耐熱性
通過耐熱試驗可以判斷薄膜的使用溫度范圍,要確定聚氯乙烯(pvc)和熱塑性塑料的使用溫度范圍會遇到許多困難。首先必須把隨溫度而發生的變化分為兩類,即:
①性能隨溫度而發生的暫時變化,稱之為可逆變化;
②熱作用后性能發生的永久變化,稱之為不可逆變化。
熱塑性塑料受熱時的性能變化可分為物理的、·化學的和電的等幾類。有些試驗需要在恒溫室中進行(如拉伸試驗、曲撓強度試驗等),也可將整臺測試儀器放到恒溫箱內進行,例如表面發粘試驗或冷裂試驗。
測定在短時間內熱能對薄膜性能影響的某些試驗,需要在150°C或更高的溫度下進行。
關于物理、化學和電性能隨溫度變化的詳細倩況,將在有關章節中加以討論。
1、尺寸穩定性
聚氯乙烯薄膜受熱時一般會出現或多或少的體形變化。把薄膜試樣放在一烘箱中或一液浴中(一般是在水中),在一定溫度下進行試驗。我國是在沸水中測定試樣的縱向尺寸收縮率。
裁取縱向試樣五條,試樣250*8毫米,厚為薄膜原厚。 將試樣分別置于300*12*2毫米的木槽中,蓋上一層鐵絲紗,然后將帶有試樣的木槽放入沸水浴中煮沸15分鐘取出,于室溫下冷卻15分鐘,在木槽中準確測量試樣收縮后的尺寸L(準確至0.5毫米)。
沸水中縱向尺寸收縮率計算公式:
試驗結果取五個試樣測量值的算木平均值。
英國和美國的測試方法規定,試樣規格為1 x30厘來或10*10厘米。試樣在烘箱中,應在自由而無應力的狀態下懸掛著。
準確地測量經試驗后并已冷卻了的試樣的體形,將其長度和寬度的變化以原長的百分數表示。試樣常在50~120°C的范圍內進行。
在無機械力(例如拉伸力和壓力)作用時聚氯乙烯薄膜會發生尺寸變化的原因有二:
①增塑劑和溶劑的損失會引起重量減少,并.從而引起體積變化;表面積一也會隨之發生變化。
②在無重量損失的情況下,由于消除了潛在的內應力而會在室溫情況下引起尺寸發生變化,溫度升高會加速它的發生。下面將討論此一現象。
聚氯乙烯薄膜是一種熱塑性材料,在熱彈性范圍內(即在脆折點和流動溫度間),它可通過產生可逆變形直至發生斷裂伸長而不產生機械應力。在脆折溫度以下時,薄膜會由于有機械應力而出現脆裂現象。
在熱彈性范圍內,熱塑性塑料具有很強的回彈能力(即恢復力)。在去除外力并保持溫度的情況下,薄膜會竭力重新恢復它自身原來所具有的應力狀態。這是由于鏈纏繞結構在此時仍在起作用所致。
開始時回彈速度比較快,但很快就會減緩,這是由于有松弛效應所致。
去除變形力后進行冷卻,應力會“凍結”起來,但變形并未結束,回彈會繼續進行,只不過速度極慢而巳。
彈性變形的溫度愈高,應力“凍結”愈厲害,在低溫下進行恢復(回彈)就會愈慢,在室溫下此過程需要成月或成年的時間。
在生產聚氯乙烯薄膜過程中,由于各種原因,薄膜會受到這種熱彈性變形力的作用。
為使強度增高,特將硬聚氯乙烯薄膜于彈性范圍內在縱向和橫向進行拉伸處理;在薄膜生產設備和二次加工設備上尚處于受熱狀態的硬軟聚氯乙烯薄膜常會在運動方向受到張力。.因此,在薄膜使用前用退火處理的方式消除薄膜的內應力是必要的。
通過退火處理,拉伸應力也只能消除到退火溫度可能消除的程度,因而幾乎所有聚氛乙始薄膜都有少許的殘余收縮。
聚氯乙烯薄膜在100℃經15分鐘處理后的收縮值規定如表3一14所示:
用于焊接的薄膜在100℃時的收縮值一般應低于5%,在70℃應低于0.5~1%。此值對于焊接薄膜說來是重要的,因為焊接時局部會受熱至140℃,有時還會更高。
