塑料异型材的原料准备与成本分析
2025-09-29
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【摘要】：主原料 塑料异型材使用的材料，主要是硬质聚氯乙烯和软质聚氯乙烯，其次是ABS、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸酯等。目前常用的冲击改性剂有ABS、MBS、CPE、EVA、ACR等。除水杨酰苯胺外都具有剧毒，使用时应注意尽量选用低毒或无毒塑料防霉剂。2）分析原材料的来源和生产成本来选择材料。在满足性能要求的前提下应选择成本最低的材料成型。由于窗、门框制品都是比较复杂的异型材，因此要求聚氯乙烯塑料具有适宜的流动温度和良好的成型加工性。
（1）主原料 塑料异型材使用的材料，主要是硬质聚氯乙烯和软质聚氯乙烯，其次是ABS、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸酯等。
聚氯乙烯的选择要根据制品的性能和使用要求来确定，最好选择疏松型、粒度均匀、相对分子量分布窄、杂质较少、热稳定性能高、流动性能好的悬浮法树脂。硬质聚氯乙烯制品主要选用SG-4、SG-5、SG-6型树脂，软质聚氯乙烯制品主要选用SG-2、SG-3型树脂。
（2）辅料
1）稳定剂。PVC树脂在高温加工中容易分解，在使用中光稳定性较差，会产生光氧化学分解。加入稳定剂可提高分解温度，使加工温度范围增宽，利于挤出机充分混炼塑化，且可使制品在使用的环境中更稳定，可改善耐候性，延长寿命。对不透明、无毒性要求的制品，稳定剂多采用热稳定性能好的盐基性铅盐，代表品种是三盐基性硫酸铅；户外制品可适当添加二盐基性亚磷酸铅，二者比例约为2∶1；透明制品可采用马来酸型有机锡，户内制品也可用含硫有机锡；半透明制品可采用钡、镉金属皂与有机锡并用。异型材用在建筑工程上使用较多，大多数用在户外，这时还应加入光稳定剂和抗氧剂。目前新开发的还有稀土类稳定剂，它比铅类稳定剂效率高，有优良的热和光稳定性及耐候性能，而且还能提高抗冲击强度，又有良好的增塑、增韧性能，可减少抗冲击改性剂的用量，再加上稀土稳定剂无毒价格低，因此被国内很多企业选用。
2）增塑剂。硬质聚氯乙烯塑料可不加增塑剂，软聚氯乙烯可选用邻苯二甲酸二辛酯。
3）改性剂。由于聚氯乙烯树脂塑化温度较高、黏度大、耐热性差、耐冲击性差，需用改性剂来弥补这些不足。改性剂有加工改性和冲击改性两种。加工改性剂是为改进加工性能，并且改善其物理性能而加入的高分子物质。改性后的聚氯乙烯制品的外观和表面粗糙度都大幅改善，同时也提高了受热时的延伸率和热撕裂强度，并且还可以加快物料的熔融，促进塑化，改善加工性。目前常用的加工改性剂（又名加工助剂）为丙烯酸酯类共聚物，加入量为1～5份（质量份）。另外，氯-醋共聚树脂、α-甲基苯乙烯低聚物也具有可促进塑化、降低熔体黏度、改善聚乙烯的流动性作用，也可作改性助剂使用。由于聚氯乙烯是脆性聚合物，冲击强度低，在紫外线光照射下易老化变脆；低温韧性差，随着温度的降低迅速变硬变脆，受冲击时极易脆裂。为了提高硬质聚氯乙烯制品的冲击性能，必须加入高聚物弹性体进行共混改性。目前常用的冲击改性剂有ABS、MBS、CPE、EVA、ACR等。ABS和MBS分子结构中含有双键，耐候性和耐老化性不好，不宜制作户外建筑物制品。CPE、EVA、ACR的分子结构中不含有双键，耐候性能好，适合作户外建筑物制品。用这些物料与聚氯乙烯共混，再加上合适的稳定剂和其他助剂，就能有效提高硬质聚氯乙烯的抗冲击性能，并能改进对光、热的稳定性，达到户外塑料窗用异型材的性能要求。
