一、混料的作(zuò)用(yòng)與原理(lǐ) 

U-PVC配方料的混配通常要經過熱混和冷混兩個階段，混合好的混配料叫做幹混料。所謂熱混，是指将混合物(wù)加熱到軟化溫度或軟化溫度以上所進行的摻混過程，而冷混即熱混料在冷混鍋中(zhōng)，通過葉片低速攪動，其散發的熱量通過冷混鍋夾套中(zhōng)冷卻水帶走，直至将原料降到設定溫度以下的過程。經過熱混冷混的幹混料，需靜置一段時間“熟化”後即可(kě)使用(yòng)。熱混和冷混作(zuò)用(yòng)有(yǒu)四個方面：一是使原料各組份在空間上均勻分(fēn)布，取得一定的均一性[2]，顯然這是各組分(fēn)充分(fēn)發揮作(zuò)用(yòng)的基礎；二是通過熱混，使PVC粒子有(yǒu)一個從原态到破碎微熔再到重新(xīn)凝結聚集的過程，使幹混料取得一定的預塑化效果，從混合狀态的描述法來說，即獲取一定的分(fēn)散程度[3]；三是使幹混料經過混料過程後，消 除太小(xiǎo)粒徑組份，使得幹混料整體(tǐ)的粒徑分(fēn)布相對較大而且集中(zhōng)，提高了幹混料的表觀密度和流動性，這不僅利于幹混料的穩定輸送，同時也可(kě)提高産(chǎn)量；第四是通過熱混，盡可(kě)能(néng)排除原料中(zhōng)的水份和低揮發組分(fēn)，消 除這些組份對産(chǎn)品質(zhì)量的影響。靜置幹混料的目的，是消除混料過程中(zhōng)産(chǎn)生的靜電(diàn)，并進一步提高幹混料的表觀密度和流動性。 

以常見異型材配方料為(wèi)例，其配方組成中(zhōng)PVC和CPE均屬大顆粒成分(fēn)(平均粒徑Dav為(wèi)150～200μm)，複合穩定劑以顆粒或片狀加入後會被破碎為(wèi)小(xiǎo)顆粒，但在混料條件下不至于小(xiǎo)到碳酸鈣和钛白粉的級别（10μm以下），加工(gōng)助劑ACR雖然粒徑也較小(xiǎo)，但配方中(zhōng)含量很(hěn)少，同時熔點低于熱混溫度，會在熱混中(zhōng)熔融，因此配方中(zhōng)真正要考慮的小(xiǎo)粒徑組份是碳酸鈣和钛白粉。如圖1是某一異型材配方各原料的粒徑分(fēn)布圖（圖中(zhōng)D10是指100份粉料中(zhōng)，有(yǒu)10%（體(tǐ)積比）的部分(fēn)，其粒徑所低于的粒徑值，以此類推。Dav是指平均粒徑）。從圖1可(kě)以很(hěn)明顯地說明配方料的粒徑可(kě)簡單分(fēn)為(wèi)兩個數量級，而小(xiǎo)粒徑組份正是希望通過熱混而加以消 除的。 

圖1中(zhōng)D10指累計10%的組份所低于的粒徑值，D25指累計25%的組份所低于的粒徑值，以此類推。Dav即平均粒徑。 熱混過程中(zhōng)的熱源通常是攪拌葉片高速剪切所産(chǎn)生的摩擦熱。分(fēn)析熱混過程中(zhōng)原料狀态的具(jù)體(tǐ)變化過程是：在高速攪拌機的作(zuò)用(yòng)下，占絕對比例的PVC大顆粒被高速剪切作(zuò)用(yòng)所破碎，PVC顆粒比表面積增加形成較強的靜電(diàn)吸附作(zuò)用(yòng)；另一方面，配方中(zhōng)低熔點的潤滑劑、加工(gōng)助劑等也會在溫度上升過程中(zhōng)逐漸熔化，粘附于PVC顆粒周圍，起着PVC與無機小(xiǎo)顆粒之間粘接劑的作(zuò)用(yòng)；再有(yǒu)，PVC顆粒在初期的破碎後，随着溫度上升而逐漸膨脹，當溫度超過其玻璃化溫度（Tg）87℃時，PVC顆粒從外到内逐漸軟化，并達到一定的預塑化程度，變軟甚至微熔的PVC顆粒也有(yǒu)利于小(xiǎo)粒徑無機顆粒的粘附，所有(yǒu)這些因素共同作(zuò)用(yòng)的結果就是：随着混料過程的進行，配方中(zhōng)的小(xiǎo)粒徑組份碳酸鈣和钛白粉顆粒将逐漸粘附并鑲嵌到PVC顆粒周圍，使得PVC顆粒的粒徑從破碎變小(xiǎo)又(yòu)逐漸增大，配方中(zhōng)大顆粒CPE的狀态變化類似PVC，使得配方中(zhōng)的小(xiǎo)粒徑組份逐漸消失，不同粒徑的共混體(tǐ)變成粒徑較大而均勻的粉體(tǐ)。如圖2中(zhōng)左圖是各種原料按配方稱量後用(yòng)小(xiǎo)勺簡單攪拌混合的結果，右圖是經正常熱、冷混後的幹混料。二者放大比例相同。 

