《经典论文》PVC润滑平衡定义及其定量标准

PVC润 滑平衡

摘要：本文提出由外润滑平衡定义及其定量标准；造成内外润滑失衡的原因

关键词：润滑平衡、定义、定量标准

前 言在较早的一些文献称：PVC配方设计主要是热稳定剂的设计，这对于软PVC制品生产来讲确实如此。制品的软硬度可以通过调整DOP的用量来达到，所用外润滑剂极少，只要加入少量硬脂酸或石蜡即可。若用固体金属皂时甚至可以不加外润滑剂。而选热稳定剂品种与使用数量就相对复杂一些。它要根据制品是否透明甚至高度透明，是否耐晒、有毒以及受热和剪切力的大小长短来选择不同种类的热稳定剂及其比例和加入总量。

但是对硬质聚氯乙烯配方设计而言，笔者认为配方设计的难点及主要内容是内、外润滑剂的比例及加入总量的设计。润滑剂加入总量不能少，多了也不行，而内、外润滑剂比例更重要，尽管总量足够，其比例失调，也不能连续地生产出合格产品。目前一般的PVC配方设计工作者大都对各种热稳定剂的性能特点及其作用机理较为熟习，其理论及规律较为成熟，一般的参考介绍的也较为详尽，认真学习以后，根据性能要求设计热稳定剂的品种与数量一般没有什么问题。其它助剂，如：加工助剂、抗冲改性剂、填充剂、加入品种与数量产品说明书及参考书中都说得很清楚。复杂一点的如：抑烟阻燃体系、抗静电体系、耐候体系、甚至导电体系的配方设计，在参考书中均有较为成熟的理论和规律供配方工作者参考。

    而对于硬质PVC加工过程至关重要的润滑体系，在目前还没有可称为理论的理论。连可以有效地指导配方实验的规律也没有。唯一的所谓规律是借鉴普通化学中“相似相溶”规律。也  就是“润滑剂的极性与PVC树脂的极性越相似，其相容性越好，因而其内润滑作用也越好，反之，则外润滑作用较强”但是这个规律对于配方设计的指导性亦很有限。因为判断润滑剂的极性的根据是润滑剂的化学结构，即润滑剂分子中含有的羟基、酯基、羧基、酰胺基以及醚基、酮基等极性关能团的种类，数量的多少及其与长链烷基的比例。由于润滑剂化学结构复杂多样性，以及相邻关能团的相互影响，使得对润滑剂的极性大小的判断更为困难，这就造成了：单凭润滑剂的极性来推断润滑剂的润滑作用，与润滑剂实际上所起的润滑作用之间的差异性，远远超出人们的想象。

如表-1所示。

由表-1数据可知甘油三-12-羟基硬脂酸酯（即氢化蓖麻油）比甘油三硬脂酸酯（硬化油）只多了三个羟基，但塑化时间却少了7分钟，也就是减少37%的塑化时间，而大豆油只比甘油三硬脂酸酯多了三个双键，塑化时间更减少7.3分钟，即减少38%的塑化时间。有谁会想到三个双键促进塑化功能竞然比三个羟基的作用还大。环氧大豆油只比大豆油多了三个环氧基，但是环氧大油的塑化时间却只有2.2分钟！它比大豆油的塑化时间竞然缩短了五倍多！按一般的化学结构的极性分析，三个环氧基的极性无论如何也没有三个羟基的极性大，但对PVC促进塑化作用之大却是大出人们所预料。一般助剂分类：把甘油三硬脂酸酯划为以外润滑为主的内、外润滑剂，而甘油三（-12-羟基硬脂酸酯）及大豆油视为内、外润滑剂，而环氧大豆油则是大家所熟习的附助增塑剂了。所以根据润滑剂分子的化学结构来推测其极性，再根据其极性推测它与PVC树脂的相容性，再根据其相容性判断其内或外润滑作用的大小，其误差之大可想而知了。

问题的复杂性还不仅如此，更为重要的是：润滑剂与树脂的相容性的好坏或大小，还受其它条件的影响而改变，尤其是其它润滑剂与增塑剂等助剂的影响更为显著（详细请参看即将由化工出版社出版的“塑料润滑与表面助剂一书，由于篇幅所限在此不再赘述”）。在配方设计内、外润滑剂添加量时，无论何种设备及加工工艺均都要求特定的内、外润滑平衡的条件下才能连续地生产出合格的制品。并且润滑平衡又随不同加工设备及工艺的不同而不同，也就是PVC-u混合物随着所受热及剪切力大小和时间长短的不同而要求不同的润滑平衡。这就造成了润滑平衡的多样性，凡此种种都造成润滑作用理论研究的困难程度，在实际配方设计时，也极大地增加了润滑剂配方设计的难度。所以笔者认为：对于PVC-u而言，配方设计的关键是内、外润滑剂比例及加入总量的设计。

