一种检测PVC制品加工过程中热稳定剂性能的方法与流程

本发明属于高分子加工技术领域，尤其涉及一种检测PVC制品加工过程中热稳定剂性能的方法。

背景技术

PVC热稳定剂是PVC制品生产加工过程中必不可少的加工助剂，其性能决定了PVC制品加工过程中的热稳定性能。挤出和注塑是PVC制品最常见的生产加工方式，其原理是：PVC配混料在外部传输动力作用下，经过螺杆输送、挤压，机筒加热熔融，螺杆剪切混炼后，通过机头挤出或者模具注塑成型。由于挤出和注塑过程伴随着高温、高压、高剪切力的特点，为了确保PVC制品生产加工的顺利进行，这就要求原料中的PVC热稳定剂具有一定的加工热稳定性能。

现有的实验室验证PVC热稳定剂性能的方法有静态法和动态法，静态法通过PVC制品在高温条件下变色和脱氯化氢量评价热稳定性能，动态法借助转矩流变仪和双辊机模拟实际生产中PVC配混料的加工过程，通过PVC物料颜色的变化评价动态热稳定性，但在实际生产过程中，由于挤出和注塑的过程复杂，时间较长，并伴随着高温、高压、高剪切力的特点，且加热机筒每段温差较大，导致成品加工过程中热稳定性和实验室测试结果相差较大。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：为了解决上述技术问题，本发明提出一种检测PVC制品加工过程中热稳定剂性能的方法，所述方法借助小型单螺杆挤出机模拟实际生产加工过程，将混合均匀的PVC配混料倒入小型单螺杆挤出机料斗中，经过挤出机螺杆输送、挤压，机筒加热熔融，螺杆剪切混炼后，通过机头挤出取样，测试在挤出机中不同停留时间的样条颜色差异及刚果红测试变色时间来评价PVC热稳定剂性能。该方法填补了PVC制品加工过程中热稳定剂性能测试方法的空白，具有操作简便，实验结果准确度高，重复性好的优点。

本发明的具体技术方案如下所述：

本发明提供一种检测PVC制品加工过程中热稳定剂性能的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)配料：按照配方比例称取PVC树脂粉、热稳定剂及其他原材料；

(2)混料：将称取好的PVC树脂粉、填料、加工助剂及热稳定剂用高速混合机混合搅拌，并结合PLC升温降温程序控制高速混合机的混合温度，混合完成后将PVC混合料从高速混合机中取出；

(3)启动挤出机：打开挤出机电源，启动挤出机控制程序，开启挤出机机筒加热开关，设置挤出机机筒各加热段温度为：第一段170℃，第二段175℃，第三段190℃，第四段200℃，第五段205℃，机头205℃，待挤出机机筒加热完成后，开启挤出机螺杆电机，转速调至40r/min，将PVC混合料，倒入挤出机的进料料斗中，待挤出机螺杆扭矩显示平稳后，准备挤出取样；

(4)第一次取样：待挤出机机头出料均匀后，截取长度10cm的挤出样条，在气压切片机上压平，放置冷却至室温，留作空白组，标记好序号；

(5)第N次取样：待上一次取样结束后，关闭挤出机螺杆电机，截断已挤出样条部分，丢弃，待已进入挤出机的PVC物料在挤出机加热机筒中停留tn时间后，开启挤出机螺杆电机，截取挤出样条的50～60cm段部分，在气压切片机上压平，放置冷却至室温，标记好序号；

(6)刚果红法测试：对每次取样的样品都多次用刚果红法测试稳定性，记录刚果红试纸变色时间的平均值；

(7)色差仪分析：借助色差仪观察测量每个样品的颜色，记录测量数据L*值、a*值、b*值、*YI值，计算每个样条与空白组样条的ΔE值，其中

(8)绘图分析：绘制停留时间-刚果红变色时间折线图和停留时间-ΔE值折线图，分析实验数据，判定PVC热稳定剂在加工过程中的稳定性能的优劣。

在上述步骤(1)中，所述其他原材料包括填充剂、加工助剂。所述填充剂为钙粉填充剂、钛白粉填充剂中的一种或多种，所述加工助剂为加工助剂10F、加工助剂CPE中的一种或多种。

