1.1.1. Повышение гомогенности расплава

ПВХ характеризуется необычной структурой макромолекул, которая осложняет полное расплавление материала. Такая структура образуется в ходе полимеризации в суспензии или массе, так как винилхлоридный полимер нерастворим в винилхлоридном мономере. По мере роста полимерных цепей они достигают длины, при которой они высаживаются из мономера.

Как показано на рис.1, высаженные полимерные цепи соединяются вместе с образованием доменов размером примерно в 0,1 мкм. Эти домены агломерируют и растут в ходе полимеризации с образованием первичных частиц, размеры которых достигают 1 мкм в диаметре. Эти первичные частицы состоят из «зерен» неодинаковой формы, размер которых достигает 100 мкм. Зерна, полученные в ходе суспензионной полимеризации, также укладываются в оболочку, состоящую из сополимера винилхлорида с суспендированными агентами.

^Рис.1

Только тепла недостаточно для того, чтобы эти зерна сплавились вместе достаточно полно. Для разрушения зерен в целях извлечения из них первичных частиц в виде расплавленного потока, который будет способствовать ускорению плавления, необходимо приложить силы удлинения и сдвига. Однако трансмиссия сил удлинения и сдвига не эффективна до тех пор, пока ПВХ существует в виде зерен. Это приводит к образованию негомогенного расплава.

Использование технологических добавок в ПВХ ускоряет трансмиссию сил удлинения и сдвига к зернам ПВХ, вызывая нагрев. Механизм действия технологических добавок продолжает оставаться предметом дебатов и исследований. Было установлено, что во время переработки технологические добавки прилипают к зернам ПВХ, увеличивая количество и эффективность сил, передаваемых зернам. Это приводит к более быстрому и менее изменчивому распаду зерен на единицы потока первичных частиц и более гомогенному расплаву.

На начальных стадиях расплавления ПВХ наблюдается тенденция материала к проявлению адгезии по отношению к самому себе и технологическим металлическим поверхностям. Это приводит к задержке нагревания и распада частиц и имеет критическое значение в процессах экструзии, в которых некоторая степень адгезии необходима для передачи материала вдоль лопастей шнека. Свойство технологической добавки, способствующее плавлению, изучают с помощью реометра, в котором может быть измерен крутящий момент.

Кривые на рис.2 демонстрируют влияние технологической добавки на процесс начального расплавления соединения. Начальные пики крутящего момента при низких температурах обусловлены ростом уплотнения мелких частиц (происходит разрушение очень маленьких частиц) по мере того как температура растет, зерна начинают распадаться на первичные частицы. Первичные частицы начинают слипаться друг с другом при основном самом большом пике крутящего момента, процесс продолжается и после максимума крутящего момента. При добавлении всего 1 phr технологической добавки этот пик крутящего момента, при котором первичные частицы начинают слипаться друг с другом, смещается в область значительно меньших температур.

^Рис.2

Спутанности, образованные длинными цепями молекул технологических добавок и между технологической добавкой и ПВХ, вероятно, будут способствовать дополнительной адгезии. Далее, по ходу процесса, степень спутанности будет играть ключевую роль в улучшении эластичности расплава.

Также было получено доказательство, показывающее, что плавление ПВХ обладает многими особенностями, присущими процессу перколяции.