粒CPE的狀態(tài)變化類似PVC，最終使得配方中的小粒徑組份逐漸消失，不同粒徑的共混體最終變成粒徑較大而均勻的粉體。如圖2中左圖是各種原料按配方稱量后用小勺簡(jiǎn)單攪拌混合的結(jié)果，右圖是經(jīng)正常熱、冷混后的干混料。二者放大比例相同。 

利用激光粒度分析儀分析不同混料溫度下混合料的粒徑分布情況，結(jié)果如圖3。

圖3中a圖是所有原料未經(jīng)過(guò)混合的情況，可以看到粒徑在10μm附近的顆粒比較多，這是配方中ACR、碳酸鈣與鈦白粉組成的小粒徑組份，隨著混料效果的提高，小顆粒逐漸附聚到大PVC顆粒周圍，小粒徑組份的含量越來(lái)越少，到圖d時(shí)，10μm附近的顆粒比例已經(jīng)幾乎消失；另一方面，在圖a中，粒徑在150μm附近的峰值很高，檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)的頻率達(dá)21%，這是PVC原始顆粒的粒徑未受到影響的情況，但到圖b，該峰值明顯降低，而其左測(cè)100μm左右低粒徑顆粒的比例明顯增加，說(shuō)明PVC顆粒部分被高速剪切力所破碎，隨著混料效果的加強(qiáng)，小粒子逐漸附聚到PVC顆粒周圍，PVC顆粒的粒徑又逐漸加大，正如圖c和圖d所顯示的情況。圖3所反應(yīng)的粉料粒徑變化的過(guò)程正好也說(shuō)明了上述的混料原理[4]。

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