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前言：
氯化聚氯乙烯（CPVC）塑料具有耐熱、耐候、耐化學介質(zhì)腐蝕、阻燃、阻煙及無色無味無嗅等優(yōu)越的理化性能，是近幾年來應用領域發(fā)展速度較快的新穎塑料材料。由于美國、歐洲及日本等先進國家和地區(qū)對CPVC材料的研制和開發(fā)已經(jīng)日趨成熟，所以CPVC塑料制品已具有一定的市場潛力，尤其是在中國這一龐大的塑料市場中，CPVC塑料尚屬新產(chǎn)品、新材料，其利潤空間和市場發(fā)展空間均有很大的吸引力。本文通過對CPVC樹脂及CPVC塑料制品的簡要分析，幫助人們提高對這種新材料的認識。
1．CPVC樹脂
CPVC樹脂是PVC樹脂氯化改性的產(chǎn)物，其性能取決于PVC樹脂本身及對PVC樹脂進行氯化的氯化工藝。
1．1．PVC樹脂
PVC是氯乙烯聚合的產(chǎn)物，而目前氯乙烯的生成方法主要有電石法和石油（天然氣）乙炔法等。我國工業(yè)化生產(chǎn)PVC樹脂的方法主要有石油（天然氣）乙炔法、電石法及采購VCM單體進行聚合三種。由于VCM的生產(chǎn)方法不同，相同聚合度的PVC樹脂其分子構型及性能也略有不同，不容忽視的關鍵事實是：PVC樹脂的結構與性能直接影響了對其氯化的工藝及氯化后的CPVC樹脂的分子構型及性能。相同氯含量的CPVC樹脂由于PVC樹脂的結構不同或氯化工藝不同，其性能上的差別是非常明顯的。具體表現(xiàn)在理化性能上的差別及加工性能上的差別。
圖1至圖4為PVC樹脂顆粒的外部和內(nèi)部形貌的電子照片。它們的K值和聚合度相似，但分別為中國宜賓天源（本體聚合法）、中國齊魯石化、日本信越、及中國北二化的產(chǎn)品。
1．2．CPVC樹脂
由于PVC樹脂是工業(yè)化生產(chǎn)CPVC樹脂的主要原料，所以對PVC樹脂的選用顯得尤為重要。其結構必須是疏松狀，且孔隙應適度。目前CPVC樹脂的生產(chǎn)主要采用水相懸浮法，在這一過程中，因為氯氣在PVC樹脂中擴散速率對PVC的氯化速率有很大影響，這又要求PVC樹脂的皮膜盡可能簿，且表面積要大，結構規(guī)整度要好。因此，CPVC樹脂的生產(chǎn)最好由具有一定規(guī)模且科研能力較強的PVC樹脂生產(chǎn)廠來承擔。國外生產(chǎn)CPVC的著名廠商例如美國的B.F.Goodrich公司、德國的BASF公司、法國的ATOFINA公司、日本的Kaneka公司等均是生產(chǎn)PVC樹脂的國際性大公司。這些公司首先研制生產(chǎn)CPVC樹脂的專用PVC樹脂，它在采用懸浮法聚合的過程中添加了特殊助劑，然后將這一專用PVC樹脂再經(jīng)過水相懸浮法生產(chǎn)CPVC樹脂。
由于不同的氯化條件，相同氯含量的CPVC樹脂的分子構型并不一樣，其性能也不一樣。所以氯化工藝是生產(chǎn)CPVC樹脂的關鍵技術。
中國山東旭業(yè)公司在參閱了國際上CPVC生產(chǎn)的文獻資料的基礎上，利用自己的科研力量所生產(chǎn)的氯含量在64～68%的CPVC樹脂，其加工性能優(yōu)越，已在中國市場上顯示了較強的競爭力。該公司采用水相懸浮法進行氯化反應生產(chǎn)氯化聚氯乙烯，其主要特點是分段氯化，利用可控制的分段反應溫度和壓力使其獲得氯化均勻的CPVC樹脂。為了盡量減少在氯化過程中所產(chǎn)生的斷鏈和支化反應現(xiàn)象，宜在氯化反應前進行脫氧處理。應當指出，目前困擾該公司提高CPVC樹脂質(zhì)量的最大問題是無法求得理想的專用PVC樹脂。
表1至表2分別是日本Kaneka公司牌號為H829和H816S的CPVC樹脂與中國山東旭業(yè)公司牌號為J700和Z500的基本參數(shù)對照表。
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Item | Kaneka H829 | Method | |
ηsp | 0.282 | 0.229 | － |
K-value | 62.9 | 55.9 | ISO1628-2 |
Raw Resin K-value | 66 | 57 | ISO1628-2 |
Cl content（%） | 67 | 64.5 | ISO1158 |