利用(yòng)激光粒度分(fēn)析儀分(fēn)析不同混料溫度下混合料的粒徑分(fēn)布情況，結果如圖3。

圖3中(zhōng)a圖是所有(yǒu)原料未經過混合的情況，可(kě)以看到粒徑在10μm附近的顆粒比較多(duō)，這是配方中(zhōng)ACR、碳酸鈣與钛白粉組成的小(xiǎo)粒徑組份，随着混料效果的提高，小(xiǎo)顆粒逐漸附聚到大PVC顆粒周圍，小(xiǎo)粒徑組份的含量越來越少，到圖d時，10μm附近的顆粒比例已經幾乎消失；另一方面，在圖a中(zhōng)，粒徑在150μm附近的峰值很(hěn)高，檢測時出現的頻率達21%，這是PVC原始顆粒的粒徑未受到影響的情況，但到圖b，該峰值明顯降低，而其左測100μm左右低粒徑顆粒的比例明顯增加，說明PVC顆粒部分(fēn)被高速剪切力所破碎，随着混料效果的加強，小(xiǎo)粒子逐漸附聚到PVC顆粒周圍，PVC顆粒的粒徑又(yòu)逐漸加大，正如圖c和圖d所顯示的情況。圖3所反應的粉料粒徑變化的過程正好也說明了上述的混料原理(lǐ)[4]。

二、混料工(gōng)藝對混料效果的影響 

1 投料順序及其對混料效果的影響 

根據各種原料的作(zuò)用(yòng)和相互之間的協同效應，配方中(zhōng)各種原料的加入應該分(fēn)段加入。合理(lǐ)的投料順序是先在低速攪拌下加入PVC；高速攪拌啓動後溫度升到60℃時加入穩定劑與皂類穩定劑（對複合顆粒狀穩定劑适宜與PVC同時加入）；80℃度左右時，将加工(gōng)助劑、内潤滑劑、顔料以及抗沖改性劑加入（如果潤滑劑複合在穩定劑中(zhōng)則同穩定劑一同加入）；當溫度升到100℃左右時加入蠟類等外潤滑劑；110℃時，加入碳酸鈣與钛白粉等無機物(wù)。先加入PVC與穩定劑，可(kě)以充分(fēn)發揮穩定劑對PVC的穩定作(zuò)用(yòng)；内潤滑早加入利于原料的初步凝膠化作(zuò)用(yòng)；然後加入加工(gōng)助劑、抗沖改性劑等以利于其與PVC的混合；外滑劑稍後加入，是為(wèi)了避免外滑劑作(zuò)用(yòng)影響到原料之間的摩擦和分(fēn)散；碳酸鈣、钛白粉等無機粒子的加入，一方面避免了無機填料對潤滑劑的吸收，另一方面也減少這些較硬粒子對混料設備的磨損。這樣的加料順序将使整個混料更為(wèi)科(kē)學(xué)。但是，這樣的加料方式工(gōng)藝複雜，對設備與控制的要求更高，另外明顯延長(cháng)混料周期，使混料效率下降。所以，實際生産(chǎn)時，很(hěn)多(duō)廠家實行所有(yǒu)原料同時投入進行混料的工(gōng)藝。根據經驗，同時投料進行混合，隻要有(yǒu)合适的混料工(gōng)藝，其幹混料一樣能(néng)很(hěn)好地滿足生産(chǎn)需要。 

