Har du någonsin undrat varför PVC -plast finns överallt? Från rör till medicintekniska produkter har detta mångsidiga material revolutionerat många branscher. Upptäckt av misstag 1872 av den tyska kemisten Eugen Baumann, har PVC sedan dess blivit ett viktigt material över hela världen.
I det här inlägget undersöker vi egenskaper, tillverkningsprocesser och typer av PVC -plast. Du kommer också att lära dig om dess breda utbud av användningsområden och modifieringar som gör det viktigt i branscher idag.
Förstå polyvinylklorid (PVC)
Vad är PVC (polyvinylklorid)?
PVC eller polyvinylklorid, även kallad vinyl, är en mycket mångsidig termoplastisk polymer. Det är känt för sin hållbarhet, överkomliga priser och resistens mot kemikalier. PVC används i branscher som konstruktion, sjukvård och elektronik och gynnas för sin förmåga att motstå extrema förhållanden. Till skillnad från vissa andra plast kan PVC vara flexibel eller styv, beroende på de tillsatser som användes under produktionen.
PVC är ett lätt material. Det är lätt att arbeta med och kan formas i olika former, vilket gör det till ett val för många applikationer. Dess utmärkta elektriska isoleringsegenskaper gör det också idealiskt för tråd- och kabelproduktion.
Kort historia om PVC -upptäckt och utveckling
PVC: s upptäckt var en lycklig olycka. 1872 utsatte den tyska kemisten Eugen Baumann vinylkloridgas för solljus och producerade ett vitt fast ämne - PVC. Det var emellertid inte förrän 1913 som Friedrich Klatte patenterade en process för att polymerisera PVC med solljus och banade vägen för kommersiellt bruk.
Under första världskriget började Tyskland producera flexibla och styva PVC-produkter, som ersatte korrosionsbeständiga metaller. I mitten av 1900-talet hade PVC blivit en av de mest producerade plasten globalt.
PVC -plast
PVC har en unik uppsättning egenskaper som gör det till ett mångsidigt material för olika applikationer.
| Fastighetsvärde | |
| Densitet | 1,3-1,45 g/cm³ |
| Vattenabsorption (24 timmars nedsänkning) | 0,06% |
| Dragstyrka | 7500 psi |
| Böjmodul | 481000 psi |
| Hackad izod påverkan styrka | 1,0 ft-lbs/in |
| Värmeavböjningstemperatur (264 psi) | 158 ° F |
| Termisk expansionskoe | 3,2 x 10-5 i/i/° F |
| Dielektrisk styrka | 544 V/MIL |
Fysikaliska egenskaper
Densitet : PVC har en densitet av 1,3-1,45 g/cm³ För styv PVC. Denna relativt höga densitet bidrar till dess robusthet och hållbarhet.
Vattenabsorption : PVC har låg vattenabsorption. När den är nedsänkt i 24 timmar absorberar den bara 0,06% vatten. Detta gör det motståndskraftigt mot fukt och lämplig för utomhusbruk.
Mekaniska egenskaper
Draghållfasthet : PVC har en draghållfasthet på 7500 psi. Denna höga styrka gör det möjligt att motstå betydande stress utan att bryta. Det är idealiskt för applikationer som kräver seghet.
Böjmodul : PVC: s böjmodul är 481000 psi. Detta mått på styvhet säkerställer att PVC kan bibehålla sin form under belastning.
Notched Izod Impact Strength : PVC: s hackade IZOD-slagstyrka är 1,0 ft-lbs/in. Detta indikerar dess förmåga att motstå slagkrafter och undvika sprickor.
Termiska egenskaper
Värmeavböjningstemperatur : Vid 264 PSI är PVC: s värmeavböjningstemperatur 158 ° F. Detta är temperaturen vid vilken den börjar deformeras under belastning. PVC upprätthåller sin form väl under måttliga temperaturer.
Koefficient för termisk expansion : PVC har en värmekoefficient på 3,2 x 10-5 i/i/° F. Detta mäter hur mycket det expanderar med temperaturförändringar. PVC: s låga värde innebär att det upprätthåller dimensionell stabilitet.
