Работоспособный пластизоль начинается с процесса, а не с рецептуры. Два широко опубликованных диапазона начальной вязкости для одной и той же пасты ПВХ различаются примерно в три раза: один находится в диапазоне от 1,000 до 5,000 сП, другой — от 2,000 до 15,000 сП при 25°C. Каждый из них был настроен для своего диапазона.
Состав практически не меняется — смола, пластификатор, наполнитель, термостабилизатор, вторичный пластификатор. Меняются лишь цифры, а цифры определяются тем, как паста должна течь на вашем оборудовании.
Поэтому начинайте с обратного. Определите целевые значения вязкости и реологии, необходимые для вашего процесса, а затем выберите марку смолы, содержание пластификатора и уровень наполнителя, чтобы достичь этих параметров — независимо от того, используете ли вы метод погружения, нанесения покрытия или ротационного формования.
Шаг 1: Подберите смолу и пластификатор в соответствии с целевыми параметрами вашего технологического процесса.
Сначала назовите свой технологический процесс, поскольку это определяет диапазон вязкости до того, как вы взвесите хотя бы один ингредиент. В каждом процессе паста обрабатывается в различном режиме сдвига, и целевое значение должно соответствовать этому режиму.
| Разработка | режим сдвига | желаемая вязкость |
|---|---|---|
| Нанесение покрытия (ножом, валиком) | Высокий сдвиг | Низкий уровень — потоки и уровни под лопастью |
| Покрытие погружением | Низкое сдвиговое напряжение при извлечении | Умеренная жесткость — прилипает и формирует пленку. |
| Rotomolding | Низкий сдвиг, вращательный | Промежуточный режим — распределяет жидкость, не сливая её. |
Разделение на две скорости сдвига — это не выдумка. В промышленности каждая паста характеризуется при двух скоростях сдвига, поскольку технологические процессы протекают в разных режимах.
Измерения методом Брукфилда при малом сдвиге (ASTM D1824) отслеживают процессы заливки, литья, формования и погружения. Измерения методом Северса при высоком сдвиге (ASTM D1823) отслеживают процессы смешивания, перекачивания и нанесения покрытия ножом или валиком в соответствии с областью применения стандартов.
Определив цель, выберите смолу. Получение текучего пластизоля возможно только с использованием дисперсионной смолы пастообразного класса (E-PVC) , мелкие частицы которой остаются взвешенными в пластификаторе, а не растворяются. Высокомолекулярная дисперсионная смола класса K-80 обеспечивает низкую, стабильную пастообразную вязкость, подходящую для покрытий и пленок.
В техническом описании скрывается одна ловушка. Вязкость пасты, указанная в техническом описании смолы (например, 4,000 сП на приборе Brookfield при 2 об/мин), измеряется для фиксированной эталонной пасты, обычно 60 частей на 100 частей смолы (phr) DOP, выдержанной в течение двух часов без аэрации. Это число позволяет ранжировать марки смолы относительно друг друга; это не рабочая вязкость вашей рецептуры.
Затем выберите тип пластификатора и его концентрацию. В одном источнике указаны диапазоны от 40 до 100 частей пластификатора на 100 частей смолы, а для самых мягких паст — до 200 частей на 100 частей смолы.
Нанесение покрытия должно соответствовать как твердости, так и допустимой вязкости вашего технологического процесса. Для покрытия, которое должно быть тонким, следует отдавать предпочтение более низким значениям и использовать разбавитель или депрессант для снижения вязкости, а не дополнительный пластификатор.
Выбор пластификатора влияет на прочность сплавления, а не только на гибкость, поэтому выбирайте сорт, учитывая оба параметра.
Шаг 2: Регулировка вязкости пластизоля с помощью наполнителей и модификаторов.
Регулировка вязкости осуществляется с помощью двух независимых рычагов: наполнителя и модификаторов реологии. Низкоскоростной и высокоскоростной режимы работы следует раздельно применять, поскольку они не движутся одновременно.
- наполнитель (Карбонат кальция) придает материалу плотность и снижает стоимость, но нелинейно повышает вязкость — наиболее резко при низком сдвиге.
- депрессант При концентрации от 2 до 4 частей на 100 частей смолы паста становится более жидкой по всей кривой.
- Белая сажа Утолщается по всей кривой, обеспечивая одновременно защиту от провисания и оседания.
- Гель сульфоната кальция Утолщается только в области низких скоростей сдвига.
Последний модификатор заслуживает особого внимания. Паста для нанесения покрытия должна плотно прилегать к ножу, не стекая, и при этом чисто растекаться под лезвием — высокая вязкость при низком сдвиге, низкая вязкость при высоком сдвиге. Гель на основе сульфоната кальция обеспечивает защиту от стекания, не требуя дополнительных затрат на этапе нанесения.
Наполнитель и пластификатор должны действовать как пара, никогда не застывая независимо друг от друга. В типичном лабораторном каркасе используется примерно 33 части карбоната кальция на 100 частей каучука и 57 частей пластификатора на 100 частей каучука.
Если значительно превысить обычно упоминаемый предел содержания наполнителя около 60 частей на 100 частей смолы, то гибкость и технологичность будут принесены в жертву стоимости. Каждая часть наполнителя на 100 частей смолы – это часть вязкости, а зачастую и качества сплавления, которую вы должны компенсировать где-то еще.
В данном случае помогает вторичный пластификатор, такой как эпоксидированное соевое масло в количестве от 5 до 15 частей на 100 частей смолы, который также выполняет функцию состабилизатора.