在上述步骤(2)中，用高速混合机混合搅拌的过程为：先调节转速为600r/min，搅拌5min，再调节转速至1500r/min，搅拌至PVC混合料温度到达60℃后，调节转速至3000r/min，并待混合机内PVC混合料升温至90℃后，降低转速至零；接着，打开PLC升温-降温程序，设置为：先将转速升至3000r/min，当检测到温度达120℃后通冷凝水，并将转速降至600r/min，再在检测到温度降至60℃后，降低转速至零；

在上述步骤(3)中，需要进行挤出前的准备工作，即在将PVC混合料倒入挤出机进料斗之前，对挤出机进行清机，具体包括：将适量的清机料倒入挤出机进料料斗中，清理挤出机螺杆，直到螺杆清理完成。

在上述步骤(5)中，N为大于等于1的整数，tn分别为5min、10min，20min。

在上述步骤(6)中，刚果红法测试的具体过程为：打开刚果红恒温器加热电源按钮，待机器温度升至200℃后，恒温30min，各样品分别剪取0.05±0.005g至刚果红玻璃小试管中，每个样品剪取3份，标记好序号，剪取20mm长3mm宽的刚果红试纸对折后悬挂在玻璃管的上端，将小试管依次放入刚果红测试仪中测试，开始计时，待红色的刚果红试纸逐渐变成蓝色，记录变蓝时的时间，计算试纸变色时间平均值。

本发明所述的检测PVC制品加工过程中热稳定剂性能的方法中每次取样的PVC混合料在挤出机中停留的时间都不一样，依次来确定PVC制品加工时长与热稳定剂的稳定性能的关系。确定稳定状态的方式采用两种，一种是常用的刚果红法，另一种是色差分析。其中，色差分析测试出的变化值有多个，为了综合反应稳定状态，取多项指标的几何平均值，以便更准确的反映稳定状态的综合变化。

本发明具有如下有益效果：

1、有效解决了无法直接测试PVC制品加工过程中热稳定剂性能的问题，通过模拟实际生产过程实现加工过程中热稳定剂性能测试的工作。

2、实现了PVC热稳定剂加工过程中热稳定性能测试结果准确度高，重复性好的目的。

3、本发明所述实验方法简单有效。

附图说明

图1为本发明实施例1中停留时间-刚果红时间折线图；

图2为本发明实施例1中停留时间-ΔE值折线图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合具体实施例和附图进行说明，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实例。

实施例1

本实施例中采用的仪器包括：Plasmec牌涡轮搅拌机(TRL-10/FV/R)，Dr.collin单螺杆挤出机，型号E 30M，Hychtech牌气压切片机，型号RS-8021B，Liebish刚果红恒温器，型号S-210，Mettler Toleto分析天平，型号MS 204S，柯尼卡美能达色差仪，型号CM-5，不锈钢小药勺，PE物料袋，刚果红试纸。

本实施例中的原材料包括：中泰化学树脂粉，牌号SG5，10F(Baerlocher)，氯化法二氧化钛粉(锦州尤克)，碳酸钙粉(安徽富华)，CPE(山东亚星)以及PVC热稳定剂-A(Baerlocher牌号：R 9374R)、PVC热稳定剂-B(Baerlocher牌号：R 9375R)、PVC热稳定剂-C(Baerlocher牌号：R 618R)。

