Разновидности ПВХ, их производство и применение. Лубриканты и другие модификаторы

Смолы ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) могут добавляться в полужесткие составы ПВХ для улучшения прочности горячего расплава, удлинения и гибкости при низких температурах. Особое использование этих модификаторов наблюдается в приложениях для глубокой вытяжки. Нитрильные каучуки (NBR) подмешиваются в составы PVC-Р (пластифицированного ПВХ), дающие термопластичные эластомеры на виниловой основе для использования при остеклении, в обуви, в производстве труб и т. д. Нитрильные каучуки представляют собой сополимеры акрилонитрила и бутадиена, которые совместимы с ПВХ и доступны в виде порошка для простоты смешивания и дисперсии. Относительно простые в обработке составы, в том числе NBR, обладают хорошей стойкостью к воздействию масел и химикатов, лучшей гибкостью при низких температурах и повышенной стойкостью к истиранию. Потеря пластификатора также уменьшается из-за сходной химической природы NBR и пластификаторов.

Смазочные материалы (лубриканты) классически функционируют двумя способами: (1) снаружи, чтобы уменьшить трение между расплавом полимера и горячими металлическими поверхностями во время обработки, и (2) внутри, чтобы уменьшить силы трения внутри полимерной матрицы и тем самым снизить эффективную вязкость. Внешние смазки по определению имеют плохую совместимость с ПВХ. Внутренние смазки более совместимы и имеют высокую полярность. Оба типа необходимы для обработки компаундов НПВХ. На практике большинство смазочных материалов имеют как внешние, так и внутренние характеристики, но отличаются друг от друга в зависимости от способа их работы. Тем не менее, правильный баланс и тип внутреннего к внешнему и уровень добавления имеют решающее значение из-за влияния на уровень гелеобразования, размещения несовместимых материалов в матрице и калибровочном оборудовании, а также на физические свойства конкретного компаунда.

Типичными внешними смазками являются парафиновый воск, полиэтиленовый воск, окисленный полиэтиленовый воск и стеариновая кислота. Типичными внутренними смазывающими веществами являются эфиры глицерина и жирные кислоты. Стеарат кальция функционирует где-то на стыке внутреннего и внешнего лубрикантов, в зависимости от уровня добавления. Он также действует как акцептор кислоты. Более подробная информация о смазочных материалах доступна в специальной литературе, правда, в подавляющем большинстве на английском языке. Впрочем, едва ли это будет интересно специалистам по монтажу и даже инженерам-проектировщикам на предприятии, поэтому желающих просто отсылаем к специальной литературе. Динамический механический анализ был использован для изучения совместимости эфирных смазок и стеариновой кислоты и её производных. На основании теста текучести расплава ПВХ (например, по стандарту ASTM D 3364) было определено влияние смазочных материалов на обработку.

Очевидно, что бессвинцовые составы стабилизаторов требуют удаления стеарата свинца, очень эффективного смазывающего вещества, и были исследованы смазывающие вещества для экструзии стабилизированного профиля с содержанием цинка. По мере увеличения скорости работы экструдера это увеличивает давление на совместимость смазочных материалов, и в настоящее время разрабатываются системы смазки с низкой пластиной. Процесс каландрирования жестких пленок (подробности о процессах обработки ПВХ мы представим в следующих частях цикла) требует особых составов смазочных материалов, и они также будут рассмотрены. В применениях из PVC-P пластификатор действует как внутренняя смазка, и можно добавлять внешние смазки для увеличения выхода материала и некоторых других целей. Чрезмерные уровни или неправильный выбор могут вызвать проблемы с последующей обработкой, например, существенное ухудшение свойств готового материала при старении.

Теперь начнём рассматривать такую большую группу добавок, как наполнители. Для большинства применений PVC-U и PVC-P наполнители добавляются в основном для снижения стоимости рецептуры, но некоторые также используются для улучшения свойств и производительности. Существует баланс между затратами и любым приемлемым ухудшением физических свойств, которое может возникнуть. Плотность конечного продукта будет увеличиваться, конечно, при более высоких уровнях наполнителя. Другим важным аспектом является влияние на обработку в отношении производительности и обработки поверхности. Карбонат кальция (также известный как мел) является наиболее часто используемым наполнителем для ПВХ. Этот материал добывается как кальцитовый минерал и измельчается до определенного размера частиц. Он также может быть осажден из раствора, чтобы получить мелкий размер частиц, подходящий для использования в областях с высокими эксплуатационными характеристиками.

Размер частиц важен, и для некоторых применений, требующих хорошей устойчивости к атмосферным воздействиям и ударам (например, оконные профили), обычно используется ультрамелкозернистый, с высокой белизной, натуральный вариант. Для облегчения диспергирования наполнитель обычно покрывают стеариновой кислотой. Утверждается, что покрытые ультрадисперсные и осажденные карбонаты кальция также оказывают положительное влияние на ударные свойства в модифицированных ударных составах. Абразивный износ карбоната кальция на оборудовании для обработки в расплаве незначителен, но увеличивается с повышением уровня. Прочностные свойства PVC-U, заполненного осажденным и измельченным карбонатом кальция, были исследованы достаточно подробно. В следующей части завершим рассмотрение этой добавки и перейдём к рассмотрению других наполнителей.