PVC塑料[一种非结晶性材料]

特征性能

PVC （聚氯乙烯）化学和物理特性 刚性PVC是使用最广泛的塑料材料之一。PVC材料是一种非结晶性材料。 PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、补强剂及其它添加剂^[1]。

PVC材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。 PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。

PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数，如果此参数不当将导致材料分解的问题。 PVC的流动特性相当差，其工艺范围很窄。特别是大分子量的PVC材料更难于加工（这种材料通常要加入润滑剂改善流动特性），因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。 PVC的收缩率相当低，一般为0.2~0.6%。

注塑模工艺条件

熔化温度：185~205℃ 模具温度：20~50℃

注射压力：可大到1500bar 保压压力：可大到1000bar 注射速度：为避免材料降解，一般要用相当地的注射速度。

流道和浇口：所有常规的浇口都可以使用。如果加工较小的部件，最好使用针尖型浇口或潜入式浇口；对于较厚的部件，最好使用扇形浇口。针尖型浇口或潜入式浇口的最小直径应为1mm；扇形浇口的厚度不能小于1mm。

典型用途 供水管道，家用管道，房屋墙板，商用机器壳体，电子产品包装，医疗器械，食品包装等。

结构简式

结构如下： [ ―CH2 ―- CHCl― ]n

分子结构

材料性质

密度： 1.380 g/cm3;

杨氏弹性模量(E) ：2900-3400 MPa

拉伸强度(σt)： 50-80 MPa

Elongation @ break 20-40%

Notch test 2-5 kJ/m2

玻璃转变温度：87℃

熔点：212℃

Vicat（维卡软化温度） B1：85℃

导热率 (λ) 0.16 W/m.K

热膨胀系数 (α) 8 10-5 /K

热容 (c) 0.9 kJ/(kg·K)

吸水率 (ASTM) 0.04-0.4

Price 0.5-1.25

熔融指数6-9g/min

成型条件

硬质pvc

料管温度：160-190℃

模具温度：40-60℃

干燥温度：80℃x2h

射胶压力：700-1500kg/c㎡

密度：1.4g/c㎡

成型收缩度：0.1-0.5%

肉厚：2.0-50.mm

吸水率(24H)：0.1-0.4%

融度软化点：89℃

热变形温度：70℃

软质pvc

料管温度：140-170℃

模具温度：40-60℃

干燥温度：80℃x2h

射胶压力：600-1500kg/c㎡

密度：1.4g/c㎡

成型收缩度：0.1-0.5%

肉厚：2.0-50.mm

吸水率(24H)：0.1-0.4%

融度软化点：85℃

热变形温度：55℃

分类

PVC可分为软PVC和硬PVC。其中硬PVC大约占市场的2/3，软PVC占1/3。软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软PVC中含有柔软剂(这也是软PVC与硬PVC的区别)，容易变脆，不易保存，所以其使用范围受到了局限。硬PVC不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，因此具有很大的 开发应用价值。下文均简称PVC。PVC的本质是一种真空吸塑膜，用于各类面板的表层包装，所以又被称为装饰 膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药等诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为60%，其次是包装行业，还有其他若干小范围应用的行业。

性能

聚氯乙烯的燃烧特性为，难燃、离火即灭、火焰呈黄色，白烟，燃烧时塑料变软发出氯的刺激性味。

聚氯乙烯树脂是一种多组分的塑料，根据不同用途可以加入不同的添加剂，因此随着组成的不同，其制品可呈现不同物理机械性能，如加入或不加入增塑剂就能使它有软硬制品之分。总的来说PVC制品有耐化学稳定性、耐焰自熄、耐磨、消声消震、强度较高、电绝缘性较好、价廉及材料来源广、气密性能好等优点。其缺点是热稳定性能差，受光、热、氧的作用容易老化。聚氯乙烯树脂本身是无毒的，如果采用无毒的增塑剂、稳定剂等辅助材料制成的制品，对人畜无害。然而一般在市场上所见的聚氯乙烯制品所用的增塑剂、稳定剂大多数是有毒的，因此除注明无毒配方的产品外，均不能用来盛装食品。

