PVC-U型材配方灰份及型材密度與輕鈣添加份數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系研究

唐圣奎 張雄 唐達(dá)磊

（蕪湖海螺型材科技股份有限公司，蕪湖，241009）

2018年5月1日，門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 8814-2017）正式實(shí)施，其中較上一版的GB/T 8814-2004標(biāo)準(zhǔn)相比新增了密度指標(biāo)，要求為不大于1.53 g/cm3[1]。在GB/T 8814-2017標(biāo)準(zhǔn)修訂頒布實(shí)施之前，2015年5月1日頒布實(shí)施的建筑門窗型材用未增塑聚氯乙烯共混料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JG/T 451-2014），規(guī)定了用于建筑門窗型材的未增塑聚氯乙烯共混料灰分應(yīng)不大于15%[2]，上述標(biāo)準(zhǔn)密度及灰分指標(biāo)的設(shè)置旨在約束生產(chǎn)企業(yè)配方中無(wú)機(jī)物添加含量，以保證生產(chǎn)的未增塑聚氯乙烯型材具有良好的物理等性能。但具體每個(gè)密度或灰分指標(biāo)對(duì)應(yīng)未增塑聚氯乙烯型材配方中添加了多少份輕質(zhì)碳酸鈣或其他無(wú)機(jī)物仍需要逐一推算，本文通過對(duì)不同輕鈣添加份數(shù)的未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材配方的灰分及型材密度進(jìn)行檢測(cè)，并擬合灰分、密度指標(biāo)與輕質(zhì)碳酸鈣添加份數(shù)具體對(duì)應(yīng)關(guān)系，有助于通過灰分、密度檢測(cè)指標(biāo)快速推斷未增塑聚氯乙烯配方型材中的輕鈣等無(wú)機(jī)物添加量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)原料

PVC，SG-5型，新疆中泰化學(xué)（集團(tuán)）股份有限公司；環(huán)保鈣鋅穩(wěn)定劑，CZPS，蕪湖海螺新材料有限責(zé)任公司；鈦白粉，金紅石型，杜邦鈦白科技有限公司；氯化聚乙烯，CPE，濰坊亞星化學(xué)股份有限公司；加工助劑，蕪湖海螺新材料有限責(zé)任公司；輕質(zhì)碳酸鈣，九江大宇。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

自動(dòng)混料系統(tǒng)，F(xiàn)M1000，奧地利HENSCHEL公司；平行雙螺桿擠出機(jī)，TTS88，奧地利THEYSOHN公司。

馬弗爐，洛陽(yáng)西格馬爐業(yè)股份有限公司；分析天平，上海天平儀器廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將PVC、CaCO3、環(huán)保鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑CZPS、CPE、加工助劑等加入料罐中經(jīng)自動(dòng)稱量、熱混、冷混后接出，靜置24 h后倒入擠出機(jī)進(jìn)行PVC-U型材生產(chǎn)，過程中分別取混合料和PVC型材樣品進(jìn)行灰分和密度測(cè)試，對(duì)密度、灰分指標(biāo)與輕質(zhì)碳酸鈣添加份數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析。

1.4 指標(biāo)測(cè)試

1.4.1 灰分

按照GB/T 9345.5-2010標(biāo)準(zhǔn)中A法（直接灼燒法）進(jìn)行測(cè)試，即將未增塑聚氯乙烯混合料中有機(jī)物燒掉以后，殘余物在950℃下灼燒直至質(zhì)量恒定[3]。

1.4.2 密度

按照GB/T 1033.1-2008標(biāo)準(zhǔn)中A法 （浸漬法）進(jìn)行測(cè)試，試樣不大于10 g，懸掛絲為金屬材質(zhì)，直徑不大于0.5 mm。

2 實(shí)驗(yàn)配方

表1為實(shí)驗(yàn)選取的10個(gè)具有代表性的不同輕鈣添加份數(shù)未增塑聚氯乙烯型材配方，以用于測(cè)試不同輕鈣添加份數(shù)下的密度和灰分指標(biāo)。

表1 不同輕鈣添加份數(shù)的未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材配方Tab.1 Formulae of PVC-U profiles with different amounts of light calcium

表2 不同輕鈣添加份數(shù)未增塑聚氯乙烯型材配方混合料灰分指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Tab.2 Theoretical and measured ash contents in the PVC-U profiles with different amounts of light calcium

3 結(jié)果與討論

3.1 混合料灰分指標(biāo)檢測(cè)