本实施例中验证PVC制品加工过程中热稳定剂性能测试的方法包括如下步骤：

(1)样品准备

准备三个干燥洁净的PE物料袋分别标记1、2、3，按下表1配方分别准确称取试样1、2、3至对应序号的PE物料袋中，将配制好的各PVC配混料倒入干燥洁净的小型高速混合机的混合锅中，盖上高速混合机的锅盖，并将锁紧装置锁紧，开启小型高速混合机总电源，打开电机电源按钮，调节电机转速旋钮至转速为600r/min，搅拌5min，待PVC配混料搅拌均匀后，调节电机转速旋钮至1500r/min，搅拌至混合锅内PVC配混料温度到达60℃后，调节电机转速旋钮至转速为3000r/min，待混合锅内PVC配混料继续升温至90℃后，降低电机转速至零，打开PLC升温-降温程序，设置小型高速混合机PLC升温-降温程序为：转速3000r/min，温度到达120℃后混合锅通冷凝水，转速降至600r/min，温度降至60℃后放料阀打开出料，待升温-降温程序结束后，将配制好的PVC配混料依次装入序号为1、2、3的PE物料袋中，依次制得含有PVC热稳定剂-A的PVC配混料试样1，含有PVC热稳定剂-B的PVC配混料试样2，含有PVC热稳定剂-C的PVC配混料试样3。

表1实施例1中样品配方

(2)制备样品

打开小型挤出机总电源按钮，开启主机电脑的控制软件，开启挤出机机筒加热按钮，设置小型挤出机机筒各加热段温度为：第一段170℃，第二段175℃，第三段190℃，第四段200℃，第五段205℃，机头205℃，待挤出机机筒加热完成后，开启挤出机螺杆电机，转速调至40r/min，将适量的清机料倒入小型挤出机进料料斗中，清理挤出机螺杆，待螺杆清理完成后，将含有PVC热稳定剂-A的PVC配混料试样1倒入挤出机进料料斗中，待挤出机螺杆扭矩显示平稳后，开始挤出取样。

第一次取样：待挤出机机头出料均匀后，截取长度10cm的挤出样条，在气压切片机上压平，放置冷却至室温，标记序号为空白样条1-1。

第二次取样：待第一次取样结束后，关闭挤出机螺杆电机，截断已挤出样条部分，丢弃，待已进入挤出机的PVC物料在挤出机加热机筒中停留5min后，开启挤出机螺杆电机，截取挤出样条50～60cm段部分，在气压切片机上压平，放置冷却至室温，标记序号为样条1-2。

第三次取样：待第二次取样结束后，关闭挤出机螺杆电机，截断已挤出样条部分，丢弃，待已进入挤出机的PVC物料在挤出机加热机筒中停留10min后，开启挤出机螺杆电机，截取挤出样条50～60cm段部分，在气压切片机上压平，放置冷却至室温，标记序号为样条1-3。

第四次取样：待第三次取样结束后，关闭挤出机螺杆电机，截断已挤出样条部分，丢弃，待已进入挤出机的PVC物料在挤出机加热机筒中停留20min后，开启挤出机螺杆电机，截取挤出样条50～60cm段部分，在气压切片机上压平，放置冷却至室温，标记序号为样条1-4。

按上述操作，依次制得PVC配混料试样2的空白样条2-1，样条2-2，样条2-3，样条2-4，PVC配混料试样3的样条空白3-1，样条3-2，样条3-3，样条3-4。

(3)刚果红测试

打开刚果红恒温器加热电源按钮，待机器温度升至200℃后，恒温30min，将试样1制得的空白样条1-1，样条1-2，样条1-3，样条1-4分别剪取0.05±0.005g至刚果红玻璃小试管中，每个样品称取3份，标记好序号，剪取20mm长3mm宽的刚果红试纸对折后悬挂在玻璃管的上端，将小试管依次放入刚果红测试仪中测试，开始计时，待红色的刚果红试纸逐渐变成蓝色，记录试纸变色的时间，计算试纸变色时间平均值，数据记录如下表2所示。

表2实施例1试样1各样条的刚果红测试时间数据

将试样2制得的样条空白2-1，样条2-2，样条2-3，样条2-4分别剪取0.05±0.005g至刚果红玻璃小试管中，每个样品称取3份，标记好序号，剪取20mm长3mm宽的刚果红试纸对折后悬挂在玻璃管的上端，将小试管依次放入刚果红测试仪中测试，开始计时，待红色的刚果红试纸逐渐变成蓝色，记录试纸变色的时间，计算试纸变色时间平均值，数据记录如下表3所示。

