润滑剂在PVC异型材配方中的重要作用

PVC异型材是PVC硬制品的主要品种之一，占PVC树脂总消耗量的22.9%，并以每年平均7%以上的速度增长。有一定规模的型材生产厂家共有390多家，生产能力近280万吨，2003年产量150万吨，销量达130多万吨，预计2005年市场需求将达到150—160万吨。

由于PVC异型材主要用于室内外的门窗，所以不仅对各种性能有极高的要求，同时其外观质量也相当重要，在PVC硬制品中属于高质量要求的产品。

PVC配方体系的设定和各种助剂的选取是保证PVC型材品质的重要因素，配方中除稳定体系和改性体系外，润滑体系对型材的加工性能及制品的外观和各项物性指标都有很大影响。因其用量少，其重要作用却往往易被人们所忽视，PVC异型材加工过程和制品的很多缺陷，都和润滑剂的选取和配比有着密切关系。因此，润滑剂在PVC异型材配方中具有十分重要的作用。

1.润滑剂的分类和作用机理

根据润滑剂的作用机理，可将润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂两类。内润滑剂是指在聚合物熔融之后能使聚合物分子之间的摩擦力减小的润滑剂；外润滑剂是指在聚合物熔融前后能使粒子聚合物之间和聚合物熔体与金属表面之间的相互摩擦减少的润滑剂。

对于润滑剂的作用机理，由于影响润滑剂作用的因素多且复杂，在这里仅能根据一般经验作一简要说明。

1.1 内部润滑——塑化或软化机理

就PVC而言，润滑剂和增塑剂可以视为同一类物质，所不同的是润滑剂的极性较低、碳链较长，因而同增塑剂相比，润滑剂和PVC相容性显著降低。正由于润滑剂与PVC相容性低（且又有一定的相容性），所以只有少量的润滑剂分子能象增塑剂一样穿入聚合物的分子链之间，削弱分子链间相互引力，而使聚合物在变形时分子链相互之间更容易滑动和旋转，同时又不至于过分降低聚合物的玻璃化温度（Tg）。

1.2 界面润滑机理

润滑剂附着在熔融树脂的表面或附着在加工机械、模具的表面形成润滑剂分子层。由于润滑剂分子层的存在而形成润滑界面，结果降低了树脂与加工机械之间的摩擦，润滑界面膜的粘度和它的润滑效率取决于润滑剂的熔点和加工温度。一般来说，分子碳链长的润滑剂由于更能使两个摩擦面远离，因而具有更大的润滑效果。

2. 受润滑剂影响的塑料性质

2.1 流变性

润滑剂对PVC流变性的影响是显著的。润滑剂对于溶化有十分显著的影响，充分发散的外润滑剂覆盖在树脂粒子上，使摩擦生热量减少，以物理作用方式推迟粒子的聚结和熔化，并阻碍聚合物大分子链短链段的相互扩散。与此相反，充分分散的内润滑剂起假增塑剂的作用，能促进熔化过程。一般的润滑剂均具有内、外润滑剂的性能，这两种作用的大小随品种而异。选择润滑剂的基本原则是设法得到受控制的熔化速率。

合理的润滑体系是PVC—U调控塑化速率的最有效、最常用的方法，也是PVC—U加工时必须使用润滑剂的主要原因之一。外润滑剂通过减少对金属表面的粘附性及摩擦力，延长塑化时间。内润滑剂利用高温下与PVC的相容性削弱了聚合物分子间的内聚力，促进熔化过程，使熔体粘度降低，流动性增加。

不论是哪一类润滑剂均能使熔体温度降低。润滑剂的作用是通过外部滑动减小所加剪切力的效能；而内润滑剂的作用则是减小熔体粘度，这当然也能减小摩擦生热量。

熔体破裂，一般认为是具有弹性的聚合物熔体发生了湍流的结果，这同样能够通过润滑剂的平衡来进行控制。

2.2热稳定性

一般，因润滑剂能降低加工时的料温，所以对热稳定性会产生良好的作用。更明确地说，某些润滑剂如金属皂，本身就具有稳定性的功能；某些润滑剂如甘油单酯起螯合剂的作用；另外一些润滑剂能与稳定剂发生相互作用。