按照GB/T 9345.5-2010標(biāo)準(zhǔn)中A法（直接灼燒法）測(cè)試配方中所用到的所有原料的灰分值，再按照表1中的配方配比計(jì)算出表2和圖1中理論灰分?jǐn)?shù)值，理論灰分?jǐn)?shù)值計(jì)算見式（1）。

圖1 不同輕鈣比例未增塑聚氯乙烯配方型材理論灰分與實(shí)測(cè)灰分對(duì)比圖Fig.1 Theoretical vs.measured ash contents in the PVC-U profiles with different amounts of light calcium

由表2和圖1可以看出，當(dāng)未增塑聚氯乙烯配方中輕鈣添加量小于30份時(shí)，實(shí)測(cè)灰分與理論灰分?jǐn)?shù)值基本相當(dāng)，當(dāng)未增塑聚氯乙烯配方中輕鈣添加量大于30份時(shí)，實(shí)測(cè)灰分?jǐn)?shù)值略大于理論灰分?jǐn)?shù)值，可能是由于配方無(wú)機(jī)物添加比例較高，導(dǎo)致無(wú)法完成充分燃燒。

結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過Origin軟件擬合出不同輕鈣含量下灰分?jǐn)?shù)據(jù)（圖2），可以看出，未增塑聚氯乙烯型材混合料灰分指標(biāo)與其中輕鈣添加份數(shù)呈直接線性關(guān)系，可通過灰分檢測(cè)數(shù)據(jù)快速推算未增塑聚氯乙烯型材配方中輕鈣等無(wú)機(jī)物添加份數(shù)。

圖2 未增塑聚氯乙烯型材配方輕鈣添加份數(shù)與實(shí)測(cè)灰分對(duì)應(yīng)關(guān)系圖Fig.2 Measured ash contents vs.amounts of light calcium in the PVC-U profiles

3.2 未增塑聚氯乙烯型材密度指標(biāo)檢測(cè)

分別對(duì)配方1到配方10的型材樣品密度進(jìn)行檢測(cè)，由表3和圖3可以看出，隨配方中輕鈣份數(shù)上升，型材密度隨之上升，相對(duì)于灰分指標(biāo)檢測(cè)而言，密度指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)離散性更大。

圖3 不同輕鈣比例未增塑聚氯乙烯配方型材密度指標(biāo)檢測(cè)圖Fig.3 Densities of the PVC-U profiles with different amounts of light calcium

圖4 未增塑聚氯乙烯型材配方輕鈣添加份數(shù)與密度指標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系圖Fig.4 Densities vs.amounts of light calcium of the PVC-U profiles

結(jié)合密度檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過Origin軟件結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)可擬合出不同輕鈣含量下密度數(shù)據(jù)，見圖4。可以看出，未增塑聚氯乙烯型材密度指標(biāo)與其中輕鈣添加份數(shù)呈直接線性關(guān)系，可通過密度檢測(cè)數(shù)據(jù)快速推算未增塑聚氯乙烯型材配方中輕鈣等無(wú)機(jī)物添加份數(shù)。

通過未增塑聚氯乙烯型材配方中輕鈣添加份數(shù)與密度、灰分指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，當(dāng)未增塑聚氯乙烯型材密度檢測(cè)指標(biāo)為不大于1.530 g/cm3時(shí)，對(duì)應(yīng)輕鈣添加份數(shù)為25份，當(dāng)未增塑聚氯乙烯型材配方混合料灰分指標(biāo)檢測(cè)為15%時(shí)，對(duì)應(yīng)輕鈣添加份數(shù)為27份，兩個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)配方中輕鈣添加份數(shù)略有差異。

4 結(jié)論

（1）未增塑聚氯乙烯型材灰分、密度指標(biāo)與其中輕鈣添加份數(shù)呈直接線性關(guān)系，可通過灰分、密度檢測(cè)數(shù)據(jù)快速推算未增塑聚氯乙烯型材配方中輕鈣等無(wú)機(jī)物添加份數(shù)。

（2）通過未增塑聚氯乙烯型材灰分、密度檢測(cè)指標(biāo)與輕鈣添加份數(shù)對(duì)應(yīng)曲線圖，當(dāng)配方中（鈦白粉添加量5份，使用環(huán)保鈣鋅穩(wěn)定劑）輕鈣添加份數(shù)不大于27份時(shí)，混合料灰份不大于15%，當(dāng)配方中（鈦白粉添加量5份，使用環(huán)保鈣鋅穩(wěn)定劑）輕鈣添加份數(shù)不大于25份時(shí)，型材密度不大于1.530 g/cm3。