PVC高發泡阻燃材料生產工藝和配方探討

魏家福，李志龍，童曉鵬

（新疆天業集團有限公司，新疆 石河子 382000）

PVC高發泡阻燃材料生產工藝和配方探討

魏家福，李志龍，童曉鵬

（新疆天業集團有限公司，新疆 石河子 382000）

介紹了PVC高發泡阻燃材料的生產工藝及配方，討論了配方設計，并對采用新老配方生產的PVC高發泡材料的性能進行了對比。

PVC樹脂；發泡劑；發泡調節劑；溶劑；配方

PVC具有價格低廉、原料易得、成型性能、力學強度以及電絕緣性能良好等優點，更為突出的是，與其他泡沫塑料相比，PVC泡沫塑料自身具有較好的阻燃性，被廣泛應用于家具、建筑、汽車、廣告、裝飾等行業，近年來得到了飛快的發展。

1 工藝及配方

模壓發泡成型是塑料制品發泡成型的主要方法之一，主要是其工藝過程比較簡單，容易控制。模壓發泡成型一般可以分為一步法和兩步法[1]。一步法成型是指將混合后的物料直接投入模腔發泡成型；兩步法是先將混合好的物料預發泡處理，然后放置模腔進行發泡成型。由于一步法模壓發泡成型比兩步法操作方便且生產效率高，故本文研究中采用一步模壓法進行探討。

1.1 發泡材料的主體配方（見表1）

1.2 發泡材料成型工藝

將各種粉料按量準確稱取，加入捏合機中低速攪拌。準確稱量有機溶劑和穩定劑，將有機溶劑分為2份，待粉料攪拌15 min后，將2/3的有機溶劑和穩定劑加入，低速攪拌25 min后，再將剩余的有機溶劑全部加入，提高轉速，攪拌15 min。隨后將混合均勻的物料加入模具中，直到物料完全充滿模具后合模。然后升溫至 150～160 ℃，保壓 30～40 min，冷卻至50～60℃后開模，得到初始發泡板。最后將其放入烘箱烘干，取出修剪，得到最終樣板。其工藝流程示意圖見圖1。

表1 PVC發泡板材的主體配方

圖1 PVC樹脂發泡工藝流程圖

1.3 設計工藝參數

由于采用的模具尺寸不同，對應的工藝參數也不同，本實驗采用的模具尺寸為：150×200×10 mm；對應的工藝參數為：硫化溫度150～160℃；冷卻溫度25～40℃，后處理溫度40～60℃；硫化壓力 10～15MPa；硫化時間 30～40 min，冷卻時間 20～30 min，后處理時間 120～180 min。

2 PVC高發泡阻燃材料的組分

2.1 PVC樹脂

采用模壓一步法制作高發泡PVC材料時，需要選聚合度＞1 000、粒徑＜50 μm的PVC樹脂。為了得到高發泡倍率的材料，首先，要有一個均勻的混合體系，其次，要有適當的熔體強度。當聚合度＜1 000時，分子鏈短，熔融強度低，對氣體的包裹性差，導致泡孔塌陷，發泡倍率低。當聚合度＞5 000時，一方面分子鏈太長，熔體強度過高，導致泡孔普遍偏小，影響材料的整體發泡效果；另一方面工業化生產較為困難，成本比較高。研究中采用新疆天業天偉化工有限公司生產的TPH-31型PVC糊樹脂聚合度約為1 650，粒徑約25～35 μm，用后取得了理想的發泡效果。

2.2 發泡劑

一般制作硬質高發泡材料時，需要具備的基本要求是：必須選擇合適的發泡體系，確保熔融溫度與發泡劑分解溫度兩者之間相互匹配；在配方體系中加入適量的加工助劑來降低塑化溫度，提高塑化效率，增強熔體強度，從而提高發泡倍率。本實驗采用復合發泡劑，分解溫度為60～165℃，滿足發泡劑的分解溫度與PVC樹脂熔融溫度匹配的要求。在模壓發泡過程中，發泡周期較長，可適當提高穩定劑的加入量，這樣可以減少由于發泡周期較長對產品品質的影響。

2.3 發泡調節劑

PVC發泡材料的發泡調節劑是丙烯酸酯類的加工助劑，具備PVC加工助劑的所有基本特點，與PVC通用加工助劑的唯一不同的是PVC發泡調節劑的分子量要遠高于通用型加工助劑。