1、润滑平衡的研究方法

所有的科学技术的研究方法都有其独特研究方法，但是从方法论观点来看，可分为两大类：一是剖析法，主要是研究微观结构及其之间的关系，如物理中研究物质分子，原子、原子核的结构及其中粒子的作用关系；化学领域则研究分子中外层及次外层的电子相互转移的规律，而西医学则通过层层解剖分析人体更细微的组织的机能及病变，二是宏观研究法，如牛顿三大定律，则不管客观物质结构组成的差异，只研究客观物质的运动规。而宏观概括法使用最多的是数学领域，它抛开各种因素的作用机理及作用关系，通过实验建立数学模型，最后建立因素与最终结果的数学表达式——数理方程。对于润滑平衡的设计来讲，我们既不清楚内、外润滑剂在配方中实际的润滑作用强度，又不知其它润滑剂及其它助剂对其润滑作用影响的具体情况。最简单的方法，是用只问最后结果，不管其作用机理如何的宏观概括研究方法，也就是考虑因素（内、外润滑剂和其它助剂）对最终结果（润滑平衡）的贡献的研究法，再多说一句，即不管内、外润滑及其它助剂之间如何相互作用及其影响程度的大小，只看它们对润滑平衡最终结果综合影响如何的方法。

2、润滑平衡的定义及其定量表述

任何一种物理状态都需要一个确切的定义来表述。只有有了确切的定义才不容易造成概念上的混淆；任何一种物理状态都要有一个定量的标准及数学表达式，有了定量标准才能用一些物理量进行判断体系是否处理这种状态。所以研究“润滑平衡”的前题是：给“润滑平衡”下一个确切的能定量表述的定义。

“润滑平衡”这一名词近年来虽然常见著于专业刊物上，但是何种状态为润滑平衡？如果定义润滑平衡，至少笔者未见确切报道。为此，笔者曾经在2002年撰了一定义：能经济地连续地生产优质产品的润滑体系即为内、外润滑平衡体系。具本讲有二点“较适合的熔体流动性”、“较适宜的塑化时间”[2]这个定义虽然有点象废话，但也道出了润滑平衡的实质，其缺点是不够具体，操作性较差，缺乏定量的表述，在2005年初化工出版社即将出版的“塑料润滑及表面助剂”中，笔者又进一步提出了润滑平衡定义：内外润滑剂品种适当，内外润滑剂比例与加入总量适当，达到适当的塑化速率及熔体粘度（扭矩流变曲线上适当的塑化时间及塑化扭矩）。也就是能保证特定的加工设备及工艺，经济地、连续地生产出合格塑料制品的润滑体系，即为内外润滑体系。

    由于加工设备及工艺不同，树脂在加工时受到的热及剪切力的情况也不同，所以必然要求树脂混合物的配方有不同的塑化速率及熔体粘度，从而造成了润滑平衡的多样性。因为“润滑平衡”既不是个固定值，又因缺乏润滑作用的基础数据，所以造成定量表述润滑平衡的困难。因此，我们只能用对比类推法对润滑平衡进行研究。也就是首先研究已经确认是“润滑平衡”体系，把它在塑料加工设备上的塑化情况与它在扭矩流曲线上所表现出塑化情况进行对比。结果发现：“润滑平衡体系在扭矩流变曲线上的塑化时间对应于挤出机2/3左右的位置[3]，也就是对应挤出机塑化段将结束，均化段将开始的位置。如果不是润滑平衡体系，其塑化时间对应于挤出机的位置将有所改变；塑化时间对应挤出机的位置小于2/3时，则过度塑化，对于PVC-u而言有可能热分解，物料发黄；塑化时间对应挤出机的位置大2/3时，则塑化度不够，制品较糟、发脆。由上述分析我们可得出结论：可以用扭矩流变曲线上的“塑化时间”作为定量判断润滑体系是否处于平衡状态的标准。

     内润滑剂可以促进塑化并能降低塑化扭矩，而外润滑剂能延迟塑化并能防止树脂熔体粘附在加工设备的金属表面。所以通过调整内外润滑剂的比例来调控树脂混合物的塑化时间，使它能满足特定的加工设备及工艺所要求的塑化速率。如果加工设备的剪切力过大，生成的摩擦热过多，在加工较容易分解的树脂时，就必须降低加工温度，以便避免树脂内部局部过热而造成热分解。但是树脂都是热的不良导体，单靠降低加热温度的作用很有限，而最可靠的方法是降低树脂粘度来根本上减少摩擦热的生成，而适当地按比便增加内、外润滑剂用量即能降低树脂熔体粘度，从而使润滑体系能保证特定的加工设备及工艺的要求，能连续地生产出合格的塑料制品。反之，加工设备剪切力较小，则适当地减少内、外润滑剂的用量，也可满足特定设备的要求。所以把适当的塑化扭矩定为内、个润滑平衡的另一个标准。但是扭矩流变曲线上的“塑化扭矩”所对应的物料的熔体粘度，基本上近似PVC-u实际加工即将结束时的物料粘度。原因如下：PVC制品的塑化程度远远未达到“平衡扭矩”即100%塑化程度，其塑化度均在65%左右，研究表明“塑化扭矩”位置相当于挤出机2/3的地方[9]，也就是相当于挤出机塑化段将结束，均化段将开始的位置，研究还指出：塑料的混炼，塑化基本上是在挤出机塑化段完成，而均化段主要是进一步压实物料，并起均化和计量作用[2]，所以笔者认为：塑化扭矩的大小比平衡扭矩更接近塑料，加工即将结束时实际的树脂熔体扭矩，也就说在“塑化扭矩”处的物料粘度比较接近实际塑料加工即将结束时的熔体粘度。

