Почему изделия ПВХ получаются хрупкими
Три ситуации: Недоплав, Переплав и Влага, а результат один — изделие получается хрупким.
Если при экструзии изделия из ПВХ экспозиция температуры или давления или время монолитизации расплава были недостаточны, изделие получиться хрупким. Если на первой зоне в ПВХ была влага, а дегазация была слабой (больше -0,5 Бар.), изделие получиться хрупким. Если материал ПВХ, во время экструзии, был перегрет и в результате смазки закипели, изделие получиться хрупким.
На самом деле, нарушений технологического режима переработки ПВХ может быть много, и только ОДИН технологический режим правильный.
Только один режим дает правильную реологию и как следствие правильно сформированную структуру материала.
Для изделий используют ПВХ с константой Фикентчера 65 — 70 потому, что удерживает изделие ПВХ от разрушения силы Ван-дер-Ваальса — силы межмолекулярного и межатомного взаимодействия с энергией 10—20 кДж/моль.
Количество таких связей пропорциональна площади взаимодействия единичной частицы ПВХ, площадь пропорциональна длине, а длина константе Фикентчера. В сравнении с низкомолекулярной частицей ПВХ высокомолекулярная в 5 — 10 раз длиннее.
Когда изделие прозрачно или мало наполнено полярный ПВХ образует прочные связи с подобными структурами. Когда изделие высоко наполнено, расплаву ПВХ сложно обтекать такие структуры и образуются структурные дефекты — полости незаполненные материалом. Внутри таких дефектов не работают силы Ван-дер-Ваальса — материал ничто не держит. Чем меньше структурных дефектов, тем больше материала вступает во взаимодействие, тем выше плотность материала и соответственно больше энергии необходимо приложить для разрушения материала.
Когда полученный удельный вес ниже расчетного, всегда стоит задуматься над всем процессом.
Разберем три случая описанных в начале статьи.
НЕДОПЛАВ.
Недоплав это состояние материала, при котором из-за недостаточного давления или низкой температуры и как следствие высокой вязкости или малого времени экспозиции не произошло МОНОЛИТИЗАЦИЯ РАСПЛАВА. Удельный вес такого материала получиться меньше расчетного, из-за наличия структурных дефектов, а они как мы увидели раньше, сильно уменьшают прочностные характеристики материала ПВХ.
ПЕРЕПЛАВ.
При превышении температурной экспозиции смазки и другие добавки с низкой температурой кипения закипают и начинают газить. Эволюция углеводородных смазок примерно такая: твердое вещество — жидкость — газ — полное разрушение. Газ плохо выходит из расплава и создает пустоты. А как пустоты уменьшают прочностные характеристики вы уже знаете.
ВЛАГА.
На практике вы можете столкнуться с двумя случаями с влажным материалом и мокрым материалом. Материал с которого течет вода называем мокрым. Весь остальной материал ВЛАЖНЫЙ.
Когда мы говорим о влаге, мы говорим о гидратной пленке на поверхности всех компонентов ПВХ и с гидрофобизированной и с гидрофильной поверхностью.
«Влажный материал» — материал имеющий на поверхности толстую гидратную пленку, которая не удалилась на предыдущих стадиях обработки. Например, паспортная допустимая влага многих материалов 0,3%. Это означает, что 100 кг. смеси содержит 30 грамм влаги, и при нагревании до 190°С эта влага увеличит объем материала упругим паром на 60 — 95 литров на каждые 100 кг. изделия. Прочностные характеристики изделия будут низкими.
Высокий вакуум уберет большую часть влаги и исправит ситуацию. Если вакуум низкий газ не сможет выйти из вязкого материала.
«Сухой материал» — материал имеющий на поверхности тонкую гидратную пленку, к примеру 0,03%. Это означает, что 100 кг. смеси содержит 3 грамма влаги, и при нагревании до 190°С эта влага увеличит объем материала упругим паром на 6 — 10 литров на каждые 100 кг. изделия. Вроде и немного, но даже высокий вакуум не сможет справиться с такой влагой из-за очень мелких размеров пузырей, там еще и смазки подгорят и внесут свой вклад, и оператор экструдера не правильно установит режимы.
ВЫВОД
Все три причины работают одновременно. ВСЕГДА. Поэтому технологический процесс должен быть рассчитан, описан, отработан. Только тогда можно говорить о качестве крупнотоннажного производства.
А если нет, то нет.