专利名称：一种聚氯乙烯型材应变冻结的定量表征测试方法
技术领域：
本发明涉及塑料挤出成型过程中物理化学参数的表征测试方法，进一步地说，是涉及聚氯乙烯型材的应变冻结的定量表征测试方法。
PVC是一个剪切敏感、热敏感、低温冲击性敏感的树脂。聚氯乙烯型材挤出是在整个PVC加工技术中最为复杂，最难以掌握的一种挤出技术。其复杂性表现在PVC在挤出过程中熔体PVC粒子与大分子的形态变迁，而这种变迁过程不仅影响而且在某种程度上决定其最终产品性能。在聚氯乙烯树脂挤出成型的过程中，存在有某些区域具有极高的剪切应力。聚氯乙烯树脂在通过这些区域时，会产生大量剪切热，从而致使树脂分解，导致产品质量波动，甚至变劣。而这些高剪切区域的状况及工艺参数，尚未被现有技术很好的观察及测定，这便是为什么配方相同、温度及熔体压力等工艺参数恒定，却并不能保障有效的控制与掌握挤出产品质量的原因之一。
例如PVC熔体在熔融流动过程中从加料区开始进入压缩段、计量段、机头、模具、模唇，最后进入真空定型套。这一变迁过程，我们可以概括为以下的三大部分八个阶段一、在挤出机中压缩、密实、塑化、伸长；二、在模具中压缩、取向；三、在真空定型套中牵伸、冷却定型。由于PVC的Tg(玻璃化转变温度)为80℃，因此在室温下处于绝对的玻璃态。PVC在-10℃至室温的条件下，除了基团的振荡或旋转，没有分子链段、大分子以及微晶等的运动。总体而言，在这个温度范围里，PVC基本处于冷僵状态。但当PVC在熔融挤出过程中进入模具，特别是达到模具的平直部分模唇时，PVC的大分子在高剪切力下产生强烈的分子取向。之后，树脂进入真空定型套，尚未来得及离模胀大即被强制牵伸，并经受骤冷、真空吸贴、急速定型为型材。这样，使未达到平衡态的大分子的取向、应变、强制其转入玻璃态，使之立即处于入冻结状态，称之为“应变冻结”。树脂在挤出过程中各个方面的影响包括温度、压力、剪切力、定型冷却等因素的影响，都会使得树脂在经过模唇时产生的应变冻结程度不同。
此外，根据国外一些著名大公司的研究，已经发现并论断型材的低温冲击性能与其挤出工艺参数中有关粒子流动的形态变迁有紧密关系。国外一些著名大公司不惜投入巨资研究这一问题已经得到证明这种“应变冻结”越大，低温落冲、热变形温度等性能越差。
目前，在理论上，对于“应变冻结”并没有一个定量的表征，也没有准确的测试方法。因此对于每次挤出，只能从型材最终的物机性能如低温冲击等性能的好坏来盲目推测配方的好坏及挤出工艺是否合适，很难准确指导对挤出过程中各种影响因素的调整。
遗憾的是，国内外迄今为止还未见有任何报道以及相关的文献及专利通过测试定量表征“应变冻结”的大小。因而目前仍无把握有效控制低温落冲这一关键性能。发明人有鉴于此，研究成功一整套前所未有的对“应变冻结”的测试及其定量表征方法，并经过扩大实验证明其具有明显的效果，从而首次获得一种崭新的方法，可以将理论结合到实际，从而控制与掌握并能有效改善型材最关键的低温落冲及热变形等性能。为我国数以千计的型材厂家稳定质量、提供产品合格率带来福音。
因此，本发明的目的是提供一种有关聚氯乙烯挤出成型的型材其“应变冻结”程度定量的表征测试方法。
本发明所述的挤出型材应变冻结的定量表征测试方法，其特征在于将型材在高于玻璃化转变温度的条件下恒温放置后的变形量作为表征该型材应变冻结程度的量值。
在测量型材变形量时，考虑到型材各个部分的变形会受到相邻部分的牵扯，有可能不能够充分变形，从而给测定带来一定影响。因此本发明所述的型材应变冻结的定量表征测试方法，其特征是包括以下步骤a.将型材横向切割，制成样品，样品厚度为(2～6)±0.1mm，样品过薄难于精加工，过后则影响测试灵敏度；b.选择样品上任意位置腔室3的一个或几个腔室边框1，在腔室边框上垂直切割至边框断裂，作出切口2；c.将做好切口的样品在(130～180)±0.5℃之间的恒温条件下放置15～60min，优选25～45min，之后将样品取出，于室温下自然冷却，量取各个切点两个断口之间距离的变化量，将其中最大的变化量作为所述的型材变形量。在以上所述的热处理温度范围外，温度低，样品变形不充分，温度高则容易使样品的大分子产生热降解、交联等反应不利于测试。
从以上方法可见，型材样品腔室边框上切点的断口部分，由于受到的牵制最少，因此在受热时，能够达到较为充分的变形，因此能够更好的表征型材的“应变冻结”的程度。
在本发明的表征方法中，所述样品上的切口可以为单切口(1个切口)、双切口(2个切口)或多个切口。优选1～2个切口。切口的位置优选在其所在腔室边框的中心点上。