在PVC發泡制品中，加入超高分子量聚合物的目的：一是為了促進PVC的塑化，二是為了提高PVC發泡物料的熔體強度，防止氣泡的合并，以得到均勻發泡的制品；三是為了保證熔體具有良好的流動性，以得到外觀良好的制品；四是提高產品的功能性（鋼性、韌性、熱變形等）要求和產品尺寸穩定性。常州科美高分子材料有限公司的生產的發泡調節劑K-810性能優異，當加入量達到5份左右，配合一定量的發泡劑，材料密度可控制在0.08～0.10 g/m3。

2.4 阻燃劑

盡管PVC自身具有優異的阻燃性，但經過發泡后會使PVC材料自身阻燃性能下降，需要額外添加阻燃劑，使其防火等級達到泡沫材料的使用要求。在本配方中，采用了三氧化二銻作為阻燃劑；三氧化二銻在燃燒初期，首先是熔融，在材料表面形成保護膜隔絕空氣，通過內部吸熱反應，降低燃燒溫度。在高溫狀態下三氧化二銻被氣化，稀釋了空氣中氧濃度，從而起到阻燃作用。

2.5 穩定劑

在PVC發泡板材生產過程中，為使物料充分塑化，物料的溫度較高，且本實驗采用模壓發泡工藝，所需發泡時間較長。這些因素要求穩定劑必須具備足夠的熱穩定效能，才能保證產品的各項性能達到要求。

鉛系復合穩定劑中氧化鉛和硬脂酸的金屬鹽類雖然對AC發泡劑有活化作用，會使AC發泡劑分解溫度變寬，但鉛系穩定劑有毒，限制了產品的使用范圍。鉀/鋅穩定劑不僅具有熱穩定性，而且是一種優良的發泡助劑，廣泛用于PVC發泡人造革、地板革、壁紙等領域。其催發泡效率高，制成的產品泡孔結構均勻且無毒性。鑒于其突出的優點，故本實驗采用鉀鋅穩定劑。

2.6 溶劑

將PVC充分溶脹，使各種粉料與PVC樹脂充分混合。查閱資料知道PVC的溶解度參數為9.5～10.0，根據相似相容原理，必須選用溶解度參數與PVC相近的有機溶劑。該公司使用的溶劑是新疆天業有限公司的高沸物，主要成分是二氯乙烷，經過試驗證明完全滿足以上發泡材料的要求。

2.7 填料

在配方體系中，填料的份數一般為15～50份。填料的加入一方面可以降低成本，另一方面換可以降低產品的收縮率，提升產品性能。但是加入量不能過多，過多會影響產品的表觀密度及外觀質量，反而使成本上升。

3 PVC高發泡阻燃材料的性能比較

按表1配方進行發泡實驗，所得發泡板分別記為1號和2號，對其性能進行了檢測，具體數據見表2。

表2 不同配方PVC高發泡板性能對比

由表1和表2對比可知，通過降低樹脂含量，減少有機物的比例，氧指數由33增加到了37；通過增加發泡調節劑含量，泡孔尺寸由0.5 mm左右降至0.3 mm左右，導熱系數由0.042 W/（m·K）降至0.035 W/（m·K）；通過增加填料含量，降低了發泡板收縮率，提高了發泡倍率。

4 結語

在高發泡阻燃材料研究過程中，配方的設計則需掌握所用各種助劑的性能，尤其是一些成分較為復雜的配方，對其有效成分和無效成分的作用加以了解，同時要統籌各方面的因素，實現產品功能化突出，性能優異的目的。

［1］聚氯乙烯加工手冊編寫組編．聚氯乙烯加工手冊．北京：輕工業出版社，1990．

Discussion on production technology and formula of PVC high foaming flame retardant material

WEI Jia-fu，LI Zhi-long，TONG Xiao-peng
（Xinjiang Tianye Group Co.,Ltd.,Shihezi 382000，China）

This paper mainly introduces the production technology and formula of PVC high foaming flame retardant material，discusses its formula design，and compares the properties of PVC high foaming material produced by new and old formula.

PVC resin；foaming agent；foaming regulator；solvent；formulation

TQ325.3

B

1009-1785(2017)11-0015-02

2017-08-10