專利名稱：一種聚氯乙烯型材應變凍結的定量表征測試方法
技術領域：
本發明涉及塑料擠出成型過程中物理化學參數的表征測試方法，進一步地說，是涉及聚氯乙烯型材的應變凍結的定量表征測試方法。
PVC是一個剪切敏感、熱敏感、低溫沖擊性敏感的樹脂。聚氯乙烯型材擠出是在整個PVC加工技術中最為復雜，最難以掌握的一種擠出技術。其復雜性表現在PVC在擠出過程中熔體PVC粒子與大分子的形態變遷，而這種變遷過程不僅影響而且在某種程度上決定其最終產品性能。在聚氯乙烯樹脂擠出成型的過程中，存在有某些區域具有極高的剪切應力。聚氯乙烯樹脂在通過這些區域時，會產生大量剪切熱，從而致使樹脂分解，導致產品質量波動，甚至變劣。而這些高剪切區域的狀況及工藝參數，尚未被現有技術很好的觀察及測定，這便是為什么配方相同、溫度及熔體壓力等工藝參數恒定，卻并不能保障有效的控制與掌握擠出產品質量的原因之一。
例如PVC熔體在熔融流動過程中從加料區開始進入壓縮段、計量段、機頭、模具、模唇，最后進入真空定型套。這一變遷過程，我們可以概括為以下的三大部分八個階段一、在擠出機中壓縮、密實、塑化、伸長；二、在模具中壓縮、取向；三、在真空定型套中牽伸、冷卻定型。由于PVC的Tg(玻璃化轉變溫度)為80℃，因此在室溫下處于絕對的玻璃態。PVC在-10℃至室溫的條件下，除了基團的振蕩或旋轉，沒有分子鏈段、大分子以及微晶等的運動。總體而言，在這個溫度范圍里，PVC基本處于冷僵狀態。但當PVC在熔融擠出過程中進入模具，特別是達到模具的平直部分模唇時，PVC的大分子在高剪切力下產生強烈的分子取向。之后，樹脂進入真空定型套，尚未來得及離模脹大即被強制牽伸，并經受驟冷、真空吸貼、急速定型為型材。這樣，使未達到平衡態的大分子的取向、應變、強制其轉入玻璃態，使之立即處于入凍結狀態，稱之為“應變凍結”。樹脂在擠出過程中各個方面的影響包括溫度、壓力、剪切力、定型冷卻等因素的影響，都會使得樹脂在經過模唇時產生的應變凍結程度不同。
此外，根據國外一些著名大公司的研究，已經發現并論斷型材的低溫沖擊性能與其擠出工藝參數中有關粒子流動的形態變遷有緊密關系。國外一些著名大公司不惜投入巨資研究這一問題已經得到證明這種“應變凍結”越大，低溫落沖、熱變形溫度等性能越差。
目前，在理論上，對于“應變凍結”并沒有一個定量的表征，也沒有準確的測試方法。因此對于每次擠出，只能從型材最終的物機性能如低溫沖擊等性能的好壞來盲目推測配方的好壞及擠出工藝是否合適，很難準確指導對擠出過程中各種影響因素的調整。
遺憾的是，國內外迄今為止還未見有任何報道以及相關的文獻及專利通過測試定量表征“應變凍結”的大小。因而目前仍無把握有效控制低溫落沖這一關鍵性能。發明人有鑒于此，研究成功一整套前所未有的對“應變凍結”的測試及其定量表征方法，并經過擴大實驗證明其具有明顯的效果，從而首次獲得一種嶄新的方法，可以將理論結合到實際，從而控制與掌握并能有效改善型材最關鍵的低溫落沖及熱變形等性能。為我國數以千計的型材廠家穩定質量、提供產品合格率帶來福音。
因此，本發明的目的是提供一種有關聚氯乙烯擠出成型的型材其“應變凍結”程度定量的表征測試方法。
本發明所述的擠出型材應變凍結的定量表征測試方法，其特征在于將型材在高于玻璃化轉變溫度的條件下恒溫放置后的變形量作為表征該型材應變凍結程度的量值。