Elektriska egenskaper
Kemiska egenskaper
Kemisk resistens : PVC är resistent mot många kemikalier, inklusive syror, baser, salter och alifatiska kolväten. Detta gör det lämpligt för användning i frätande miljöer.
Vädermotstånd : PVC tål exponering för solljus och andra väderelement. Den här egenskapen möjliggör användning i utomhusapplikationer.
Fördelar och nackdelar
PVC: s fastigheter erbjuder flera fördelar:
Låg kostnad
Högstyrka
Korrosionsmotstånd
Flamfördröjning
Utmärkt isolering
Lätt att bearbeta
Men det har också vissa nackdelar:
Dålig värmestabilitet: PVC kan försämras vid höga temperaturer.
Masticizer Migration: Med tiden kan mjukgörare läcka ut och påverka PVC: s egenskaper.
Potentialtoxicitet: PVC innehåller klor, som kan frisätta giftiga ämnen under produktion eller bortskaffande.
Tillverkningsprocess av PVC -plast
Har du någonsin undrat hur PVC -plast görs? Det är en fascinerande process som involverar flera steg. Låt oss utforska tillverkningsresan för detta mångsidiga material.
Råvaror
De primära råvarorna för PVC -produktion är:
Vinylkloridmonomer (VCM) : VCM produceras genom att kombinera klor (härrörande från salt) och eten (från naturgas eller olja). Etylendiklorid bildas. Den upphettas sedan i en sprickningsenhet för att producera VCM.
Tillsatser : Olika tillsatser används för att förbättra PVC: s egenskaper:
Stabilisatorer: Förhindra nedbrytning under bearbetningen
Mjukgörare: Förbättra flexibiliteten
Fyllmedel: Förbättra mekaniska egenskaper
Smörjmedel: Hjälp till bearbetning
UV -stabilisatorer: Skydda mot nedbrytning av solljus
Polymerisationsmetoder
PVC syntetiseras genom polymerisation av VCM. De två huvudmetoderna är:
Suspensionspolymerisation :
VCM sprids i vatten med initiativtagare och tillsatser.
Kontinuerlig blandning upprätthåller suspension och enhetlig partikelstorlek.
Står för 80% av PVC -produktionen över hela världen.
Emulsionspolymerisation :
VCM fångas in i tvålmiceller i vatten.
Vattenlösliga initiativtagare används.
Producerar PVC med mindre partikelstorlek (0,1-100 μM).
Båda metoderna involverar värme för att initiera polymerisation. Det resulterande PVC -hartset är ett vitt, sprött fast.
Sammansättning och pelletisering
PVC -hartset blandas med tillsatser i en process som kallas sammansättning. Detta görs i blandare eller extruder för att producera en homogen blandning.
Den sammansatta PVC pelletiseras sedan. Det extruderas genom en matris och skärs i små pellets. Dessa pellets är enkla att hantera och redo för vidare bearbetning.
Kvalitetskontroll och testning
Strikta kvalitetskontrollåtgärder genomförs under hela tillverkningsprocessen. Detta säkerställer konsekventa egenskaper och prestanda för PVC.
Några vanliga tester inkluderar:
Dessa tester hjälper till att verifiera att PVC uppfyller de nödvändiga specifikationerna för dess avsedda applikation.
Tabellen nedan sammanfattar de viktigaste stegen i PVC -tillverkning
| Stegbeskrivning | : |
| Råvaror | VCM (från klor och eten) och tillsatser |
| Polymerisation | Suspension (80% av produktionen) eller emulsion |
| Sammansättning | Blanda PVC -harts med tillsatser för att förbättra egenskaperna |
| Pelleterande | Extruderande och skärande sammansatt PVC i pellets |
| Kvalitetskontroll och testning | Verifiera egenskaper och prestanda genom olika tester |
Typer av PVC -plast
PVC finns i olika typer, var och en med unika egenskaper och applikationer.