4）填充剂和着色剂。填充剂是以提高刚性和降低成本为目的，一般要求填料的细度小、含水量低。目前采用最多的是轻质碳酸钙、赤泥（铝厂废渣）、木粉等。硬质聚氯乙烯的填充剂的使用量为5～15份（质量份），超过15份后制品的力学性能会大幅降低。
着色剂是使塑料具有颜色和提高耐光性。着色剂用量很小，一般为0.01～2份（质量份）。户外用的聚氯乙烯塑料窗、门框异型材用白色的最佳，一般选用钛白粉作着色剂，同时也可作为光屏蔽剂。钛白粉（TiO2）有金红石型和锐钛矿型两种结构，塑料着色剂只能用金红石型这一种。因这种着色剂结构是一个立方体，钛原子和氧原子排列紧密、晶体结构稳定，因此密度大，折射率也较大，能有效地散射光线，光学稳定性强，适用户外使用。金红石型钛白粉是白色塑料窗、门框最理想的着色剂，并兼具屏蔽紫外线和反射红外线的作用，还能提高耐候性和耐热性。在我国光辐射较强、气温较高的地区，金红石型钛白粉的用量为6～8份（质量份），我国偏北的地方用量为4～6份（质量份）。目前，我国也采用喷涂的方法着色。聚氯乙烯塑料窗、门框涂料的颜色品种多、附和力强、耐候性好、施工方便，使用后还可使制品更加美观。
5）其他助剂。
①紫外线吸收剂。门、窗框塑料异型材长期暴露在阳光下，在紫外线的作用下会引起光降解使性能恶化。加入紫外线吸收剂后，能吸收阳光中的紫外线，延长塑料制品的使用寿命。紫外线吸收剂的用量一般为0.1～1份（质量份）。目前常用紫外线吸收剂为二苯甲酮类、苯并三唑类、三嗪类等。
②阻燃剂。用于制作建材和电气制品的聚氯乙烯都要求添加阻燃剂以达到不燃效果，防止火灾蔓延。硬质聚氯乙烯制品使用三氧化二锑阻燃效果较好，软质聚氯乙烯制品使用磷酸酯和氯化石蜡增塑剂效果较好。
③防霉剂。软质聚氯乙烯易受霉菌侵蚀，特别是在湿热的气候下更为明显，从而造成制品外观、色彩变化，还降低了力学性能和电绝缘性。防霉剂能控制微生物繁殖和再生，常用品种包括有机锡化合物、水杨酰苯胺、8羟基喹啉酮、有机汞等。除水杨酰苯胺外都具有剧毒，使用时应注意尽量选用低毒或无毒塑料防霉剂。
（3）配方设计时要考虑的几个因素
1）制品性能的要求。在配方设计前要深入、细致地了解产品的使用场合、生产条件、外部环境的差异等方面对制品性能的要求。
2）分析原材料的来源和生产成本来选择材料。在满足性能要求的前提下应选择成本最低的材料成型。
3）成型工艺。配方设计应适用成形工艺的特点，应根据原辅料成型温度、时间和物料受压、受热、受力等情况的不同来进行具体设计。设计的配方是否合适，应经过成型加工、产品性能测试和用户检验，只有全部通过才能认定为合格。
（4）配方设计要点
1）根据窗、门框等异型材在室内或室外使用的不同环境条件、色泽要求、尺寸大小，对物理性能要求也各不相同。
2）所考虑的物理性能指标并非独立变化，往往相互影响，互相制约，需要综合考虑。
（5）窗、门框用聚氯乙烯塑料的主要性能要求
1）良好的成型加工性。由于窗、门框制品都是比较复杂的异型材，因此要求聚氯乙烯塑料具有适宜的流动温度和良好的成型加工性。
2）具有足够的强度、刚性和耐冲击性。有时为了弥补强度的不足，可采用补强的方法，用镀锌铁板作成金属型材衬入PVC型材内腔来补强度。