表3实施例1试样2各样条的刚果红测试时间数据

将试样3制得的空白样条3-1，样条3-2，样条3-3，样条3-4分别剪取0.05±0.005g至刚果红玻璃小试管中，每个样品称取3份，标记好序号，剪取20mm长3mm宽的刚果红试纸对折后悬挂在玻璃管的上端，将小试管依次放入刚果红测试仪中测试，开始计时，待红色的刚果红试纸逐渐变成蓝色，记录试纸变色的时间，计算试纸变色时间平均值，数据记录如下4所示。

表4实施例1试样3各样条的刚果红测试时间数据

(4)颜色测量

打开色差仪，调节色差仪测量类型为反射测量，测试孔径为8mm，测量模式为SCI，进行零校正和白板校正，将试样1制得的样条空白样条1-1，样条1-2，样条1-3，样条1-4分别置于色差仪上测量，记录测量数据L*值、a*值、b*值、*YI值、ΔE值，如下表5所示。

表5实施例1试样1制得样条颜色测量数值

将试样2制得的空白样条2-1，样条2-2，样条2-3，样条2-4分别置于色差仪上测量，记录测量数据L*值、a*值、b*值、*YI、ΔE值，如下表6所示。

表6实施例1试样2制得样条颜色测量数值

将试样3制得的空白样条3-1，样条3-2，样条3-3，样条3-4分别置于色差仪上测量，记录测量数据L*值、a*值、b*值、*YI值、ΔE值，如下表7所示。

表7实施例1试样3制得样条颜色测量数值

(5)绘制停留时间-刚果红变色时间折线图如图1所示

(5)绘制停留时间-ΔE值时间折线图如图2所示

(7)实验数据分析

由上图1实施例1停留时间-刚果红时间折线图可以看出，当试样在挤出机中停留时间是零时，三组试样的样条1-1、样条2-1、样条3-1的刚果红时间分别是20min、21min、22min，刚果红实验结果相差不大，表示三种PVC热稳定剂的热稳定性能接近，但随着实验的进行，当样条在挤出机中的停留时间达到20min时，试样一的样条1-4的刚果时间骤降至1min，样条1-4几乎分解，热稳定性能完全损失，说明PVC热稳定剂-A的加工热稳定性能较差，而试样二的样条2-4和试样三的样条3-4的刚果红时间分别为6min和8min，样条仍具有一定的热稳定性能，说明PVC热稳定剂-B、PVC热稳定剂-C具有较好的加工热稳定性能。

对上图2实施例1停留时间-ΔE值折线图进行分析，当试样在挤出机中停留时间分别是5min、10min、20min时，试样一的样条1-2、样条1-3、样条1-4分别与样条1-1对比，ΔE值变化较大，表现为样条颜色变化较大，说明PVC热稳定剂-A的加工热稳定性能较差，而试样二和试样三各组样条的ΔE值变化较小，表现为样条颜色变化较小，样条仍具有一定的热稳定性能，说明PVC热稳定剂-B、PVC热稳定剂-C具有较好的加工热稳定性能。

此外我们还可以从表5、表6、表7中各试样挤出样条的*YI看出，在实验过程中，PVC热稳定剂-A具有较好的初期颜色保持性能，但长期颜色保持性能较差，PVC热稳定剂-B初期颜色保持性能较差，但长期颜色保持性能较好，而PVC热稳定剂-C的初期颜色保持性能和长期颜色保持性能均比较优异。

(8)判定结果

PVC热稳定剂-A的加工热稳定性能较差，在加工过程中易分解、易变色，适用于加工过程简单、时间较短的制品工艺，PVC热稳定剂-B的加工热稳定性能较好，在加工过程中不易分解，但由于其初期颜色保持性能较差，适用于颜色要求不高的制品工艺，而PVC热稳定剂-C的加工热稳定性能优异，在加工过程中不易分解，不易变色，适用于各种加工过程复杂，时间长，颜色要求高的制品工艺。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。