本发明的表征方法中所述的型材变形量，可以优选按包括以下步骤的方法测得a.将型材横向切割，制成样品，样品厚度为4.0±0.1mm；b.选择样品上任意位置腔室3的一个或几个腔室边框1，在腔室边框的中心点上垂直切割至边框断裂，作出切口2；c.将做好切口的样品在150±0.5℃的恒温条件下放置30min，之后将样品取出，于室温下自然冷却，量取各个切点两个断口之间距离的变化量，将其中最大的变化量作为所述的型材变形量。
本发明的表征方法中所述的型材变形量，还可以优选按包括以下步骤的方法测得a.将型材横向切割，制成样品，样品厚度为4.0±0.1mm；b.选择样品上任意位置腔室3的一个或几个腔室边框1，在腔室边框的中心点上垂直切割至边框断裂，作出切口2；
c.将做好切口的样品在180±0.5℃的恒温条件下放置30min，之后将样品取出，于室温下自然冷却，量取各个切点两个断口之间距离的变化量，将其中最大的变化量作为所述的型材变形量。
本发明的表征测试方法中，在具体进行型材样品变形量的测试时，针对一系列需要相互对比或参考的样品，其样品厚度、切口位置、切口数量以及样品放置的温度和时间应该是一致的。
本发明的表征测试方法中，样品的切割可选用现有技术中常用的树脂测试用切割工具，如铣床等。切口的制备，也可选用通用的切割工具，如刀、剪刀等。对于变形量的测量，可采用现有技术中测量精度在0.1mm的测量工具，如游标卡尺等。
本发明提供的聚氯乙烯挤出型材“应变冻结”的定量表征测试方法，能够简单有效且准确地测定“应变冻结”的量值。由于该方法能够提供这个参数，可依据该参数指导型材模具的结构设计、挤出工艺中各种影响应变冻结因素的调整，从而可使型材挤出的模具参数与配方的流变参数更好的配合，以解决型材质量波动的问题。本发明的表征方法可起到型材挤出工艺设计中的一个很好指导及参考作用，解决目前型材生产厂家由于无法通过测控工艺参数，而导致产品性能波动，不能保障质量的问题。
附图
2为实施例2型材B样品变形后的平面示意图。
附图3为实施例2型材A样品变形后的平面示意图。
附图4为实施例4型材样品变形后的平面示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步描述本发明，但本发明的范围不受这些实施例的限制。本发明的范围由权利要求书确定。
实验步骤1.样品制备将拟进行测定的聚氯乙烯型材，经万能工具铣床(X-8130A)，横向铣下厚度为(2～6)±0.1mm的型材断面，作为样品。
在样品任意腔室的边框上，用剪刀或刻刀等垂直切割边框至边框断裂，作出切口(切口位置可在样品主腔室、副腔室或小腔室；切口可为单切口；双切口或多切口)。
2.热处理将制好切口的试样平放在铺有滑石粉的搪瓷托盘内，将托盘置于(130～150)±0.5℃之间的鼓风恒温温箱内，于恒温条件下放置15～60min，之后将样品取出，于室温(23℃)下自然冷却。
3.性能测试(1)“应变冻结”量测试待上步经热处理后的样品完全冷却至室温后，量取各个切点两个断口之间距离的变化量。可直接取最大的变化量作为型材的应变冻结量。其它切口的变形量数据保留，作为各个分腔室个别评估或整个型材综合评估的参考。
(2)-10℃低温落冲测试参照德国塑窗型材测试标准RAL-RG/716-1(国标GB-8814-98)测试。
PVC(K＝68，北京化工二厂) 100重量份数活性轻质碳酸钙(平均粒径5～10μm，市售)10重量份数二氧化钛(金红石型，美国杜邦公司) 4重量份数氯化聚乙烯(Cl含量36％重量，山东潍坊化工厂)9重量份数丙烯酸酯类加工助剂(ACR-401，苏州安利化工厂) 2重量份数稀土稳定剂(GKD-200A，汕头高科达公司) 3.5重量份数按以上配方使用相同双螺杆挤出机，相同挤出温度，生产出两个批量的型材A和B.同上所述型材应变冻结测试方法对两个批量分别进行测试，其中样品厚度为4.0±0.1mm，于主腔室边框中间取单切口。然后进行热处理，温度为180℃±0.5℃，恒温放置时间30min。测试结果见表1。
表1

从上表可以明显看出，虽然同一配方，相同设备和温度参数，但由于挤出过程中未被观测的工艺因素(如模具、冷却定型等)影响了应变冻结，而导致性能各异。结果明显反映出应变冻结程度越高，则-10℃低温落冲性能越差。
实施例2除了热处理温度为150℃外，其余条件均与实施例1同。测试结果见表2。
表2

从实施例1及2所测得的结果可以看热处理温度在150℃和在180℃，其变形量基本相似。因为样品在150℃时已远超过聚氯乙烯的玻璃化温度(80℃)，所以其大分子、链段及微晶等的运动已达到充分饱和的程度。因此，即使热处理温度升高至180℃，样品的变形量不会有明显的变化。