⒈物理性能

聚氯乙烯树脂系无定型结构的热塑性塑料。在紫外光下，硬PVC产生浅蓝或紫白色的荧光，软PVC则发出蓝色或蓝白色的荧光。温度在20℃时折光率为1.544，比重为1.40，而加有增塑剂及填料的制品密度通常在1.15～2.00范围内，软质PVC泡沫塑料密度为0.08～0.48，硬质泡沫塑料为0.03～0.08。PVC吸水率不大于0.5%。

聚氯乙烯的物理机械性能取决于树脂的分子量、增塑剂及填料的含量。树脂分子量愈大，则机械性能、耐寒性、热稳定性愈高，但加工温度也要求高，成型比较困难；分子量低则与上述相反。填料含量增多，抗拉强度降低。

⒉热性能

聚氯乙烯树脂的软化点接近于分解温度。它在140℃时已开始分解，而在170℃时分解更加迅速。为了保证成型加工的正常进行，对聚氯乙烯树脂规定了两项最重要的工艺指标，即分解温度和热稳定度。所谓分解温度就是大量放出氯化氢时的温度，所谓热稳定度就是在一定温度条件下（通常是190℃）不大量放出氯化氢的时间。聚氯乙烯塑料长期暴露于100℃下，除非添加碱性稳定剂，否则也会分解，若超过180℃则快速分解。

大多数聚氯乙烯塑料制品的长期使用温度不宜超过55℃，但特殊配方的聚氯乙烯塑料的长期使用温度可达90℃。低温下软质聚氯乙烯制品会变硬。聚氯乙烯分子中由于含有氯原子，因此它和它的共聚物一般能耐燃耐焰，具有自熄性，无滴落性。

⒊稳定性

聚氯乙烯树脂是一种较不稳定的聚合物，在光和热的作用下也会降解，其过程是放出氯化氢，发生结构的变化，但程度比较轻。同时在机械力、氧、臭气、HCl以及某些活性金属离子存在时会加速分解。

聚氯乙烯树脂脱去HCl后，在主链上产生了共轭双链，颜色也会改变。而随着氯化氢分解的数量增加，聚氯乙烯树脂则由原来的白色变为黄色、玫瑰色、红色、棕色以至黑色。

⒋电性能

PVC的电性能取决于聚合物中残留物的数量、配方中各种添加物的类型和数量。PVC的电性能还与受热情况有关：当加热使PVC分解时，由于氯离子的存在而降低其电绝缘性，如果产生大量的氯离子不能为碱性稳定剂（如铅盐）所中和，则会导致其电绝缘性能明显下降。PVC不象聚乙烯、聚丙烯这类非极性聚合物，它的电性能随频率和温度而变，如介电常数随频率升高而降低。

⒌化学性能

聚氯乙烯有极良好的化学稳定性能，用以作为防腐材料极有价值。

PVC对大多数无机酸和碱是稳定的，受热不溶解而被分解释出氯化氢。与氢氧化钾共沸制得棕色难溶的不饱和产物。PVC的溶解性与分子量大小及聚合方法有关。一般来说溶解度随着聚合体分子量的增大而减小，乳液法树脂比悬浮法树脂的溶解性差。它可以溶解于酮类（如甲己酮、环己酮），芳香族溶剂（如甲苯、二甲苯），二甲基甲酰、四氢呋喃中。常温下聚氯乙烯树脂几乎不溶于增塑剂，高温下显著溶胀，甚至溶解。

⒍加工性能

PVC是无定型高聚物，没有明显的熔点，加热到120～150℃时具有可塑性。由于它热稳定性较差，在该温度下含有少量HCl放出，促使其进一步分解，故必须加入碱性的稳定剂和HCl而抑制其催化裂解反应。纯PVC是硬质制品，需加入适量的增塑剂才能使其柔软对于不同的制品还需加入诸如紫外线吸收剂、填充剂、润滑剂、颜料、防霉剂等助剂以臻善PVC制品的使用性能。与其它塑料一样，树脂的性能决定制品的质量及加工条件。对PVC而言，与加工有关的树脂性能有：颗粒大小、热稳定性、分子量、鱼眼、松密度、纯度和外来杂质、孔隙率。对PVC糊状还有糊料的粘度和胶化性能等，均应设法测定，便于掌握加工条件和制品质量。

