CN104893143A - 一种超高耐候性pvc共挤面层材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料领域的超高耐候性PVC共挤面层材料及其制造方法，超高耐候性PVC共挤面层材料包括以下材料的质量分数比：PVC粉40～60份，CPVC粉20～50份，碳酸钙粉10～20份，稳定剂0.4～6份，抗冲改性剂4～7份，润滑剂1～3份，抗紫外线剂0.4～0.9份，抗氧化剂0.4～0.9份，抗静电剂0.5～1份，晶须3～6份，色粉3～6份;通过配方调节,制造出耐候性不输给ASA的材料，且表面硬度、维卡软化点温度更高，本发明的配方材料成本低，不需要依懒进口，能够显著降低生产成本，产品的生产成本只有ASA材料的二分之一左右，可广泛应用于PVC门窗型材、PVC木塑型材、PVC瓦的表面共挤，来提升产品的物性及色彩丰富性。

Description

一种超高耐候性PVC共挤面层材料及其制造方法

技术领域

    本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种超高耐候性PVC共挤面层材料及其制造方法。

背景技术

    普通PVC塑胶挤出产品在户外应用，四季、昼夜温差大，阳光雨露，微生物等因素都对材料的物性产生影响，表现为产品表面变色、龟裂、降解、粉化等不良。只有通过共挤技术在产品的表面共挤一层超高耐候性的面层材料，来起到保护作用。

   随着以塑代木产品在户外的应用推广，这些塑胶制品都是通过挤出加工完成生产，传统的挤出工艺在成本和品质上难以达到户外应用的要求，共挤技术就成了国内外近年来蓬勃兴起的塑料挤出工艺，特别是在门窗、木塑、PVC瓦等领域，共挤已经是一种品质提升的必要手段。高耐候性的共挤面层材料制造又是共挤技术最核心的部分，目前市场上的高耐候性的共挤面层材料主要是ASA，以进口为主，且价格高昂，市场主流价格都在3.5万/吨以上，并且ASA的常温硬度约80邵氏度，维卡温度约82℃，在夏季高温户外环境中使用，会导致表面耐磨性及刚性降低，高昂的价格对共挤产品的推广形和应用成制约，而常规单一PVC材料作为共挤面层料耐候性又不足。

发明内容

本发明的第一个目的是解决以上缺陷，提供一种超高耐候性PVC共挤面层材料，其配料配方成本低，产品质量稳定，主要用于户外，适用于户外环境的要求，该配方生产的材料的硬度、维卡温度等物理性质指标比ASA材料还高出许多，而成本只有ASA材料的二分之一左右。

   本发明的第一个目的是通过以下方式实现的：

   一种超高耐候性PVC共挤面层材料，它包括以下材料的质量分数比：

   PVC粉        40～60份，

   CPVC粉       20～50份，

   碳酸钙粉     10～20份，

   稳定剂       0.4～6份，

   抗冲改性剂   4～7份，

   润滑剂       1～3份，

   抗紫外线剂   0.4～0.9份，

   抗氧化剂     0.4～0.9份，

   抗静电剂     0.5～1份，

   晶须         3～6份，

   色粉         3～6份。

   上述说明中，作为优选的方案，所述稳定剂为钙锌环保复合稳定剂，钙锌环保复合稳定剂的质量分数比为4～6份。

   上述说明中，作为优选的方案，所述稳定剂为有机锡稳定剂，有机锡稳定剂的质量分数比为0.4～0.6份。

   上述说明中，作为优选的方案，所述润滑剂包括内润滑剂和外润滑剂，内润滑剂包括低温内润滑剂和高温内润滑剂，低温内润滑剂为硬脂酸，高温内润滑剂为硬脂酸钙;外润滑剂包括低温外润滑剂和高温外润滑剂，低温外润滑剂为石蜡，高温外润滑剂为OPE蜡，内润滑剂或者外润滑剂是根据润滑剂的表面极性与PVC材料的表面极性差异性来区分的，而低温润滑剂或者高温润滑剂是根据润滑剂的熔点温度、分解温度来区分。