Vicat Softening temp.（℃） | 118.6 | 108.5 | ISO306 |
Bulk density（g/ml） | 0.58 | 0.37 | ISO-60 |
Volatile material（℃） | 0.08 | 0.9 | ISO-1269 |
Average Particle size（μm） | 159 | 93 | ISO-2591 |
Foreign material（count/ | 0 | 0 | － |
Initial Color（Sn）YI | 126 | 137 | Roll |
Initial Color（Sn）△E | 0 | 8.5 | |
Static Thermal Stability | 950 | 890 | In oven |
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表2：
Item | Kaneka H816S | Method | |
K-value | 68.4 | 54.8 | ISO1628-2 |
Raw Resin K-value | 56 | 57.7 | ISO1628-2 |
Cl content（%） | 68.4 | 65.1 | ISO1158 |
Vicat Softening temp.（℃） | 106.8 | 96.8 | ISO306 |
Bulk density（g/ml） | 0.59 | 0.45 | ISO-60 |
Volatile material（℃） | 0.03 | 0.3 | ISO-1269 |
Average Particle size（μm） | 140 | 97 | ISO-2591 |
Initial Color（Sn）YI | 97.0 | 96.2 | Roll |
Initial Color（Sn）△E | 0 | 18.3 | |
Static Thermal Stability（SEC） | 4,200 | 3,000 | In oven |
Flow（ml/sec） | 0.078 | 0.120 | |
Burning time（min） | 17.0 | 11.6 | |
Tensile strength at break（Map） | 46.9 | 44.1 | |
Elongation at break（%） | 6.0 | 4.5 | |
Izod Impact strength | 12.6 | 11.7 |
。
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2．CPVC樹脂的成型加工
使CPVC樹脂成為CPVC塑料制品，通稱CPVC成型加工。與其它塑料的成型加工類似，主要的成型加工方法有擠出、注塑、吸（吹）塑及壓延等，其中擠出與注塑在塑料加工中具有代表性。目前，CPVC塑料制品一般為硬質(zhì)制品，且以擠出與注塑成型加工較為普遍。
2．1．CPVC材料的擠出成型加工
2．1．1．對加工設備的要求
（1）混料機
與PVC材料一樣，CPVC材料同樣具有多組分的特點，其產(chǎn)品的質(zhì)量及性能除決定于配方的優(yōu)劣外，還取決于眾多組分的混合質(zhì)量。配方后的CPVC物料進行混合的目的不僅僅是達到各組分的分散均一，同時也須使物料的各組分通過剪切力的作用，在一定的溫度下 相互滲透，并在形態(tài)變化狀態(tài)下達到相互結合，使CPVC材料的原始流動性發(fā)生明顯的變化。因此，混料設備是CPVC材料成型加工的第一道關鍵環(huán)節(jié)。通常情況下，混料設備由高速混合機和低速冷拌機組成，通過高速攪拌和低速冷拌，使CPVC配方料達到理想的混合效果。高速混合機的作用是將CPVC樹脂及添加劑配料在槳葉的高速轉(zhuǎn)動（1000r/min左右）下，物料產(chǎn)生摩擦熱，使添加劑均勻分散并滲入到CPVC樹脂中去，并達到半塑化狀態(tài)。從攪拌時的物料運動現(xiàn)象分析，如果物料能在槳葉的作用下沿筒壁上升，并從中心落下成渦旋狀，則說明槳葉的結構是合理的，能達到混合效果。冷拌機的作用是將具有一定溫度的物料快速冷卻，消除物料因長期高溫造成結塊、變質(zhì)等后果。因此，除了具有低速旋轉(zhuǎn)的槳葉外，還配置了冷卻裝置，好的冷卻裝置除冷拌缸筒壁具有夾套層外，缸內(nèi)還設有冷卻管路式內(nèi)膽，以確保冷卻效果及減少冷卻時間。
