第2章原料选择与配方设计2.1 配方设计2.1.1 配方设计的重要性为满足制品成型加工和使用性能的要求，合理选用树脂和助剂并科学确定其配比后所形成的复合体系，即合理配方不但能使制品原有性能得到某种程度的改善，而且功能性助剂还可赋予塑料材料制品崭新的性能。

由此可见，在塑料成型加工中塑料配方是十分重要的。

2.1.2 配方设计的原则要掌握好的塑料配方首先要了解和掌握塑料材料的性能，了解每种树脂和助剂的长处和短处，发挥各种助剂的最大功效，树脂与助剂之间，助剂与助剂之间产生协同效应。

也就是优选树脂，优选助剂，优化其用量和配比。

这是塑料配方的核心问题，只有这样才能满足制品成型加工和使用性能的要求，生产出高质量的塑料制品。

2.1.3 配方设计的依据（1）制品性能的要求①充分了解制品规定的各项性能指标，有标准的应以较高一级的标准为依据。

②了解制品使用环境，使用方法以及使用中可能出现的问题。

③了解市场信息，消费者的兴趣、爱好和销售趋势。

（2）原材料的选择①原材料的作用和性质。

②原材料相互影响，发挥原材料间的协同作用，获得最佳效果。

③原材料的质量及其检验。

④原材料的用量与制品性能、成型工艺的联系。

⑤原材料的价格。

在不影响产品质量的前提下，降低成本。

（3）对成型设备和生产条件的了解①物料在成型设备中的受热过程和受热行为。

②物料在成型设备中的受力方式、受力过程和受力行为。

③物料在成型设备中的停滞时间。

④机头、模具的结构特点与物料流变行为的关系[3]。

2.2 原料的选择2.2.1 PVC树脂的选择目前的合成工艺方法分为：悬浮法、乳液法、本体法和溶液法。

而工业化生产的PVC树脂主要以悬浮法和乳液法为主，而悬浮法生产树脂的应用更为普遍[4]。

PVC为悬浮法通用树脂，根据技术要求和用途不同，分为SG-1～SG-8八种型号，不同型号悬浮法PVC树脂的性能指标列表如下PVC组分与型号的区别见表2-1表2-1 PVC组分与型号的区别型号PVC-SG1PVC-SG2PVC-SG3PVC-SG4PVC-SG5PVC-SG6PVC-SG7粒数VN （ml/ g）145以上135～14 125～35120～125110～20 95 ～10 85～95绝对粘度/Mpa. s 2.1以上2.0～2.1 1.9～2.0 1.8～1.9 1.7～1.8 1.6～1.71.5～1.6平均聚合度p 1360以上1240～13601100～12401000～1100870～1000730～870620～730K值74.6以上72～74 70～72 68～70 65～70 62～68 60～62对PVC树脂而言，型号不同，直接影响到最终产品的生产工艺和产品质量。

一般来讲，聚合度越高，则熔体粘数越大，流动性越差，给加工带来的困难也愈大，但树脂的物理机械性能、耐热性愈好。

从SG-1型、SG-2型、SG-3型主要用于电绝缘材料及膜的生产，SG-4型用于制造工业和民用薄膜及管材的生产；SG-7、SG-8型用于硬质注塑管件的生产。

型材生产多选择SG-5、SG-6型PVC树脂。

对于壁薄、模具结构复杂或断面较大的型材产品，往往选择SG-6型树脂或粘数（η值）较小的SG-5型树脂；而对于常用结构则以SG-5型树脂为主。

制造PVC异型材时，通常选用K值为65～68。

聚合度为870～1000的PVC-SG5型树脂较为适宜[5]。

在国内众多厂家中我选择天津石化厂生产的PVC-SG5树脂，它不仅质量好，价格便宜，而且运输方便。

2.2.2 增塑剂的选择及用量增塑剂的作用是削弱PVC分子间的作用力，从而降低软化温度，减小熔体的粘度，增加流动性，改善PVC的加工性能和制品的柔韧性。

但我需要的是硬质PVC树脂异型材，所以我不加增塑剂。

2.2.3 热稳定剂的选择和用量塑料在成型加工中因热、摩擦、剪切等物理作用和使用过程中因热、光、氧等外界条件作用而发生降解，从而使制品性能变坏，甚至失去使用价值。