   上述说明中，作为优选的方案，所述晶须为碳酸钙晶须，碳酸钙晶须材料不仅是极好的增强填充料，而且其高温摩擦磨损性能优越，与CPVC发挥很好的协同作用，本发明对户外PVC木塑地板品质提升有极大的帮助，而且碳酸钙晶须是所有晶须材料中最廉价易得的。

   上述说明中，作为优选的方案，所述色粉为氧化铁系的无机色粉，氧化铁系的无机色粉本身的色牢度极好，还必须同步阻止或减缓PVC在户外强紫外线环境下的降解、粉化，本发明中色牢度高的无机色粉和饱和添加的抗紫外线剂、抗氧化剂，协同作用，确保产品在户外耐候性方面与ASA比较不落下风。

   上述说明中，作为优选的方案，所述抗冲改性剂为ACR与CPE的共混物，其中，ACR占60～70%，CPE占30～40%。

   上述说明中，作为优选的方案，所述PVC粉为乙烯法PVC，乙烯法PVC采用聚合度为1000～1100的SG5型PVC粉末; 所述CPVC粉为氯含量≥65%的过氯乙烯;所述碳酸钙粉为1250目的重质碳酸钙粉;所述抗静电剂为单甘脂;所述抗氧化剂为Irganox1010;所述抗紫外线剂为UV-81。

   上述说明中，作为优选的方案，还包括木粉，木粉的质量分数比为8～12份，木粉的细度≥100目，同时还添加有抗霉变助剂。

   本发明充分利用近年兴起的CPVC材料的优异物理特性，无论是机械强度还是维卡温度都比ASA更高，让它与常规PVC进行混配，并且可以根据产品品质的需求，调节PVC与CPVC的质量份来改变产品的维卡温度,CPVC的质量份越高，维卡温度也就越高，但加工难度就越大，需要同步调节稳定剂和润滑剂的质量份数。

   本发明在配方体系中添加了晶须材料，得到极高的表面硬度，及表面耐磨性，晶须的添加量与表面硬度、表面耐磨性正相关，晶须的添加量超过10个质量份将会导致加工时挤出难度过大，有可能损坏机器、模具。

   本发明中添加的抗紫外线剂、抗氧化剂和色牢度高的无机色粉，也是达到发明目的不可缺少的技术特征。

   另外，针对CPVC加工流动性极差的特点，使用内外润滑剂混配的方法，解决了CPVC分子间的润滑以及材料与挤出机料筒、模具之间的润滑，达到合理的加工温度与扭矩，内外润滑剂的添加量与比例随CPVC的质量份变化而变化。本配方中添加的PVC粉、稳定剂、抗冲改性剂、碳酸钙粉的使用与常规PVC的挤出加工的技术相同。

   本发明的第二个目的是提供超高耐候性PVC共挤面层材料的制造方法，其对制造设备的要求不高，从而可降低生产成本。

   本发明的第二个目的是通过以下方式实现的：

   超高耐候性PVC共挤面层材料的制造方法，该方法包括以下步骤：

   第一步，按上述质量分数将所有材料分别进行称重配料，将配料完成后的PVC粉、CPVC粉、碳酸钙粉和稳定剂预先投入高速混料机内，设置高速混料机工作时的转速为800～1000r/min，加热温度至85～90℃，先排干高速混料机中预先加入的材料中的水份，接着将剩余的其它材料一并投入高速混料机内，最后通过高速混料机在工作搅拌时的自摩擦作用将材料加热至112～115℃，从而形成高温混合物料。

   第二步，将第一步中的高温混合物料排放至低速混料机中进行冷却，设置低速混料机工作时的转速为80～100r/min，温度控制为40～50℃，从而形成冷却混合物料。

   第三步，将冷却混合物料经过100目的筛网进行过筛，然后将经过筛网后的物料送入锥形双螺杆挤出机内进行造粒及冷却，形成粒状物料，造粒过程中设置锥形双螺杆挤出机内的工作温度为145～165℃，设置模口温度为130～140℃。

   第四步，将第三步中的粒状物料投入至单螺杆挤出机内进行型材生产共挤，从而形成PVC共挤面层，设置单螺杆挤出机进行共挤的温度为140～150℃，设置共挤时适用模具的温度为170～190℃。