2.3干混料的物性

Guimon指出，润滑剂能影响PVC强力高速混合时的压实程度及最终的表观密度和凝胶化程度。在用双螺杆挤出时尤其如此。因为其挤出量与干混料的表观密度成正比，同时部分凝胶化的粒料在挤出中熔化所需的能量较少，所以挤出量较高。

2.4力学性能

润滑剂能影响拉伸强度、伸长率和冲击强度等力学性能。润滑剂对型材力学性能的影响主要体现在型材的焊角强度和耐低温冲击性能。润滑剂对制品低温冲击的影响，主要是通过对制品塑化效果的影响反映出来。塑化程度越好，低温冲击强度越高。在充分保证物料塑化的前提下，随润滑剂用量的增加，焊角强度有减小的趋势。大量实验表明，外润滑剂过量时焊角强度较差，且具有较好的耐低温落锤冲击强度。反之，外润滑剂不足时，焊角强度较好而耐低温落锤冲击强度较差。

2.5热变形温度

因为一般的润滑剂熔点均较低，而且其中某些润滑剂还是液体，当这些物质加入后，将与硬PVC及其他组份组成一整体，对PVC塑料的玻璃化温度（Tg）产生影响，使其热变形温度降低。

2.6 电性能

一般说，润滑剂的极性或离子性越强则性能越差，而且温度越高，差别变得越大。除体积电阻率和与此相关的导线绝缘电阻以外，表面电阻率也会受润滑剂的影响。极性较大的润滑剂可减小表面电阻率且能造成一定的抗静电效果。

2.7表面特性

润滑剂由于与PVC具有低的相容性，能够向表面迁移，因而可影响PVC塑料的表面特性。就有利的方面来说，某些润滑剂可使软PVC具有滑动和抗粘连性能。但使用过量时，则会过分渗出引起层合、粘连、压纹和印刷困难，此外，润滑剂还能影响辅助增塑剂的相容性和渗出性。对于PVC异型材润滑体系选用合理，就会充分保证物料的塑化度，使型材表面质量较佳。润滑剂过量会影响型材的焊接质量和强度。

2.8.外观

润滑剂对成品外观，如颜色、光泽和透明度等也会产生一定影响，不同的润滑体系可能会使同种颜料产生不同的颜色效果。对于PVC异型材，在保证塑化的条件下，适量增加外润滑则会提高表面光洁度，润滑剂过量会造成制品的许多缺陷，如物料上出现斑纹和烧伤的痕迹，定型模析出物过多，使型材表面出现划痕等。

3.润滑剂的选用原则及应用中需注意的问题

在塑料制品生产中，很多因素会影响润滑作用，如聚合物的种类、聚合方法、成型方法、加工机械、加工条件、各种添加剂之间的相互影响等。选用润滑剂时应综合考虑，同时还要考虑制品所要求的性能。

对于PVC异型材配方，润滑剂投入量虽然较少，但对型材的加工和内在性能影响很大。因此如何充分发挥润滑体系的作用，较大程度上依赖于润滑体系的选择与匹配，选用润滑剂应遵循如下原则：

(1) 要注意配方体系润滑的内外平衡，适应前期、中期、后期各段对物料润滑性的要求，达到润滑平衡的一致性和长期性。外滑多，挤出速度快，但物料易生，塑化不好；内滑多，挤出量大，物料塑化较好。初期润滑不好，会使挤出扭矩偏大。后期润滑不足，会导致螺杆均化段、压缩段、口模段润滑不足，物料剪切剧烈，影响型材的表面质量及内在性能，严重的还会造成分解。一般根据润滑剂的熔点和加工温度结合来判定润滑剂在配方中初期、中期和后期的润滑性。

