CN115056452A - 一种耐热pvc石塑型材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐热PVC石塑型材的制备方法，包括以下步骤：将包括PVC树脂、填料、稳定剂、光交联改性剂、润滑剂和抗冲改性剂在内的物料进行搅拌混合，得到混合原料；将混合原料挤出形成型材前体；型材前体经冷却定型后得到基础型材；对基础型材进行紫外辐照处理，即得到耐热PVC石塑型材。本发明通过先挤出后辐照交联的方式制得的耐热PVC石塑型材，利用交联PVC树脂的物理特性使型材的硬度、拉伸强度和耐热性能得到提高，拓宽了产品的使用领域，同时不影响挤出过程中物料的流动性和加工性能，使产品的精度和材质均匀度得到保证，并且由表层向内PVC树脂的交联度逐渐降低，使内部芯层保留PVC树脂的韧性，提高型材的弹性复原能力。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体地涉及一种耐热PVC石塑型材的制备方法。
背景技术
PVC石塑是一种以碳酸钙等粉体作为填充材料、以PVC作为粘合材料制造而成的复合材料，其具有可加工性好、防火阻燃、防水、防潮、抗菌等优点。一般而言，PVC石塑通常可应用于板材、型材领域，一定程度上可以替代现有的木质建材、金属建材等。
然而PVC石塑中作为粘合材料的PVC树脂材料随温度的体积变化率较大，而PVC石塑中作为填充材料的粉体与PVC树脂相比随温度的体积变化率较小，导致了PVC石塑产品在受热时容易因为不同材料的体积变化率不同而产生内应力，最终导致产品出现变形、开裂等现象。
专利申请号为CN202010643411.8的专利文件提供了一种耐热高强度石塑地板的制备方法，该方法利用交联改性聚氯乙烯树脂与石粉制备成中间层板，通过交联改性可以使聚氯乙烯分子链产生适当的部分交联，最终使聚氯乙烯与大理石粉的热收缩比差值减少，耐热性提高。该专利的技术方案是首先利用交联剂对PVC进行改性处理，再将PVC与填料及其他添加剂混合来生产石塑地板，其原理是交联改性的PVC随温度的体积变化率更小，从而减小其与填料之间的体积变化率差异，然而改性后的PVC由于分子链之间产生交联，其加工性能下降，在挤出成型过程中容易导致物料分散不均匀，使得产品的物理强度降低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种加热尺寸变化率较小且结构强度稳定的耐热PVC石塑型材的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术手段：
一种耐热PVC石塑型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将包括PVC树脂、填料、稳定剂、光交联改性剂、润滑剂和抗冲改性剂在内的物料进行搅拌混合，得到混合原料；
S2、将混合原料加入至主挤出机料筒中，通过主挤出机将第一混合原料熔融并挤出至模具的主流道中，形成型材前体；
S3、型材前体经冷却定型后从模具中导出，得到基础型材；
S4、对基础型材进行紫外辐照处理，即得到耐热PVC石塑型材。
PVC树脂与交联改性PVC树脂的区别在于，PVC树脂的高分子链没有支链结构，因此其流动性、加工性更好，但固化后的力学性能和热稳定性相对差，而交联改性PVC树脂的高分子链之间通过侧链基团形成网状结构，因此其流动性较差，熔融温度较高，但冷却固化后的耐热性以及力学性能较佳。型材是具有一定强度和韧性的材料通过轧制、挤出、铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。这类材料具有的外观尺寸一定，断面呈一定形状，具有一定的力学物理性能。因此型材的制造过程中，对材料的可加工性要求较高，尤其是生产精度较高或具有复杂截面形状的型材。直接将交联改性PVC树脂作为原料与填料混合来制备型材时，由于交联改性PVC树脂熔点较高，因此需要更高的熔融温度，与填料进行混合时也更难使填料分散均匀，生产过程中往往存在一定的阻碍。而直接将PVC材料作为原料与填料混合来制备型材时，虽然加工过程更加容易，但PVC材料与填料的尺寸变化率差异较大，受热时容易导致产品变形，且力学性能相较交联改性PVC树脂产品较差，限制了其使用范围。