3、关于“润滑平衡”的定义，还要解释如下：

   润滑剂品种适当：是指加入的润滑剂不能影响塑料制品的内在及外观质量，或不能使制品的主要质量有明显的下降。如透明制品，内、外润滑剂就不应当影响其透明度及其它物理或机械性能，如制品浸入水中，制品的吸水性等，又如要求电性高的制品，则不能使用金属皂类热稳定兼润滑体系。所谓内、外润滑剂比例及总量适当：是指能满足工艺要求的用量。使树脂具有较合适的塑化速率、熔体粘度及适当粘附性。从而保证加工设备能经济地、连续地生产合格或优质的产品。

     较合适的熔体粘度：极性树脂如聚氯乙烯树脂由于极性较强，即树脂内分子间作用力较强，其熔体粘度比聚乙烯PE等非极性树脂大得多，聚氯乙烯并非“滑壁”树脂，而是高粘度的粘壁树脂，因而流动性也很差。提高温度当然可以降低粘度，提高流动性，但对于一些热敏树脂，如聚氯乙烯树脂其加工温度高于热分解温度达50～80℃之多，因而要求在尽可能低的温度下进行加工。通过加入内、外润滑剂可以降低熔体粘度，增大其流动性，减少局部过高的摩擦热的生成，避免因局部过热而导致聚氯乙烯热分解。

     较满意的粘附性：一般极性树脂如聚氯乙烯不仅熔体粘度大，其熔融温度也高于聚乙烯PE等一般非极性树脂。在有些配方中，为了增加必要的熔体强度、促进塑化，而加入一定数量的ACR类加工助剂。ACR类加工助剂虽然促进了极性树脂聚氯乙烯的塑化，降低了塑化温度，使流动性粉状“滑壁”聚氯乙烯树脂变成在较低温度下塑化成粘稠的“粘壁”树脂，但同时ACR类加工助剂也较大地增加极性树脂如聚氯乙烯的熔体粘度及粘附性，增加了剪切应力对摩擦热的转换。较易造成局部过热而热分解。所以添加适量的内外润滑剂降低其粘附性，使熔体即不“打滑”粘附得又不太严重。

      润滑剂不仅仅可以减少摩擦力，增大树脂流动性，还有一重要功能，即调控塑化速率。过早塑化对于一般树脂来说，意味着处于熔融状态时间较长，能耗消耗较大，生产周期延长，但对于热敏树脂如聚丙烯PP、聚氯乙烯树脂而言，则消耗更多的抗氧剂、热稳定剂、甚而产生热降解。现代研究表明：一些制品并不是完全熔融塑化的成品力学性能最高，而是具有网状或海岛结构的材料其抗冲击等力学性能最高。如聚氯乙烯管材制品。所以不同制品不同加工设备的塑化速率是不一样的，通过调控塑化速率，使之即不过度塑化，又不是塑化不完全，达到合乎工艺要求的塑化程度。

4、润滑平衡的现实意义

 经济地、连续地生产高质量产品，是每个塑料加工者要达到的目的，润滑平衡则是必不可少的条件之一。如果润滑失衡，即使其它条件均达到工艺要求，也不能正常生产，必然造成内在质量及外观下降。如果内润滑作用过剩，外润滑作用不足，则造成过早塑化，不仅使能耗增加，并粘附加工设备表面，局部过热及热降解，使制品质量下降，废品上升，停机率也跟着上升，不得不被迫停机清理分解物，所谓连续生产就更无从谈起。内润滑作用不足，外润滑作用过剩，则是制品变脆，力学性能及二次加工性，如印刷性等性能下降、合格率下降。内、外润滑作用均不足，则熔体粘度及粘附性均增加，更易造成局部热分解，而严重影响产品质量及增大停机率。内、外润滑作用均过量，不仅浪费了润滑剂，并且造成与外润滑作用过量相同的后果，力学性能下降。

