PVC-U型材配方灰份及型材密度与轻钙添加份数对应关系研究

唐圣奎 张雄 唐达磊

（芜湖海螺型材科技股份有限公司，芜湖，241009）

2018年5月1日，门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材国家标准（GB/T 8814-2017）正式实施，其中较上一版的GB/T 8814-2004标准相比新增了密度指标，要求为不大于1.53 g/cm3[1]。在GB/T 8814-2017标准修订颁布实施之前，2015年5月1日颁布实施的建筑门窗型材用未增塑聚氯乙烯共混料行业标准（JG/T 451-2014），规定了用于建筑门窗型材的未增塑聚氯乙烯共混料灰分应不大于15%[2]，上述标准密度及灰分指标的设置旨在约束生产企业配方中无机物添加含量，以保证生产的未增塑聚氯乙烯型材具有良好的物理等性能。但具体每个密度或灰分指标对应未增塑聚氯乙烯型材配方中添加了多少份轻质碳酸钙或其他无机物仍需要逐一推算，本文通过对不同轻钙添加份数的未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材配方的灰分及型材密度进行检测，并拟合灰分、密度指标与轻质碳酸钙添加份数具体对应关系，有助于通过灰分、密度检测指标快速推断未增塑聚氯乙烯配方型材中的轻钙等无机物添加量。

1 实验部分

1.1 主要实验原料

PVC，SG-5型，新疆中泰化学（集团）股份有限公司；环保钙锌稳定剂，CZPS，芜湖海螺新材料有限责任公司；钛白粉，金红石型，杜邦钛白科技有限公司；氯化聚乙烯，CPE，潍坊亚星化学股份有限公司；加工助剂，芜湖海螺新材料有限责任公司；轻质碳酸钙，九江大宇。

1.2 主要实验仪器和设备

自动混料系统，FM1000，奥地利HENSCHEL公司；平行双螺杆挤出机，TTS88，奥地利THEYSOHN公司。

马弗炉，洛阳西格马炉业股份有限公司；分析天平，上海天平仪器厂。

1.3 实验方法

将PVC、CaCO3、环保钙锌复合稳定剂CZPS、CPE、加工助剂等加入料罐中经自动称量、热混、冷混后接出，静置24 h后倒入挤出机进行PVC-U型材生产，过程中分别取混合料和PVC型材样品进行灰分和密度测试，对密度、灰分指标与轻质碳酸钙添加份数对应关系进行分析。

1.4 指标测试

1.4.1 灰分

按照GB/T 9345.5-2010标准中A法（直接灼烧法）进行测试，即将未增塑聚氯乙烯混合料中有机物烧掉以后，残余物在950℃下灼烧直至质量恒定[3]。

1.4.2 密度

按照GB/T 1033.1-2008标准中A法 （浸渍法）进行测试，试样不大于10 g，悬挂丝为金属材质，直径不大于0.5 mm。

2 实验配方

表1为实验选取的10个具有代表性的不同轻钙添加份数未增塑聚氯乙烯型材配方，以用于测试不同轻钙添加份数下的密度和灰分指标。

表1 不同轻钙添加份数的未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材配方Tab.1 Formulae of PVC-U profiles with different amounts of light calcium

表2 不同轻钙添加份数未增塑聚氯乙烯型材配方混合料灰分指标检测结果Tab.2 Theoretical and measured ash contents in the PVC-U profiles with different amounts of light calcium

3 结果与讨论

3.1 混合料灰分指标检测

按照GB/T 9345.5-2010标准中A法（直接灼烧法）测试配方中所用到的所有原料的灰分值，再按照表1中的配方配比计算出表2和图1中理论灰分数值，理论灰分数值计算见式（1）。

图1 不同轻钙比例未增塑聚氯乙烯配方型材理论灰分与实测灰分对比图Fig.1 Theoretical vs.measured ash contents in the PVC-U profiles with different amounts of light calcium

由表2和图1可以看出，当未增塑聚氯乙烯配方中轻钙添加量小于30份时，实测灰分与理论灰分数值基本相当，当未增塑聚氯乙烯配方中轻钙添加量大于30份时，实测灰分数值略大于理论灰分数值，可能是由于配方无机物添加比例较高，导致无法完成充分燃烧。

结合检测数据，通过Origin软件拟合出不同轻钙含量下灰分数据（图2），可以看出，未增塑聚氯乙烯型材混合料灰分指标与其中轻钙添加份数呈直接线性关系，可通过灰分检测数据快速推算未增塑聚氯乙烯型材配方中轻钙等无机物添加份数。

图2 未增塑聚氯乙烯型材配方轻钙添加份数与实测灰分对应关系图Fig.2 Measured ash contents vs.amounts of light calcium in the PVC-U profiles

3.2 未增塑聚氯乙烯型材密度指标检测

分别对配方1到配方10的型材样品密度进行检测，由表3和图3可以看出，随配方中轻钙份数上升，型材密度随之上升，相对于灰分指标检测而言，密度指标检测数据离散性更大。

图3 不同轻钙比例未增塑聚氯乙烯配方型材密度指标检测图Fig.3 Densities of the PVC-U profiles with different amounts of light calcium

图4 未增塑聚氯乙烯型材配方轻钙添加份数与密度指标对应关系图Fig.4 Densities vs.amounts of light calcium of the PVC-U profiles

结合密度检测数据，通过Origin软件结合检测数据可拟合出不同轻钙含量下密度数据，见图4。可以看出，未增塑聚氯乙烯型材密度指标与其中轻钙添加份数呈直接线性关系，可通过密度检测数据快速推算未增塑聚氯乙烯型材配方中轻钙等无机物添加份数。

通过未增塑聚氯乙烯型材配方中轻钙添加份数与密度、灰分指标的对应关系图，当未增塑聚氯乙烯型材密度检测指标为不大于1.530 g/cm3时，对应轻钙添加份数为25份，当未增塑聚氯乙烯型材配方混合料灰分指标检测为15%时，对应轻钙添加份数为27份，两个指标对应配方中轻钙添加份数略有差异。

4 结论

（1）未增塑聚氯乙烯型材灰分、密度指标与其中轻钙添加份数呈直接线性关系，可通过灰分、密度检测数据快速推算未增塑聚氯乙烯型材配方中轻钙等无机物添加份数。

（2）通过未增塑聚氯乙烯型材灰分、密度检测指标与轻钙添加份数对应曲线图，当配方中（钛白粉添加量5份，使用环保钙锌稳定剂）轻钙添加份数不大于27份时，混合料灰份不大于15%，当配方中（钛白粉添加量5份，使用环保钙锌稳定剂）轻钙添加份数不大于25份时，型材密度不大于1.530 g/cm3。