实施例3聚氯乙烯型材配方PVC(同实施例1)100重量份数活性轻质碳酸钙(平均粒径1～12μm，市售)9重量份数二氧化钛(同实施例1) 4重量份数氯化聚乙烯(同实施例1) 10重量份数丙烯酸酯类加工助剂(同实施例1) 2.5重量份数稀土稳定剂(同实施例1) 3.5重量份数按以上配方使用相同双螺杆挤出机，生产出两个批量的型材C和D.两组批量在挤出时机身温度均为150～175℃，机头、模具温度不同。批量C挤出机头、模具各程温度为180～196℃，批量D挤出机头、模具各程温度均比批量C低2～5℃。
对以上两个批量分别进行应变冻结测试。除了热处理温度为150℃外，其余应变冻结测试条件均与实施例1同，测试结果见表3。
表3

从表3可见，由于实施例3-D的挤出温度参数发生变化，比实施例3-C低，使得聚氯乙烯的大分子、链段及微晶在通过模具平直部分(模唇)时取向受阻，使取向度降低，从而影响应变冻结量，使其降低。相应的型材低温抗冲性能得到改善。
实施例4除了对样品作双切口(于主腔室边框中间和副腔室边框中间分别作切口)及热处理温度为150℃外其余条件均与实施例1同。测试结果见表4。
表4

从上表可见，采用双切口测定应变冻结量与单切口测定结果相近。比较例1各取实施例1中批量A和批量B的一段型材，长度为300mm，分别将两段型材置于180℃下恒温30min，之后冷却至室温。其各自相应部位的变形很小，而且批量A型材与批量B型材的变形量相近，因此不能够充分表征出型材应变冻结的程度。
权利要求
1.一种聚氯乙烯型材应变冻结的定量表征测试方法，其特征在于，将型材在高于玻璃化转变温度的条件下恒温放置后的变形量作为表征该型材应变冻结程度的量值，具体包括以下步骤a.将型材横向切割，制成样品，样品厚度为(2～6)±0.1mm；b.选择上述样品上任意位置腔室[3]的一个或几个腔室边框[1]，在腔室边框上垂直切割至边框断裂，作出切口[2]；c.将做好切口的样品在(130～180)±0.5℃之间的恒温条件下放置15～60min，之后将样品取出，于室温下自然冷却，量取各个切点两个断口之间距离的变化量，将其中最大的变化量作为所述的型材变形量即聚氯乙烯型材的应变冻结量。
2.根据权利要求1所述的表征测试方法，其特征在于，所述样品上的切口为1～2个。
3.根据权利要求2所述的表征测试方法，其特征在于，所述样品上的切口取在所在边框的中心点上。
4.根据权利要求1～3之一所述的表征测试方法，其特征在于包括以下步骤a.将型材横向切割，制成样品，样品厚度为4.0±0.1mm；b.选择上述样品上任意位置腔室[3]的一个或几个腔室边框[1]，在腔室边框的中心点上垂直切割至边框断裂，作出切口[2]；c.将做好切口的样品在150±0.5℃的恒温条件下放置30min，之后将样品取出，于室温下自然冷却，量取各个切点两个断口之间距离的变化量，将其中最大的变化量作为所述的型材变形量即聚氯乙烯型材的应变冻结量。
5.根据权利要求1～3之一所述的表征测试方法，其特征在于包括以下步骤a.将型材横向切割，制成样品，样品厚度为4.0±0.1mm；b.选择上述样品上任意位置腔室[3]的一个或几个腔室边框[1]，在腔室边框的中心点上垂直切割至边框断裂，作出切口[2]；c.将做好切口的样品在180±0.5℃的恒温条件下放置30min，之后将样品取出，于室温下自然冷却，量取各个切点两个断口之间距离的变化量，将其中最大的变化量作为所述的型材变形量即聚氯乙烯型材的应变冻结量。
全文摘要
本发明提供一种聚氯乙烯型材应变冻结的表征测试方法，型材挤出过程中应力变化情况的表征测定。本发明所述的应变冻结定量表征测试方法，包括将型材在高于玻璃化转变温度的条件下恒温放置后的变形量作为表征该型材应变冻结程度的量值。该方法包括以下步骤a.将型材横向切割，制成样品；b.选择样品上任意位置腔室的边框，作出切口；c.将做好切口的样品在(130～180)±0.5℃之间的恒温条件下放置变形，之后将样品取出冷却，将切点两个断口之间距离的变化量作为所述的型材变形量，即型材应变冻结程度的量值。本发明的表征测试方法，能够简单有效且准确地测定“应变冻结”的量值，可起到型材挤出工艺设计中的一个很好指导及参考作用。
文档编号G01N33/44GK1479091SQ03146138
公开日2004年3月3日 申请日期2003年7月24日 优先权日2003年7月24日
发明者杨冬麟, 陈伟瑜, 朱东平 申请人:陈伟瑜