Следите за температурой в печи при любом регулировании вязкости. Данные патентных испытаний наглядно демонстрируют компромисс.
Традиционные пластификаторы, снижающие вязкость, увеличили время плавления примерно с 19 минут до 21.5, в то время как смесь дибутилтерефталата (ДБТ) снизила вязкость при высоком сдвиге примерно в десять раз и время плавления примерно до 7. Если вы видите этот дефект — деталь, которая получается недоплавленной после разбавления пасты, — проверьте, не «забрал» ли ваш пластификатор свою текучесть, «украв» ли он время плавления.
Перед утверждением партии убедитесь, что клей сохраняет свои свойства. Хорошо себя ведущий пластизоль за 30 дней хранения набирает менее 20 процентов вязкости.
Основной фактор, влияющий на вязкость, — это количество пластификатора. Этого можно добиться, подобрав пластификатор — например, DOP или DOTP, соответствующий целевой вязкости и диапазону плавления, — в соответствии с используемым технологическим процессом.
Шаг 3: Удалите воздух из пластизоля перед застыванием.
Удалите захваченный воздух до того, как паста нагреется, потому что пузырек, сохранившийся до стадии гелеобразования, затвердеет, образуя точечное отверстие или «рыбий глаз», который невозможно исправить в дальнейшем. Вакуумная деаэрация — стандартный метод, и современные смесители используют его в сочетании с вакуумными крышками и охлаждаемыми емкостями, а не рассматривают его как дополнительную функцию.
Перед добавлением в смеситель убедитесь, что емкость остается холодной. Поддерживайте температуру перемешивания ниже примерно 40 °C, чтобы тепловое воздействие не привело к преждевременному гелеобразованию, удалению пластификатора и повышению вязкости.
Это две разные проблемы, обе выглядят как пузырьки и требуют разных решений. Воздух, взбитый во время смешивания, выходит обратно под вакуумом или после достаточного времени отстаивания.
Тонкий слой мельчайших пузырьков на поверхности обычно представляет собой влагу — конденсат на холодной форме или влажную смолу — и никакой вакуум не закрепит влажную пасту. Холодная паста усугубляет и то, и другое: она становится гуще и задерживает больше воздуха, а слишком быстрый нагрев для компенсации приводит к образованию пузырьков на поверхности.
Без вакуумной системы, выдержка и очистка поверхности являются грубыми альтернативными методами, но они лишь устраняют попадание воздуха. Поддерживайте сухость форм и смолы, чтобы перекрыть путь проникновения влаги в источнике.
Шаг 4: Установите профиль гелеобразования и плавления пластизоля.
Проведите обработку пасты в три температурных этапа, поскольку механическая прочность проявляется только после полного спекания смолы. Опубликованная схема этапов выглядит примерно так:
| Этап | Температура | Что происходит |
|---|---|---|
| проникновение пластификатора | 80-120 ° С | Пластификатор начинает проникать в смолу. |
| Первичное слияние | 120-160 ° С | Частицы набухают и срастаются. |
| Полное гелеобразование | 160-200 ° С | Сетевая структура формируется, сила развивается. |
Реологическая точка гелеобразования, где модуль упругости и модуль потерь пересекаются, находится в диапазоне от 140 до 160 °C. Для полного плавления обычно требуется температура от 170 до 200 °C, при этом оптимальная температура процесса составляет примерно 175 °C.
Деталь, извлеченная до полного гелеобразования, получается меловой и рыхлой; если ее слишком сильно нагревать или подвергать слишком длительному воздействию, она пригорает и меняет цвет.
Разница между процессами заключается не в кривой, а во времени выдержки. Тонкое нанесенное покрытие сплавляется за секунды после достижения заданной температуры, в то время как толстой стенке, полученной методом ротационного формования, требуется длительное выдерживание, чтобы поднять ее сердцевину.
Оптимальный технологический диапазон для данной рецептуры — это полоса между полным сплавлением и началом подгорания. Слишком сильное сужение этого диапазона приведет к тому, что одна горячая точка испортит деталь.
Здесь также появляется упрощенный способ, позволяющий обойтись без изменений, как на шаге 2. Если вы разбавили пасту пластификатором, снижающим вязкость, проверьте степень спекания, прежде чем одобрять изменения — разбавитель, который помог на этапе смешивания, может привести к недоплавлению детали в печи.
Начните с лабораторной партии, а не с полной производственной линии.
Прежде чем доверять какому-либо одному показателю, проведите небольшое лабораторное исследование и измерьте вязкость при низкой и высокой скорости сдвига. Именно эти два измерения, а не рецептура, покажут, подходит ли паста для вашей производственной линии.
Рекомендуемое мной соотношение компонентов в качестве исходной основы близко к опубликованным данным: примерно 100 частей пастообразной смолы на 100 частей смолы, 55-60 частей пластификатора на 100 частей смолы, около 30 частей на 100 частей смолы на 100 частей смолы, плюс стабилизатор и вторичный пластификатор.
Рассматривайте этот каркас как отправную точку, а не как ответ. Состав ингредиентов определен; именно параметры вокруг них — зависящие от способа нанесения (окунание, распределение по поверхности или ротационное формование) — определяют, пригоден ли клей для работы или его можно отбраковать.
Самый быстрый способ получить пластизоль с воспроизводимыми результатами — это не улучшенная рецептура. Это вискозиметр, показания которого измеряются при двух скоростях сдвига, и надежный контрольный прибор для определения плавления.