所以，只有内、外润滑作用平衡时才能保证产品质量，才能保证正常连续地、经济地生产合格产品。这是润滑平衡的定义与条件，也是润滑平衡的实际的现实意义。

5、初、中、后期润滑平衡

5.1初、中、后期润滑平衡的重要性

润滑剂与热稳定剂一样，分为初期、中期及后期润滑剂，区分润滑剂初、中、后期润作用与区分热稳定剂的初、中、后期热稳定作用同样重要。如挤出型材及注塑硬质聚氯乙烯PVC— 制品时，外润滑剂加入过多的初期润滑剂石蜡及硬脂酸，造成后期润滑作用失衡，有的生产复合热稳定剂的厂家，就因为不重视润滑作用的初、中、后期的平衡，而添入大量的价廉的石蜡，造成硬质聚氯乙烯PVC— 加工后期，因内、外润滑失衡，在真空成型时，大量石蜡等初期外润滑析出堵塞真空系统，或在注塑成型时大量初期外润滑剂析出在口模中，影响注塑件力学性能及二次加工性能。初期润滑剂，因其熔点较低，主要用在塑料加工初期低温区起润滑作用，它所形成的熔体粘度很小，因而其润滑薄膜的强度也很小，所形成的润滑薄膜较易被剪切力及热能所破坏。中、后期润滑剂熔点较高，其挥发性较小，因而熔体粘度较高，所形成的润滑膜的强度也较高，在塑料加工中、后期的高温及强剪切力作用下，较不易被破坏。所以，初期润滑剂用量不宜过大，更不能以初期润滑剂替代中、后期润滑剂，只能以适当的比例与中、后期润滑剂并用。即只有初、中、后期内、外润滑作用始终平衡时，才能保证产品质量，并减少停机次数，连续生产合格产品。

5.2造成润滑体系中、后期失衡的原因

（1）挥发性：

一般商品润滑剂大多未给出挥发性的大小，但挥发性与熔点及分子量有关。一般地讲：熔点低或分子量较小的润滑剂其挥发性也较大，如液体石蜡、天然石蜡、硬脂酸及硬脂酸正丁酸等挥发性均较大，均是初期润滑剂。用量不宜过多，因其挥发性较大，或冷凝、堵塞真空系统而被迫停车，或沉积在口模内影响制品质量及二次加工性能。

（2）化学结构的改变：

硬脂酸盐是常用的热稳定兼润滑体系，但硬脂酸盐在硬聚氯乙烯PVC加工过程中有可能转变为金属氯化物和硬脂酸。如：碱式硬脂酸铅、硬脂酸铅就在加工过程中，可能转变为氯化铅PbCl2及硬脂酸 。不难理解：硬脂酸与硬脂酸铅、碱式硬脂酸铅的润滑性及挥发性是不相同的。如果原来的润滑体系内、外润滑作用是平衡的，则在塑料加工后期，它们转变成硬脂酸后，由于化合物的结构的改变，内、外润滑作用肯定是不平衡了。分析PbSt及 的分子结构：铅原子及氢原子在与其它电负性较强的基团成键以后，均显示正电性，对带有自由电子的金属的电子均有一定的亲合力。但是铅元素是第六周其第四主族元素，有大量、多层（甚至有4f14层）核外电子，由于电子的相互排斥作用，使它对外层电子吸引力较弱，成键性相对较差。而氢原子只有一个核外电子，一旦成键失去电子（或部分失去电子）以后，就成了裸露的（或半裸露）带正电的质子核，极易与自由电子结合成原子。所以硬脂酸铅 和硬脂酸 相比与金属表面形成络合键的能力较差。这是硬脂酸HSt较硬脂酸铅PbSt更容易被金属表面所吸附的原因。硬脂酸的羧基部分与带有自由电子的金属表面形成强吸附键，而几乎没有极性的长链烷基部分与烷烃如石蜡，聚乙烯蜡等完全互溶，形成了一个由硬脂酸及其羧基加固即所谓“铆固作用”的、完整的强度较高的润滑薄膜。也就是PbSt转化成HSt 以后，外润滑作用得到了加强。因此，在润滑体系中要慎用碱式硬脂酸铅及硬脂酸铅，用量不宜过大。在这里从原子的电负性及热稳定化作用机理方面较详细地介绍 及CaSt的润滑作用的不同之处。硬脂酸钙在硬脂聚氯乙烯加工时是常用的物美价廉的内润滑剂，硬脂酸钙的添加量即使超过1份，也不会影响润滑体系初、中、后期润滑平衡。另一方面硬脂酸钙是后期热稳定剂，常与初期热稳定剂硬脂酸锌配合使用，而硬脂酸铅热稳定剂在聚氯乙烯刚开始受热及剪切力时，即刚开始发生热氧化降解时，已经参与热稳定化反应，并开始生成氯化铅及硬脂酸。其根本原因是：不同金属原子或离子吸引电子能力的不同。对电子吸引力的宏观的综合表示是原子的电负性，钙原子的电负性为1.0，而铅吸引电子能力较强，其电负性为2.33[3]。电负性是表示原子吸引电子倾向性的大小，其值越大，吸引电子能力越大。由于铅的电负性较强，即吸引电子能力较强，当它们与显负电性的烯丙基氯中的氯原子碰撞时，就较容易结合成氯化铅，而硬脂酸根则顶替氯原子原来的位置，从而消除了聚氯乙烯不稳定基团。请注意：这里所指的是完全理想状态。形成氯化铅以后，“硬脂酸根顶替烯丙基氯的位置”的前提条件是，硬脂酸根与烯丙基氯的相应的正碳离子“碳鎓”的距离要在0.1nm以内，并且能发生“有效碰撞”。如果距离较远（塑料加工时，树脂不间断地受着强剪切力，它们的相对位置随时在改变），如果没有发生有效碰撞，顶替氯原子，就无从谈起，还有在粘稠的聚氯乙烯熔体中，硬脂酸根的分子热运动可以忽略不计，即使正好硬脂酸根与正碳离子（碳鎓）的距离在成键的距离以内，在热极强剪切力作用下，也不可能100%“顶替氯原子”。更何况大多数的情况是：聚氯乙烯热氧降解的活化点的邻近0.1nm以内处并不一定正好有 存在，这时PVC树脂首先热降解后产生HCl。这时分解反应2HCl +PbSt=PbCl2+2HSt。