Styv PVC (UPVC)
Även känd som oplastiserad PVC eller PVC-U
Styv och kostnadseffektiv
Hög motstånd mot påverkan, vatten, väder och frätande miljöer
Densitet: 1,3-1,45 g/cm³
Applikationer: Rör, fönsterramar och konstruktionsmaterial
Flexibel PVC
Flexibel PVC -rör
Innehåller mjukgörare som ger flexibilitet
Klassificering baserad på mjukgöringsinnehåll:
Densitet: 1,1-1,35 g/cm³
Applikationer: Kablar, slangar och uppblåsbara produkter
Flexibla PVC -egenskaper
Låg kostnad
Flexibel och hög påverkan styrka
Bra motstånd mot UV, syror, alkalier och oljor
Icke-brandfarlig
Mångsidig prestationsprofil
Klorerad PVC (CPVC)
Producerad genom klorering av PVC -harts
Klorinnehållet ökade från 56% till cirka 66%
Förbättrad hållbarhet, kemisk stabilitet och flamskydd
Kan tåla högre temperaturer än regelbunden PVC
Applikationer: Handling av varmvatten och industriell vätskan
Orienterad PVC (PVC-O)
Tillverkas av att sträcka PVC-U-rör
Omorganiserar amorf struktur till en skiktad struktur
Förbättrar fysiska egenskaper:
Styvhet
Trötthetsmotstånd
Lättvikt
Applikationer: Högpresterande tryckrör
Modifierad PVC (PVC-M)
Legering av PVC bildad genom att lägga till modifierande medel
Förbättrar seghet och slagegenskaper
Tillämpningar: kanaler, ledningar och beslag som kräver förbättrad hållbarhet
Tabellen nedan sammanfattar nyckeltyperna av PVC och deras egenskaper:
| Typ | Beskrivning | Nyckelegenskaper | Applikationer |
| Stel PVC | Oplastiserad, styv | Påverkan, väder och kemiskt motstånd | Rör, fönsterramar, konstruktion |
| Flexibel PVC | Innehåller mjukgörare för flexibilitet | UV, syra, alkali och oljemotstånd | Kablar, slangar, gummibåtar |
| Klorerad PVC | Klorinnehållet ökade till 66% | Förbättrad hållbarhet, värmemotstånd | Varmvattenledningar, industriell vätskehantering |
| Orienterad PVC | Sträckta PVC-U-rör | Förbättrad styvhet, trötthetsmotstånd | Högpresterande tryckrör |
| Modifierad PVC | PVC -legering med modifierande medel | Ökad seghet och slaghållfasthet | Kanaler, ledningar, beslag |
Bearbetningsmetoder för PVC -plast
PVC: s mångsidighet är inte bara i sina egenskaper utan också på det sätt som den kan bearbetas. Låt oss dyka in i de olika metoderna som används för att forma detta material till användbara produkter.
Extrudering
Extrudering är en kontinuerlig process som skapar långa, enhetliga profiler. PVC smälts och tvingas genom en matris för att skapa önskad form.
Formsprutning
Injektionsgjutning används för att skapa komplexa, tredimensionella delar. Smält PVC injiceras i en mögelhålan där den svalnar och stelnar.
Processparametrar :
Smälttemperatur: 170-210 ° C
Formtemperatur: 20-60 ° C
Dessa parametrar säkerställer korrekt flöde och kylning av PVC
Överväganden :
Termoformning
Termoformning innebär att värma ett PVC -ark tills det är smidigt och sedan formar det över en form. Arket kyls sedan för att behålla den nya formen.
Blåsform
Blåsgjutning används för att skapa ihåliga föremål som flaskor och behållare. Ett rör med smält PVC, kallad en parison, är uppblåst i en form.
Kalendrande
Calendering är en process som producerar tunna, kontinuerliga ark eller filmer. PVC passeras genom en serie uppvärmda rullar som komprimerar och formar den.
3D -tryckning
3D -utskrift, eller tillsatsstillverkning, är en relativt ny metod för bearbetning av PVC. Det handlar om att bygga upp ett objektlager för lager från en digital modell.