2 熱混與冷混溫度對混料效果的影響 

如上所述，熱混溫度需要高于PVC的玻璃化溫度。其具(jù)體(tǐ)設定值要根據熱混的目的是否達到來定。如果熱混溫度偏低，先是幹混料中(zhōng)小(xiǎo)粒徑組份仍有(yǒu)很(hěn)多(duō)（如圖3熱混溫度與粒徑分(fēn)布圖所示），幹混料易産(chǎn)生靜電(diàn)，不利于流動，甚至在管道輸送過程中(zhōng)容易出現原料分(fēn)層的現象，嚴重影響産(chǎn)品質(zhì)量；其次是幹混料的預塑化程度不夠，不利于後期生産(chǎn)取得較好的塑化水平，産(chǎn)品的材料性能(néng)受影響；第三是原料中(zhōng)的水份等揮發份沒除盡，使後期加工(gōng)中(zhōng)析出增加，産(chǎn)品易出現氣泡、甚至降解等現象，嚴重影響産(chǎn)品外觀和材料性能(néng)。如果熱混溫度設置太高，則幹混料預塑化程度過高，穩定劑在混料時即消耗太多(duō)，影響後期生産(chǎn)時的工(gōng)藝控制和産(chǎn)品的材料與外觀性能(néng)，甚至影響産(chǎn)品的耐候性。設定熱混溫度不僅要根據幹混料本身的狀态來定，還需要根據配方和後期擠出機的塑化能(néng)力來進行适當的調整。通常配方中(zhōng)小(xiǎo)粒徑組份比例較高，或者後期擠出機的塑化能(néng)力不夠，則熱混溫度應适當高一些。反之亦然。通常情況下，u-PVC異型材配方的熱混溫度設定在120℃左右。 冷混溫度的設定，根據經驗通常設定在40～45℃。冷混溫度過高，幹混料未充分(fēn)冷卻即被儲放，将使中(zhōng)間部位原料受過多(duō)餘熱影響，消耗過多(duō)穩定劑，幹混料甚至出現粉紅等降解現象。冷混溫度過低，不利于提高混料效率。

 3 投料量對混料量的影響 

混料時每一鍋的投料量通常以熱混鍋淨空間的55～75%為(wèi)宜。混料量太少，則熱混時摩擦熱産(chǎn)生不足，幹混料溫度上升緩慢，不僅延長(cháng)熱混時間，還可(kě)能(néng)消耗太多(duō)的穩定劑；混料量太多(duō)，則原料不容易混合均勻，水氣等不易排盡，也影響到幹混料質(zhì)量。

4 幹混料靜置時間對混料效果的影響

經過熱混和冷混的幹混料需靜置一段時間，一般要在儲料罐中(zhōng)至少靜置12小(xiǎo)時以上。如果幹混料靜置時間太短，擠出時容易發生型材發喘（平行雙螺杆反應尤甚）的情況，在*自重喂料的設備上易發生“架橋”現象。試驗表明，靜置24小(xiǎo)試後，混合料的表觀密度明顯增加（如表1）[5]。另外，如果能(néng)使用(yòng)大容量的儲料罐放置幹混料，在儲料罐中(zhōng)加入均化管，在通過自重取料時将對大批量的幹混料再進行一次均化作(zuò)用(yòng)，利于加工(gōng)與産(chǎn)品質(zhì)量的穩定。 

5 冷卻速度對幹混料的影響 除了上述條件對混料質(zhì)量的影響外，經驗表明，冷卻速率對幹混料的表觀密度影響也較大（如表2）。冷卻速率越快，産(chǎn)品的表觀密度越大，更利于高速擠出。冷混的冷卻水溫度通常控制在13℃～15℃。

三、混料效果的評價 

如前所述，混料有(yǒu)四個目的。表觀密度、流動性、揮發份是可(kě)以直接進行檢測的，除此之外，還可(kě)以通過幹混料白度、流變塑化性能(néng)、篩餘物(wù)、熱穩定時間和粒徑分(fēn)布來評判混料質(zhì)量。這八項指标都可(kě)以做到量化，但标準卻不是固定的。不同廠家可(kě)根據自己的實際情況，确定檢測的項目并确定适合自己的幹混料的标準指标，用(yòng)以分(fēn)析和控制混料過程的質(zhì)量和穩定性。下面分(fēn)别闡述如何通過這些指标進行幹混料分(fēn)析。