   上述制造方法与传统的制造方法相比最大的区别在于，大宗材料PVC粉、CPVC粉、碳酸钙粉、稳定剂先期投入混料并逐渐加热至85～90℃，可以排出原材料中的水分，千万不可同期投入低温内外润滑剂，以免过早在材料的分子界面成膜，影响水汽的排出，当混料到115℃时，部分低温润外滑剂已分解析出成团，必须经过100目筛网剔除，以免影响后续加工产品质量。

   本发明的设计要点是：1）用CPVC的高强度、高维卡温度来改善PVC的相关物理性能;2）用PVC的相对易加工性来改善CPVC的加工难度;3）用重质碳酸钙粉来填充，解决了产品的尺寸稳定性;4）同时通过抗氧化剂与抗紫外线剂的作用改善产品的户外耐候性;5）用内添加抗静电剂来解决产品的持续自洁性;6）用晶须来提高产品的表面硬度和耐磨性;7）使用无机色粉提高产品颜色的稳定性;8）结合上述7个设计要点即可达到了一个户外产品对机械强度、维卡温度、尺寸稳定性、表面硬度、耐磨度、色牢度等要求高度均衡的要求。

   本发明所产生的有益效果如下：

   1）通过配方调节，制造出一种超高耐候性PVC共挤面层材料，其耐候性不输给ASA材料，且表面硬度（机械强度）、维卡软化点温度更高，本发明采用PVC与CPVC的复合材料除抗冲强度大幅提升外，还能将维卡温度提升到92℃，产品在户外暴晒的的情况下依然保持原有刚性，本发明对共挤PVC瓦与共挤PVC木塑地板品质有极大的帮助;

   2）本发明的配方材料成本低，不需要依懒进口，直接从国内可以大量生产使用，能够显著降低生产成本，经市场考察分析得出，产品的生产成本只有ASA材料的二分之一左右，并不超过其一半，带来极大甚至意会有想不到的积极的市场效益，可广泛应用于PVC门窗型材、PVC木塑型材、PVC瓦的表面共挤，来提升产品的物性及色彩丰富性;

   3）本发明的配方的主材料与共挤产品的芯材均是PVC材质，使材料的相容性大大提高，可与常规的PVC进行混配，并且可以根据产品品质的需求，调节PVC与CPVC的质量份来改变产品的维卡温度;

    4）本发明的制造方法简单，对制造设备的要求不高，从而可降低生产成本，生产过程产品的质量稳定。

具体实施方式

   下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

   实施例一

   本实施的超高耐候性PVC共挤面层材料包括以下材料的质量分数比：

   PVC粉为40份，本实施例的PVC粉为乙烯法PVC，乙烯法PVC采用聚合度为1000的SG5型PVC粉末;

   CPVC粉为30份，本实施例的CPVC粉为氯含量≥65%的过氯乙烯;

   碳酸钙粉为10份，本实施例的碳酸钙粉为1250目的重质碳酸钙粉;

   稳定剂为5份，本实施例的稳定剂为钙锌环保复合稳定剂;

   抗冲改性剂为4份，本实施例的抗冲改性剂为ACR与CPE的共混物，其中，ACR占65%，CPE占40%;

   润滑剂为1份，本实施例的润滑剂包括内润滑剂和外润滑剂，内润滑剂包括低温内润滑剂和高温内润滑剂，低温内润滑剂为硬脂酸，高温内润滑剂为硬脂酸钙;外润滑剂包括低温外润滑剂和高温外润滑剂，低温外润滑剂为石蜡，高温外润滑剂为OPE蜡;

   抗紫外线剂为0.5份，本实施例的抗紫外线剂为UV-81;

   抗氧化剂为0.5份，本实施例的抗氧化剂为Irganox1010;

   抗静电剂为1份，本实施例的抗静电剂为单甘脂;

   晶须为4份，本实施例的晶须为最廉价易得的碳酸钙晶须;

   色粉为4份,本实施例的色粉为氧化铁系的无机色粉。

   本实施例中超高耐候性PVC共挤面层材料的制造方法，包括以下步骤：

   第一步，按上述质量分数将所有材料分别进行称重配料，将配料完成后的PVC粉、CPVC粉、碳酸钙粉和稳定剂预先投入高速混料机内，设置高速混料机工作时的转速为950r/min，加热温度至90℃，目的是先排干高速混料机中预先加入的材料中的水份，接着将剩余的其它材料一并投入高速混料机内，剩余的其它材料为抗冲改性剂、润滑剂、抗紫外线剂、抗氧化剂、抗静电剂、晶须和色粉，最后通过高速混料机在工作搅拌时的自摩擦作用将材料加热至115℃，从而形成高温混合物料。