(2)润滑剂的浓度应维持在最小限度用量内，虽然润滑剂在配方中具有和稳定剂同样重要的地位，但并不是用量越大越好，我们所讲的润滑内外平衡，是在一定限度内的平衡，因为润滑剂与PVC树脂的不相容性，过多地加入会对PVC共混体系产生不良影响。许多出现的加工以及和热稳定性有关的问题,以及制品的许多缺陷，究其根源都可能是润滑剂用量过大造成的。

(3)选用润滑性时要注意配方中稳定剂、加工助剂、改性剂、填料等对润滑作用的贡献和影响。润滑体系的平衡，不是润滑剂之间的简单平衡，而且整个配方体系的润滑平衡。不同稳定体系的配方，对润滑剂的要求不同，润滑剂在配方中发挥的润滑作用也不尽相同，如在铅盐稳定体系的PVC混合配方中，润滑剂的极性愈大，与PVC相容性愈好，而在有机锡稳定体系中则变化不大，因有机锡本身具有增塑作用。据有关文献报道，稀土稳定剂因其稀土元素的特殊结构，使其和润滑剂的协调效应更明显，易使PVC凝胶化，可减少塑化时间，提高熔体流动性。

另外，在PVC异型材配方设计和调整过程中，润滑剂选用时还应注意：

(1)注意加工温度对润滑剂润滑作用的影响。起外部润滑作用的润滑界面膜的粘度和它的润滑效率取决于润滑剂的熔点和加工温度，如果润滑剂的熔点接近于加工温度时，则由于润滑剂的粘度太大而会妨碍界面膜的形成，反之如果润滑剂的熔点太低，则又会由于润滑剂过于稀薄而使界面膜破坏，导致润滑效果不好。随着加工温度的升高，润滑剂与树脂的相容性增加，润滑剂的挥发损失也增大，通过补加外润滑剂和选用正常加工温度下相容性较低的润滑剂而得到解决。

(2)注意润滑剂的分散性，如分散不均，会造成局部润滑，所以在应用时必须充分混合，必要时添加改善分散性的组份或者将润滑剂载于粉碎的惰性载体上（如硅酸盐）。在低用量或中等用量时起内润滑作用的润滑剂，当用量接近相容性极限时，外润滑作用逐渐增强。

(3)注意润滑剂对制品要求性能的影响，如外观上要考虑喷霜、颜色漂移、迁移性等；表面性能上应考虑印刷性、粘合性、光泽性、疏水性等，机械性能上应考虑强度、层间剥离性等。   

(4)润滑剂应配合使用，对于塑料配方体系，单用一种润滑剂很难达到理想的润滑效果，一般均采用几种润滑剂复合使用的方式，以期达到加工和制品性能的要求，同时也可通过复配提高润滑剂的效率，减少润滑剂的总体用量。因为几种润滑剂配合使用后，难熔与易熔润滑剂会相互渗透，且易熔润滑剂的增稠和表面迁移能力降低，使加工范围变宽，提高熔体结构的均匀性并能提高制品的力学性能和外观质量，充分保证挤出过程中物料润滑平衡。

4.润滑剂在PVC异型材配方中常用品种和体系

在异型材配方中,由于稳定体系的不同,所选用的润滑剂也有差别,在铅盐稳定体系中,可选用硬脂酸、硬脂酸甘油酯、聚乙烯蜡等作润滑剂，在无毒的钙、锌复合稳定体系及稀土复合稳定体系中，可选用硬脂酸、硬脂酸丁脂、石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙等作润滑剂，在有机锡配方中，可选用硬脂酸钙、石蜡、氧化聚乙烯蜡等作润滑剂，常用润滑剂主要性能如下：

（1）.硬脂酸钙：

白色粉末，熔点148-155℃，无毒，有优良的润滑性和加工性，无硫化污染，与碱式铅盐和铅皂并用，可提高凝胶化速度，用量一般为0.1-0.4PHR。

（2）.硬脂酸

   白色或微黄色颗粒，熔点70-71℃。在90-100℃下缓慢挥发，在硬PVC加工中作外润滑剂，用量一般为0.2-0.5PHR，并有防止层析结垢的效果，但用量过大易喷霜。