 1 表觀密度  

如前所述，熱混的目的之一是取得較高的幹混料表觀密度。具(jù)體(tǐ)測試方法可(kě)參照PVC表觀密度測試标準GB/T 20022-2005進行。在目前的技(jì )術水平下，好的異型材配方的填料量不超過10份，以鉛系配方為(wèi)例，未熱混配方料的表觀密度大約在0.55g/ml，經過熱混後可(kě)提高到0.62g/ml。幹混料表觀密度與熱混溫度之間并不是直線(xiàn)關系。當熱混溫度達到一定程度（小(xiǎo)粒徑組份基本消失）後，再提高熱混溫度，幹混料的表觀密度變化不明顯。僅觀察表觀密度是不夠的，要結合白度、篩餘物(wù)和流動性等指标進行分(fēn)析。另外填料比例很(hěn)高的配方，表觀密度會明顯高于正常配方的表觀密度。 

2 白度 

幹混料的白度可(kě)用(yòng)白度計檢測。它能(néng)反映配料的計量準确與否，更重要的是可(kě)反映原料的初步凝膠化程度。在投料準确的情況下，如白度低于正常值時，則反映熱混過頭了，原料的凝膠化作(zuò)用(yòng)過強，受熱時間過長(cháng)，需檢查熱混溫度的控制是否準确，如熱電(diàn)偶是否接觸不良導緻實際熱混溫度過高等等。反之，白度更高，可(kě)能(néng)熱混程度不夠。 

3 熱穩定時間  

熱穩定時間分(fēn)靜态和動态熱穩定時間。靜态熱穩定時間通常通過剛 果紅試驗測定（GB/T 2917.1 以氯乙烯均聚和共聚物(wù)為(wèi)主的共混物(wù)及制品在高溫時放出氯化氫和任何其它酸性産(chǎn)物(wù)的測定 剛 果紅法）。動态熱穩定時間可(kě)通過雙輥混煉壓片和轉矩流變試驗兩種方法進行分(fēn)析。在相同試驗條件下，雙輥混煉壓片的變色程度越深，說明動态熱穩定性越差，反之亦然。通過轉矩流變時間可(kě)直接在流變圖上讀出幹混料的降解時間。動态熱穩定性更能(néng)準确判定幹混料的熱穩定性。熱穩定時間出現異常，一方面可(kě)能(néng)是原料的加入計量不準，導緻熱穩定劑實際比例不足或過多(duō)；也可(kě)能(néng)是混料的溫度控制系統有(yǒu)問題。當熱混鍋裏原料的填充量不夠，或者攪拌葉片磨損嚴重時，溫度上升更為(wèi)緩慢，在以溫度控制熱混時間的情況下，其結果都使物(wù)料經受過長(cháng)時間的熱混，消耗過多(duō)的熱穩定劑，并導緻幹混料熱穩定時間縮短。

4 流動性 

幹混料的流動性俗稱幹流性。其方法是使用(yòng)标準漏鬥對标準體(tǐ)積的幹混料進行流動時間檢測。幹流性時間的長(cháng)短反映幹混料中(zhōng)小(xiǎo)粒徑組份的多(duō)少，良好的幹混料粒徑較大而均勻，很(hěn)容易流動，反映混料效果較好。分(fēn)析圖3中(zhōng)，四種混料工(gōng)藝下的混合料，粒徑分(fēn)布相差很(hěn)大。對這四種混合料進行相同條件的幹流性檢測，發現其流動時間相差也很(hěn)大，結果如表3。 幹混料的流動性，還受原料濕度的影響。因此需要先排除 濕度因素。另外，高填充量的配方，僅僅通過熱混工(gōng)藝的提高是不可(kě)能(néng)将幹混料中(zhōng)的小(xiǎo)粒徑組份消除的。由于存在大量的小(xiǎo)粒徑組分(fēn)，幹混料的流動性會受到嚴重影響，甚至導緻原料分(fēn)層，影響加工(gōng)與産(chǎn)品質(zhì)量。幹混料的流動性還可(kě)以通過檢測幹混料的靜止角來分(fēn)析。但這種方法不易量化，操作(zuò)相對更為(wèi)困難。