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（3）模具
通常情況下，設計加工硬質(zhì)CPVC材料的機頭結構時，可參照生產(chǎn)硬質(zhì)PVC類似制品的相關機頭結構。以擠出管材為例，機頭壓縮比不宜小于20，壓縮角不宜過大，以60°為佳�？谀Ｆ街倍伍L度可取管材外徑的2倍左右。芯棒內(nèi)必須裝有可以控制溫度的加熱裝置及冷卻裝置，以利于維持芯棒溫度的穩(wěn)定性，保證管材內(nèi)壁光滑。
CPVC物料在加工過程中比PVC更易分解，對設備及模具的腐蝕性更大，所以對于設備及模具的材料要求較高，必要時還需鍍鉻防腐。且其材料的收縮率也比PVC材料大，因此在設計模具時，都應予以考慮。
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2．1．2．硬質(zhì)CPVC材料的擠出工藝及配方
（1）混料工藝
混料工藝有二個要求：一是投料次序，二是混料溫度。
通常情況下，按次序投料可以獲得更好的混料效果。它可以使用量較少的組分充分得到利用。其順序以次為：CPVC樹脂、穩(wěn)定劑、加工助劑、填充料、潤滑劑等等。如配方中含有液狀組分，應先將液狀組分與CPVC樹脂先行混合，其次再依次投入其它組分。
混料溫度的設定對CPVC物料的混合質(zhì)量起到至關重要的作用。高速攪拌時的混料溫度的提高應該完全依靠物料在缸內(nèi)高速運動而產(chǎn)生，而不能采用外部加熱裝置。低速冷拌的溫度設定要保證以最短的冷卻時間獲得理想的混合物料。以提高工效，減少生產(chǎn)成本。
（2）擠出工藝
上文中已指出，CPVC樹脂是由PVC氯化改性而成的，隨著其氯含量的增加，其分子結構也發(fā)生了變化，三個主要鏈節(jié)中的第二類鏈節(jié)[CHCl－CHCl]增加，并生成第三類鏈接[CH2－CCl2]，隨之，CPVC的極性提高，耐熱性、剛性等機械性能也進一步提高，但抗沖性能下降，脆性增大，流動性下降，粘性增加。顯而易見，CPVC材料的擠出工藝，實質(zhì)就是配方工藝，它要求配方能夠?qū)崿F(xiàn)保存CPVC材料的優(yōu)良性能而減少不良性，其關鍵在于克服它的難加工性。如提高熱穩(wěn)定性，降低粘度，增加流動性，提高抗沖性能。所選用的輔助材料及用量應考慮能不降低它的優(yōu)良性能。
優(yōu)秀的硬質(zhì)CPVC擠出加工配方，其工藝參數(shù)與擠出硬質(zhì)PVC材料基本相同，但同時又要保證制品能附合相關的標準指標。以下為工業(yè)用CPVC管材的加工配方
序號 | 原輔料 | 質(zhì)量份 | 序號 | 原輔料 | 質(zhì)量份 |
1 | CPVC樹脂 | 100 | 5 | 調(diào)節(jié)劑 | 0.2～0.8 |
2 | 穩(wěn)定劑 | 適量 | 6 | 填充劑 | 5～8 |
3 | 潤滑劑 | 0.5～2.5 | 7 | 色料 | 適量 |
4 | 抗沖改性劑 | 2～14 | | | |
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2．2．CPVC材料的注塑成型加工
2．2．1．對設備的要求
CPVC樹脂的粘性比PVC要高出很多，流動性很差，注塑加工難度比PVC樹脂要大得多。因此，對設備及模具的要求也更高。目前有一種新穎的雙螺桿注塑機特別適合CPVC材料的注塑加工。
CPVC樹脂極易吸濕受潮，因此，加工CPVC制品的注塑機最好選用排氣式注塑機。排氣式注塑機的主要特征是采用排氣式螺桿，而料筒上相對于螺桿減壓段處設有排氣孔，物料在進入料筒后，通過真空泵抽真空，在負壓的作用下將物料中的水分及揮發(fā)物排出。
如采用普通型注塑機注塑加工CPVC制品，則要求注塑機螺桿采用PVC螺桿，螺桿的壓縮比在1.5～2之間，壓縮比偏大的注塑機螺桿會給CPVC注塑加工帶來困難。
2．2．2．CPVC注塑制品的加工工藝
（1）工藝流程
CPVC材料的注塑加工工藝流程與PVC材料的加工工藝流程基本相同，稍有差別的是混合后的CPVC物料必須經(jīng)造粒后才能進行注塑加工。主要過程如下：
