- Плотность
- 1,3–1,45 г/см³
- Длительная эксплуатация
- ≤ 60 °Cразлагается при температуре выше 170 °C
- Кислородный индекс
- ≥ 45 %самозатухающий
- Основные виды
- Жёсткий · пластифицированный · ХПВХ · ПВХ-О
Что такое поливинилхлорид (ПВХ)?
ПВХ — сокращённое название поливинилхлорида, одного из пяти основных пластиков общего назначения. Это термопластичная смола, получаемая полимеризацией мономера винилхлорида (ВХМ) в определённых условиях.
ПВХ широко применяется в строительстве, кабельной продукции, товарах повседневного спроса, упаковке, медицине и других областях. Благодаря высокой механической прочности, коррозионной стойкости, электроизоляционным свойствам и хорошей перерабатываемости ПВХ занимает важное место в мировом потреблении пластмасс.
Эксплуатационные характеристики ПВХ
| Свойство | Диапазон значений | Описание |
|---|---|---|
| Плотность | 1,3–1,45 г/см³ | Сравнительно высокая плотность из-за высокого содержания хлора |
| Прочность при растяжении | 40–55 МПа | Выше у жёсткого ПВХ |
| Модуль упругости при изгибе | 2500–4000 МПа | Высокая жёсткость у жёстких марок |
| Температура изгиба под нагрузкой | 65–90 °C | Умеренная термостабильность, подходит для среднетемпературных применений |
| Температура длительной эксплуатации | ≤ 60 °C | Следует учитывать риск деструкции при высоких температурах |
| Кислородный индекс (огнестойкость) | ≥ 45 % (самозатухающий) | Высокое содержание хлора обеспечивает собственную огнестойкость |
| Удельное объёмное электрическое сопротивление | 10¹³–10¹⁴ Ом·см | Отличная изоляция, подходит для кабельных оболочек |
| Химическая стойкость | Отличная | Стоек к кислотам, щелочам и солям; не стоек к кетонам и ароматическим соединениям |
| Методы переработки | Экструзия, литьё под давлением, каландрирование и др. | Подходит для различных процессов; отличная перерабатываемость |
Основные сведения о ПВХ
ПВХ обладает стабильными физическими и химическими свойствами: он не растворяется в воде, спирте и бензине и имеет низкую газо- и паропроницаемость. При комнатной температуре он стоек к соляной кислоте любой концентрации, серной кислоте концентрацией до 90 %, азотной кислоте концентрацией 50–60 % и растворам едкого натра концентрацией до 20 %, то есть обладает определённой химической стойкостью. ПВХ достаточно стабилен по отношению к солям, но растворяется в органических растворителях — простых эфирах, кетонах, хлорированных алифатических и ароматических углеводородах.
- Регулируемая твёрдостьС пластификаторами получают мягкий ПВХ, без них — жёсткий.
- Отличная химическая стойкостьВысокая стойкость к кислотам, щелочам и солям.
- Хорошие электроизоляционные свойстваШироко применяется для оболочек проводов и кабелей.
- Хорошая огнестойкостьСамозатухающий, соответствует различным стандартам огнестойкости.
- Отличная перерабатываемостьПодходит для экструзии, литья под давлением, каландрирования, выдувного формования, термоформования и других процессов.
- Экологические ограниченияПри горении выделяет хлороводород (HCl); применение стабилизаторов на основе тяжёлых металлов в Европе ограничено нормативами.
Виды ПВХ
| Тип | Обозначение | Особенности и примеры применения |
|---|---|---|
| Жёсткий ПВХ | Жёсткий ПВХ / НПВХ | Высокая жёсткость, без пластификаторов; широко применяется для труб, профилей, строительной опалубки |
| Пластифицированный ПВХ | Пластифицированный ПВХ | Содержит пластификаторы, мягкий; применяется для кабельных оболочек, искусственной кожи, плёнок для напольных покрытий |
| Пастообразующий ПВХ | Пастообразующий ПВХ | Мелкий размер частиц; подходит для покрытий, искусственной кожи, покрытия перчаток, поверхностей игрушек |
| Модифицированный ПВХ | ПВХ-M, ПВХ-A и др. | Модифицирован ACR, АБС и др. для повышения ударной вязкости или термостойкости; применяется в конструкционных деталях |
| Хлорированный ПВХ | ХПВХ | Термостойкость повышена до 90–95 °C; применяется в трубах горячего водоснабжения и химическом оборудовании |
| Ориентированный ПВХ | ПВХ-О | Высокая степень ориентации, повышенная кольцевая прочность; широко применяется в напорных системах водоснабжения |
Применение ПВХ
- Строительство и стройматериалы
- Оконные и дверные профили, канализационные трубы, виниловые напольные покрытия, стеновые панели, вспененные плиты, кровельные гидроизоляционные мембраны и т. д.
