Жесткий непластифицированный ПВХ отличается высокой жёсткостью, химической стойкостью, долговечностью. Без специальной модификации он чувствителен к ударным нагрузкам, особенно при пониженной температуре, а также при наличии концентраторов напряжений.
Для повышения сопротивления удару в рецептуру вводят модификаторы ударной прочности. Их задача не заключается в простой «амортизации» удара. Эластомерная фаза изменяет механизм разрушения ПВХ, заставляя материал рассеивать энергию за счет локальной пластической деформации вместо быстрого распространения трещины.
На практике технологу необходимо ответить на три вопроса:
- какой тип модификатора подходит для конкретного применения;
- какая дозировка обеспечивает требуемую ударостойкость;
- как выбранная добавка повлияет на переработку и остальные компоненты рецептуры.
Механизм работы модификатора
Распределяясь в ПВХ-матрице, частицы добавки создают участки, в которых при ударе начинается локальная деформация.
В зависимости от структуры композиции возможны кавитация частиц, сдвиговая деформация ПВХ-матрицы, образование микротрещин и другие механизмы рассеивания энергии. В результате энергия удара распределяется по большему объёму материала, что снижает вероятность быстрого хрупкого разрушения.
Поэтому эффективность продукта определяется не только его дозировкой. Значение имеют:
- температура стеклования эластомерной фазы;
- доля эластомера;
- размер, распределение частиц;
- совместимость с ПВХ;
- температура переработки;
- температура эксплуатации изделия;
- содержание наполнителя;
- системы стабилизации, процессинга, смазки.
Для систем типа «ядро–оболочка» существуют оптимальные значения размера частиц и дозировки. Поэтому два продукта при одинаковом количестве в рецептуре могут давать совершенно разную ударную прочность.
AIM, MBS или CPE: что выбрать
Для жесткого ПВХ применяются три основные группы ударных модификаторов: акриловые AIM, MBS, хлорированный полиэтилен CPE.
Выбор между ними определяется прежде всего областью применения.
Акриловые модификаторы AIM
Акриловые ударные модификаторы обычно имеют структуру «ядро–оболочка». Эластомерное акрилатное ядро обеспечивает ударную модификацию, а жесткая наружная оболочка отвечает за совместимость с ПВХ, диспергирование, технологические свойства порошка.
Главное преимущество акриловых систем — сочетание высокой ударостойкости с погодостойкостью при сохранении свойств при длительной наружной эксплуатации.
Именно поэтому они являются основным выбором для:
- оконных, дверных профилей;
- сайдинга;
- фасадных, наружных технических профилей;
- ограждений;
- других изделий, для которых важны многолетняя эксплуатация, низкотемпературная ударная прочность, сохранение внешнего вида.
Для качественного наружного профиля выбор добавки фактически начинается с акриловой системы.
Ещё одно преимущество современных акриловых систем — их влияние на переработку. Правильно подобранный продукт обеспечивает ударостойкость, ускоряет пластикацию. Он расширяет технологическое окно, улучшает поверхность, повышает стабильность экструзии.
MBS
MBS представляет собой добавку на основе метилметакрилата, бутадиена, стирола со структурой «ядро–оболочка».
Бутадиеновая эластомерная фаза обеспечивает очень высокую эффективность ударной модификации. MBS особенно интересен там, где необходимо сочетать ударостойкость с прозрачностью материала.
Однако у MBS есть принципиальное ограничение – низкая погодостойкость. Поэтому его не используют как основное решение для изделий, рассчитанных на длительную наружную эксплуатацию.
Основные области применения MBS:
- прозрачные листы;
- прозрачные профили;
- упаковка;
- внутренние технические изделия;
- фитинги;
- другие жесткие ПВХ-изделия без высоких требований к атмосферостойкости.
Таким образом, высокая эффективность MBS не делает его универсальным решением. При наружном применении его химическая природа становится ограничением.
