PVC配方计算与设计
——傅松平
前言；
PVC是塑料家族是的一个重要的一员，它的用途十分广泛，其生产可逆性特别好， PVC不仅能作用硬制品，还能作用软制品。还可以作透明度很高的制品。也可以作成橡胶替代产品。PVC硬制品在相同的壁厚下其制品的强度要比PE、PP-R塑料度好的多。在同样的壁厚条件下PVC的承压强度要比PE和PP-R高出很多。PVC的自熄阻燃性是它自身的一大特点。
PVC也有不好的一面，就是每生产一种产品，就需要一个生产配方，这个生产配方的好与坏直接关系到产品的好与坏。它不能象PE、PP-R、PE-RT塑料一样、直接以原材料用于生产加工。所以它对配方设计人员的文化层次要求和全面素质要求较高，它不仅要求配方人员要懂化工、高分子成型理论、挤出成型加工工艺学。生产模具的结构和生产工艺学，总之PVC配方人员要有一定的综合素质能力。我们要计算和设计PVC生产配方就必须十分的了解PVC的性能及每一种PVC 牌号的用途，包括每一种辅的性能和用途。
一、PVC树脂的性能及用途
PVC树脂按生产方法分为石油法树脂和电石法树脂；按聚合方法分为悬浮法树脂、乳液法树脂、本体法树脂和溶液法树脂。国内外PVC树脂生产以悬浮法为主，按表观密度将树脂分为紧密型XJ和疏松型XS两类。普通PVC均聚物的粘数从57(低分子量)到157(高分子
量)，或K值从48到77。对于大多数未增塑PVC的挤出，采用“中等”分子量的树脂(K值65～67)。
PVC的工业牌号通常以分子量大小来区分，一般用聚合度表示。分子量越大，链段数目越多，内摩擦力越大，聚合物粘度越高，PVC 加工成型也就越困难。
一般用于生产PVC-U塑料异型材和管材的树脂为SG－5型。我公司型材生产和管材生产选择的PVC树脂粘数控制在108-114，表观密度为0.5-0.6g/ml。
由于PVC树脂在聚合过程中不是完全按照头-尾结构聚合，而是存在许多结构缺陷。这些缺陷是导致降解和热稳定性下降的引发点，所以在PVC树脂加工过程中要加入多种助剂进行改善。
聚氯乙烯的分类表一
PVC各型号用途表二
二、PVC配方计算、设计要点
1、PVC型号的确定
要设计PVC生产配方，首先要知道自己要生产什么样的产品，来确定用什么样的PVC。如生产管材，型材，我们可以用SG-5型PVC。生产PVC发泡板材我们可以用7型或者8型料。PVC绝缘材料可以用1型、2型、3型。
在PVC配方设计体系中，如若我们不搞新产品设计和新产品研发，我们只须沿用原来生产所用的PVC生产体系，无须自己再来确定PVC的型号。所以PVC的选型不是太难。
2、稳定剂用量的确定
确定了PVC的型号及用途后我们再来确定稳定剂。稳定剂的确定是要通过实验来确定的。首先将混好的PVC干混料加入试管，将试管
放入硅油中，加热硅油，使试管中的干混料受热分解温度要达到235℃-240℃。这个量就是生产配方中稳定剂的用量。
稳定剂用量太大，PVC在生产过程中不易完全塑化，产品发脆，强度差。用量太少PVC原材料会在机筒内部受到磨擦热和剪切热的作用，使产品发黄，发红，生产工艺不容易控制。
稳定剂的用量确定好后，在以后的生产中只要稳定生产用量就可以了，在生产中保持稳定，不要随意更改。
3、碳酸钙用量与润滑剂的确定
碳酸钙的确定是为了我们清楚生产什么样档次的PVC型材、管材，以确定CaCO3的填加量。国标管还是高钙管。我们在生产非标型材和非标管材时往往要在PVC中加入大量的CaCO3。我们首先要知道每一份CaCO3的吸油率是多少，每一份PVC的吸收增塑剂用量率是多少。润滑剂的润滑效率是多大，如果加增塑剂我们一定要知道增塑的增塑效率是多少，我们要生产的型材、管材要求的质量是什么。这些数据我们搞清楚后，我们就很容易算出PVC管材生产配方和PVC型材生产配方。这是我们设计配方的一个最重要的依据。（各种材料吸油率表三）
陶土的吸油率(3)＞PVC的吸油率＞轻钙的吸油率＞重钙的吸油率＞活性钙
我们知道了轻质碳酸钙的吸油率及重钙的吸油率和PVC的吸油率后，配方的润滑剂计算就显的很容易了。
润滑剂=轻钙的吸油率（）×轻钙的填加份数＋PVC的吸油率
如若我们在配方中加入了轻钙、重钙或着其它填料只要按公式进行计算就可以算出润滑剂的用量。
填加剂吸收增塑剂量表
表三
吸油率表三
4、CaCO3填加量计算方法
当生产的产品，填加多少时CaCO3就能达到我们所预期的目标，我们
就要通过实验或流变计算得出数据，以形成我们计算配方的理论数据。
有了这些理论数据就可以算出PVC型材、管材的强度。
加多少碳酸钙，就会使PVC产品达到什么样的强度，就需要通过对PVC强度的计算，反推出碳酸钙的含量。
图1
我们从图1中可以看到，当碳酸钙加的越多其PVC的强度就越差。每当碳酸钙在PVC中的量增加10份时其强度会下降3-4MPa
三、生产配方设计依据
