武夷學(xué)院實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)論文高分子材料加工助劑與配方技術(shù)實(shí)訓(xùn)

1、武夷學(xué)院實(shí)訓(xùn)報(bào)告課程名稱：高分子材料加工助劑與配方技術(shù)實(shí)訓(xùn)專業(yè)班級： 級高分子材料與工程 院 系： 生態(tài)與資源工程學(xué)院 學(xué)生姓名及學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 2013年12月目錄一、 聚氯乙烯增韌配方設(shè)計(jì)背景綜述11.1 PVC增韌改性方法11.1.1化學(xué)改性11.1.2 物理改性11.2 PVC增韌機(jī)理21.2.1 彈性體增韌機(jī)理21.2.2有機(jī)剛性粒子增韌機(jī)理21.2.3無機(jī)剛性粒子增韌機(jī)理21.2.4纖維狀填料增韌機(jī)理21.3我國PVC增韌改性概況2二、 實(shí)踐目的3三、聚氯乙烯配方設(shè)計(jì)33.1 PVC樹脂的選擇33.1.1 聚氯乙烯的特點(diǎn)33.1.2 聚氯乙烯樹脂的主要用途33.2 PVC的加工

2、性能43.3 助劑選擇及依據(jù)53.3.1 納米CaCO3作剛性粒子增強(qiáng)體53.3.2 CPE作增容劑53.3.3 熱穩(wěn)定劑的選擇53.3.4 抗氧化劑63.3.5 光穩(wěn)定劑63.3.6 潤滑劑63.3.7 增塑劑63.4配方設(shè)計(jì)表73.5 工藝實(shí)施方案及流程73.5.1 主要原料73.5.2 加工設(shè)備73.5.3 工藝流程83.6 性能指標(biāo)測試93.6.1增韌PVC材料的流變性能93.6.2 增韌PVC的力學(xué)性能103.7配方試驗(yàn)優(yōu)化103.7.1 母粒中CPE的用量對力學(xué)性能的影響113.7.2 母料中改性納米CaCO3的用量對力學(xué)性能的影響113.7.3 改性劑用量對PVC/CPE/納米C

3、aCO3體系力學(xué)性能的影響123.7.4 CaCO3粒徑大小對體系的力學(xué)性能影響123.8 優(yōu)化方案133.8.1 不同含量CPE和納米CaCO3的正交試驗(yàn)及對應(yīng)力學(xué)性能表143.8.2 優(yōu)化后配方表14實(shí)訓(xùn)體會及展望15參考文獻(xiàn)17聚氯乙烯增韌配方設(shè)計(jì)1、 聚氯乙烯增韌配方設(shè)計(jì)背景綜述 聚氯乙烯(PVC)具有不易燃、耐腐蝕、絕緣、耐磨損、價(jià)格低廉、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn),廣泛地應(yīng)用于管材、棒材、薄膜、絕緣材料、防腐材料、建筑材料等方面,其產(chǎn)量僅次于聚乙烯(PE)而居于世界樹脂產(chǎn)量的第二位。但仍然存在下述缺點(diǎn)1:(1)PVC韌性差。簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度僅為2.4kJ/m2,所以不能用作結(jié)構(gòu)材料。(2)P

4、VC的熱穩(wěn)定性極差。100時就開始分解,高于150時分解加速,而PVC的熔融溫度為210。(3)PVC熱變形溫度低。維卡軟化溫度(5kg)約80(ABS為90以上)。（4）PVC熔融粘度較大。熔體粘度較大，流動性較差，對加工設(shè)備要求較高。而PVC作為硬制品時2,首當(dāng)其沖的是韌性差,這是PVC難以作為結(jié)構(gòu)材料的主要原因。根據(jù)Vincent3關(guān)于聚合物脆性-韌性斷裂行為的表征,PVC屬于一種脆性材料,這大大地限制了PVC的進(jìn)一步發(fā)展及廣泛應(yīng)用。因此,對PVC進(jìn)行增韌改性研究,從而得到高強(qiáng)、高韌的PVC材料,一直是眾多研究者和商家追求的目標(biāo)。因此對PVC進(jìn)行增韌改性,克服沖擊強(qiáng)度差的缺陷,開發(fā)高強(qiáng)高

5、韌PVC材料,用以代替某些工程塑料,成為眾多商家夢寐以求的事情。1.1 PVC增韌改性方法1.1.1化學(xué)改性 化學(xué)改性就是通過接枝、共交聯(lián)等反應(yīng)方法對PVC進(jìn)行改性。常用的PVC化學(xué)增韌改性方法有4：（1）乙烯基單體與氯乙烯的共聚,如氯乙烯與丙烯酸辛酯的共聚;(2)彈性體與氯乙烯的接枝共聚,如乙丙橡膠與氯乙烯的接枝共聚氯乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)與氯乙烯的接枝共聚。 化學(xué)改性的特點(diǎn)是增韌改性效果顯著,不足之處是要經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),對工藝、設(shè)備有更多要求,一般在樹脂合成廠中方可實(shí)現(xiàn),因此對大多數(shù)PVC加工用戶而言是不切實(shí)際的。1.1.2 物理改性 物理改性是將改性劑與PVC共混,使其均勻地