Framsteg :
Begränsningar :
| Bearbetningsmetod | Beskrivning | Nyckelpunkter |
| Extrudering | Kontinuerlig process för att skapa profiler | Rör, slang, lakan; lägre temperaturer än formsprutning |
| Formsprutning | Skapar komplexa delar genom att injicera i en form | Smält temp: 170-210 ° C, mögel temp: 20-60 ° C; korrosionsbeständiga formar |
| Termoformning | Forma uppvärmda PVC -ark över en form | Böjlig vid 120-150 ° C; Förpackning, skyltar, bilkomponenter |
| Blåsform | Skapar ihåliga föremål genom att blåsa upp en parison | Flaskor, containrar; Lämplig för kemikalier |
| Kalendrande | Producerar tunna, kontinuerliga ark eller filmer | Filmer för förpackningar, etiketter; ark för golv, tak |
| 3D -tryckning | Bygger objekt lager för lager från en digital modell | Nya PVC -filament; Potentiella skador på skrivarkomponenterna |
Dessa bearbetningsmetoder visar PVC: s anpassningsförmåga. Varje metod har sina egna fördelar och överväganden. Valet av bearbetningsmetod beror på den önskade slutprodukten och dess krav.
Ändringar av PVC -plast
PVC används sällan i sin rena form. Det modifieras ofta med olika tillsatser för att förbättra dess egenskaper och prestanda.
| Modifieringsexempel | | Effekter |
| Mjukgörare | Ftalater, adipater, trimelliterar | Öka flexibiliteten, minska styrkan |
| Värmestabilisatorer | Kalcium-zink, tennbaserad | Förhindra nedbrytning under bearbetning och användning |
| Fyllare | Kalciumkarbonat, titandioxid, glasfibrer | Förbättra mekaniska egenskaper, minska kostnaden |
| Smörjmedel | Paraffinvax, stearinsyra | Förbättra bearbetbarheten, minska friktionen |
| UV -stabilisatorer | Hals, bensotriazoler | Skydda mot UV -nedbrytning |
| Slagmodifierare | Akryl, MBS | Förbättra seghet och slagmotstånd |
| Flamskyddsmedel | Antimontrioxid, aluminiumhydroxid | Förbättra brandmotståndet |
| Bearbetningshjälpmedel | Akrylbaserad, silikonbaserad | Förbättra bearbetbarhet och ytkvalitet |
| Blandning | PVC/polyester, PVC/PU, PVC/NBR | Förbättra specifika egenskaper för riktade applikationer |
Mjukgörare
Mjukgörare är tillsatser som ökar flexibiliteten och bearbetbarheten för PVC. De minskar polymerens kristallinitet, vilket gör det mer böjligt.
Typer :
Ftalater: Vanligtvis används för flexibilitet i kablar och slangar
Adipater och trimellitater: Används där högre prestanda behövs, till exempel inom fordonsinredning och medicinsk utrustning
Effekter på egenskaper :
Öka flexibiliteten och förlängningen
Minska draghållfastheten och hårdheten
Lägre glasövergångstemperatur
Värmestabilisatorer
Värmestabilisatorer förhindrar nedbrytning av PVC under bearbetning och användning. De neutraliserar saltsyran (HCL) som produceras när PVC utsätts för värme.
Fyllare
Fyllmedel används för att förbättra PVC: s mekaniska egenskaper och minska kostnaderna. De kan öka styvhet, styrka och dimensionell stabilitet.
Kalciumkarbonat :
Titandioxid :
Ger vithet och opacitet
Förbättrar UV -motstånd
Glasfibrer :
Smörjmedel
Smörjmedel läggs till PVC för att förbättra dess bearbetbarhet. De minskar friktionen under extrudering och gjutning, förhindrar att sticka och säkerställa jämnt flöde.
Externa smörjmedel :
Interna smörjmedel :
UV -stabilisatorer
UV -stabilisatorer skyddar PVC från nedbrytning orsakad av exponering för solljus. De förhindrar missfärgning, kritning och förlust av mekaniska egenskaper.
Slagmodifierare
Påverkningsmodifierare förbättrar PVC: s seghet och motstånd mot påverkan. De förbättrar materialets förmåga att absorbera energi utan att spricka.