 5 揮發份含量 

揮發份檢測可(kě)按GB/T 2914 塑料氯乙烯樹脂和共聚樹脂 揮發物(wù)（包括水）的測定方法進行。揮發份含量超标，反映熱混時揮發份排除不良。一方面要控制原料的揮發份含量，縮短原料露天堆放的時間，另一方面要檢查熱混鍋的揮發份排空通道是否堵塞等等。 

6 流變性能(néng) 

流變試驗使用(yòng)轉矩流變儀，主要考察幹混料的加工(gōng)工(gōng)藝性能(néng)。在投料準确的情況下，待查幹混料的流變曲線(xiàn)與标準曲線(xiàn)相差太大時，說明幹混料的預凝膠化程度明顯變化，混料過程出現問題，需要進行設備檢查和工(gōng)藝糾正。流變試驗的結果相差太大，反映到擠出生産(chǎn)時，會出現較大的工(gōng)藝變化，要進行擠出工(gōng)藝的大幅調整才能(néng)正常生産(chǎn)，甚至于不能(néng)正常生産(chǎn)而導緻幹混料作(zuò)廢。如圖4中(zhōng)，樣品1和标準樣品的塑化曲線(xiàn)重複性較好，可(kě)認為(wèi)樣品1的配方計量和混料工(gōng)藝良好。而樣品2的塑化比标準要慢一些，可(kě)能(néng)在原料添加或混料環節出現問題，需找尋原因加以解決。在正常生産(chǎn)中(zhōng)利用(yòng)轉矩流變試驗控制和分(fēn)析幹混料時，通常控制塑化時間和塑化扭矩兩項指标。 

7 篩餘物(wù) 

篩餘物(wù)檢測使用(yòng)一大一小(xiǎo)兩種目數的振動篩，通過分(fēn)析幹混料中(zhōng)過小(xiǎo)粒徑和過大粒徑組分(fēn)的比例情況，來反映混料的效果。檢測方法可(kě)參照PVC篩餘物(wù)檢測方法進行（GB/T 2916或附錄B）。如果幹混料中(zhōng)小(xiǎo)粒徑組份含量太多(duō)，則反映混料程度不夠；而大顆粒含量超标，則可(kě)能(néng)實際的熱混過頭，也可(kě)能(néng)存在混料鍋排氣不良，鍋壁結垢，混料鍋排料不盡等等情況，使粘結成硬塊的過度熱混料落入鍋中(zhōng)，無法被充分(fēn)打碎。

 8 粒徑分(fēn)布 

如果說篩餘物(wù)是通過兩個标尺來判斷混料的程度，那麽粒徑分(fēn)布則是通過對幹混料粒徑的完全分(fēn)析來進行判斷的。如前所述，混合良好的幹混料，其粒徑分(fēn)布呈現一個高而窄的粒徑分(fēn)布峰（如圖3中(zhōng)的圖d）。出現雙峰分(fēn)布，或者分(fēn)布峰矮而寬，都說明幹混料的顆粒并不均勻，混料效果不好。根據檢測，混料效果良好的幹混料的平均粒徑Dav在160～190μm。 

通過上述八項指标的監控，不僅可(kě)以控制混料過程，甚至可(kě)以監控投料量是否準确，如果再加上灰份檢測和元素分(fēn)析，甚至就可(kě)以對投料、混料工(gōng)藝進行分(fēn)析與控制。 

四、結論 

1、u-PVC制品的生産(chǎn)需經過原料的熱混與冷混過程。通過混料，取得幹混料良好的均勻分(fēn)散程度，适當的表觀密度和流動性、以及适度的預塑化程度，并充分(fēn)排除原料中(zhōng)的水份和低揮發份。 2、u-PVC制品幹混料的制備效果主要受熱、冷混溫度，混料鍋投料量，冷混鍋冷卻速度和幹混料靜置時間的影響； 

3、評價混料效果的方法包括表觀密度、白度、熱穩定時間、幹流性、揮發份含量、篩餘物(wù)含量、轉矩流變試驗以及粒徑分(fēn)布等方面，通過這些項目分(fēn)析還可(kě)以判斷投料的準确性。