   第二步，将第一步中的高温混合物料排放至低速混料机中进行冷却，设置低速混料机工作时的转速为90r/min，温度控制为50℃，从而形成冷却混合物料。

   第三步，将冷却混合物料经过100目的筛网进行过筛，然后将经过筛网后的物料送入锥形双螺杆挤出机内进行造粒及冷却，形成粒状物料，此时可将粒状物料进行包装，造粒过程中设置锥形双螺杆挤出机内的工作温度为160℃，设置模口温度为135℃。

   第四步，将第三步中的粒状物料投入至单螺杆挤出机内进行型材生产共挤（如共挤PVC瓦与共挤PVC木塑地板等），从而形成PVC共挤面层，设置单螺杆挤出机进行共挤的温度为140℃，设置共挤时适用模具的温度为180℃。

   实施例二

   本实施的超高耐候性PVC共挤面层材料包括以下材料的质量分数比：

   PVC粉为45份，本实施例的PVC粉为乙烯法PVC，乙烯法PVC采用聚合度为1000的SG5型PVC粉末;

   CPVC粉为29份，本实施例的CPVC粉为氯含量≥65%的过氯乙烯;

   碳酸钙粉为12份，本实施例的碳酸钙粉为1250目的重质碳酸钙粉;

   稳定剂为0.5份，本实施例的稳定剂为有机锡稳定剂;

   抗冲改性剂为5份，本实施例的抗冲改性剂为ACR与CPE的共混物，其中，ACR占65%，CPE占40%;

   润滑剂为1份，本实施例的润滑剂包括内润滑剂和外润滑剂，内润滑剂包括低温内润滑剂和高温内润滑剂，低温内润滑剂为硬脂酸，高温内润滑剂为硬脂酸钙;外润滑剂包括低温外润滑剂和高温外润滑剂，低温外润滑剂为石蜡，高温外润滑剂为OPE蜡;

   抗紫外线剂为0.5份，本实施例的抗紫外线剂为UV-81;

   抗氧化剂为0.5份，本实施例的抗氧化剂为Irganox1010;

   抗静电剂为0.5份，本实施例的抗静电剂为单甘脂;

   晶须为3份，本实施例的晶须为最廉价易得的碳酸钙晶须;

   色粉为3份,本实施例的色粉为氧化铁系的无机色粉。

   本实施例中超高耐候性PVC共挤面层材料的制造方法，包括以下步骤：

   第一步，按上述质量分数将所有材料分别进行称重配料，将配料完成后的PVC粉、CPVC粉、碳酸钙粉和稳定剂预先投入高速混料机内，设置高速混料机工作时的转速为1000r/min，加热温度至85℃，目的是先排干高速混料机中预先加入的材料中的水份，接着将剩余的其它材料一并投入高速混料机内，剩余的其它材料为抗冲改性剂、润滑剂、抗紫外线剂、抗氧化剂、抗静电剂、晶须和色粉，最后通过高速混料机在工作搅拌时的自摩擦作用将材料加热至112℃，从而形成高温混合物料。

   第二步，将第一步中的高温混合物料排放至低速混料机中进行冷却，设置低速混料机工作时的转速为80r/min，温度控制为40℃，从而形成冷却混合物料。

   第三步，将冷却混合物料经过100目的筛网进行过筛，然后将经过筛网后的物料送入锥形双螺杆挤出机内进行造粒及冷却，形成粒状物料，此时可将粒状物料进行包装，造粒过程中设置锥形双螺杆挤出机内的工作温度为150℃，设置模口温度为140℃。

   第四步，将第三步中的粒状物料投入至单螺杆挤出机内进行型材生产共挤（如共挤PVC瓦与共挤PVC木塑地板等），从而形成PVC共挤面层，设置单螺杆挤出机进行共挤的温度为150℃，设置共挤时适用模具的温度为190℃。