共聚反应改性

在氯乙烯主链中导入其单体共聚合，得到的是包括两种单体链节的新型聚合物，这种聚合物称为共聚物。氯乙烯与其它单体的共聚物主要品种和性能如下：

⑴氯乙烯—醋酸乙烯酯共聚物：醋酸乙烯酯单体的引入可起到一般增塑剂的作用，也即所谓“内增塑”，可以避免一般增塑剂的挥发、迁移、抽出等缺点，还可以降低熔融粘度、降低加工温度、改进加工性能。一般共聚物中的醋酸乙烯酯含量为3～14%。

氯乙烯—醋酸乙烯酯共聚物的主要缺点是拉伸强度、热变形温度、耐磨性、化学稳定性和热稳定性有所降低。

⑵氯乙烯—偏氯乙烯共聚物：这种共聚物的塑化性、软化温度、溶解性等及分子内增塑作用与氯乙烯—醋酸乙烯酯共聚物基本相同。其最大的特点是水和气体透过率小，在酮类溶剂中溶解度高，并能耐芳烃的稀释作用，因而可有效地用于涂层。此外，还用来制造收缩薄膜。由于耐热、光稳定性比氯乙烯—醋酸乙烯酯共聚物差，单体成本较高，所以在应用上没有氯乙烯—醋酸乙烯酯广泛。

⑶氯乙烯—丙烯酸酯共聚物：这种共聚物的内增塑作用与氯乙烯—醋酸乙烯酯相当，热稳定性较好，可用于制造硬质和软质制品，改进加工性、耐冲击性和耐寒性等。还可以用于涂层、粘结等。

⑷氯乙烯—马来酸酯共聚物：这种共聚物中马来酸酯含量为15%左右，内增塑作用与氯乙烯—丙烯酸酯相似。具有较好的加工性能。物理机械性能降低较小，耐热性比一般共聚物高。

⑸氯乙烯—烯烃共聚物：将乙烯、丙烯等烯烃单体共聚合，可制得流动性、热稳定性、抗冲性、透明性、耐热性等优异的共聚树脂。

共混溶改性

PVC树脂是一个极性非结晶性高聚物，密度： 1.380 g/cm3，玻璃转变温度：87℃，因此热稳定性差，不易加工。不能直接使用，必须经过改性混配，添加相关助剂和填充物才可以使用。而因添加的相关助剂和填充物的种类和分数的不同，这就决定了所制备的PVC材料性能和要求是不一样的。我们通常称之为PVC配方，严格说来是PVC改性配方，而PVC只有经过改性才能使用。这一类常被归类为高分子改性材料。材料改性主要围绕通用塑料的高性能化、单组分材料向多组分材料复合材料转变（合金、共混、复合）、赋予材料功能化、优化性能与价格等方面的研究。改性方法主要是化学改性、填充改性、增强改性、共混改性以及纳米复合改性。改性基本原理就是通过添加物赋予材料功能或者提高某些性能。因此，PVC配方技术的高下，决定了一家工厂技术和生产能力的高下。有着特殊要求的PVC材料，一般都需要从国外进口，在国外比较有名的有美国联合碳化公司和北欧化工公司，随着我国各大科研院所和生产单位的不断研发和技术积累，国内PVC改性材料的配方设计、制造已经达到国际先进水平，涌现了以徐州汉永新材料有限公司等拥有自主知识产权的公司，已经完全取代国外进口材料，有不少产品已出口国外。

在聚氯乙烯相内混炼导入异种高分子相—高聚物共混熔是一种简便而有效的改性方法，并在实际生产中已积累经验。一般是将两种或两种以上不同的高聚物共混熔时，可以制备兼有这些高聚物性质的混合物。

为了改进硬质聚氯乙烯的流动性、冲击性能等，目前常用的共混高聚物有：丙烯腈—丁二烯—苯乙烯（ABS），其主要是提高冲击强度。甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯（MBS），除耐气候性外，其余各项性能都近乎于理想，特别是抗冲击强度，只要加入少量就可大大提高。氯化聚乙烯（CPE）可以提高抗冲击强度，若加入20%用量，冲击强度就可非常高。乙烯—醋酸乙烯酯（EVA）可提高冲击强度。

