Някога се чудите защо PVC пластмасата е навсякъде? От тръби до медицински изделия, този многостранен материал революционизира много индустрии. Открит случайно през 1872 г. от немския химик Евген Бауман, PVC оттогава се превръща в ключов материал в световен мащаб.
В тази публикация ще проучим свойствата, производствените процеси и видовете PVC пластмаса. Ще научите и за широката му гама от приложения и модификации, които го правят от съществено значение в индустриите днес.
Разбиране на поливинилхлорид (PVC)
Какво е PVC (поливинилхлорид)?
PVC, или поливинил хлорид, наричан още винил, е силно универсален термопластичен полимер. Известен е със своята издръжливост, достъпност и устойчивост на химикали. Използвани в индустрии като строителство, здравеопазване и електроника, PVC е предпочитан заради способността си да издържа на екстремни условия. За разлика от някои други пластмаси, PVC може да бъде гъвкав или твърд, в зависимост от добавките, използвани по време на производството.
PVC е лек материал. Лесно е да се работи и може да бъде формиран в различни форми, което го прави избор за много приложения. Отличните му свойства на електрическа изолация също го правят идеален за производство на тел и кабел.
Кратка история на откриването и развитието на PVC
Откритието на PVC беше щастлив инцидент. През 1872 г. немският химик Евген Бауман излага газ от винилхлорид на слънчева светлина, произвеждайки бяло твърдо вещество - PVC. Въпреки това, чак през 1913 г. Фридрих Клат патентова процес за полимеризиране на PVC, използвайки слънчева светлина, проправяйки пътя към търговска употреба.
По време на Първата световна война Германия започва да произвежда гъвкави и твърди PVC продукти, които заместват устойчиви на корозия метали. До средата на 20 век PVC се превърна в една от най-широко произведените пластмаси в световен мащаб.
Свойства на PVC пластмаса
PVC може да се похвали с уникален набор от свойства, които го правят универсален материал за различни приложения.
| на собствеността | Стойност |
| Плътност | 1.3-1.45 g/cm³ |
| Поглъщане на вода (24 часа потапяне) | 0,06% |
| Якост на опън | 7500 psi |
| Модул на огъване | 481000 psi |
| Изрязана IZOD въздействие на силата | 1,0 фута-фунта/в |
| Температура на отклонение на топлината (264 psi) | 158 ° F. |
| Коефициент на термично разширение | 3.2 x 10-5 in/in/° f |
| Диелектрична якост | 544 v/mil |
Физически свойства
Плътност : PVC има плътност 1,3-1,45 g/cm³ За твърд PVC. Тази сравнително висока плътност допринася за неговата здравина и издръжливост.
Поглъщане на вода : PVC има ниска абсорбция на вода. Когато се потапя за 24 часа, той абсорбира само 0,06% вода. Това го прави устойчив на влага и подходящ за употреба на открито.
Механични свойства
Якост на опън : PVC има якост на опън 7500 psi. Тази висока якост му позволява да издържа на значителен стрес, без да се счупи. Той е идеален за приложения, които изискват здравина.
Модул на гъвкавост : Флефурният модул на PVC е 481000 psi. Тази мярка за скованост гарантира, че PVC може да поддържа формата си при натоварване.
Нарязана сила на IZOD : Наредената сила на IZOD на PVC е 1,0 фута-фунта/в. Това показва способността му да се противопоставя на ударни сили и да избягва разрушаване.
Топлинни свойства
Температура на отклонение на топлината : При 264 psi температурата на отклонение на топлинното отклонение на PVC е 158 ° F. Това е температурата, при която започва да се деформира при натоварване. PVC поддържа формата си много при умерени температури.
Коефициент на термично разширение : PVC има коефициент на термично разширение от 3,2 x 10-5 в/in/° F. Това измерва колко се разширява с температурните промени. Ниската стойност на PVC означава, че поддържа стабилността на размерите.