为了解决上述问题，同时利用PVC材料易于加工的特性以及交联改性PVC树脂更加优异的力学性能以及耐热性能，本发明提出了上述方案，即先以PVC树脂作为生产原料，并在其中添加光交联改性剂，制得基础型材后，再通过紫外光处理来使PVC树脂发生部分交联，从而得到耐热PVC石塑型材。由于本发明在挤出加工过程中不发生交联，因此挤出成型的过程中PVC树脂具有较好的流动性，能与填料及其他添加剂更好地混合，使制得的基础型材质地更加均匀。
此外，辐照交联是通过紫外光引发交联反应，因此产品在进行紫外光处理时，交联的发生是由表层逐渐向内部深入的，即在短时间的紫外光处理下，型材由表及里交联程度逐渐降低。PVC树脂在进行交联后其硬度、拉伸强度等等会提高，但也会显脆性，因此采用现有技术中以交联改性PVC树脂作为原料的方法制备的型材整体韧性降低，受力后弹性复原的能力降低，更容易断裂，而本发明采用的方法可以使产品的表层交联度较高，赋予产品表面更强的力学性能，而内部的交联度较低，保留产品的韧性，使其受力后容易复原。
进一步地，所述的抗冲改性剂包括ACR树脂和CPE树脂。
进一步地，步骤S5中，紫外辐照处理的辐照强度为170~190mw/cm2，辐照时间为5~8s。
进一步地，所述的混合原料中各组分质量配比为：PVC90~110份、无机填料180~210份、光交联改性剂5~20份、润滑剂3~5份、抗冲改性剂7~10份。
进一步地，所述的光交联改性剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
进一步地，S1中搅拌混合过程包括以下步骤：先将包括PVC树脂、填料、稳定剂、光交联改性剂、润滑剂和抗冲改性剂在内的物料加入到热混罐中，高速搅拌直至温度到达120~130℃，随后再将物料转移至冷混罐中，搅拌至温度降低到50℃以下，即得到混合原料。
本发明的目的还包括提供另一种耐热PVC石塑型材的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将包括PVC树脂、填料、稳定剂、润滑剂和抗冲改性剂在内的第一原料搅拌混合，得到第一混合原料；
S2、将包括PVC树脂、光交联改性剂、填料、稳定剂、润滑剂、抗冲改性剂在内的第二原料搅拌混合，得到第二混合原料；
S3、将第一混合原料加入至主挤出机料筒中，通过主挤出机将第一混合原料熔融并挤出至模具的主流道中，形成芯层前体；随后将第二混合原料加入至辅挤出机中，通过辅挤出机将第二混合原料熔融并挤出至模具的中间段流道中，使熔融态的第二混合原料包覆在芯层前体外周，形成包覆层前体；
S4、芯层前体和包覆层前体经冷却定型后从模具中导出，得到基础型材；
S5、对基础型材进行紫外辐照处理，即得到耐热PVC石塑型材。
进一步地，所述的第一混合原料中各组分质量配比为：PVC90~110份、无机填料180~210份、润滑剂3~5份、抗冲改性剂7~10份；所述的第二混合原料中各组分质量配比为：PVC90~110份、无机填料170~190份、光交联改性剂10~20份、润滑剂3~5份、抗冲改性剂7~10份。
进一步地，所述的包覆层厚度为1~4mm。
如前文所述，辐照交联是利用紫外光来引发交联反应，而辐照交联中紫外光的穿透能力通常不超过5mm，因此当型材厚度小于5mm时，可能会导致产品的整体材质均因为交联化而韧性下降，更容易断裂，因此本发明提供了另一种型材及其生产方法，该型材包括内部芯层和外部表层，内部芯层中不添加光交联改性剂，而外部表层中添加有光交联改性剂，因此在辐照交联的过程中仅外部表层交联化，形成硬质结构，而内部芯层则保留韧性。此外，因为上述方案是通过共挤的方式形成内部芯层和外部表层，内部芯层与外部表层的交界处会形成一定的融合，两者因为融合区域的存在不会发生脱层现象，而融合区域由于稀释效应光交联改性剂的含量较低，融合区域中PVC树脂的交联度介于内部芯层与外部表层之间，可以起到过渡缓冲作用。
综上所述，应用本发明方案可以取得以下有益效果：