因此，由反应方程式可知：1分子的 可以生成2分子的 ，所以在硬脂酸铅参与热稳定化反应吸收HCl以后必然有相当多摩尔数量硬脂酸生成。一般聚氯乙烯配方中都加入足够量的初期热稳定剂，以保证制品为白色或无色。硬脂酸钙CaSt是中、后期热稳定剂。在这类配方中作为润滑剂的硬脂酸钙基本不参加热稳定化反应，仍以硬脂酸钙的形式存在体系中，如果既把硬脂酸钙当润滑及使用，又把它当热稳定剂用的时候，在加工的后期硬脂酸钙将有一部分转化成为硬脂酸HSt，必将严重地影响润滑平衡。在有 存在的条件下，即使极少量的 也严重地促进石蜡等非极性烷烃润滑剂的外润滑作用。

6、内、外润滑平衡的多样性

事实上，不同类型的加工设备，如双螺杆及单螺杆挤出、注塑、压延等设备均要求各自不同的润滑平衡。严格地讲，同类设备、不同生产厂家的产品，甚至同一台设备，旧的与新的设备，对润滑平衡均有不同的要求。不同类型的产品，如管、片、膜以及异型材当然要有各自不同的润滑平衡。如断面复杂的异型材、挤出片材、注塑制品、中空制品、吹塑膜及高透明制品均要求有较高的塑化程度，更好的熔体流动性因而要求内、外润滑剂要多一些，而生产管材对熔体粘度及流动性要求相对不太高，至于塑化程度却以60～70%为宜[26]。因而外润滑剂相对可以比内润滑剂稍多一点，但是注塑制品则要求尽可能少用非极性外润滑剂，以便尽可能减少外润滑剂对熔接痕强度地影响，上述种种均说明了润滑平衡的多样性。

7、 实验室中如何平价内、外润滑平衡

润滑平衡的标准是从生产实际出发制定的，实验室中应根据以下四点考察润滑平衡。

（1）内、外润滑均不足：特点是熔体粘度较大，塑化扭矩较大，熔体粘壁现象严重，表现在“转子”上熔融试验料不好清理。严重的有可能提前热分解，试样表面光滑性较差，制品力学性能较低。如果内、外润滑平衡，其熔融试验料一碰就下来，“转子”表面基本不粘熔体料。

（2）内、外润滑剂均过量：塑化扭矩较小，有析出现象，虽然试样光滑度很好，但力学性能较低，严重时用手擦拭试样有油样感觉。

（3）内润滑剂较少、外润滑剂较多，塑化时间明显地延长，塑化扭矩有所增大，手感试样表面有涂油的感觉，试样变脆。

（4）内润滑剂较多，外润滑剂较少，塑化时间明显地缩短，有较严重粘附现象，“转子”不好清理，热稳定时间缩短，制品或试样有分解黄线。

总之，外润滑剂用量不足则有粘附现象，塑化时间短，试样表面不光滑；外润滑剂过量则塑化时间明显延长，力学性下降变脆有可能有析出现象，手拭有油样感觉。内润滑剂用量不足，则塑化扭矩较大、塑化时间较长；内润滑剂过量则塑化时间较短、塑化扭矩较小，但热稳定时间变短。有热分解现象，试样内壁不光滑。上述各种情况也可做为工业生产时对润滑平衡的判断准则。

润滑剂的选择

   润滑剂的选择首先是对单一内润滑剂或外润滑剂品种的选择，品种确定以后使用量的选择，即对内、外润滑剂相对比例及在配方中添加总量的确定。也就是针对某一特定的加工设备、工艺及产品设计润滑平衡体系。塑料制品已应用到工业及生活各个领域，并且其领域还在不断扩大，尤其是热塑性工程塑料及其共混合金更是发展迅速，正在不断地取代金属制品。因此，塑料制品对其质量要求越来越苛刻。如高保真度光盘及计算机软件、高抗冲高透明无毒制品等均对润滑剂有严格的要求。一些特殊工程塑料的加工，如超高分子量聚乙烯的加工、又如具有高抗冲强度及硬度、高电性能、超薄手机外壳的加工，均提出了相互矛盾的要求：既要有高熔体强度、高熔体粘度又要有很好的流动性。这些极严格的要求，即限制润滑剂品种的选择的范围，又对内、外润滑剂的比例及总加入量即润滑平衡提出近于苛刻的要求，事实上，不仅是一些工程塑料及其共混合金对润滑剂的选择有很高的要求，普通的塑料制品，或因其工艺的要求，设备的特殊性，或因制品的一些特殊性能的需要，也会增加选择润滑剂及调整润滑平衡的难度。如：注塑制品，要求制品要有很好的脱膜性。即在模具中要形成一层润滑薄膜，但同时又要求在树脂熔体表面不能有与树脂完全不相容的润滑薄膜存在，否则的话，则影响熔体熔合线处的力学强度。因而选择润滑剂的标准，不能仅仅以润滑作用强弱为标准，优良的润滑剂还应具有如下的性能。