Електрически свойства
Химични свойства
Химическа устойчивост : PVC е устойчив на много химикали, включително киселини, основи, соли и алифатни въглеводороди. Това го прави подходящ за използване в корозивна среда.
Устойчивост на атмосферни влияния : PVC може да издържи на излагане на слънчева светлина и други метеорологични елементи. Това свойство позволява използването му във външни приложения.
Предимства и недостатъци
Свойствата на PVC предлагат няколко предимства:
Ниска цена
Висока якост
Корозионна устойчивост
Завършването на пламъка
Отлична изолация
Лесен за обработка
Той обаче има и някои недостатъци:
Лоша стабилност на топлината: PVC може да се разгради при високи температури.
Миграция на пластификатори: С течение на времето пластификаторите могат да изскорят, влияейки върху свойствата на PVC.
Потенциална токсичност: PVC съдържа хлор, който може да освободи токсични вещества по време на производство или изхвърляне.
Производствен процес на PVC пластмаса
Замисляли ли сте се как се прави PVC пластмаса? Това е завладяващ процес, който включва няколко стъпки. Нека разгледаме производственото пътуване на този универсален материал.
Суровини
Основните суровини за производството на PVC са:
Винилхлориден мономер (VCM) : VCM се произвежда чрез комбиниране на хлор (получен от сол) и етилен (от природен газ или масло). Се образува етилен дихлорид. След това се нагрява в пукнатина за производство на VCM.
Добавки : Различни добавки се използват за подобряване на свойствата на PVC:
Стабилизатори: Предотвратяване на деградацията по време на обработката
Пластификатори: Подобрете гъвкавостта
Пълнители: Подобряване на механичните свойства
Смазочни материали: Помощ при обработката
UV стабилизатори: предпазва се от деградация на слънчевата светлина
Методи на полимеризация
PVC се синтезира чрез полимеризация на VCM. Двата основни метода са:
Полимеризация на суспензия :
VCM се диспергира във вода с инициатори и добавки.
Непрекъснатото смесване поддържа окачването и равномерния размер на частиците.
Представлява 80% от производството на PVC по целия свят.
Емулсионна полимеризация :
VCM е в капан вътре в сапунени мицели във вода.
Използват се водоразтворими инициатори.
Произвежда PVC с по-малък размер на частиците (0,1-100 μm).
И двата метода включват топлина за иницииране на полимеризация. Получената PVC смола е бяла, чуплива твърдо вещество.
Съединяване и гранулизиране
PVC смолата се смесва с добавки в процес, наречен Compounding. Това се прави в смесители или екструдери за получаване на хомогенна смес.
След това сложният PVC се пелетни. Той се екструдира през матрица и се нарязва на малки пелети. Тези пелети са лесни за работа и готови за по -нататъшна обработка.
Контрол и тестване на качеството
В целия производствен процес се прилагат строги мерки за контрол на качеството. Това гарантира последователни свойства и ефективност на PVC.
Някои общи тестове включват:
Измерване на плътността
Тестване на якостта на опън
Тестване на устойчивостта на въздействие
Тестване на термична стабилност
Тестване на химическа устойчивост
Тези тестове помагат да се провери дали PVC отговаря на необходимите спецификации за предвиденото си приложение.
Таблицата по -долу обобщава ключовите стъпки в производството на PVC:
| на стъпката | Описание |
| Суровини | VCM (от хлор и етилен) и добавки |
| Полимеризация | Окачване (80% от производството) или емулсия |
| Съединяване | Смесване на PVC смола с добавки за подобряване на свойствата |
| Пелетизиране | Екструдиране и рязане на сложни PVC в пелети |
| Контрол на качеството и тестване | Проверка на свойствата и ефективността чрез различни тестове |
Видове PVC пластмаса
PVC се предлага в различни видове, всеки с уникални свойства и приложения.