3）要有耐热性、耐寒性、耐燃性。聚氯乙烯塑料作为窗、门框材料，应满足它的适用性（耐热、耐寒）和安全性（耐燃性）。同时对塑料门、窗框的色彩也有要求，一般用白色造粒，改变塑料性能后再挤出成型异型材制品。(https://www.chuimin.cn)
（6）配方设计实例
1）门、窗框用异型材原料配方（质量份）。
①PVC，100；CPE，6～8；3PbO，3.5；2PbO，1；E蜡，1；DOP，1；CaCO3，4；TiO2，4；HSt，0.2。
②PVC，100；CPE，3；ACR，2；EVA，2；环氧大豆油，1；亚磷酸酯，0.5；CaCO3，4；TiO2，4；Ba/Cd稳定剂，2.5。
③PVC，100；EVA，7；环氧脂肪酸脂，1.2；Ba/Cd稳定剂，3；亚磷酸酯，1；褐煤酯蜡，0.5；TiO2，4；抗紫外线剂，3；有机颜料，0.4。
④PVC，100；EVA，8；Ba/Cd稳定剂，3；3PbO，2；环氧大豆油，0.8；UV-531，0.01。
⑤PVC，100；3PbO，3；2PbO，1；PbSt，1；HSt，0.5；CaCO3，15；TiO2，1.5。
2）楼梯扶手塑料配方（质量份）。
PVC，100；CPE，10；3PbO，2；2PbO，1；PbSt，1；BaSt，1.2；HSt，0.5；CaCO3，20。
3）窗帘盒塑料配方（质量份）。
PVC，100；ABS，5～10；3PbO，2.5；PbSt，0.5～0.8；CaCO3，5～10；CaSt，0.5；HSt，0.4；着色剂，适量。
4）密封条塑料配方（质量份）。
PVC，100；DOP，55；DOS，12；环氧大豆油，2.5；Ba/Cd，2；CaCO3，6；HSt，0.5；着色剂，适量。
5）百叶窗帘塑料配方（质量份）。
PVC，100；3PbO，3；2PbO，1.5；PbSt，1，CaSt，0.5；低分子PE，0.5；超细CaCO3，7。
6）家具型材（质量份）。
聚氯乙烯，100；三盐基性硫酸铅，4；二盐基性亚磷酸，2；硬脂酸钡，1.3；硬脂酸，0.8；石蜡，2；碳酸钙，30～50。
7）低发泡异型材（质量份）。
聚氯乙烯，100；三盐基性硫酸铅，4；丙烯酸树脂，5；硬脂酸钙，1.5；硬脂酸，0.6；石蜡，0.5；偶氮二甲酰胺，0.5；碳酸钙，5。
（7）原料助剂混合与造粒 混合是造粒前的工序，对于易吸湿的原材料，必须在混合前进行干燥，如盐基性铅盐。有些原材料有结块、杂质，必要时应粉碎、过筛（一般筛网为60～80目）。混合时为使树脂与助剂充分分散、混合均匀，有些助剂要在混合的后期（一半时间后）再加入，这样的材料包括填充料、抗冲改性剂、润滑剂等。料混合可在高速混合机或捏合机中进行。高速混合机转速有475～950r/min几种。物料在机内高速摩擦生热至80～98℃时，即可排料降温，全过程为7～12min。捏合机在低速工作时，需向物料补充热量至95～98℃，全过程需40～50min。
单螺杆挤出机生产异型材必须先经过造粒再成型，而双螺杆挤出机可直接用混合好或捏合好的粉料生产异型材。造粒可用单螺杆或双螺杆挤出机，单螺杆造粒排料温度为170℃，双螺杆造粒机可比单螺杆低10～15℃，双辊炼塑机辊温为160～180℃。评定造粒质量好坏的方法，是将颗粒在室温下浸泡在丙酮溶液中2h，若溶胀小于40%～50%，则造粒塑化良好。
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