仅将前言列出,供大家参考。
前言
本人从事门窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材(以下简称型材)加工接近20年,积累了许多原材料检验、应用实际案例和挤出工艺、配方、设备和模具等经验资料,特编一合集,内容多以案例与个人经验分析为主,以供从业者参考。这本书适用于型材加工及配方工程师、生产技术管理者和相关原材料厂家的技术服务人员。型材加工从业者可以从本书看到许多理论化解释的经验,避免走弯曲。对于原材料厂家技术人员,本书提供了大量原材料的应用案例,供参考。对于理论物理学家和化学家来讲,这类东西就显得粗糙,只是时间和经验的积累,甚至到处是肤浅的理解和阐述。
由于PVC的加工和配方依赖性,很多原材料如稳定剂是混合物,无法量化。作为材料工程技术人员,只需要关心应用过程出现的现象、合理解释以及如何解决,如果需要更深层次的思考,则需要更多的基础知识。比如光老化与热作用,就涉及到350K的黑体辐射与380-780nm的光之间能量的对比,以及钛白粉表面的电子跃迁的过程,包膜对其的影响,对于一个材料专业的本科生来讲,还是比较复杂的,需要不断的自我学习。
写书就是内心自考,在剥丝抽茧,不断内心自考。原先觉得明白了,深入理解后,往往又会带入更高更深的疑问中。这样的结果就是写东西小心谨慎,总是怕写的东西不正确,误导大家。当然痛苦的思考也带来理解上的深入和随之而来心灵的愉乐。
本文引用大量的原材料厂家生产应用中的案例,对此要申明:每个厂家的产品,都体现不同工程师的应用理念,都各具特点。产品没有好坏之分,只有设计理念的区别。比如有的CPE产品韧性效果一般但是偏重强度,耐热蠕变好。有的增韧效果非常好,型材夏天容易变形等。所有的工业产品都经过生产、检验、判定等过程,部分样本结果代替全部的规则,不可避免会出现概率性的问题,因为不可能把所有的产品全部用于检验。相同产品在不同阶段的生产理念也会不同,控制手段各异,因此面对加工应用中出现的问题,要客观的分析,不要带着歧义。重点是选择适合加工工艺、设备和产品设计要求的原材料。
聚氯乙烯树脂的合成、加工流变、助剂都有大量著作。本文论述的重点是在这些专业知识基础上,归纳了大量的型材生产经验数据,针对特定门窗用未增塑聚氯乙烯型材产品,对型材相关的配方、原材料、设备、模具、加工工艺、制品性能、产品应用、断面结构等因素,在生产过程中遇到的问题和解决方案进行总结、理论化解释和简单可行的评价标准制订,更好的指导型材生产。大多对性能的论述都放在树脂的章节中,这是考虑离开树脂,无法对性能论述的更加清楚.
配方原材料部分重点讲述聚氯乙烯树脂,包括热稳定剂、钛白粉、碳酸钙、氯化聚乙烯、润滑剂、加工助剂、光稳定剂、着色颜料等。配方的一些应用案例,大都穿插到原材料中进行论述。为了知识的连贯性,也介绍了原材料的合成、作用机理、多层次结构与加工性能、制品性能的关系等。
关于本书,读者要抱着质疑的态度去看待。书中提供一些案例,仅是对厂家产品来样批次的检测数据进行评价,不存在商业上褒贬问题。要用辩证的眼光看待各种现象,即事物本身具有双面性,有利必有弊。两利取其大,两弊取其小。理论也是实践的总结,同时也是为了更好的去指导实践。任何理论都是为了解释实践过程或现象,如果理论解释不了实践,就需要对其修正或者重新进行架设。
感谢天津开发区金鹏塑料异型材制造有限公司戴凤瑞先生对我工作的信任和支持,使我有足够的时间去从事型材的加工工艺工作,并且获得了大量的实践经验。
理论联系实践,才能真正理解实践中的现象,同时又帮助自己提高实践能力。授人以鱼不如授人以渔。本人在工作和实践中,接触到很多好书。作为初学者,建议阅读塑料橡胶加工助剂这本书,而中高级从业者,则需要更多的知识补充。
2006年联盟化学的王京胜推荐《塑料橡胶加工助剂》,作者林兆安先生。这是本实践性非常强的书,总结了各种加工助剂在实验室中的应用数据,也是它开启了我在工作中理论联系实践的大门。
潘祖仁教授主编的《塑料工业手册—聚氯乙烯》,该书对树脂的各个方面进行详尽的论述,特别是树脂的结构、加工、流变行为、制品的性能方面,阐述的非常清晰,是高级加工从业者的必备工具。个人认为该书对树脂增韧描述不够详细和清晰。
2008年从朋友杨敬平处得到了《塑料添加剂手册》原著第五版的英文版,我特意翻译了重要的几个章节,正当我想一鼓作气将书全部翻译完时,在西安汉唐图书城见到了中译本。这本书在加工助剂的机理上进行了详细的阐述,是第一本书的补充。特别是抗氧剂和光稳定剂,写的非常好,我对部分案例进行了验证,结果都符合书中描述。该书的润滑、加工助剂方面明显偏弱。