從上述情況可以看出,經拉伸處理過的薄膜不能用于二次加工和在較高的溫度下使用,即使是受熱時間很短亦不行。拉伸薄膜的最高允許使用溫度在60~70℃之間,這也就是拉伸薄膜的臨界使用溫度。
在聚氯乙烯薄膜的橫向變寬的同時,縱向會變短,所有的壓延或擠出薄膜都會在一定程度上出現這種情況。這種現象的出現是由于薄膜在生產設備上受到張力作用長度增加,同時,寬度減小了一些,提高溫度時薄膜會恢復原狀。聚氯乙烯薄膜愈軟,則延伸性就愈大,縱向的收縮也會愈大,幅寬的增加就會愈多。
流涎薄膜或層壓片材不會發生上述收縮現象。
收縮嚴重時,不但會引起尺寸變化,同時還會帶來下述后果:當做坐墊時縫接處易撕裂,拉緊處易形成皺紋,粘合制品易發生開縫現象。
當聚氯乙烯薄膜焊接時應注意將兩塊薄膜在同一方向疊合連結。這樣,雖不能阻止發生收縮,但卻能大大抑制制品出現皺紋的情況。若將縱向和橫向焊在一起,則縱向的收縮和橫向的增長就會同時發生,兩薄膜中之一(常是較薄者)就會凸起呈彎弓形而起皺,焊接制品的質量就無法得到保證。
不僅用以生產焊接制品的薄膜需要有較好的尺寸穩定性,用于其它二次加工的薄膜亦應注意這一點,因為溫度較高時薄膜會出現各種變形。
用于真空成型的硬質聚氯乙烯薄膜若收縮性較大,則會給成型工藝帶來困難,因為熱到120~140°C時會發生皺縮,這會造成薄膜和薄片受熱不勻而出現皺紋。
硬質薄膜熱成型制品應不再受熱至成型溫度,即其使用溫度應不超過80℃,用于復合薄膜的粘合劑應具有防止薄膜發生回彈現象的粘力。
很軟的聚氯乙烯薄膜,在生產中產生的拉伸應力在室溫下亦會導致收縮。因此,收縮試驗和二次加工應在室溫下讓薄膜靜置一段時間后再進行。
引起薄膜收縮的原因是多種的:如薄膜經落劑抹面、印花處理,受粘合劑、熱封漆或涂飾劑作用后會余下少量有膨脹作用的溶劑,當失去這些殘余溶劑后,膨脹會消失并發生收縮,同時會有失重。這種收縮與純物理收縮有所不同。
收縮薄膜正是利用拉伸薄膜的收縮現象制成的。
2、薄膜耐熱性
根據我國標準GB1035-70“塑料耐熱性(馬丁)試臉方法”,可測出比較硬的試樣的耐熱性。
VDE 0302 &7b提供的是維卡試驗法。由于兩種試驗方法都規定試樣厚度為10毫米,故這兩種方法均不能直接用于聚氯乙烯薄膜測試。
用這種方法側出的結果實際上只能說明材料的性能,而不能具體說明某一成品或某一種制品的性能。
聚氯乙烯的耐熱性隨著增塑劑含量的增加而下降,甚至可降到20~30°C。
此項試驗得到的耐熱性數值不是絕對的耐熱性,因試樣除受熱作用外,尚受到機械力作用。在較小機械力作用下,則無論是硬的或是軟的薄膜,均可能在短時間內忍受60℃的作用不被損傷;薄膜在連續熱作用的同時,若還受到較小的機械作用,則它的應用溫度范圍在40~45℃。若未受到機械力的作用,則硬軟聚氯乙烯薄膜也可以較長期經受較高溫度的作用。
3、軋紋的耐熱性
測定聚氯乙烯薄膜軋得之花紋的耐熱性,可用對薄膜進行短時間加熱(10分鐘左右)的方法。薄膜可在水中自由懸掛著升溫至100℃,溫度超過100℃后,將薄膜的背兩放于烘箱中靜置著的金屬片上,該金屬片的表面上涂有滑石粉,放上后于烘箱中靜置15分鐘。然后將處理后的軋花圖案和原來的花紋圖案進行對比,用這種對比的方法可以判斷花紋是否有變化。
聚氯乙烯薄膜的軋花操作一般是在熱彈性狀態下進行的,所軋得的花紋在再次加熱到軋花溫度時就會基本上重新消失。這種變化大多是從80℃或100℃開始的。若薄膜在這之前受過膨脹或拉伸作用,則該種變化還會加速。
用于熱成型的薄膜,軋紋的耐熱性顯得特別重要。聚氯乙烯薄膜越硬,軋紋時的溫度越高,則聚氯乙烯薄膜軋紋的耐熱性也越高。聚氯乙烯薄膜的軋紋溫度一般在120℃左右。專門生產的彈性