   通过表一对实施一和实施例二所制造出来的PVC共挤面层材料与现有的PVC材料及SAS材料的物理特性进行对比：

 从表一的对比数据可得知，通过实施例一与实施例二制造出来的PVC共挤面层材料的耐候性大大优于常规PVC材料，也不输给ASA材料，且表面硬度、维卡软化点温度更高，除抗冲强度大幅提升外，还能将维卡温度提升到92℃，产品在户外暴晒的的情况下依然保持原有的刚性，对共挤PVC瓦与共挤PVC木塑地板、共挤PVC木塑墙板及其他相关型材的品质有极大的帮助。

   以上内容是结合具体的优选实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超高耐候性PVC共挤面层材料，其特征在于它包括以下材料的质量分数比：

   PVC粉       40～60份，

   CPVC粉      20～50份，

   碳酸钙粉     10～20份，

   稳定剂       0.4～6份，

   抗冲改性剂   4～7份，

   润滑剂       1～3份，

   抗紫外线剂   0.4～0.9份，

   抗氧化剂     0.4～0.9份，

   抗静电剂     0.5～1份，

   晶须         3～6份，

   色粉         3～6份。

2.  根据权利要求1所述超高耐候性PVC共挤面层材料，其特征在于：所述稳定剂为钙锌环保复合稳定剂，钙锌环保复合稳定剂的质量分数比为4～6份。

3.根据权利要求1所述超高耐候性PVC共挤面层材料，其特征在于：所述稳定剂为有机锡稳定剂，有机锡稳定剂的质量分数比为0.4～0.6份。

4.  根据权利要求1所述超高耐候性PVC共挤面层材料，其特征在于：所述润滑剂包括内润滑剂和外润滑剂，内润滑剂包括低温内润滑剂和高温内润滑剂，低温内润滑剂为硬脂酸，高温内润滑剂为硬脂酸钙;外润滑剂包括低温外润滑剂和高温外润滑剂，低温外润滑剂为石蜡，高温外润滑剂为OPE蜡。

5.  根据权利要求1所述超高耐候性PVC共挤面层材料，其特征在于：所述晶须为碳酸钙晶须。

6.  根据权利要求1所述超高耐候性PVC共挤面层材料，其特征在于：所述色粉为氧化铁系的无机色粉。

7.   根据权利要求1所述超高耐候性PVC共挤面层材料，其特征在于：所述抗冲改性剂为ACR与CPE的共混物，其中，ACR占60～70%，CPE占30～40%。

8.   根据权利要求1所述超高耐候性PVC共挤面层材料，其特征在于：所述PVC粉为乙烯法PVC，乙烯法PVC采用聚合度为1000～1100的SG5型PVC粉末; 所述CPVC粉为氯含量≥65%的过氯乙烯;所述碳酸钙粉为1250目的重质碳酸钙粉;所述抗静电剂为单甘脂;所述抗氧化剂为Irganox1010;所述抗紫外线剂为UV-81。

9.  如权利要求1～8任意一项所述的超高耐候性PVC共挤面层材料的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

   第一步，按上述质量分数将所有材料分别进行称重配料，将配料完成后的PVC粉、CPVC粉、碳酸钙粉和稳定剂预先投入高速混料机内，设置高速混料机工作时的转速为800～1000r/min，加热温度至85～90℃，先排干高速混料机中预先加入的材料中的水份，接着将剩余的其它材料一并投入高速混料机内，最后通过高速混料机在工作搅拌时的自摩擦作用将材料加热至112～115℃，从而形成高温混合物料;

   第二步，将第一步中的高温混合物料排放至低速混料机中进行冷却，设置低速混料机工作时的转速为80～100r/min，温度控制为40～50℃，从而形成冷却混合物料;

   第三步，将冷却混合物料经过100目的筛网进行过筛，然后将经过筛网后的物料送入锥形双螺杆挤出机内进行造粒及冷却，形成粒状物料，造粒过程中设置锥形双螺杆挤出机内的工作温度为145～165℃，设置模口温度为130～140℃；

   第四步，将第三步中的粒状物料投入至单螺杆挤出机内进行型材生产共挤，从而形成PVC共挤面层，设置单螺杆挤出机进行共挤的温度为140～150℃，设置共挤时适用模具的温度为170～190℃。