- Провода и кабели
- Кабельные оболочки, изоляционные слои, провода связи, автомобильные жгуты проводов
- Медицинские изделия
- Инфузионные трубки, контейнеры для крови, одноразовые перчатки, дыхательные маски, катетеры и т. д. (должны соответствовать требованиям к изделиям без ДЭГФ (DEHP))
- Упаковка и бытовые изделия
- Выдувные бутылки, термоусадочные плёнки, пластиковые карты, игрушки, искусственная кожа, подошвы обуви и т. д.
Производство ПВХ
ПВХ получают главным образом радикальной полимеризацией мономера винилхлорида (ВХМ). Распространённые методы:
- Суспензионная полимеризацияДаёт порошок ПВХ с зернистыми частицами; самый распространённый метод с наибольшим объёмом выпуска.
- Эмульсионная полимеризацияДаёт мелкие частицы; применяется в основном для покрытий и пастообразующих смол.
- Полимеризация в массеПрименяется реже; даёт частицы большего размера.
Компаундирование и грануляция ПВХ
Хотя базовая смола ПВХ обладает отличными исходными свойствами, для выполнения разнообразных требований к гибкости, термостабильности, ударной прочности, огнестойкости и функциональности в разных областях её необходимо компаундировать и модифицировать различными добавками и наполнителями. Распространённые методы модификации и их механизмы:
- ПластификацияДобавление ДОФ, ДИНФ, ДОТФ и др. для получения пластифицированного ПВХ.
- СтабилизацияДобавление кальций-цинковых и оловоорганических термостабилизаторов.
- ОгнестойкостьПВХ изначально самозатухающий, но огнестойкость можно дополнительно повысить.
- Ударная прочностьДобавление ACR, MBS и др.
- Антибактериальная и антистатическая модификацияПрименяется для медицинской упаковки и упаковки электроники.
USEON поставила сотни линий грануляции ПВХ.
ПВХ долговечен, недорог и легко перерабатывается. Перед изготовлением готовых изделий ПВХ, как правило, гранулируют с функциональными добавками. В их число могут входить термостабилизаторы, УФ-стабилизаторы, пластификаторы, технологические добавки, модификаторы ударной прочности, модификаторы теплостойкости, наполнители, антипирены, биоциды, порообразователи, дымоподавители и пигменты.
ПВХ легко разлагается при высоких температурах (выше 170 °C). Двухступенчатый экструдер USEON специально разработан для грануляции ПВХ.
Первая ступень: параллельный двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением шнеков с модульной конструкцией шнеков и цилиндра, позволяющей легко перекомпоновывать шнековые элементы под разные рецептуры. Двухшнековый экструдер обеспечивает лучшее диспергирование и качество смешения, но температура расплава получается выше, поэтому нужна двухступенчатая установка.
Вторая ступень: одношнековый экструдер охлаждает расплав, поступающий из двухшнекового экструдера, и выполняет грануляцию.