Хлорированный полиэтилен CPE
CPE — принципиально другой тип модифицирующей добавки. Это линейный полимер, у которого необходимая дисперсная структура формируется непосредственно в процессе смешения, переработки ПВХ.
Исторически хлорированный полиэтилен широко применялся благодаря доступности, низкой цене. Низкая стоимость остается его главным преимуществом перед современными высокоэффективными акриловыми системами.
Однако эта экономия имеет техническую цену.
По сравнению с качественной акриловой добавкой этот полимер обычно характеризуется:
- меньшей эффективностью по ударостойкости, особенно при низких температурах;
- худшей погодостойкостью;
- более поздней пластикацией;
- более узким технологическим окном;
- большей зависимостью результата от условий переработки;
- повышенной склонностью к отложениям;
- худшим блеском поверхности;
- большей усадкой изделия.
Для получения сопоставимой ударостойкости его также зачастую требуется вводить в большей дозировке, поэтому сравнивать стоимость одного килограмма двух продуктов бессмысленно.
Более того, для ряда изделий такая добавка в принципе не должна рассматриваться как вариант повышения ударостойкости.
Прежде всего это относится к продукции наружного применения. Здесь одновременно предъявляются высокие требования к долговременной погодостойкости, сохранению цвета, качеству поверхности. Также важны стойкость к ударным нагрузкам при низких температурах, стабильность свойств после старения.
К этой категории относится качественный оконный профиль для длительной наружной эксплуатации. Здесь экономия на хлорированном полиэтилене может обернуться снижением ударостойкости при старении, пожелтением, ухудшением поверхности. Также возможны более узкое окно переработки, дополнительные технологические проблемы.
В таких рецептурах применяется акриловая система.
Этот материал сохраняет своё место при производстве менее требовательной непрозрачной ПВХ-продукции, где погодостойкость, длительная низкотемпературная ударостойкость не являются критическими требованиями. В этом случае экономия рецептуры действительно оправдывает применение этой добавки.
Быстрое сравнение
| Тип модификатора | Главное преимущество | Главное ограничение | Основные применения |
| AIM | Ударная прочность + погодостойкость + стабильная переработка | Более высокая цена за кг | Оконный профиль, сайдинг, наружные и долговечные жесткие изделия |
| MBS | Очень высокая эффективность, возможность прозрачных рецептур | Низкая погодостойкость | Прозрачные и внутренние изделия, листы, профили, фитинги |
| CPE | Низкая цена | Более низкая эффективность и погодостойкость, сильная зависимость от переработки | Менее требовательные непрозрачные изделия |
Эта таблица показывает главное: универсального решения для повышения ударостойкости не существует.
AIM выбирают там, где необходимо сохранить эксплуатационные свойства в течение многих лет эксплуатации. MBS – когда приоритетом являются ударная прочность при сохранении прозрачности без длительной наружной эксплуатации. CPE – когда эксплуатационные требования позволяют поставить экономику выше максимальных эксплуатационных характеристик.
Почему больше модификатора не всегда лучше
Сопротивление удару растёт с увеличением содержания эластомерной фазы не линейно.
После достижения определенной концентрации происходит переход от преимущественно хрупкого к пластичному разрушению. Дальнейшее увеличение его количества даёт всё меньший прирост ударостойкости. При этом стоимость рецептуры продолжает расти, а жёсткость материала может снижаться.
Поэтому профессиональный подбор – это поиск не максимальной дозировки, а минимальной дозировки, которая стабильно обеспечивает требуемое сопротивление удару готовой продукции.
Эта разница особенно важна при сравнении AIM с CPE. Более высокая цена акрилового продукта за килограмм еще не означает более дорогую рецептуру, поскольку эффективная добавка может обеспечить требуемый результат при меньшем расходе.
Почему нельзя оценивать модификатор отдельно от рецептуры
Такая добавка работает не сама по себе.
На конечный результат влияют:
- тип ПВХ, его K-значение;
- количество карбоната кальция;
- размер частиц, обработка наполнителя;
- процессинговая добавка;
- стабилизатор;
- внутренняя, внешняя смазка;
- пигменты;
- температура, степень пластикации;
- режим экструзии.
