ХПВХ содержит от 63 до 69 процентов хлора по массе, тогда как ПВХ содержит примерно 57 процентов. Этот дополнительный хлор повышает температуру стеклования примерно на 30 °C и расширяет диапазон плавления за пределы точки, где ПВХ начинает выделять хлористый водород. Ответ определяют именно эти два показателя, а не химическое семейство.
Специалист по обработке виниловых пластинок, работающий с обоими типами смол, по умолчанию предполагает, что они смешиваются в сухом виде как два разных сорта смолы с одинаковым значением K. Это не так.
Гораздо чаще задают вопрос о склеивании готовой ПВХ-трубы с трубой из ХПВХ — это проблема, связанная с клеевыми растворителями, и по этому поводу написана другая статья. Эта статья посвящена смолам, используемым на производственной линии: можно ли использовать один и тот же цилиндр, каландр или соэкструзионную фильеру.
Можно ли смешивать ПВХ и ХПВХ смолы на одной производственной линии?
Смешивание или совместная переработка ПВХ и ХПВХ на стандартной линии нецелесообразны, поскольку эти две смолы несмешиваемы, и их безопасные диапазоны плавления практически не перекрываются. Они разделяются фазами, а не образуют однородный расплав, поэтому сухая смесь или смесь, полученная с помощью одношнекового смесителя, дает неоднородную массу со слабой межфазной адгезией, а не сплав.
Патентная документация ясно это подтверждает. Для получения смесей этих двух веществ методом прямого плавления необходимы дополнительные компатибилизаторы и модификаторы текучести. Обе смолы будут смешиваться с третьим полимером, таким как поликапролактон, раньше, чем друг с другом.
Патенты существуют именно потому, что пара оснований не смешивается сама по себе. Если бы случайная совместная обработка работала, никто бы не подавал заявку на регистрацию химического метода, который заставляет это происходить.
Существует один узкий физический случай, когда эти два материала сосуществуют: при соединении готовых деталей из ПВХ и ХПВХ в процессе эксплуатации они должны использоваться только в условиях отсутствия давления. Это предостережение касается полевой сборки, а не разрешения на смешивание смол.
Чем отличаются ПВХ и ХПВХ в основе конструкции?
ПВХ и ХПВХ изначально представляют собой один и тот же полимер. ХПВХ — это ПВХ после дополнительного хлорирования, в результате которого содержание хлора повышается примерно с 57 процентов до 63–69 процентов, что является коммерчески важным показателем, а для сверхвысокотемпературных марок — до 70–72 процентов. Разница заключается в том, где именно в цепи находится дополнительный хлор.
В ПВХ атом хлора занимает примерно 25 процентов мест связывания в основной цепи. После хлорирования это число увеличивается примерно до 40 процентов в ХПВХ, при этом атомы хлора присоединяются к атомам углерода, которые были свободны в исходной смоле.
Более плотная и объёмная замещенная структура объясняет более высокую термостойкость: большее количество хлора делает цепь более жёсткой и препятствует тепловому движению. Именно поэтому температура воспламенения ХПВХ составляет около 482 °C по сравнению с 399 °C для ПВХ.
В данном случае по-прежнему важны собственные характеристики исходной смолы. Молекулярная масса и значение K определяют базовые механические и технологические свойства, на которых основывается после хлорирования, поэтому выбор марки смолы, соответствующей технологическому процессу, является первоочередной задачей. Различные марки ПВХ-смолы Гелеобразование и течение происходят с разной скоростью еще до начала хлорирования.
Почему одно окно плавления не позволяет обрабатывать обе смолы
Одного температурного диапазона плавления недостаточно для слияния обеих смол, поскольку разница в температуре стеклования около 30 °C означает, что температура, при которой ПВХ застывает, приводит к недостаточному плавлению ХПВХ, в то время как температура, при которой ХПВХ полностью плавится, уже приводит к деградации ПВХ. Температура стеклования ПВХ находится около 80 °C; для ХПВХ при 67% содержании хлора она достигает 105–115 °C.
Этот разрыв напрямую влияет на температуру обработки. Для обработки ПВХ требуется температура от 170 до 200 °C. Для ХПВХ — примерно от 180 до 210 °C, при этом вязкость расплава выше, а допустимый предел температуры значительно уже.
Перекрытие незначительно, и потолок термической стабильности его скрывает. Дегидрохлорирование ХПВХ начинается примерно при 160 °C, а выделение хлористого водорода происходит со скоростью примерно 0.01–0.05 весовых процентов в минуту при 200 °C для нестабилизированной смолы.
При температуре выше 210 °C реакция становится автокаталитической — выделяющийся HCl ускоряет дальнейшее дегидрохлорирование, а образование полиенов приводит к изменению цвета расплава с желтого на коричневый.
Таким образом, температура, которую необходимо повысить для правильного гелеобразования ХПВХ, — это температура, которая запускает автокаталитическое разложение ПВХ. Нет заданной температуры, которая бы обеспечивала и то, и другое, что является механической причиной того, что смесь выходит из строя еще до того, как вопрос о несмешиваемости вообще будет рассмотрен.
Когда следует переходить на CPVC вместо смешивания.
Для большинства производителей решающим фактором является замена, а не смешивание: нужно подобрать смолу, соответствующую рабочей температуре и воздействию химических веществ, а не пытаться комбинировать две. ПВХ выдерживает температуру до 60 °C (140 °F); ХПВХ – до 93 °C (200 °F), и показатели давления различаются столь же резко.
Разница в номинальном давлении — это число, определяющее номинальное давление. При температуре 130 °F (54 °C) номинальный ток для трубопровода диаметром 10 дюймов (по стандарту Schedule 80) снижается до коэффициента 0.31 для ПВХ и до 0.57 для ХПВХ — почти вдвое больше, чем допустимое остаточное давление в условиях высоких температур.
Таким образом, если деталь подвергается воздействию горячей воды, повышенной температуры процесса или агрессивных химических веществ, решение заключается не в том, как добавить в нее ХПВХ. Задача выполняется путем приготовления всей детали на основе смолы ХПВХ, а ПВХ используется для работы при комнатной температуре, для чего он и так хорошо себя зарекомендовал.
При температуре ниже примерно 140 °F (60 °C) и отсутствии факторов химической стойкости ПВХ остается более дешевым и простым в обработке полимером — нет причин переходить на более хлорсодержащие марки. Решение принимается в зависимости от условий эксплуатации, и выбор зависит от типа полимера.
Что это значит на кону?
Рассматривайте ПВХ и ХПВХ как две отдельные системы смол, каждая со своим диапазоном плавления, пакетом стабилизаторов и конфигурацией шнека. Никогда не используйте их как два отдельных сорта, которые можно подавать раздельно или смешивать для достижения промежуточных свойств.
Разница температур стеклования около 30 °C и автокаталитический потолок HCl выше 210 °C исключают возможность использования общей заданной температуры. Несмешиваемость исключает вариант гомогенного расплава, даже если бы такой вариант существовал.
Ошибка заключается в предположении, что «оба являются хлорированными винилами», что подразумевает «оба работают на одной линии». Химическое семейство — это неправильная концепция; определяющими факторами являются содержание хлора, разница температур стеклования и запас термической стабильности. Выберите смолу, соответствующую условиям эксплуатации, и работайте с ней на отдельном окне.