1、品质优良的润滑剂应具有如下性能

（1）对塑料性能应无不良影响：如对光、热稳定性、力学性能、电性能、透明性、毒性及二次加工性等均无不良影响。

（2）润滑剂本身要有优良的光、热稳定性及化学稳定性。光稳定较差，在塑料制成成品被光照以后颜色变深、甚至分解的润滑剂是不可取的；如果润滑剂热稳定性及化学稳定性较差，在热加工时，润滑剂颜色变深而影响制成品的颜色，甚而分解成其它的物质，可能影响体系平衡而给加工带来不便。兼有外润滑作用的硬脂酸铅热稳定剂，在参与热稳定化反应以后，生成氯化铅及硬脂酸，氯化铅及硬脂酸在硬聚氯乙烯中的相容度与原来的硬脂酸盐差异较大，因而其润滑性差异也很大，极有可能造成内、外润滑失衡。

（3）分散性。一切助剂加入量均很有限，内、外润滑剂加入总量一般不超过2.5份，所以要求润滑剂必须有良好的分散性。这当然与润滑剂的内聚力、与树脂相容度有关，但也与熔点有关。如果熔点高于塑料加工温度，相容度又差，如二碱式硬脂酸铅熔点大于280℃，硬脂酸钡熔点大于225℃，很难达到分子级分散在树脂熔体中。如果润滑剂熔点在120℃以下时，则在树脂高速混合时即已经熔化，有可能更均匀地分散在树脂中。

（4）低挥发性：润滑剂一般熔点越高，其挥发性越低。硬脂酸及石蜡价格便宜，润滑作用较强，但其熔点较低、挥发性较强，因而应选熔点较高的石蜡，如微晶蜡，用量也不宜过多，否则因其挥发而影响中、后期润滑平衡，甚至因其较易挥发而冷凝在口模中，影响注塑件的力学性能，或堵塞真空成型的孔道，而影响连续开车时间，甚至两天就得停机，清理口模。

（5）与其它助剂的协同效应：如果一种助剂有多种功能，当然好，但前提是在不影响本助剂的主要功能或称特性的条件下能达到一种助剂起多种助剂的作用，或者与其它助剂有协同作用并且性能价格比较优时才是可行的。如硬脂酸单甘油脂GMS等多羟基部分酯化物，是透明硬聚氯乙烯很好的内润滑剂，同时又是辅助热稳定剂、抗静电剂及防雾滴剂；金属皂类是热稳定剂，也是常用的润滑剂等均能加强其它助剂的作用，只要使用得当，可视为与其它助剂有正协同作用。其它助剂对润滑作用的影响，如增塑剂可以在促进塑化、降低熔体粘度的同时也严重地降低了内润滑剂与树脂的相容度，增大了外润滑作用，因而可认为增塑剂与外润滑间存有较强的协同作用。所以在硬聚氯乙烯中，如果加入少量增塑剂又加了内润滑剂的情况下，外润滑剂的加入量要适量的减少。其余的助剂，如未改性填料、ACR类加工助剂、抗冲改性剂、三碱式硫酸铅、二碱式亚磷酸铅等均较大地增加了熔体粘度，并不同程度地促进了塑化。所以若以促进塑化时间为指标这些助剂与内润滑剂并用时是正协同效应，若以熔体粘度为指标，则这些助剂与内润滑剂具有反协同效应。综合考察这两个指标，对于热敏性树脂，例如聚氯乙烯在剪切力或剪切速率相同的条件下，高熔体粘度意味着产生高摩擦热，而树脂内的高摩擦热对加工设备是不易除去的，因树脂熔体粘度高且为热的不良导体，熔体内部高热量冷却不下来，尤其是在挤出时在分流梭处易造成热分解。因此，应把上述助剂视为对内润滑剂有反协同效应的助剂。

（6）要有较好的质量价格比，物美价廉。一种润滑剂要完全达到上述要求，几乎是不可能的，也是没有必要的。润滑剂是一种加工助剂，只要能满足特定的设备及工艺要求正常生产出质量满意的产品即可。例如异型材门窗一般不要求制品的透明度及电性能特性，所以润滑剂对聚氯乙烯型材透明性、电性能的影响可以不考虑。

