润滑剂在聚合物加工中的作用往往表现为内润滑性和外润滑性﹐其功能和作用归纳为如下几个方面。
1.降低熔体黏度热塑性聚合物树脂熔体的黏度是表征其加工流动性的重要参数。
一般随着加工温度的升高﹐熔体黏度降低﹐流动速率增加。
对实际加工而言,由于受树脂热稳定性等因素的局限,加工温度不可能夫限度的升高,尤其是象PVC 这样的热敏性树脂.而且依赖加工温度降低熔体黏度还会增加能耗,降低产量.除提高加工温度外﹐降低熔体黏度有选择较低分子量树脂的措施,但同时又会带来最终制品维卡温度和强度下降的问题.具有内润滑作用的润滑剂能够在较低配合量下改变树脂熔体的流变行为﹐达到降低熔体黏度﹐提高熔融流动性之目的。
这是因为润滑剂分子与聚合物树脂在较高温度下具有一定的兼容性﹐进而插入聚合物分子链之间﹐削弱分子链间的作用力﹐促进高分子链之间的滑动和旋转﹔或者包覆于聚合物树脂初级微粒的表面﹐通过向名伸展的长碳链脂肪基改善PVC初级微粒间的相互滑动性。
2.减小内生热内生热即聚合物树脂内部的磨擦生热。
对于高速成型工艺来讲﹐高剪切将使大量的机械能转化为热能﹐熔体黏度越大﹐剪切力越强﹐因此产生的内生热越多。
内生热是导致树脂熔体局部过热﹑热稳定性下降的主要因素之一。
借助于内润滑剂降低熔体黏度的途径固然能够在一定程度上减小内生热﹐但因此带来的低熔融黏度常常使注塑成型等加工难以进行﹐因为许多加工方式往往需要树脂熔体具有足够高的熔融黏度。
考虑内生热是由熔体内部的磨擦引起的﹐如果润滑剂能够赋予树脂内部结构单元足够高的润滑性﹐同时又对聚合物溶剂化作用极小﹐就可以通过减少树脂内部界面的磨擦生热或将已产生的内生热尽快散逸而提高加工稳定性﹐也避免了熔融黏度的降低和制品热变形温度下降等问题。
3.脱模作用聚合物树脂熔体对加工机械金属表面的粘着性在制品加工成型的不同阶段具有不同的意义。
在树脂塑化阶段﹐熔体对加工机械表面的粘着性有助于树脂微粒的打开﹐能够促进熔融﹔在制品成型后期﹐这种粘着性往往容易导致制品表面均匀剥离困难﹐甚至造成表观性能的损坏。
脱模作用是润滑剂外润滑性具体表现﹐具有脱模作用的润滑剂多是极性化合物﹐它们与树脂兼容性有限﹐能够从熔体迁移到表面﹐极性基团与金属表面具有一定的亲和性。
﹐这样在熔体和金属表面之间形成一层相对稳定﹑互为隔离的分子层﹐因此抑制聚合物熔体与加工机械表面之间的粘着。
对于极性树脂而言﹐非极性的烃蜡类化合物也具有脱模作用﹐但由于与金属表面之间缺乏亲和性﹐脱模效果一般。
聚乙烯蜡属于非极性烃类润滑剂。
4. 延迟塑化作用延迟塑化作用是外润滑性在塑料加工中的另一种表现形式。
在PVC加工中﹐PVC树脂是在剪切形变作用下熔融并与各种助剂均匀混合的﹐在具体情况下对树脂熔融的要求并不一致。
例如在成型过程的初级阶段往往并不希望树脂微粒过早熔化﹐有时为了获得最终制品的最佳力学性能并不要求树脂完全熔融﹐这在高抗冲聚氯乙烯加工中表面的尤其明显。
通过在树脂中配合兼容性较低的润滑剂﹐可以在加工温度下迁移到树脂微粒或熔体表面﹐从而在树脂
微粒或熔体表面与加工机械金属表面形成润滑层﹐使之产生良好的滑动﹐削弱剪切变形作用﹐达到延缓树脂塑化的目的。
5. 防止熔体破裂在高速剪切速率下的高黏度会导致所谓熔体破裂的表面现象﹐这是因为押出物质在流道内经历规则的粘附/滑动转变。
6. 改善制品的自润滑性许多塑料制品要求有很好的表面润滑效果﹐例如齿轮﹐具有外润滑效果的润滑剂往往可以通过向制品表面的迁移或渗出形成自润滑层同﹐产生永久的润滑作用。
7. 爽滑和防粘连作用对于比表面积较大的塑料制品﹐表面粘连往往会给其生产或应用带来诸多困难﹐许多具有外润滑作用的润滑剂向制品表面迁移较大﹐而且冷却后能够形成一个分布均匀的薄涂层﹐由于两个界面插入隔离层﹐因此既赋予制品的表面滑动性﹐又不致造成表面粗糙﹐这种功能助剂称为爽滑剂。
润滑剂的作用机理
1.内润滑剂的塑化或软化机理
内润滑剂的主要功能是削弱聚合物熔体内部分子间的相互磨擦﹐降低内生热和改善熔融流动性﹐这就要求润滑剂与聚合物树脂必须具有一定兼容性﹐能够在熔融状态下插入聚合物分子间﹐削弱其分子间相互作用﹐相当于增塑作用。
考虑到内润滑剂对制品最终热变形温度的影响﹐内润滑剂对树脂熔体的增塑作用只有在熔融状态下才能显示出来﹐因此与增塑剂相比﹐内润滑剂一般极性较低﹑兼容性有限﹐结构中的碳链较长。
2.外润滑剂的界面润滑理论
聚合物加工过程的外润滑功能主要体现在树脂微粒﹑熔体表面加工机械的金属表面﹐润滑剂通常附着在树脂微粒表面﹑熔体表面﹑加工机械表面和模具表面﹐形成一层润滑剂的分子层﹐这是由于润滑剂分子层存在在树脂微粒之间和聚合物熔体与加工设备之间形成一个润滑界面﹐结果降低了熔融前树脂粒子与机械表面之间和熔融后树脂熔本与加工机械表面之间的磨擦。
例如当使用脂肪酸类化合物作为PVC加工润滑剂时﹐在高温下脂肪酸与活性金属表面反应﹐结果所生成相应金属皂膜附在金属表面上﹐而且这种金属皂膜的熔点远远高于对就的脂肪酸熔点﹐因此即使在较高的加工温度下仍然显示良好的润滑性。