为了改进软质聚氯乙烯在使用过程中增塑剂的挥发、迁移、抽出等常用的共混高聚物有：丁腈橡胶（NBR）、氯化聚乙烯（CPE）、氯乙烯—丙烯酸酯、马来酸双辛酯等的共聚物、乙烯—醋酸乙烯酯（EVA）、乙烯—醋酸乙烯酯—氯乙烯共聚物等。

接枝反应聚合

在聚氯乙烯侧链上导入其它单体或在异种高聚物侧链上导入氯乙烯链，这种改性叫接枝反应聚合。

⒋低温聚合

改变聚氯乙烯主链内链节的排列，或改变聚氯乙烯链间的排列即改变聚合方法，这种改性叫低温聚合。

合成

PVC塑料是由乙炔气体和氯化氢合成氯乙烯，再聚合而成。在20世纪50年代前期是以乙炔电石法生产，50年代后期则转向了原料充足、成本低廉的乙烯氧化法；目前世界上80%以上的PVC树脂都是由此方法生产的。但到2003年后，因石油价格暴涨，乙炔电石法成本反而比乙烯氧化法还要低10%左右，所以PVC的合成工艺又转向了乙炔电石法。

PVC塑料是由液态的氯乙烯单体（VCM）经悬浮、乳液、本体或溶液法工艺聚合而成，其中悬浮聚合工艺生产工艺成熟、操作简单、生产成本低、产品品种多、应用范围广，一直是生产PVC树脂的主要方法，在世界PVC生产装置中大约占90%的比例（在世界PVC总产量中均聚物也占大约90%的比例）。其次是乳液法，用于生产PVC糊树脂。其聚合反应由自由基引发，反应温度一般为40～70OC，反应温度和引发剂的浓度对聚合反应速率和PVC树脂的分子量分布影响很大。

配方选择

PVC塑料型材配方主要由PVC树脂和助剂组成的，其中助剂按功能又分为：热稳定剂、润滑，剂、加工改性剂、冲击改性剂、填充剂、耐老化剂、着色剂等。在设计PVC配方之前，首先应了解PVC树脂和各种助剂的性能。

1、树脂应选择PVC-SC5树脂或PVC-SG4树脂，也就是聚合度在1200-1000的聚氯乙烯树脂。

2、须加入热稳定体系。根据生产实际要求选择，注意热稳定剂之间的协同效应和对抗效应。

3、须加入冲击改性剂。可以选择CPE和ACR冲击改性剂。根据配方中其它组成以及挤出机塑化能力，加入量在8—12份。CPE价格较低，来源广泛;ACR耐老化能力、焊角强度高。

4、适量加入润滑系统。润滑系统可以降低加工机械负荷，使产品光滑，但过量会造成焊角强度下降。

5、加入加工改性剂可以提高塑化质量，改善 制品外观。一般加入ACR加工改性剂，加 入量1-2份。

6、加入填料可以降低成本，增加型材的刚性但对低温冲击强度影响较大，应选择细度较高的活性轻质碳酸钙加人，加入量在5-15份。

7、必须加入一定量的钛白以起到屏蔽紫外线的作用。钛白应选择金红石型，加入量在4-6份。必要时可以加入紫外线吸收剂UV-531、UV327等以增加型材的耐老化能力。

8、适量加入兰色和荧光增白剂，可以明显改善型材的色泽。

9、在设计配方中应尽量简化，尽量不加入液体助剂，并且根据混合工序要求(见混合问题)分批按加料顺序把配方分为I号料、Ⅱ号料、Ⅲ号料分别包装。

悬浮聚合

悬浮聚合通过不断进行搅拌使单体液滴在水中保持悬浮状态，聚合反应在单体小液滴中进行。通常悬浮聚合反应为间歇聚合。

近年来各公司对PVC树脂间歇悬浮聚合工艺的配方、聚合釜、产品品种和质量不断研究和改进， 开发出各具特点的工艺技术，目前应用较多的是Geon公司（原B.F Goodrichg公司）技术、日本信越公司技术、欧洲EVC公司技术, 这三大公司的技术在1990年以来世界新增的PVC树脂生产能力中各占大约21%的比例。