Твърди PVC (UPVC)
Известен също като непластизиран PVC или PVC-U
Твърд и рентабилен
Висока устойчивост на въздействието, водата, времето и корозивната среда
Плътност: 1.3-1.45 g/cm³
Приложения: тръби, рамки за прозорци и строителни материали
Гъвкав PVC
Гъвкава PVC тръба
Съдържа пластификатори, които придават гъвкавост
Класификация въз основа на съдържание на пластификатор:
Плътност: 1.1-1.35 g/cm³
Приложения: Кабели, маркучи и надуваеми продукти
Гъвкави PVC свойства
Ниска цена
Гъвкава и висока якост на удар
Добра устойчивост на UV, киселини, алкали и масла
Незащита
Универсален профил на производителност
Хлориран PVC (CPVC)
Произведени чрез хлориране на PVC смола
Съдържанието на хлор се е увеличило от 56% на около 66%
Подобрена издръжливост, химическа стабилност и забавяне на пламъка
Може да издържи по -високи температури от обикновения PVC
Приложения: тръби за гореща вода и промишлена течност
Ориентиран PVC (PVC-O)
Произведено чрез разтягане на PVC-U тръби
Реорганизира аморфната структура в слоеста структура
Подобрява физическите характеристики:
Скованост
Устойчивост на умора
Лек
Приложения: Тръби за висока ефективност под налягане
Модифициран PVC (PVC-M)
Сплав от PVC, образуван чрез добавяне на модифициращи агенти
Подобрява свойствата на здравината и въздействието
Приложения: канали, тръбопроводи и фитинги, изискващи повишена издръжливост
Таблицата по -долу обобщава ключовите видове PVC и техните характеристики:
| Тип | Описание Приложения | за ключови свойства | Приложения |
| Твърди PVC | Непластично, твърдо | Въздействие, време и химическа устойчивост | Тръби, рамки за прозорци, конструкция |
| Гъвкав PVC | Съдържа пластификатори за гъвкавост | Устойчивост на UV, киселина, алкали и масло | Кабели, маркучи, надуваеми |
| Хлориран PVC | Съдържанието на хлор се е увеличило до 66% | Подобрена издръжливост, топлинна устойчивост | Тръби за гореща вода, индустриална течност |
| Ориентиран PVC | Разтегнати PVC-U тръби | Подобрена скованост, устойчивост на умора | Високопроизводителни тръби за налягане |
| Модифициран PVC | PVC сплав с модифициращи агенти | Повишена здравина и сила на въздействието | Канали, тръбопроводи, фитинги |
Методи за обработка на PVC пластмаса
Универсалността на PVC е не само в своите свойства, но и по начините, по които може да бъде обработен. Нека се потопим в различните методи, използвани за оформяне на този материал в полезни продукти.
Екструзия
Екструзията е непрекъснат процес, който създава дълги, еднакви профили. PVC се разтопява и принуждава чрез матрица, за да създаде желаната форма.
Инжекционно формоване
Инжекционното формоване се използва за създаване на сложни, триизмерни части. Разтопеният PVC се инжектира в кухина на плесен, където се охлажда и се втвърдява.
Параметри на процеса :
Температура на стопилката: 170-210 ° C.
Температура на плесен: 20-60 ° C.
Тези параметри гарантират правилния поток и охлаждане на PVC
Съображения :
Термоформоване
Термоформата включва нагряване на PVC лист, докато стане гъвкава и след това го оформя върху мухъл. След това листът се охлажда, за да запази новата форма.
Издухване
Форнирането на удари се използва за създаване на кухи предмети като бутилки и контейнери. Епруветка от разтопен PVC, наречена Parison, се надува във формата.
Календация
Календирането е процес, който произвежда тънки, непрекъснати листове или филми. PVC се преминава през серия от отопляеми ролки, които го компресират и оформят.