薄膜在180~200℃時亦處于彈性范圍,它可以在高得多的溫度下進行軋花,因此,其軋花的耐熱性也較好。
4、薄膜的熱穩定性
聚氯乙烯受熱到100°C以上,就會分解放出氯化氫,但在100°C需要幾百小時后才會發生,溫度愈高,分解放出氯化氫的速度就會愈快。
DIN53381所提供的是一般測試方法。把切成1*2毫米大小的薄膜試樣放入試管中,然后將試管置于一溫度在170~200℃的油浴中。在試管的上端放上一片反應試紙,通過試紙的顏色變化,可以判斷出薄膜試樣開始分解放出氯化氫的時間。
經熱穩定處理過的薄膜,于17 0°C進行15~30分鐘作用后,發現有氯化氫分解放出。
5.著火性和可燃性
塑料著火性和可燃性試驗的目的在于說明,在明火作用下塑料會發生怎樣的變化?除去火焰后的情況如何?燃燒過程是一個復雜的過程,已經有許多在工業上較實用的測試方法,這些方法所測得的試驗結果的重復性較好。應根據薄膜的不同用途而選擇不同的測試方法。各種方法的火焰作用方式、燃燒時空氣的供應情況和散熱方式都不相同。
用于制坐墊套或做貼墻用的薄膜,可按照DIN53382提供的方法進行試驗,以測定可燃性。試驗時將試樣貼在一平整直立的膠合板上,然后用煤氣燈的火焰去燃燒,煤氣火焰的大小有一定的規定。取走火焰后,觀察繼續燃燒或繼續發出輝光的情況。用A和B表示試驗結果:
A……..表示取走火焰后試樣燃燒或發出微光的延續時間。若試樣繼續燃了兩分鐘或繼續發出微光兩分鐘,則用A2來表示。
B…….表示取走火焰后試樣不再繼續燃燒或發出微光。
DIN 5 1 960提供的試驗方法適用于測定例如地板、桌布、在木材或鐵皮上復合的薄膜等的著火性。用一在醇中浸漬過的棉球放到水平放著的試樣上,若棉球燃著后薄膜沒有著火,則可稱該薄膜為“按照DIN51960測定為不著火薄膜”
做帳幕、帳篷、掛圖用的薄膜可按照DIN4102所提供的方法進行測試。
將試片卷成圓筒形,放到耐火磚砌成的燃燒室的支架上,在嚴格控制的試驗條件下(如一定的火焰高度、煤氣最、溫度、空氣量等)進行燃燒試驗。測定被燃的試樣長度,燃燒溫度,繼續燃燒或發出微光的時間。
測試結果可說明所用薄膜是否可作為難燃品而用于住宅、電影院、商店等建筑物的內部裝飾或陳設品。
由于上述爐式燃燒測試方法耗費大,故常在進行爐式然燒測試前先進行預測,以便確定薄膜是否有去經受爐式燃燒鑒定的起碼資格。
絕對可靠的方法至今尚沒有,用于紡織品耐燃測試的DIN 53906提供的方法,可以近似地判斷出薄膜的耐燃程度,可作為一種預測方法使用。
許多純塑料很容易著火,并繼續自燃下去,例如聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和賽璐路。聚氯乙烯因含有大量的無機氯而可起抑制燃燒的作用,故硬聚氯乙烯薄膜根本不會燃燒,亦不會著火,但它在火焰中會熔化。
通常聚氯乙烯的增塑劑的大部分為有機物質,薄膜含這種增塑劑愈多,則愈容易著火,無明火后,自燃時間也長。
增塑劑的一些基團含有無機元素,例如磷和氯,它們可以大大抑制軟聚氯乙烯薄膜的著火和燃燒。一些無機填料也會熄滅己經形成的火焰,例如三氧化二銻就具有這樣的能力。
在配方中加入阻燃劑后,可以使薄膜的難著火性和不燃性達到令人滿意的程度。但必須注意薄膜的其它重要性質,例如耐寒和耐光性等也常會由于加入阻燃劑而受到影響,故只是在對薄膜的著火性有較高要求時,才采取上述措施。