Flamskyddsmedel
Flamskyddsmedel förbättrar PVC: s brandmotstånd, vilket gör det säkrare för användning i olika applikationer.
Antimontrioxid :
Aluminiumhydroxid :
Bearbetningshjälpmedel
Bearbetningshjälpmedel är tillsatser som förbättrar PVC: s bearbetbarhet och ytkvalitet.
Akrylbaserade aids :
Silikonbaserade aids :
Blandar med andra termoplast
Blandning av PVC med annan termoplast kan förbättra sina egenskaper för specifika applikationer.
Dessa modifieringar visar PVC: s otroliga anpassningsbarhet. Genom att noggrant välja tillsatser kan tillverkare skräddarsy PVC: s egenskaper för att passa ett brett utbud av applikationer.
Applikationer och användning av PVC -plast
PVC: s mångsidighet gör det till ett material för otaliga applikationer. Från byggande till sjukvård, från fordon till konsumentvaror, är PVC överallt.
Byggbransch
PVC är en arbetshäst inom byggsektorn. Dess hållbarhet, motstånd mot väderbildning och enkel installation gör det till ett idealiskt val för olika applikationer.
Elektrisk och elektronik
PVC: s utmärkta isolerande egenskaper och brandmotstånd gör det till ett populärt val inom elektriska och elektronikindustrin.
Sjukvård och medicinsk utrustning
PVC: s biokompatibilitet, tydlighet och förmåga att steriliseras gör det till ett avgörande material inom sjukvården.
Bilsektor
PVC: s hållbarhet, kemisk resistens och formbarhet gör det användbart i olika bilapplikationer.
Interiörkomponenter :
Används för instrumentpaneler, dörrpaneler och sittskydd
Ge god estetik och hållbarhet
Resistent mot slitage och UV -exponering
Underkroppsskydd :
Förpackning
PVC: s tydlighet, kemiska motstånd och förmåga att formas gör det till ett populärt val för förpackningar.
Konsumtionsvaror
PVC: s mångsidighet och hållbarhet gör det till ett vanligt material i olika konsumentprodukter.
| på applikationsområde | Exempel | Viktiga fördelar |
| Konstruktion | Rör, fönster, golv | Hållbarhet, väderbeständighet, enkel installation |
| Elektronik och elektronik | Kabelisolering, ledningar | Isolering, brandmotstånd, kemisk motstånd |
| Vård | Blodpåsar, kirurgiska handskar | Biokompatibilitet, tydlighet, steriliserbarhet |
| Bil | Inre komponenter, underkroppsskydd | Hållbarhet, kemisk resistens, formbarhet |
| Förpackning | Matförpackning, blisterförpackningar | Tydlighet, kemisk resistens, formbarhet |
| Konsumtionsvaror | Kläder, skor, leksaker | Mångsidighet, hållbarhet, säkerhet |
Detta är bara några exempel på de otaliga applikationerna av PVC. Dess unika kombination av egenskaper gör det till ett oumbärligt material i vår moderna värld.
Miljööverväganden
Potentiell frisättning av giftiga ämnen
PVC -produktion och användning kan frigöra skadliga ämnen, särskilt under tillverkning och bortskaffande. Dioxiner och vinylklorid är biprodukter från PVC-produktion, vilket utgör betydande miljö- och hälsorisker. När PVC bränns eller på ett felaktigt sätt bearbetas kan det frigöra dessa giftiga kemikalier, vilket bidrar till luftföroreningar och hälsorisker för arbetarna.
Mjukgör migration och rester
Flexibel PVC innehåller ofta mjukgörare för att förbättra dess flexibilitet. Med tiden kan dessa mjukgörare migrera från materialet och potentiellt lämna skadliga rester. Studier har visat att ftalater , en vanlig typ av mjukgörare, kan störa människors hälsa, som påverkar hormoner och reproduktionssystem. Detta har lett till växande oro över säkerheten för flexibel PVC i konsumentprodukter.