生产配方的设计我们一定要记住以下四点
1、我们要知道每一份CaCO3的吸油率是多少
2、每一份PVC的吸收增塑剂用量率是多少（折合成润滑、但
要注意内外润滑的比率）
3、生产什么样档次的PVC型材、管材（以确定CaCO3的填加
量）
4、生产温度的设计
硬质PVC塑料流动性和热稳定性较差，加工温度过高时会分解，
温度过低则物料塑化不良。尽管在配方中加入相应的热稳定剂和加工助剂，但其作用毕竟有限。(硬质PVC塑料的形变-温度曲线如图2所示)。由图可知硬质PVC塑料的三种物理状态转变温度分别为：T g=87℃(玻璃化温度)、T f=160℃(粘流温度)、T d=240℃(分解温度)，根据配方中稳定体系、稳定剂用量与搭配，分解温度有所提高或降低，所以从理论上讲成型硬质PVC异型材时机筒各段温度的控制应有所不同，为获得高质量、高产量产品，各段温度需反复调节，准确控制。
图2 硬质PVC塑料的变形—温度曲线
四、生产配方与润滑和物料流动的关系
我们无论是生产PVC管材、型材还是其它产品，在算PVC配方时我们一定要切记，设计生产加工温度最好控制在165℃-190℃之间，加工温度要适当的宽一些，这样对调整生产工艺有很大的好处，因PVC在料筒内呈三维流动，料的流动不是十分稳定，PVC在机筒内有三种流动形态为：滞流态、湍流态和稳流态。
滞流态也是一种稳定流动形态但流动速度太漫，滞流态只有在低速时才能呈现出来，我们在生产中会发现当设备或生产出现问题时，
只要我们降低生产速度，生产情况就有所改观，但在滞流态区间生产耗能太多，生产效率太低，此种生产方式不可取。
湍流态流动波动太大，料流不稳定忽大忽小，不容易生产，废品率太高，生产工艺不好控制，对设备和模具损害太大。我们在设计生产配方时不应将生产配方设计在此区域生产。
最好的生产方式是在稳流态区域内生产。它生产稳定，生产效率也高，料流波动很小，能够高速稳定的生产。我们在PVC中加入润滑剂的目地是为了克服PVC在机筒内的滞流形态和湍流形态，使料流能够向稳流态的方向发展。而达到稳定生产的目的。
生产配方的好与不好就是看生产的稳定性即PVC料在机筒内流动时稳流态的宽和窄。稳流态太窄生产工艺就窄，温度控制也就窄，不利于生产和员工操作，废品率就高。反之如果稳流态面宽生产工艺就想当好调节，废品率也就低。所以润滑剂量的多少，特别是内外润滑剂的比值要精确的计算，内外润滑剂的比值对料流的稳定性起着至关重要的作用，特别是在加有增塑剂的配方中要知道增塑剂的增塑效率，当PVC中加入增塑剂后其稳流态面会增大，料的流动会向稳定流动的方向发展。
要稳定生产我们对设备、模具也的一定的要求：
1、设备给料系统和螺杆转动要稳定，（变频器稳定性要好）
2、模具设计要符合PVC加工，(压缩比、口模长径比、分流锥角度)
PVC用增塑剂增塑效率(Ep)表表三
五、原材料的选型
1、稳定剂的选型
现在要设计PVC生产配方，我们首先要选定PVC和稳定剂，我们需要用什么样的稳定剂。
铅盐稳定剂环保性能差，对人体和环保损害太大，但现在很多生产PVC的厂家都在用。有机锡稳定剂稳定效率比较好，是一种无毒型稳定剂。钙锌稳定剂，正在中国大力的推广，但钙锌稳定剂，也存在着一定的缺陷，生产工艺较难控制，硬析出较大。
2、润滑剂的选型
润滑剂我们可以选定：石蜡、硬脂酸、PE蜡。或其中的一种二种或都选。
改性剂我们可以选择其中的一种或二种，尽量不要多选。
现在复合润滑剂正在兴起但性能相差太大，有一款增塑润剂-88其润滑性能和增塑性能非常好，可用于管材、管件、型材和其它PVC产品之中。
3、钛白粉的选型
钛白粉有二种一种是金红石型，一种是锐钛型对于户外用品我们尽量选择金红石型钛白粉它有增白和抗紫外线的功能。而锐钛型只具有增白效果不具备抗紫外线的功能。
金红石钛白粉和锐态型钛白粉以2：1的比例加入，其协同效应会提高，抗紫外线和增白效果会非常突出。
4、碳酸钙
轻质碳酸钙如果加的量比较少，它具有一定的补强作用，如果加的太多哪只是一种降低成本的填料。我们如果作好一点的排水管，碳酸钙不要超过100份。型材不要超过40份。
六、设计生产配方要遵循以下几个方面
1、环保、对人体无害，也就是对自己负责。
2、所选用的原辅材料要尽量的少。
3、配方要简单易行。
4、要适合于生产工艺，容易生产、容易操作。废品率要低。
我们在选定了原辅材料后，我们还要知道了CaCO3的吸油率和PVC的吸油率，我们就可以算出加入多少润滑剂，加什么样的润滑剂。
我们设计的配方生产出的产品要达到什么样的效果，如拉伸强度要达到多少，断裂伸长率要达到多少，我们通过这些数据就可以算出在生产配方中要加入多少填料和改性剂。
生产出的产品是用于南方还是北方，是高海拔区还是高寒地区，产品设计寿命是多少年，我们就可以得出钛白粉需要加多少，紫外线吸收剂加多少。
这样我们要设计配方就容易的多了。