Например, увеличение содержания крупнодисперсного наполнителя может снизить ударную прочность, потребовать корректировки его дозировки. Изменение смазочной системы способно сдвинуть пластикацию, изменить эффективность той же акриловой системы.
Поэтому две рецептуры с одинаковым содержанием одной добавки могут показывать совершенно разные результаты.
Почему важна пластикация
Сопротивление удару зависит от состава сухой смеси, условий её переработки.
Если композиция недостаточно или неправильно сплавлена, даже качественная добавка не реализует свой потенциал.
AIM, MBS, CPE по-разному влияют на пластикацию. Современные акриловые модификаторы обычно обеспечивают более раннее плавление, более широкое технологическое окно. Последний, напротив, сильнее зависит от температуры, условий переработки.
Поэтому при переходе с CPE на AIM технолог получает возможность повысить ударостойкость, а процесс экструзии зачастую становится более устойчивым.
Нужно ли менять смазочную систему при замене модификатора
Не обязательно, но проверить её необходимо.
Первый опыт лучше проводить с минимальным количеством изменений: новый продукт вводится в существующую рецептуру, после чего сравниваются результат, поведение композиции на линии.
Если меняются пластикация, нагрузка, давление, качество поверхности, уровень отложений или стабильность экструзии, следующим шагом становится корректировка смазочной, процессинговой систем.
Таким образом, переход на новый модификатор удобно проводить в два этапа:
- сравнение в действующей рецептуре;
- оптимизация дозировки, рецептуры после первого результата.
Это позволяет оценить потенциал продукта, а затем получить от него максимальную эффективность.
Что проверить при первом испытании
Для первого опыта не нужна сложная исследовательская программа.
Достаточно оценить:
- ударную прочность;
- качество поверхности;
- характер пластикации;
- стабильность экструзии;
- образование отложений;
- необходимую дозировку;
- экономику готовой рецептуры.
Для наружных изделий принципиальны начальная ударостойкость, способность композиции сохранять свойства после длительной эксплуатации.
Решения Ревада Пластик
Ревада Пластик много лет работает с ударными, процессинговыми модификаторами для жёсткого ПВХ. Компания предлагает линейку Revamod для различных требований к изделию и рецептуре.
Revamod RM 21 — высокоэффективный комплексный модификатор ударной прочности для профильно-погонажной продукции, оконного профиля, труб, сайдинга. Он обеспечивает высокую стойкость к ударным нагрузкам при низких температурах, хорошую пластикацию, стабильную переработку. RM 21 используется там, где необходима надежность при наружной эксплуатации, в том числе при отрицательных температурах.
Revamod RM 23 — акриловая добавка для наиболее требовательных жестких ПВХ-композиций. Он сочетает высокую низкотемпературную ударостойкость с погодостойкостью, широким технологическим окном, высоким качеством поверхности, устойчивостью к отложениям. Марка особенно эффективна в оконном профиле, других изделиях, где важны одновременно механические свойства, внешний вид, стабильность длительной экструзии.
Revamod RM 41 – модификатор на основе CPE. Его область применения – рецептуры, где использование этой добавки технически оправдано требованиями к готовому изделию и обеспечивает необходимый баланс свойств и стоимости.
При выборе марки Ревада Пластик оценивает не отдельную добавку, а всю композицию: ПВХ, наполнение, стабилизирующую, смазочную системы, процессинговую добавку, условия переработки, требования к готовому изделию.
Для первого сравнительного опыта достаточно действующей рецептуры, используемой марки, её дозировки, требуемых характеристик изделия.
Оптимальный ударный модификатор определяется не минимальной ценой или максимальным показателем в лабораторной таблице. Это продукт, который стабильно обеспечивает требуемую ударостойкость, долговечность и качество конечного продукта при оптимальной стоимости готовой рецептуры.