乳液聚合

乳液聚合与悬浮聚合基本类似，只是要采用更为大量的乳化剂，并且不是溶于水中而是溶于单体中。这种聚合体系可以有效防止聚合物粒子的凝聚，从而得到粒径很小的聚合物树脂，一般乳液法生产的PVC树脂的粒径为0.1—0.2mm，悬浮法为20―200mm。引发剂体系与悬浮聚合也有所不同，通常是含有过硫酸盐的氧化还原体系。干燥方法也设计成可以保持较小的粒径的方式, 常常采用一些喷雾干燥剂。由于不可能将乳化剂完全除去，因此用乳液法生产的树脂不能用于生产需要高透明性的制品如包装薄膜或要求吸水性很低的制品如电线绝缘层。一般来说乳液聚合PVC树脂的价格高于悬浮聚合的树脂，然而需要以液体形式配料的用户使用这种树脂，如糊树脂。在美国大部分乳液聚合的树脂产品都是糊树脂（又叫分散型树脂），少量用于乳胶。在欧洲，各种乳液工艺也用于生产通用树脂，尤其是压延和挤出用树脂。

本体聚合

本体法生产工艺在无水、无分散剂、只加入引发剂的条件下进行聚合，不需要后处理设备，投资小、节能、成本低。用本体法PVC树脂生产的制品透明度高、电绝缘性好、易加工，用来加工悬浮法树脂的设备均可用于加工本体法树脂。PVC本体工艺在80年代得到较大发展。但是，尽管从理论上说悬浮和本体聚合反应工艺生产的树脂可以用于相同的领域，实际上加工厂一般只使用其中之一，因为悬浮和本体树脂不能混合，即使少量混合也会因静电效应导致聚合物粉末的流动性降低，而悬浮聚合树脂更易得到的，因此大多数加工厂放弃了本体树脂，近年来本体工艺出现了止步不前或衰退的状态。

溶液聚合

在溶液聚合中，单体溶解在一种有机溶剂（如n－丁烷或环己烷）中引发聚合，随着反应的进行聚合物沉淀下来。溶液聚合反应专门用于生产特种氯乙烯与醋酸乙烯共聚物（通常醋酸乙烯含量在10～25%）。这种溶液聚合反应生产的共聚物纯净、均匀，具有独特的溶解性和成膜性。

应用及分类

PVC在加工中需要加入助剂，以便能够制得各种满足人们需要的软、硬、透明、电绝缘良好、发泡等制品，不同型号的PVC树脂和各种助剂的配搭组合方式能产出不同应用的pvc材料。常见的是悬浮法生产的疏松型树脂，俗称SG树脂搭配。(来源于《烧碱与聚氯乙烯生产技术》 作者：王静，胡久平 2012.2 出版).

型号 级别 主要用途

SG1 一级A 高级电绝缘材料

SG2 一级A 电绝缘材料、薄膜　一级B、二级 一般软制品

SG3 一级A 电绝缘材料、农用薄膜、人造革表面膜　一级B、二级 全塑凉鞋

SG4 一级A 工业和民用薄膜　一级B、二级 软管、人造革、高强度管材

SG5 一级A 透明制品　一级B、二级 硬管、硬片、单丝、导管、型材

SG6 一级A 唱片、透明片　一级B、二级 硬板、焊条、纤维

SG7 一级A 瓶子、透明片　一级B、二级 硬质注塑管件、过氯乙烯树脂

市面价格

PVC塑料产品价格和其他一样随着原料等变化而变化，而且有地域差异，不同产品价格差距还很大，销售一般集中于五金机电市场，了解价格变化及市场情况可参考五金机电指数^[1]中的价格指数。

物性表

物理性能

额定值

测试方法

比重

1.25 到 1.29

ASTM D792

硬度

额定值

测试方法

洛氏硬度 (R 计秤)

101

ASTM D785

物理性能

额定值

单位制

测试方法

表观密度

0.31 到 0.41

g/cm³

ASTM D1895

K-Value

70.0

ISO 1628-2

粘性

B.F

1.50 到 5.50

Pa·s

ASTM D1824

S.V

> 1800.00

g/10 min

ASTM D1823

参考资料

[1] 塑料管市场价格变化 · 五金机电指数[引用日期2013-08-05]

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