2、 实验室中选择

2.1评价润滑剂的标准

（1）扭矩流变仪：主要考察塑化时间、塑化扭矩。可以参考塑化温度及试样表面光滑性及粘附性，平衡扭矩及热分解时间。

外润滑剂：主要以塑化时间为主要指标。塑化时间长，则外润滑作用强，其它指标供参考。

内润滑剂：主要考察塑化时间及塑化扭矩。兼顾其它参考数据。塑化时间短、塑化扭矩低、其内润滑作用强，反之内润滑作用较弱。

（2）双辊混炼机：考察抱辊时间，参考外观性能及粘辊时间。内润滑作用强，则抱辊时间短；外润滑作用强，则抱辊时间长。

2.2实验配方

分析润滑剂其它性质以后，筛选出一些对加工工艺及制品无不良影响的润滑剂，再对它们进行润滑作用考察。

（1）只用树脂加热稳定剂：变量为待测的润滑剂，加入量可为0.5、0.7、0.9份等，这种配方有一个好处，可以给出单独润滑剂的润滑特性，但在测内润滑剂性能时需注意，实验时间不可过长，否则的话，因没有外润滑、熔融树脂粘附严重，不易清理流变仪的转子或双辊。所谓实验时间不可过长，是指塑化峰下降以后，刚趋向平缓即停机，在双辊上，刚抱辊即在双辊上有80%的树脂由白色变透明时，就立即下辊。测外润滑剂时，时间可以稍微长一些。

（2）以润滑剂加入量不变为前提，在实验或配方（1）中选出润滑作用较强的润滑剂。以添加量均相同为条件，适当的改变内或外润滑剂的品种或牌号，选出一对或几对内、外润滑作用均优的润滑剂。

（3）如果加工工艺中必须加入加工助剂及抗冲改性剂时，可在（2）中选出的一对或几对润滑配方中加入一定份数的加工助剂及抗冲改性剂进行实验。由于ACR类加工助剂及抗冲改性剂均能促进塑化并增大熔体粘度，使不同润滑剂间的差距变小，选择塑化扭矩增加较少的一对或几对内、外润滑剂组合待用。

2.3 内、外润滑剂的比例及总量的确定，即润滑平衡的确定

内、外润滑剂的品种或牌号确定以后，下一步的重要工作是确定内、外润滑剂的使用比例及在配方中加入总量。只有确定一个合适的内、外润滑剂的比例及加入总量，才能合理地兼顾聚氯乙烯树脂熔体的流动性，防粘性及塑化速率，才能满足特定的加工设备、工艺及制品的特殊要求，也只有这样的润滑体系才能保证经济地、连续地生产合格或优质产品的目的，即达到润滑平衡。

研究与实践均表明，并不是100%塑化的制品质量最好、力学性能最高。另外，出于多种原因的考虑，不同制品对塑化程度均有不同要求。不完全塑化，不仅质量好，产量高，能耗低，还可以降低热稳定剂用量，有利于生产成本的降低。在充分考虑热稳定剂及其它助剂等因素对润滑作用影响的前提下，通过调整内、外润滑剂品种与数量，可以调控塑化速率、增加树脂的流动性并改善树脂粘附性。

2.3.1选择润滑体系的一般实验程序

由于影响润滑作用的因素众多，又因润滑平衡的多样性，所以配方工作者根据特定的加工设备及产品特性设计一个润滑平衡体系是比较困难的。因为无法准确确定塑化时间、塑化扭矩等重要数值，因而缺乏控制塑化速率、熔体流动性即熔体粘度的依据。如果有一个参照物，即标准样或近似的标准样，这个问题就迎韧而解了。所以确定润滑平衡的实验程序，首先是“标准样”的测试。标准样最好是选择一个加工性能好、品质优良的，同一类加工设备生产同一类产品的高速搅拌混合料

（1）标准样的测试：把一定重量的式样加到扭矩流变仪中，在一定转速及温度下测量其塑化时间、塑化扭矩及热分解时间等参数。

（2）改变内润滑剂的品种和数量，改变塑化扭矩值使其接近标准样的数值。也就是改变聚氯乙烯熔体流动性，即熔体粘度。

（3）在基本调整好树脂熔体粘度或塑化扭矩的前提下，通过改变外润滑剂的品种与数量，调整塑化时间使之比标准样略有延长，大概延长3%～7%左右。外润滑剂在一定范围内也能影响塑化扭矩，随着外润滑剂的增加，塑化扭矩值也有所降低。

要特别注意，此时的塑化扭矩值绝对不能高于标准样的数值，必须比标准样的塑化扭矩值略低，约降低1%~2%左右为宜。如果塑化时间已经比标准样延长了3%～7%左右，而塑化扭矩仍然达不到要求时，可以按比例增加内、外润滑剂的用量，直到塑化时间及塑化扭矩均达到要求为止。因为从扭矩流变仪实验得到数据的微小差异均可对实际工业生产造成巨大的影响。