Påverkan av tungmetallbaserade värmestabilisatorer
Historiskt sett har PVC förlitat sig på tungmetallbaserade värmesstabilisatorer, särskilt bly , för att förhindra nedbrytning under bearbetningen. Även om de är effektiva utgör dessa stabilisatorer betydande risker när PVC bortskaffas eller återvinns. Blyföroreningar i PVC-avfall gör återvinning svår och utgör långsiktiga miljöfaror.
| Värmestabilisatorer | potentiella risker |
| Blybaserade stabilisatorer | Miljöföroreningar, återvinningsutmaningar |
| Tennbaserade stabilisatorer | Säkrare men dyrare |
| Kalcium-zinkstabilisatorer | Giftiga, miljövänliga alternativ |
Utveckling av giftiga tillsatser
Som svar på dessa problem har branschen förändrats mot giftiga och miljövänliga tillsatssystem . Alternativ som kalcium-zinkstabilisatorer har utvecklats för att ersätta skadliga tungmetaller. Dessa nya tillsatser upprätthåller PVC: s prestanda utan att kompromissa med miljö- eller människors hälsa. Insatser pågår också för att skapa biobaserade mjukgörare som inte utgör samma risker som traditionella ftalater.
Återvinningssystem med sluten sling
Ett viktigt fokus i PVC-industrin är att etablera återvinningssystem med sluten slinga . Detta innebär återvinning av PVC -avfall tillbaka till produktion, minskar behovet av nya råvaror och minimerar miljöpåverkan. Vinylplus , ett europeiskt initiativ för återvinning av PVC, har gjort framsteg för att underlätta insamling och återvinning av PVC -produkter. Genom att säkerställa att PVC -avfall kan återarbetas och återanvändas, syftar tillverkarna till att minska deponeringsavfallet och främja en cirkulär ekonomi.
Återvinning och bortskaffande av PVC
Återvinning av PVC är utmanande på grund av närvaron av tillsatser och föroreningar. Det finns två huvudmetoder för att återvinna PVC:
Mekanisk återvinning : innebär att malning och upparbetning av PVC -avfall till nya produkter. Närvaron av föroreningar kan emellertid minska kvaliteten på det återvunna materialet.
Kemisk återvinning : Bryter PVC ner i dess baskomponenter, som kan återanvändas i nya produktionsprocesser. Denna metod är mer komplex men möjliggör renare återvinning.
Felaktig bortskaffande av PVC, särskilt genom förbränning, frigör skadliga gaser som väteklorid . Säkra bortskaffningsmetoder är avgörande för att minimera miljöskador.
Hållbar tillverkningspraxis
För att ta itu med miljöpåverkan av PVC antar tillverkarna hållbara metoder . Dessa inkluderar att minska utsläppen under produktionen och använda förnybara energikällor. Genom att integrera återvunnet PVC i nya produkter kan branschen minska sitt beroende av jungfruliga material. Företag undersöker också användningen av Bio-PVC , härrörande från förnybara råvaror, som ett grönare alternativ till konventionell PVC.
Alternativ till PVC
I vissa applikationer undersöker branscher alternativ till PVC. Material som polypropen och termoplastiska elastomerer (TPE) erbjuder liknande fördelar med färre miljömässiga nackdelar. Till exempel kan TPE ersätta flexibel PVC i medicinskt slang, medan polyeten ofta används i förpackningsapplikationer. Dessa alternativ är en del av en bredare ansträngning för att minska beroende av potentiellt skadliga material.
Sammanfattning
PVC -plast är mångsidig, hållbar och allmänt används i branscher som konstruktion och sjukvård. Den finns i flexibla och styva former, med applikationer som sträcker sig från rör till medicintekniska produkter. Nya framsteg inom miljövänliga tillsatser och återvinningsmetoder syftar till att göra PVC mer hållbara. När tekniken förbättras dyker upp biobaserade PVC och giftiga alternativ. För att skydda miljön är ansvarsfull användning och korrekt bortskaffande av PVC -produkter avgörande för att minimera deras påverkan.
Tips: Du kanske är intresserad av all plast