（3）.石蜡

   熔点57-63℃，不含极性基团，属典型的外润滑剂。由于它熔点低，易蒸发，熔体粘度小，只能在较窄范围内起润滑作用，适用于单、双螺杆挤出机挤出，一般用量为0.1-0.8PHR。本品透明度差，易泛白。

(4)聚乙烯蜡

   白色粉末，软化点约在100-117℃，由于其相对分子质量较大，熔点高，挥发性低因而在较高温度和剪切速率下，也显示明显润滑效果。适用于硬PVC单、双螺杆挤出，常用量为0.1-0.5PHR。

(5)氧化聚乙烯蜡

   白色或淡黄色粉末或颗粒，氧化聚乙烯蜡虽含有少量极性基团，仍与PVC不相容，但润滑效率较高，可提高聚合物与金属间的润滑性，提高挤出效率，改善着色剂的分散性，赋予制品良好的透明性和光泽。用量0.1-0.5PHR。

(6)硬脂酸甘油酯

   粉末状物，熔点85-87℃，具有优良的耐热性和流动性，可增加填充剂用量，并可促进塑化。与蜡类并用，可改善PVC-U热稳定性。一般用量为0.2-0.6PHR。

   在实践中人们发现，两种或两种以上润滑剂配合使用时，出现了与单独使用时不同的效果。在异型材配方中，大多采用复配方式。常用润滑剂配合体系及特点汇总如下：

（1）.硬脂酸钙—石蜡（聚乙烯蜡）润滑体系：

配方中单独使用硬脂酸钙，可加速塑化，提高熔体粘度，增大转矩，并具有一定脱模效果，而单独使用石蜡，表现出延迟塑化，降低转矩，无脱模作用。将硬脂酸钙和石蜡（聚乙烯蜡）按一定比例混合使用时，表现出了良好的效果，物料转矩值可降低很多，这是由于石蜡渗入硬脂酸钙分子间，强化了润滑作用，表现出很强的协同效果，改善了润滑剂的分散情况。

（2）.硬脂酸—石蜡（聚乙烯蜡）润滑体系

和硬脂酸钙—石蜡（聚乙烯蜡）体系的作用机理相同，可提高配方的热稳定性，降低收缩，提高流动性，使脱模方便。

（3）.氧化聚乙烯蜡—酯类—硬脂酸钙

聚乙烯蜡—酯类—硬脂酸钙并用时，随聚乙烯蜡用量增加，塑化时间明显延长，而氧化聚乙烯蜡—石蜡—酯类—硬脂酸钙并用时，随氧化聚乙烯蜡用量增加，塑化时间却有先升高后降低的趋势，呈明显的协同效果。

总之，在研究PVC异型配方时，不仅需单个了解每种润滑剂的特点和作用，还需明白其之间的协同效果，此外，PVC异型材配方还需随加工设备和模具的差异有所调整和改变。

5、结论：

一个良好的润滑体系，可避免PVC-U物料塑化后粘附金属表面，降低加工设备的载荷，降低加工能耗，改善加工熔体的流动性，避免剪切过热造成PVC分解，同时也促进熔融，提高制品产量，而又不形成熔体缺陷和熔体破裂，而且由于加工流动性的提高，还能改善色泽，增加光泽，增加制品韧性等，对配方体系有极大的贡献。

因为影响润滑剂润滑效果的因素很多，其中主要有：塑料中的其他组份，PVC的结构形式和聚合方式、所用的加工设备和工艺条件，最终制品应具有的性能等。因此在PVC异型材生产配方的设计和变更时，应综合分析和认真对待润滑剂的选取和用量。因为许多出现的加工问题和热稳定性问题，以及制品的许多缺陷，究其根源都与润滑剂有关，甚至是其使用不当所至，因此把润滑剂放到与稳定剂同等重要的位置看待，可以在实际生产中少走弯路，避免不必要的损失和浪费。

总之，润滑剂在PVC异型材配方中具有重要作用，我们应该给予更大的关注和重视，以使我们异型材质量更趋完美。