Выбор способа резки при грануляции напрямую влияет на форму гранул, производительность и свойства при последующей переработке. Распространённые способы грануляции:
| Способ грануляции | Принцип действия | Подходящие виды продукции |
|---|---|---|
| Грануляция с водяным кольцом | Ножи срезают расплав на торце фильеры на воздухе; гранулы отбрасываются во вращающееся водяное кольцо, которое охлаждает и уносит их | Модифицированные гранулы ПВХ общего назначения, пластифицированные рецептуры |
| Стренговая грануляция (воздушное охлаждение) | Расплавленные стренги вытягиваются, охлаждаются и затем режутся гранулятором на цилиндрические гранулы | Жёсткий ПВХ, высокопрозрачные материалы, премиксы для вспенивания |
| Горячая резка на торце фильеры | Подходит для низковязких рецептур с малой прочностью расплава; высокая температура в зоне резки | Специальный модифицированный ПВХ, мелкосерийное производство |
| Сухое измельчение | Применяется для переработки вспененного ПВХ, обрезков листа и других кромочных отходов | Вторичные материалы неправильной формы |
Из этих способов в двухступенчатых линиях для ПВХ чаще всего применяется система грануляции с водяным кольцом — благодаря высокой эффективности, высокой степени автоматизации и однородному внешнему виду гранул. Стренговая грануляция с воздушным охлаждением, напротив, лучше подходит для продукции с повышенными требованиями к внешнему виду и для заготовок под вспенивание, например для строительных уплотнителей и основы листовых материалов.
По сравнению с традиционной технологией «кнетер + одношнековый экструдер» двухступенчатый метод имеет следующие преимущества:
- Высокая эффективность модификацииЛучшее диспергирование и более полное протекание реакций
- Совместимость с различными системами добавокACR, MBS, кальций-цинковые стабилизаторы, безгалогенные антипирены и др.
- Подходит для разных типов ПВХПластифицированные, жёсткие, прозрачные и вспениваемые рецептуры
- Более стабильное качество продукцииБолее высокая производительность и степень автоматизации
Вторичная переработка ПВХ
ПВХ можно перерабатывать как физическими, так и химическими методами:
- Физическая переработкаИзмельчение и повторная грануляция с последующим использованием в изделиях, не контактирующих с пищевыми продуктами, — фитингах, напольных покрытиях.
- Химическая переработкаПиролиз позволяет извлекать хлор в виде хлористого водорода (HCl), который можно повторно использовать в производстве ВХМ, однако этот метод пока применяется редко.
- ОграниченияОстаточные добавки, например пластификаторы и стабилизаторы, могут влиять на экологическую безопасность и свойства вторичного ПВХ.
Вопросы и ответы
Безопасен ли ПВХ и надёжен ли он?
Да, при стандартных условиях эксплуатации он безопасен. Медицинский и пищевой ПВХ должен производиться по рецептурам без ДЭГФ (DEHP), свинца, кадмия и т. п.
Можно ли использовать ПВХ при высоких температурах?
Рекомендуемая температура длительной эксплуатации — не выше 60 °C (для ХПВХ — до 90–95 °C).
Как оценить качество изделий из ПВХ?
Обратите внимание на внешний вид, запах и прочность. Некачественный ПВХ имеет резкий запах и легко ломается.
Может ли ПВХ заменить другие пластики?
У него есть преимущества по огнестойкости и стоимости, но в высокотемпературных применениях и при контакте с пищевыми продуктами он уступает ПЭ и ПП.
Сколько раз можно перерабатывать ПВХ?
Его можно перерабатывать 2–3 раза, хотя свойства постепенно ухудшаются.
Почему некоторые изделия из ПВХ желтеют?
Перегрев при переработке или недостаток стабилизаторов могут вызывать термодеструкцию и пожелтение, особенно при отсутствии антиоксидантов или под действием УФ-излучения.
Почему снижается прозрачность модифицированного ПВХ?
Возможные причины — несоответствие показателей преломления модификаторов/наполнителей и ПВХ, плохое диспергирование, вызывающее рассеяние света, или чрезмерный сдвиг, приводящий к деструкции и образованию пузырей.
Как повысить низкотемпературную ударную вязкость ПВХ?
Добавьте модификаторы ударной прочности, например MBS, ХПЭ или ACR, оптимизируйте рецептуру и пластификацию, чтобы снизить хрупкость при низких температурах.
Почему модифицированный ПВХ «выпотевает» в процессе эксплуатации?
Несовместимость или избыток добавок — пластификаторов, смазок, модификаторов ударной прочности — может приводить к их миграции на поверхность, что ухудшает внешний вид и свойства изделий.
Чем модификация вспененного ПВХ отличается от модификации обычного ПВХ?
Для вспененного ПВХ необходимо тщательно подбирать тип порообразователя и температуру его разложения, а также сочетать его с подходящими термостабилизаторами, модификаторами текучести и добавками для регулирования плотности, чтобы получить лёгкую закрытоячеистую структуру.