在測量型材變形量時，考慮到型材各個部分的變形會受到相鄰部分的牽扯，有可能不能夠充分變形，從而給測定帶來一定影響。因此本發明所述的型材應變凍結的定量表征測試方法，其特征是包括以下步驟a.將型材橫向切割，制成樣品，樣品厚度為(2～6)±0.1mm，樣品過薄難于精加工，過后則影響測試靈敏度；b.選擇樣品上任意位置腔室3的一個或幾個腔室邊框1，在腔室邊框上垂直切割至邊框斷裂，作出切口2；c.將做好切口的樣品在(130～180)±0.5℃之間的恒溫條件下放置15～60min，優選25～45min，之后將樣品取出，于室溫下自然冷卻，量取各個切點兩個斷口之間距離的變化量，將其中最大的變化量作為所述的型材變形量。在以上所述的熱處理溫度范圍外，溫度低，樣品變形不充分，溫度高則容易使樣品的大分子產生熱降解、交聯等反應不利于測試。
從以上方法可見，型材樣品腔室邊框上切點的斷口部分，由于受到的牽制最少，因此在受熱時，能夠達到較為充分的變形，因此能夠更好的表征型材的“應變凍結”的程度。
在本發明的表征方法中，所述樣品上的切口可以為單切口(1個切口)、雙切口(2個切口)或多個切口。優選1～2個切口。切口的位置優選在其所在腔室邊框的中心點上。
本發明的表征方法中所述的型材變形量，可以優選按包括以下步驟的方法測得a.將型材橫向切割，制成樣品，樣品厚度為4.0±0.1mm；b.選擇樣品上任意位置腔室3的一個或幾個腔室邊框1，在腔室邊框的中心點上垂直切割至邊框斷裂，作出切口2；c.將做好切口的樣品在150±0.5℃的恒溫條件下放置30min，之后將樣品取出，于室溫下自然冷卻，量取各個切點兩個斷口之間距離的變化量，將其中最大的變化量作為所述的型材變形量。
本發明的表征方法中所述的型材變形量，還可以優選按包括以下步驟的方法測得a.將型材橫向切割，制成樣品，樣品厚度為4.0±0.1mm；b.選擇樣品上任意位置腔室3的一個或幾個腔室邊框1，在腔室邊框的中心點上垂直切割至邊框斷裂，作出切口2；
c.將做好切口的樣品在180±0.5℃的恒溫條件下放置30min，之后將樣品取出，于室溫下自然冷卻，量取各個切點兩個斷口之間距離的變化量，將其中最大的變化量作為所述的型材變形量。
本發明的表征測試方法中，在具體進行型材樣品變形量的測試時，針對一系列需要相互對比或參考的樣品，其樣品厚度、切口位置、切口數量以及樣品放置的溫度和時間應該是一致的。
本發明的表征測試方法中，樣品的切割可選用現有技術中常用的樹脂測試用切割工具，如銑床等。切口的制備，也可選用通用的切割工具，如刀、剪刀等。對于變形量的測量，可采用現有技術中測量精度在0.1mm的測量工具，如游標卡尺等。
本發明提供的聚氯乙烯擠出型材“應變凍結”的定量表征測試方法，能夠簡單有效且準確地測定“應變凍結”的量值。由于該方法能夠提供這個參數，可依據該參數指導型材模具的結構設計、擠出工藝中各種影響應變凍結因素的調整，從而可使型材擠出的模具參數與配方的流變參數更好的配合，以解決型材質量波動的問題。本發明的表征方法可起到型材擠出工藝設計中的一個很好指導及參考作用，解決目前型材生產廠家由于無法通過測控工藝參數，而導致產品性能波動，不能保障質量的問題。
附圖
2為實施例2型材B樣品變形后的平面示意圖。
附圖3為實施例2型材A樣品變形后的平面示意圖。
附圖4為實施例4型材樣品變形后的平面示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例進一步描述本發明，但本發明的范圍不受這些實施例的限制。本發明的范圍由權利要求書確定。