PVC树脂的分子结构具有活性基团，在受热100℃左右或强剪切作用下就会降解释放出HCL气体，使PVC渐渐由白色变棕色至黑色，同时，HCL气体还具有自动催化作用，促使PVC树脂进一步降解。

在160℃左右的成型加工温度下，降解反应加速，脱HCL的同时还发生变色、交联，从而使性能变坏。

为抑制这种现象发生，需添加热稳定剂。

优良的热稳定剂具有以下功能：①吸收或中和加工和使用过程中脱出的HCL，终止其自动催化作用；②置换PVC分子链中不稳定的氯原子，抑制脱HCL反应；③与聚合分子中的双键发生加成反应，消除或减缓制品变色；④防止分子结构氧化；⑤中和PVC树脂中杂质，如催化剂残基、端基等。

热稳定剂主要分以下几类：铅盐类、金属皂类、有机锡类及复合稳定剂类。

（1）铅盐类热稳定剂主要靠吸收PVC分解产生的HCL，阻止HCL对PVC的催化降解作用。

这类稳定剂的特点是稳定作用强，价格低廉，但铅盐有毒，也在一定范围内限制了它的应用。

常用的有三盐基硫酸铅和二盐基亚磷酸铅等。

（2）金属皂类热稳定剂是铅、钙、钡等金属与硬脂酸、月桂酸等生成的皂类。

主要有硬脂酸盐、月桂酸盐、蓖麻油酸盐等。

（3）有机锡类热稳定剂具有良好的耐热性和透明性，可单独使用，也可与金属皂类稳定剂并用。

用量少（一般0.9～1.5份），但稳定功效优异。

（4）复合稳定剂包括三种：①以金属皂类或盐类为基础的液体复合物；②上述基础的固体复合物；③以有机锡稳定剂为基础的复合物；④单体铅盐的复配体系；⑤铅盐/稀土的复合体系。

我选择主热稳定剂为复合稀土稳定剂，用量为3.5份。

因为无毒、效率高、高透明、耐侯性好。

而且我国是稀土的资源大国（占世界总储量的80%）亦第一大国。

同时，我又选择辅热稳定剂为环氧大豆油，用量为1份。

这样主热稳定剂和辅热稳定剂互相搭配，热稳定效果更好。

2.2.4 光稳定剂及着色剂的选择和用量光稳定剂是制品耐候性及使用寿命的表征，是衡量PVC-U型材质量好坏的一个重要指标。

二氧化钛是白色颜料中着色力最强的品种，具有优良的遮盖力和着色牢度。

它分金红石型和锐钛型两种。

金红石型钛白粉耐热性、耐候性较好，屏蔽紫外线的作用强，不易变黄，而且耐水性也较好，是PVC-U型材配方中不可或缺的高效光稳定剂。

所以我选择金红石型的二氧化钛，用量5份。

2.2.5 润滑剂的选择和用量根据润滑剂在加工中的作用不同可分为外润滑剂和内润滑剂两种。

外润滑剂就是降低外摩擦作用，降低熔体对金属表面的粘附。

由于润滑剂分子间的内聚能较低，故在熔体和金属表面之间形成了屏障，降低了界面的摩擦力和粘附性。

内润滑剂与PVC之间有一定的相容性，这种相容性在常温下较小，但在高温下，尤其是在PVC塑化状态下，相容性增大。

润滑剂分子通常是进入PVC大分子之间，从而削弱了PVC大分子之间的作用力，减少其内摩擦，使熔体粘度下降，流动性增加。

常用的润滑剂包括：（1）硬脂酸及其衍生物——以内润滑为主，具有较好的初期润滑性，如硬脂酸、硬脂酸丁酯等；（2）饱和烃类——以外润滑为主，有较好的初期润滑性，如石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡等；（3）金属皂类——兼有内、外润滑功能，同时还充当热稳定剂，既有初期润滑性，更具有中、后期润滑性，如硬脂酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡等。