（4）防粘附性：如果塑化扭矩及塑化时间基本满意以后，防粘附性仍然不足，可以适当按比例增加内、外润滑剂的用量，如果感觉防粘附性已经不粘流变仪混合头的转子，有可能润滑剂总量过量，达到高水平的润滑平衡。可按比例适当减少一些内、外润滑剂的用量，直至有些轻微的发粘时为止。在此基础上以微调方式适当地补加一些内、外润滑剂，直至不发粘，在稍微多加一点，这是较低水平的润滑平衡，也是较接近实用水平的润滑平衡。高水平的润滑平衡虽然可以稍微提高树脂混合料的热稳定性，延长热分解时间，可以略微降低热稳定剂的用量，减少配方成本。但外润滑剂的析出现象有可能较严重，对连续生产不利，停机次数有可能增加，生产率有可能下降，并带来诸多不便，也可能影响产品质量及二次加工性能。因为内、外润滑剂毕竟是小分子的加工助剂，能满足加工及制品质量要求即可，加入量过多则势必影响制品的物理机械性能。

（5）放大实验：把实验（1）、（2）、（3）、（4）初步确定的配方在生产中进行放大实验，考察并发现存在的问题，如粘附严重或扭矩过大，主机电流过大，或塑化率过大、过小等。可以有针对性调整润滑体系。如此反复几次即可设计出比较满意的，并能满足特定设备及工艺要求的润滑平衡体系。

如果没有标准配方，可向热稳定剂或润滑剂的生产厂商索要参考配方，按参考配方试生产一次，找出加工过程及制品质量存在的问题。加工性问题包括：熔体粘度是否过高，（主机扭矩值或主机电流是否过大），操作是否平稳，连续开车时间是否过短，粘附性是否严重等问题。制品质量问题包括：内在质量是否符合标准、二次加工性是否满意。外观质量问题包括：颜色是否泛黄、或有黑点、黑灰色或黄色条纹，表面是否光亮、内壁是否凹凸不平等。同时用同一配方在扭矩流变化仪上做实验，把流变实验结果与大生产中出现的问题相互对照，找出内或外润滑不足，或是内、外润滑均不足的原因。然后按上述实验程序进行改进实验，或用便宜的产品对原参考配方中进口润滑剂进行取代实验。

4、实验数据对实际生产的影响

由于实验物料量与工业生产物料量的比例过于悬殊，实验设备与实际生产设备差别太大，实验时的物料与工业生产时的物料所受热及剪切力的差别与经历也很不相同等等原因，造成了从扭矩流变仪上所得到的实验数据有微小的差异，均有可能对工业生产造成严重影响。下面三个配方是流变仪的实验结果及在生产中的情况，仅供参考[2]：

1＃配方是国内某厂用平行双螺杆正常生产管材的混合料测得的数据。

2＃配方是外国某生产热稳定剂公司推荐配方，在美国已经广泛地用于锥形双螺杆挤出管材，但是2＃配方在平行双螺杆挤出时，只能在远低于正常转速时才能挤出合格管材，主机转速稍一提高，因主机扭矩太大而自动报警，影响正常生产。

分析1＃与2＃配方的实验数据：2＃比1＃配方的塑化时间只减少了12秒钟，只减少了4.4%的时间，塑化扭矩：2＃比1＃配方大了0.7Nm，也只大了2%，相对差别很小，几乎可忽略不计。但在实际工业生产时，差别或影响却非常大。

3＃配方是2＃配方的改进配方：塑化时间：3＃比1＃延长了20秒，即塑化时间延长了7%，塑化扭矩：3＃比1＃小0.3Nm，小了0.8%，结果是3＃配方可以正常地使用平行双螺杆挤出合格管材。

６．５ 增加润滑体系的操作弹性：

好的润滑体系不仅具有润滑作用强，润滑剂用量少及前述的一些优良性质，还应具有较宽的操作弹性。如配料比的微小差异、工艺条件的波动如温度、主机转速的变化等情况时，塑料加工者希望润滑体系仍然处于平衡状态。这就要求内、外润滑剂不仅要强强搭配，还应具有较大的操作弹性。这可以从两方面加以解决，一是不用或少用易挥发的润滑剂，像石蜡、硬脂酸及硬脂酸丁脂等较易挥发，在长时间使用时易凝聚在口模或定型装置内。在整个加工的中、后期，因温度等工艺参数的波动而影响了它们挥发的程度，而造成平衡系统失衡。二是用一些既有极性体基团又有超长烷基的化合物，如褐炼酸的衍生物、脂肪酸脂肪醇的低分子聚酯类、OPE等内外润滑剂，内外润滑剂均能在不同程度上自动调节润滑平衡的功能。一旦因某种原因显示内润滑作用不足，外润滑作用过剩；或相反现象，内润滑作用过剩，外润滑作用不足，配方中如果有一定数量上述的内外润滑剂，它们可在一定程度上。

  自动调节使过剩的外润滑作用转变为内润滑作用，或内润滑作用转变为外润滑作用。这种现象产生的原因是因工艺条件的变化改变了树脂熔体与润滑剂的相容度所造成的。