《聚氯乙烯手册》(查尔斯著),强烈建议反复观看该书全部内容,特别是润滑、加工助剂、增韧、老化等内容。此书写作中带有明显的加工经验痕迹,比如加工中助剂的分散和扩散、界面摩擦、助剂之间的作用力、破坏的主要吸能基团以及较多的实验室评价仪器和过程。而且很多观点是超前的,如对韧性的定义P163、润滑按作用力分三大类,内润滑延缓塑化P105、破坏承载结构是PVC分子链而非橡胶增韧剂P172。特别是P107硬钙的粘性液态结晶结构(该译本此处译文表达不清晰,本人特意买了几本无机材料基础的书,应该是玻璃化液态结构,非稳态,介于液固态之间,近程有序,远程无序),从结构的角度上分析材料在加工及制品中的性能,结构决定性能,非常正统。该书中很多试验过程描述,可以看出国外检测设备的先进性,如P170利用光弹性技术对缺口冲击进行直观的观察,弥补了快速冲击只能依据结果进行大概的过程复原,进而对整个冲击过程的应力应变区域描述。这本书给我启发,只要是手册,内容都是非常值得期待的。
《塑料工业手册—聚烯烃》这本书,可以使我们对低分子聚烯烃蜡有所了解,而烯端基的交联作用、乙烯类衍生物很多都具有较好的增韧效果。
《塑料工业手册—苯乙烯系树脂》,该书有助于增进对ACR、ASA等原材料理解。该书对材料的增韧改性,阐述非常清晰详细,弥补了《塑料工业手册聚氯乙烯》的不足。
《聚氯乙烯工艺技术》对通用悬浮法疏松型树脂的合成进行了详细的描写,可以完善对树脂加工的理解。我特别记住了PVC在VCM中较低的溶解度是其聚合工艺的基础,而聚合温度和时间与分子量有关,树脂颗粒大小形态与反应釜中液滴大小有关,疏松孔隙与表面活性剂有关。
钛白粉方面的专业书籍较少,合成主要看锦州钛业刘长河先生主编的《钛白粉生产及应用技术》,看半本书即可,另一半几乎是前面的复制。而钛白粉的光催化机理,建议看德译本《工业无机颜料》。
另外推荐《现代颜色技术原理及应用》一书,可以对型材颜色进行较好的理解。
建议看书前注意一下书本的书写出版年代,不同年代的认识、观点和见解有深刻的年代特性。比如PVC降解机理,早期书都重点介绍自由基机理,而最新PVC降解机理,吴茂英主编的《PVC热稳定剂及其应用技术》第2章,阐述是离子对机理。个人理解,随着计量化学检测精度的提高,可以对过程进行更加精密的测定,从而提出更加完美的机理。无论自由基还是离子对,都适用一条道理:简单的理论很好入门和理解,但是不够精确,而复杂的理论较难理解,却比较精确。不管何种作用机理,都是基于不同时期的现象、对材料及过程的分析和检测手段,从而做出的解释。因而保持持续的学习习惯是必须的。
学无止境,知识基础决定你未来发展的高度。型材加工需要熟知配方、各种高分子原材料性能及机理,甚至是材料和制品性能检测。同时尽可能的多涉猎其它方面材料知识,如硅酸盐和有机硅类,可能有触类旁通的效果。
物理和化学基础知识对于理解加工中的现象非常重要。化学反应机理涉及有机化学,后来发现无机化学是基础,然后普通化学是基础的基础。建议在网易公开课上学习台湾大学蔡蕴明老师的普通化学甲。只有了解材料加工的热力学理论,站在更高的角度看待问题,问题就清晰很多。材料加工涉及晶体结构、液体中相的扩散、固体表面界面能、富集等方面内容,需要补充无机材料科学基础、材料科学基础等知识。物理概念也非常重要,例如强度的本质是分子间作用,对于高分子材料的多层次结构而言,键能显然比分子链间的弱作用强很多,这样就好理解型材的性能具有很强的加工依赖性。比如强度通常是拉伸应力应变,而硬度则是受压应力应变,而蠕变指材料应力松驰等。
本文中涉及大量的应用案例,仅表示客户当时提供样品的使用检测数据进行分析,无任何带倾向性的评价,请不要对号入座。
本合集最早成型于2014年底,在2016年和2019年又进行了两次修订。
作者简介
98年毕业于太原理工大学-材料工程学院高分子材料加工成型机械专业,工科学士学位。同年在兵器工业总公司下属兴安化学材料厂PVC公司从事硬质聚氯乙烯低发泡板材的工艺技术工作。2000年起进入天津金鹏公司,后双分别于2006年在安徽型材公司、2008年西安型材公司、2011年天津蓟县型材公司,参与三个型材厂的建厂工作。2014年调回天津汉沽型材公司。主要从事配方工艺工作,在型材的配方、彩色共挤、白色共挤、原材料、设备等方面也有涉猎。
中国塑料加工工业协会专家委员会、异型材及门窗制品委员会专家,GB8814-2017的主要起草人。
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