實驗步驟1.樣品制備將擬進行測定的聚氯乙烯型材，經萬能工具銑床(X-8130A)，橫向銑下厚度為(2～6)±0.1mm的型材斷面，作為樣品。
在樣品任意腔室的邊框上，用剪刀或刻刀等垂直切割邊框至邊框斷裂，作出切口(切口位置可在樣品主腔室、副腔室或小腔室；切口可為單切口；雙切口或多切口)。
2.熱處理將制好切口的試樣平放在鋪有滑石粉的搪瓷托盤內，將托盤置于(130～150)±0.5℃之間的鼓風恒溫溫箱內，于恒溫條件下放置15～60min，之后將樣品取出，于室溫(23℃)下自然冷卻。
3.性能測試(1)“應變凍結”量測試待上步經熱處理后的樣品完全冷卻至室溫后，量取各個切點兩個斷口之間距離的變化量。可直接取最大的變化量作為型材的應變凍結量。其它切口的變形量數據保留，作為各個分腔室個別評估或整個型材綜合評估的參考。
(2)-10℃低溫落沖測試參照德國塑窗型材測試標準RAL-RG/716-1(國標GB-8814-98)測試。
PVC(K＝68，北京化工二廠) 100重量份數活性輕質碳酸鈣(平均粒徑5～10μm，市售)10重量份數二氧化鈦(金紅石型，美國杜邦公司) 4重量份數氯化聚乙烯(Cl含量36％重量，山東濰坊化工廠)9重量份數丙烯酸酯類加工助劑(ACR-401，蘇州安利化工廠) 2重量份數稀土穩定劑(GKD-200A，汕頭高科達公司) 3.5重量份數按以上配方使用相同雙螺桿擠出機，相同擠出溫度，生產出兩個批量的型材A和B.同上所述型材應變凍結測試方法對兩個批量分別進行測試，其中樣品厚度為4.0±0.1mm，于主腔室邊框中間取單切口。然后進行熱處理，溫度為180℃±0.5℃，恒溫放置時間30min。測試結果見表1。
表1

從上表可以明顯看出，雖然同一配方，相同設備和溫度參數，但由于擠出過程中未被觀測的工藝因素(如模具、冷卻定型等)影響了應變凍結，而導致性能各異。結果明顯反映出應變凍結程度越高，則-10℃低溫落沖性能越差。
實施例2除了熱處理溫度為150℃外，其余條件均與實施例1同。測試結果見表2。
表2

從實施例1及2所測得的結果可以看熱處理溫度在150℃和在180℃，其變形量基本相似。因為樣品在150℃時已遠超過聚氯乙烯的玻璃化溫度(80℃)，所以其大分子、鏈段及微晶等的運動已達到充分飽和的程度。因此，即使熱處理溫度升高至180℃，樣品的變形量不會有明顯的變化。
實施例3聚氯乙烯型材配方PVC(同實施例1)100重量份數活性輕質碳酸鈣(平均粒徑1～12μm，市售)9重量份數二氧化鈦(同實施例1) 4重量份數氯化聚乙烯(同實施例1) 10重量份數丙烯酸酯類加工助劑(同實施例1) 2.5重量份數稀土穩定劑(同實施例1) 3.5重量份數按以上配方使用相同雙螺桿擠出機，生產出兩個批量的型材C和D.兩組批量在擠出時機身溫度均為150～175℃，機頭、模具溫度不同。批量C擠出機頭、模具各程溫度為180～196℃，批量D擠出機頭、模具各程溫度均比批量C低2～5℃。
對以上兩個批量分別進行應變凍結測試。除了熱處理溫度為150℃外，其余應變凍結測試條件均與實施例1同，測試結果見表3。
表3

從表3可見，由于實施例3-D的擠出溫度參數發生變化，比實施例3-C低，使得聚氯乙烯的大分子、鏈段及微晶在通過模具平直部分(模唇)時取向受阻，使取向度降低，從而影響應變凍結量，使其降低。相應的型材低溫抗沖性能得到改善。