3D печат
3D печат или производство на добавки е сравнително нов метод за обработка на PVC. Тя включва изграждане на обектно слой по слой от цифров модел.
| Метод на обработка | Описание | Ключови точки |
| Екструзия | Непрекъснат процес за създаване на профили | Тръба, тръби, листове; по -ниски температури от формоването на инжектиране |
| Инжекционно формоване | Създава сложни части, като се инжектира във форма | Температура на стопилка: 170-210 ° C, Температура на плесен: 20-60 ° C; устойчиви на корозия форми |
| Термоформоване | Оформяне на отопляеми PVC листове върху мухъл | Гъвкав при 120-150 ° C; Опаковка, знаци, автомобилни компоненти |
| Издухване | Създава кухи обекти, като надува парисон | Бутилки, контейнери; Подходящ за химикали |
| Календация | Произвежда тънки, непрекъснати листове или филми | Филми за опаковане, етикети; чаршафи за подови настилки, покрив |
| 3D печат | Изгражда обекти слой по слой от цифров модел | Нови PVC нишки; Потенциални щети на компонентите на принтера |
Тези методи за обработка показват адаптивността на PVC. Всеки метод има свои предимства и съображения. Изборът на метод на обработка зависи от желания краен продукт и неговите изисквания.
Модификации на PVC пластмаса
PVC рядко се използва в своята чиста форма. Често се променя с различни добавки, за да подобри свойствата и производителността му.
| модификация | Примери за | ефекти |
| Пластификатори | Фталати, адипати, тримелитати | Увеличете гъвкавостта, намалете силата |
| Топлинни стабилизатори | Калций-цин, базирана на калай | Предотвратяване на деградацията по време на обработката и употребата |
| Пълнители | Калциев карбонат, титанов диоксид, стъклени влакна | Подобрете механичните свойства, намалете разходите |
| Смазочни материали | Парафинов восък, стеаринова киселина | Подобряване на обработваемостта, намаляване на триенето |
| UV стабилизатори | HALS, бензотриазоли | Защита от деградация на UV |
| Модификатори на удара | Акрил, MBS | Подобряване на устойчивостта и съпротивата на въздействието |
| Забавници на пламъка | Антимонов триоксид, алуминиев хидроксид | Подобряване на пожарната съпротива |
| Помощни средства за обработка | Акрилна основа на силикон | Подобряване на обработваемостта и качеството на повърхността |
| Смеси | PVC/полиестер, PVC/PU, PVC/NBR | Подобрете специфичните свойства за целевите приложения |
Пластификатори
Пластификаторите са добавки, които увеличават гъвкавостта и обработваемостта на PVC. Те намаляват кристалността на полимера, което го прави по -гъвкав.
Топлинни стабилизатори
Топлинните стабилизатори предотвратяват разграждането на PVC по време на обработката и употребата. Те неутрализират солната киселина (НС1), получена, когато PVC е изложен на топлина.
Пълнители
Филърите се използват за подобряване на механичните свойства на PVC и намаляване на разходите. Те могат да увеличат твърдостта, силата и стабилността на размерите.
Калциев карбонат :
Титанов диоксид :
Стъклени влакна :
Смазочни материали
Смазаните се добавят към PVC, за да се подобри неговата обработка. Те намаляват триенето по време на екструзия и формоване, предотвратявайки залепването и осигуряването на плавен поток.
UV стабилизатори
UV стабилизаторите предпазват PVC от разграждане, причинено от излагане на слънчева светлина. Те предотвратяват обезцветяването, пробиването и загубата на механични свойства.
Модификатори на удара
Модификаторите на удара повишават здравината и устойчивостта на PVC срещу въздействието. Те подобряват способността на материала да абсорбира енергия, без да се напуква.
Забавници на пламъка
Забавките на пламъка подобряват пожарната устойчивост на PVC, което го прави по -безопасно за използване в различни приложения.
Антимонски триоксид :
Алуминиев хидроксид :
Помощни средства за обработка
СПИН за обработка са добавки, които подобряват обработваемостта на PVC и качеството на повърхността.