按配方配料→高混→低拌→擠出造�！腿胱⑺軝C→塑化→注塑成型→冷卻→ 頂出制品→修邊整理→檢驗→包裝入庫
（2）工藝參數(shù)
CPVC樹脂在混料過程中易產(chǎn)生早期塑化，混料溫度不宜過高，如配方中含有液體組分，則應將CPVC樹脂與液體組分在高速混合機缸內(nèi)單獨先混合，然后再依次投入其它配料進行混合。
由于目前大多利用PVC螺桿普通型注塑機生產(chǎn)CPVC制品，因此，本節(jié)僅介紹PVC螺桿普通型注塑機的注塑工藝參數(shù)。
塑化溫度：
加料段：185～195℃；壓縮段：188～198℃；均化段：190～200℃；噴嘴：190～195℃。
注射壓力系統(tǒng)：
一級注射壓力：40～50Mpa，保壓：50～60Mpa；
二級注射壓力：50～65Mpa，保壓：55～65Mpa；
三級注射壓力：50～65Mpa，保壓：55～65Mpa；
預塑壓力：60～75Mpa。
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3）配方
CPVC注塑制品的配方設計是要克服CPVC樹脂的難加工性，同時又要保持其材料的優(yōu)良性能。如生產(chǎn)工業(yè)用CPVC管件或冷熱水用CPVC管件，其質(zhì)量性能必須達到國際標準的要求，主要指標維卡軟化點需達
序號 | 原輔料 | 質(zhì)量份 | 序號 | 原輔料 | 質(zhì)量份（Phr） |
1 | CPVC-Z304（濰坊旭業(yè)） | 100 | 6 | ESBO | 適量 |
2 | E2305SP穩(wěn)定劑 | 適量 | 7 | DOP | 適量 |
3 | 輔助穩(wěn)定劑 | 0.5～2 | 8 | 潤滑劑 | 0.1～1.5 |
4 | 改性劑 | 適量 | 9 | 填充劑 | 1～8 |
5 | PA-21 | 4 | 10 | 顏料 | 適量 |
3．CPVC塑料的加工應用
CPVC塑料由于其綜合性能優(yōu)越，應用范圍十分廣泛，因而發(fā)展前景十分看好。我國目前僅將CPVC材料應用在管材領域，且尚在開發(fā)階段，生產(chǎn)廠商大多靠進口的配方料進行生產(chǎn)。因而制品價格相對較高。相信在不久的將來，CPVC塑料將在我國普遍得到應用，特別是隨著CPVC加工工藝技術的開發(fā)，國產(chǎn)CPVC樹脂必將成為市場主角，產(chǎn)品價位也將趨于合理化，產(chǎn)品的品種也將多樣化，如型材、板材、棒材等都將得到全面開發(fā)和應用。
3．1．CPVC塑料在管材領域中的應用
CPVC管材的應用范圍相當廣泛，它的耐熱、耐候、耐腐蝕、阻燃、消煙等諸多優(yōu)良性能被用于輸送高溫腐蝕性介質(zhì)，因而工業(yè)用CPVC管材這一產(chǎn)品首先被用于化工行業(yè)，如氯堿工業(yè)、冶煉工業(yè)、石油工業(yè)、造紙工業(yè)等。其次冷熱水用CPVC管材被應用于開發(fā)地熱資源，輸送溫泉熱水及其它生活熱水。它還被應用于供熱系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。我國目前被大力推廣應用的埋地式高壓電力電纜用CPVC套管，也正是利用了CPVC材料耐高溫這一特性，以承受高壓電力電纜纜芯所產(chǎn)生的高溫。
CPVC管道安裝簡易可靠，安裝方法與PVC管道相似，因此，具有PVC管道安裝經(jīng)驗者均能操作CPVC管道的安裝，且PVC管道的安裝已有成熟的施工規(guī)范，只要嚴格按照執(zhí)行，安裝質(zhì)量均可得到保證。這大大有利于CPVC管道的推廣應用。
3．2．其它CPVC制品的應用
通過成型加工，CPVC材料可制成各種各樣的產(chǎn)品，同時也能被用于各種領域。如板材可制作化工行業(yè)中的貯槽；它也可被制作成型材，作為線槽用于電氣行業(yè)保護高壓電線或大電流電線；利于其阻燃消煙性能，它還可制作成裝飾板材，用于室內(nèi)裝修；甚至于它還可以被用于汽車工業(yè)及航空工業(yè)。
利于CPVC樹脂的優(yōu)良性能，對其它塑料材料尤其是PVC材料進行共混改性，可提高其它塑料材料的性能及使用價值，擴大了其它塑料材料的應用范圍
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