1、本发明通过先挤出后辐照交联的方式制得的耐热PVC石塑型材，利用交联PVC树脂的物理特性使型材的硬度、拉伸强度和耐热性能得到提高，拓宽了产品的使用领域，同时不影响挤出过程中物料的流动性和加工性能，使产品的精度和材质均匀度得到保证。
2、本发明制得的型材外部表层PVC树脂交联度较高，可以提高产品的力学强度以及耐热性能，由表层向内PVC树脂的交联度逐渐降低，使内部芯层不发生交联或仅发生少量交联以保留PVC树脂的韧性，提高型材的弹性复原能力，避免因为交联PVC树脂的脆性问题导致产品容易断裂。
3、本发明可以制得不含交联改性剂的芯材以及包覆与芯材外周的含交联改性剂的包覆层，在进行紫外辐照处理后，芯层能够保留韧性，使型材不易断裂，而包覆层因为PVC形成部分交联而则具有耐磨、耐热等特性，适用于生产厚度小于5mm的型材。
具体实施方式
下面通过实施例来对本发明的优选实施方式进一步说明。
实施例1
一种耐热PVC石塑型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将50kgPVC、50kgPVC回料、200kg碳酸钙、4kg ACR、6kg稳定剂、4kg CPE、2kg PE蜡、2kg硬脂酸、5kg三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入到热混罐中，高速搅拌，直至搅拌温度达到120℃，然后将混合物转移到冷混罐中，继续搅拌至温度至50℃以下，即得到混合原料。
S2、将混合原料加入至挤出机料筒中，通过挤出机将混合原料熔融并挤出至模具的流道中，挤出温度控制在180℃~190℃，使混合原料在模具的流道中形成型材前体；
S3、型材前体经冷却定型后从模具中导出，得到基础型材；
S4、对基础型材进行紫外辐照处理，辐照强度180mw/cm2，辐照时间为8s，即得到耐热PVC石塑型材。
实施例2
S1、将50kgPVC、50kgPVC回料、200kg碳酸钙、4kg ACR、6kg稳定剂、4kg CPE、2kg PE蜡、2kg硬脂酸、10kg三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入到热混罐中，高速搅拌，直至搅拌温度达到120℃，然后将混合物转移到冷混罐中，继续搅拌至温度至50℃以下，即得到混合原料。
S2、将混合原料加入至挤出机料筒中，通过挤出机将混合原料熔融并挤出至模具的流道中，挤出温度控制在180℃~190℃，使混合原料在模具的流道中形成型材前体；
S3、型材前体经冷却定型后从模具中导出，得到基础型材；
S4、对基础型材进行紫外辐照处理，辐照强度180mw/cm2，辐照时间为8s，即得到耐热PVC石塑型材。
实施例3
S1、将50kgPVC、50kgPVC回料、200kg碳酸钙、4kg ACR、6kg稳定剂、4kg CPE、2kg PE蜡、2kg硬脂酸加入到热混罐中，高速搅拌，直至搅拌温度达到120℃，然后将混合物转移到冷混罐中，继续搅拌至温度至50℃以下，即得到第一混合原料；
将50kgPVC、90kg碳酸钙、5kg三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、1kg硬脂酸、1kg PE蜡、2kg CPE、2kg ACR加入到热混罐中，高速搅拌，直至搅拌温度达到120℃，然后将混合物转移到冷混罐中，继续搅拌至温度至50℃以下，即得到第二混合原料；
S2、将第一混合原料加入至主挤出机料筒中，通过主挤出机将第一混合原料熔融并挤出至模具的主流道中，挤出温度控制在180℃~190℃，使混合原料在模具的流道中形成芯层前体；同时将第二混合原料接入至副挤出机料筒中，通过副挤出机将第二混合原料熔融并挤出至模具的中间段流道中，挤出温度控制在180℃~190℃，使第二混合原料的熔融体通过中间段流道包覆至芯层前体的外周形成包覆层前体，得到双层结构的型材前体；
S3、型材前体经冷却定型后从模具中导出，得到基础型材；
S4、对基础型材进行紫外辐照处理，辐照强度180mw/cm2，辐照时间为6s，即得到耐热PVC石塑型材。
对比例1
与实施例1基本相同，区别在于基础型材不进行紫外辐照处理，直接作为最终成品。
对比例2
与实施例2基本相同，区别在于基础型材不进行紫外辐照处理，直接作为最终成品。