Смесва се с други термопластици
Смесването на PVC с други термопластици може да подобри свойствата му за конкретни приложения.
PVC/полиестерни смеси :
Подобряване на механичните свойства като устойчивост на абразия, якост на опън и устойчивост на сълза
Подходящ за автомобилни и индустриални приложения
PVC/PU смеси :
PVC/NBR Смеси :
Тези модификации показват невероятната адаптивност на PVC. Чрез внимателно подбор на добавки, производителите могат да приспособяват свойствата на PVC, за да отговарят на широк спектър от приложения.
Приложения и употреба на PVC пластмаса
Универсалността на PVC го прави материал за безброй приложения. От строителството до здравеопазването, от автомобилни до потребителски стоки, PVC е навсякъде.
Строителна индустрия
PVC е работен кон в строителния сектор. Неговата издръжливост, устойчивост на атмосферни влияния и лекота на инсталиране го правят идеален избор за различни приложения.
Електрическа и електроника
Отличните изолационни свойства на PVC и пожарната устойчивост го правят популярен избор в електрическата и електрониката.
Здравни и медицински изделия
Биосъвместимостта, яснотата и способността на PVC да бъдат стерилизирани го правят решаващ материал в здравеопазването.
Автомобилен сектор
Издръжливостта на PVC, химическата устойчивост и молдируемостта го правят полезен в различни автомобилни приложения.
Вътрешни компоненти :
Използва се за табла за управление, панели на вратите и капаци на седалките
Осигурете добра естетика и издръжливост
Устойчив на износване и UV експозиция
Защита на подцени :
Опаковане
Яснотата на PVC, химическата устойчивост и способността да се формира го правят популярен избор за опаковане.
Потребителски стоки
Универсалността и издръжливостта на PVC го правят често срещан материал в различни потребителски продукти.
| за зона на приложение | Примери | Основни предимства |
| Строителство | Тръби, прозорци, подови настилки | Издръжливост, устойчивост на атмосферни влияния, лесна инсталация |
| Електрическа и електроника | Кабелна изолация, тръбопроводи | Изолация, пожарна устойчивост, химическа устойчивост |
| Здравеопазване | Кръвни торбички, хирургични ръкавици | Биосъвместимост, яснота, стерилизиране |
| Автомобил | Вътрешни компоненти, защита на подкоса | Издръжливост, химическа устойчивост, формовост |
| Опаковане | Опаковка за храна, блистерни опаковки | Яснота, химическа устойчивост, формовост |
| Потребителски стоки | Дрехи, обувки, играчки | Универсалност, издръжливост, безопасност |
Това са само няколко примера за безбройните приложения на PVC. Уникалната му комбинация от свойства го прави незаменим материал в нашия съвременен свят.
Екологични съображения
Потенциално освобождаване на токсични вещества
Производството и използването на PVC могат да отделят вредни вещества, особено по време на производството и изхвърлянето. Диоксините и винилхлоридът са странични продукти на производството на PVC, което представлява значителни рискове за околната среда и здравето. Когато PVC се изгаря или обработва неправилно, той може да освободи тези токсични химикали, допринасяйки за замърсяването на въздуха и опасностите за здравето за работниците.
Миграция на пластификатор и остатъци
Гъвкавият PVC често съдържа пластификатори, за да подобри гъвкавостта му. С течение на времето тези пластификатори могат да мигрират от материала, като потенциално оставят вредни остатъци. Проучванията показват, че фталатите , общ тип пластификатор, могат да нарушат човешкото здраве, влияещи върху хормоните и репродуктивните системи. Това доведе до нарастващи опасения относно безопасността на гъвкавия PVC в потребителските продукти.