實施例4除了對樣品作雙切口(于主腔室邊框中間和副腔室邊框中間分別作切口)及熱處理溫度為150℃外其余條件均與實施例1同。測試結果見表4。
表4

從上表可見，采用雙切口測定應變凍結量與單切口測定結果相近。比較例1各取實施例1中批量A和批量B的一段型材，長度為300mm，分別將兩段型材置于180℃下恒溫30min，之后冷卻至室溫。其各自相應部位的變形很小，而且批量A型材與批量B型材的變形量相近，因此不能夠充分表征出型材應變凍結的程度。
權利要求
1.一種聚氯乙烯型材應變凍結的定量表征測試方法，其特征在于，將型材在高于玻璃化轉變溫度的條件下恒溫放置后的變形量作為表征該型材應變凍結程度的量值，具體包括以下步驟a.將型材橫向切割，制成樣品，樣品厚度為(2～6)±0.1mm；b.選擇上述樣品上任意位置腔室[3]的一個或幾個腔室邊框[1]，在腔室邊框上垂直切割至邊框斷裂，作出切口[2]；c.將做好切口的樣品在(130～180)±0.5℃之間的恒溫條件下放置15～60min，之后將樣品取出，于室溫下自然冷卻，量取各個切點兩個斷口之間距離的變化量，將其中最大的變化量作為所述的型材變形量即聚氯乙烯型材的應變凍結量。
2.根據權利要求1所述的表征測試方法，其特征在于，所述樣品上的切口為1～2個。
3.根據權利要求2所述的表征測試方法，其特征在于，所述樣品上的切口取在所在邊框的中心點上。
4.根據權利要求1～3之一所述的表征測試方法，其特征在于包括以下步驟a.將型材橫向切割，制成樣品，樣品厚度為4.0±0.1mm；b.選擇上述樣品上任意位置腔室[3]的一個或幾個腔室邊框[1]，在腔室邊框的中心點上垂直切割至邊框斷裂，作出切口[2]；c.將做好切口的樣品在150±0.5℃的恒溫條件下放置30min，之后將樣品取出，于室溫下自然冷卻，量取各個切點兩個斷口之間距離的變化量，將其中最大的變化量作為所述的型材變形量即聚氯乙烯型材的應變凍結量。
5.根據權利要求1～3之一所述的表征測試方法，其特征在于包括以下步驟a.將型材橫向切割，制成樣品，樣品厚度為4.0±0.1mm；b.選擇上述樣品上任意位置腔室[3]的一個或幾個腔室邊框[1]，在腔室邊框的中心點上垂直切割至邊框斷裂，作出切口[2]；c.將做好切口的樣品在180±0.5℃的恒溫條件下放置30min，之后將樣品取出，于室溫下自然冷卻，量取各個切點兩個斷口之間距離的變化量，將其中最大的變化量作為所述的型材變形量即聚氯乙烯型材的應變凍結量。
全文摘要
本發明提供一種聚氯乙烯型材應變凍結的表征測試方法，型材擠出過程中應力變化情況的表征測定。本發明所述的應變凍結定量表征測試方法，包括將型材在高于玻璃化轉變溫度的條件下恒溫放置后的變形量作為表征該型材應變凍結程度的量值。該方法包括以下步驟a.將型材橫向切割，制成樣品；b.選擇樣品上任意位置腔室的邊框，作出切口；c.將做好切口的樣品在(130～180)±0.5℃之間的恒溫條件下放置變形，之后將樣品取出冷卻，將切點兩個斷口之間距離的變化量作為所述的型材變形量，即型材應變凍結程度的量值。本發明的表征測試方法，能夠簡單有效且準確地測定“應變凍結”的量值，可起到型材擠出工藝設計中的一個很好指導及參考作用。
文檔編號G01N33/44GK1479091SQ03146138
公開日2004年3月3日 申請日期2003年7月24日 優先權日2003年7月24日
發明者楊冬麟, 陳偉瑜, 朱東平 申請人:陳偉瑜