性能检测：
1、通过万能材料试验机对型材的拉伸强度和冲击强度进行检测；
2、对板材加热至80℃后的长度方向尺寸变化率以及宽度方向尺寸变化率进行检测。
上述实施例及对比例中制得的型材规格均为长1000mm，宽600mm，厚度10mm；实施例3及对比例2中包覆层的厚度为2mm。检测结果如表1所示。
通过表1中的数据可以看出，在进行紫外辐照处理后，型材的拉伸强度相较于紫外辐照处理前有明显地提高，且尺寸变化率降低，这是因为PVC部分交联后形成了硬质结构，使得板材不易发生变形。从冲击强度测试结果来看，在进行紫外辐照处理后板材的冲击强度有所下降，这是因为PVC部分交联后韧性降低，但是从对比例2和实施例3来看，采用芯层和包覆层双层结构的产品在辐照交联后冲击强度变化幅度较小，因此可以证明采用双层结构的产品及时进行辐照交联处理依然能保持较好的韧性，不易断裂。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种耐热PVC石塑型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将包括PVC树脂、填料、稳定剂、光交联改性剂、润滑剂和抗冲改性剂在内的物料进行搅拌混合，得到混合原料；
S2、将混合原料加入至主挤出机料筒中，通过主挤出机将混合原料熔融并挤出至模具的主流道中，形成型材前体；
S3、型材前体经冷却定型后从模具中导出，得到基础型材；
S4、对基础型材进行紫外辐照处理，即得到耐热PVC石塑型材。
2.根据权利要求1所述的一种耐热PVC石塑型材的制备方法，其特征在于：所述的抗冲改性剂包括ACR树脂和CPE树脂。
3.根据权利要求1所述的一种耐热PVC石塑型材的制备方法，其特征在于：步骤S5中，紫外辐照处理的辐照强度为170~190mw/cm2，辐照时间为5~8s。
4.根据权利要求1所述的一种耐热PVC石塑型材的制备方法，其特征在于：所述的混合原料中各组分质量配比为：PVC90~110份、无机填料180~210份、光交联改性剂5~20份、润滑剂3~5份、抗冲改性剂7~10份。
5.根据权利要求1所述的一种耐热PVC石塑型材的制备方法，其特征在于：所述的光交联改性剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种耐热PVC石塑型材的制备方法，其特征在于：S1中搅拌混合过程包括以下步骤：先将包括PVC树脂、填料、稳定剂、光交联改性剂、润滑剂和抗冲改性剂在内的物料加入到热混罐中，高速搅拌直至温度到达120~130℃，随后再将物料转移至冷混罐中，搅拌至温度降低到50℃以下，即得到混合原料。
7.一种耐热PVC石塑型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将包括PVC树脂、填料、稳定剂、润滑剂和抗冲改性剂在内的第一原料搅拌混合，得到第一混合原料；
S2、将包括PVC树脂、光交联改性剂、填料、稳定剂、润滑剂、抗冲改性剂在内的第二原料搅拌混合，得到第二混合原料；
S3、将第一混合原料加入至主挤出机料筒中，通过主挤出机将第一混合原料熔融并挤出至模具的主流道中，形成芯层前体；随后将第二混合原料加入至辅挤出机中，通过辅挤出机将第二混合原料熔融并挤出至模具的中间段流道中，使熔融态的第二混合原料包覆在芯层前体外周，形成包覆层前体；
S4、芯材前体和包覆层前体经冷却定型后从模具中导出，得到基础型材；
S5、对基础型材进行紫外辐照处理，即得到耐热PVC石塑型材。
8.根据权利要求7所述一种耐热PVC石塑型材的制备方法，其特征在于：所述的第一混合原料中各组分质量配比为：PVC90~110份、无机填料180~210份、润滑剂3~5份、抗冲改性剂7~10份；所述的第二混合原料中各组分质量配比为：PVC90~110份、无机填料170~190份、光交联改性剂10~20份、润滑剂3~5份、抗冲改性剂7~10份。
9.根据权利要求7所述的一种耐热PVC石塑型材的制备方法，其特征在于：所述的包覆层厚度为1~4mm。
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