配方体系中润滑剂的选择及决定配比是一项系统工程，原则上要做到内、外润滑平衡，同时还要保证前一中一后期润滑平衡。

由于我选择的复合稀土稳定剂具有一定的润滑作用，考虑到节约成本的问题，我就不选择添加润滑剂了[6]。

2.2.6 抗冲改性剂的选择和用量未经改性的PVC树脂是硬脆性材料，抗冲击强度低，常温下只有3-5KJ/㎡，低温时抗冲击强度更差。

其原因是这类材料对缺口的敏感性。

通过在配方中添加橡胶弹性体成分，可有效地提高PVC制品的抗冲击韧性。

国内异型材生产企业几乎全部采用共混改性的技术，在配方体系中引入抗冲击改性剂，从而既保持了PVC-U的高模量、高刚性，又大大提高了常温及低温抗冲击性能、改善抗冲击韧性。

这类抗冲击改性剂具有较低的玻璃化温度（Tg），在室温或在稍低的环境温度下呈现高弹态。

按照抗冲改性剂的增韧机理不同可分为网络聚合物和“核-壳”结构共聚物。

前者如氯化聚乙烯（CPE）、乙烯-乙酸乙烯酯（EV A）；后者如丙烯酸酯类聚合物（ACR）。

抗冲击改性剂的用量一般依制品性能要求确定。

通常抗冲击改性剂用量增加，抗冲击强度、断裂伸长率等韧性指标上升，而拉伸强度、弹性模量等刚性指标下降，热变形温度也会下降。

但随着改性剂用量继续增加时，冲击强度会在显示一极大值后，增长趋势明显变缓。

因此改性剂用量过少，材料中形成的可诱发局部屈服-剪切带的应力集中区域较少，改性效果不明显；但其用量过大，常会形成较大的凝胶区，可能导致过大的应力，使PVC链断裂，导致冲击强度不高及其它性能变差。

考虑到我国的实情，我选择CPE，用量为7份。

2.2.7 加工助剂的选择和用量加工助剂主要是针对PVC树脂加工性能差而开发的。

PVC难加工的特性是由于本身的加工温度与分解温度比较接近所决定的；它的熔体粘度大，流动性差，在加工设备中停留时间较一般树脂长，易在设备和模具的死角积料、分解；PVC 的熔体强度差，树脂间粘合力不高，容易产生熔体破裂，使得制品外观变差。

使用加工助剂可克服PVC在加工中的各种缺陷。

PVC加工助剂主要是丙烯酸酯类的高分子聚合物，如ACR。

其它如MBS、ABS、EV A等抗冲助剂也有加工改性的功效，但不如单纯加工助剂的效果显著。

加工助剂的功能：（1）促进PVC树脂的塑化；（2）改善制品的外观质量；（3）提高PVC制品的综合性能。

加工助剂可分为润滑型和非润滑型两类，而以非润滑型为主。

它能促进PVC 塑化，增加熔体强度，提高制品的表面光洁度和离模膨胀作用；但随着其分子量的增加，又会不同程度地增加熔体粘度。

加工助剂我选用ACR201，用量为1.5份。

2.2.8 填充剂的选择和用量填充剂在PVC型材中的作用已是人所共知，归纳起来，就是提高PVC树脂的刚性指标和保证产品尺寸的稳定性，同时降价型材的材料成本。

PVC型材生产中普遍采用的填充剂是碳酸钙，尤其是经过表面活化处理的轻质活性碳酸钙。

填充剂活化处理后，能明显促进其在PVC树脂中的分散性，同时因为其表面由亲水性变为了亲有机性（憎水性），故可以使无机填料与有机树脂间呈现较好的亲和性，增强塑料的坚韧性，提高强度。

从碳酸钙的粒径大小来分有微细、超细和超微细等品种。

一般来讲，碳酸钙的粒径越小，则在PVC 树脂中的分散性越好，相应地制品可获得光亮度更好的表面效果。

填充剂分为增量填充剂和增强填充剂。

PVC门窗通常加入增量填充剂,目的为增加体积,降低成本及价格。

常选用CaCO3、滑石粉。

碳酸钙可分为：轻质碳酸钙、重质碳酸钙和活性碳酸钙。