Въздействие на тежка метална топлинна стабилизатори
В исторически план PVC разчита на тежка метална топлинна стабилизатори, особено олово , за да предотврати разграждането по време на обработката. Макар и ефективни, тези стабилизатори представляват значителни рискове, когато PVC се изхвърля или рециклира. Замърсяването с олово в PVC отпадъците прави рециклирането трудно и представлява дългосрочни опасности за околната среда.
| за стабилизатори на топлина | Потенциални рискове |
| Стабилизатори на базата на олово | Замърсяване на околната среда, предизвикателства за рециклиране |
| Стабилизатори на базата на калай | По -безопасно, но по -скъпо |
| Калциево-цинкови стабилизатори | Нетоксични, екологични алтернативи |
Развитие на нетоксични добавки
В отговор на тези проблеми, индустрията се насочи към нетоксични и екологични добавки . алтернативи като калциево-цинкови стабилизатори , които да заменят вредните тежки метали. Разработени са Тези нови добавки поддържат ефективността на PVC, без да компрометират околната среда или човешкото здраве. Полагат се и усилия за създаване на пластификатори на базата на биологични бази, които не представляват същите рискове като традиционните фталати.
Системи за рециклиране със затворен контур
Основен фокус в PVC индустрията е създаването на системи за рециклиране със затворен контур . Това включва рециклиране на отпадъци от PVC обратно в производството, намаляване на необходимостта от нови суровини и минимизиране на въздействието върху околната среда. Vinylplus , европейска инициатива за рециклиране на PVC, постигна крачки в улесняването на събирането и рециклирането на PVC продукти. Като гарантира, че отпадъците от PVC могат да бъдат преработени и използвани повторно, производителите имат за цел да намалят отпадъците на депата и да насърчават кръговата икономика.
Рециклиране и изхвърляне на PVC
Рециклирането на PVC е предизвикателство поради наличието на добавки и примеси. Има два основни метода за рециклиране на PVC:
Механично рециклиране : включва шлайфане и преработка на PVC отпадъци в нови продукти. Наличието на замърсители обаче може да намали качеството на рециклирания материал.
Химическо рециклиране : Разбива PVC в основните си компоненти, които могат да бъдат използвани повторно в новите производствени процеси. Този метод е по -сложен, но позволява по -чисто рециклиране.
Неправилното изхвърляне на PVC, особено чрез изгаряне, отделя вредни газове като водороден хлорид . Методите за безопасно изхвърляне са от решаващо значение за минимизиране на вредите в околната среда.
Устойчиви производствени практики
За да се справят с въздействието върху екологичното въздействие на PVC, производителите приемат устойчиви практики . Те включват намаляване на емисиите по време на производството и използване на възобновяеми енергийни източници. Чрез включването на рециклирания PVC в нови продукти, индустрията може да намали разчитането си на девствени материали. Компаниите също така проучват използването на Bio-PVC , получени от възобновяеми суровини, като по-зелена алтернатива на конвенционалния PVC.
Алтернативи на PVC
В определени приложения индустриите изследват алтернативи на PVC. Материали като полипропилен и термопластични еластомери (TPE) предлагат подобни предимства с по -малко екологични недостатъци. Например, TPE може да замени гъвкавия PVC в медицински тръби, докато полиетиленът често се използва в приложения за опаковане. Тези алтернативи са част от по -широки усилия за намаляване на разчитането на потенциално вредни материали.
Резюме
PVC пластмасата е универсална, трайна и широко използвана в индустрии като строителство и здравеопазване. Той се предлага в гъвкави и твърди форми, с приложения, вариращи от тръби до медицински изделия. Новите напредвания в екологичните добавки и методите за рециклиране имат за цел да направят PVC по-устойчив. Тъй като технологията се подобрява, се появяват био-базирани PVC и нетоксични алтернативи. За да се защити околната среда, отговорното използване и правилното изхвърляне на PVC продуктите са от решаващо значение за минимизиране на тяхното въздействие.
Съвети: Може би се интересувате от всички пластмаси