6、分散到PVC中,從而起到增韌改性的作用,該方法簡單易行, 是被廣泛采用且最有發(fā)展前途的增韌方法。 硬PVC的增韌改性劑很多,大體可分為彈性體增韌改性劑和非彈性體增韌改性劑, 效果較好的有EVA、NBR、SBR、ABS、MBS、ACR、CPE、AS、PS、超細(xì)CaCO3、納米粒子等。1.2 PVC增韌機(jī)理5-6 目前,關(guān)于PVC增韌改性的機(jī)理有很多,具有代表性的主要有以下幾種.1.2.1 彈性體增韌機(jī)理 （ a）剪切屈服 - 銀紋化理論。彈性體粒子以顆粒狀均勻地分散于基體PVC連續(xù)相中，形成宏觀均相微觀分相（海島相結(jié)構(gòu)）。彈性體粒子充當(dāng)應(yīng)力集中體，誘發(fā)基體產(chǎn)生大量的剪切帶和銀紋。大量剪切帶和銀紋

7、的產(chǎn)生和發(fā)展要消耗大量的能量，從而使材料的沖擊強(qiáng)度大幅度提高，粒子又可終止銀紋和剪切帶的發(fā)展，使其不致發(fā)展成為破壞性的裂紋。此外剪切帶也可阻滯轉(zhuǎn)向并終止銀紋或已存在的小裂紋的發(fā)展，促使基體發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變同樣提高材料的韌性。 （b）網(wǎng)絡(luò)增韌機(jī)理。彈性體形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包覆初級粒子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可吸收大部分沖擊能，且PVC初級粒子破裂同樣也可吸收部分能量，使材料的韌性得以提高。1.2.2有機(jī)剛性粒子增韌機(jī)理 （a）冷拉機(jī)理。剛性粒子圓形或橢圓形粒子均勻分散于連續(xù)相中，由于連續(xù)相與分散相之間的楊氏模量和泊松比不同，在兩相界面產(chǎn)生一種較高的靜壓力，在基體與分散相界面粘合良好的前提下，這種高的靜壓力，使分散

8、相粒子易于屈服，而產(chǎn)生冷拉伸分散相粒子被拉長，產(chǎn)生大的塑性形變，剛性粒子發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變，從而吸收大量的沖擊能量提高材料的韌性。剛性粒子拉伸時促使其周圍的基體發(fā)生屈服，同時吸收定的能量使PVC的沖擊強(qiáng)度得以提。 （b）高空穴增韌機(jī)理。相容性較差的體系，剛性粒子與基體之間有明顯的界面，甚至在粒子周圍存在著空穴，受沖擊時界面易脫粒而形成微小的空穴?？昭ǖ漠a(chǎn)生可吸收部分能量也可引發(fā)銀紋吸收能量，從而提高材料的沖擊強(qiáng)度。1.2.3無機(jī)剛性粒子增韌機(jī)理 當(dāng)RIF與PVC基體粘合較好時,RIF的存在可產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng),引發(fā)大量的銀紋,并阻止銀紋的發(fā)展促使基體發(fā)生剪切屈服,吸收大量的沖擊能,從而達(dá)到增韌的目的。

9、1.2.4纖維狀填料增韌機(jī)理 對于纖維狀填料增韌PVC，一般認(rèn)為是由于在沖擊過程中，纖維折斷和從基體中抽出，要吸收能量引起的。但這種解釋尚有很多實(shí)驗(yàn)事實(shí)不能被說明。1.3我國PVC增韌改性概況 7 8 9 我國對PVC增韌的研究起步較晚，從20世紀(jì)80年代發(fā)展至今，已經(jīng)具有一定的生產(chǎn)規(guī)模，具有代表性的幾個增韌體系有:PVC/NBR、PVC/SBS、PVC/EVA、PVC/CPE、PVC/PUR/SBS/-g-MMA等。但其研究的主要方向是對其增韌劑的研究，而且發(fā)展也較為迅速，生產(chǎn)廠家達(dá)26家，年產(chǎn)量五萬噸以上，產(chǎn)品主要以CPE、ACR、MBS為代表。其中山東亞星化工集團(tuán)總公司是我國CPE最大的

10、生產(chǎn)企業(yè),在亞洲也是最大的,裝置規(guī)模為2.5萬t/a。ACR是一種迫切需求的改性劑,年產(chǎn)量1.9萬噸以上,生產(chǎn)廠有10家。其中吉化公司蘇州安利化工廠是我國ACR生產(chǎn)能力最大的企業(yè) ,裝置規(guī)模已從1kt/a擴(kuò)大到5kt/a。MBS改性劑作為透明包裝材料專用增韌改性劑,國內(nèi)生產(chǎn)能力有限,年產(chǎn)量僅5kt,生產(chǎn)廠約有10家,但生產(chǎn)規(guī)模都很小,據(jù)悉齊魯石化公司準(zhǔn)備上萬噸裝置。目前MBS尚需大量進(jìn)口,進(jìn)口量達(dá)6kt/a以上。 近幾年來,我國塑料加工發(fā)展較快,對加工和增韌改性提出了更高要求,CPE是低性能的,而ACR、MBS的性能十分優(yōu)異。但在我國,恰恰是CPE增長快,而ACR和MBS的發(fā)展比較緩慢。2、

11、實(shí)踐目的 （1）通過高分子材料加工助劑與配方技術(shù)的實(shí)訓(xùn)，鞏固學(xué)生對高分子材料加工助劑與配方設(shè)計(jì)理論知識的掌握；掌握高分子材料加工助劑及樹脂原料的性能特點(diǎn)與選用方法；理解助劑與樹脂等的復(fù)配方法和要求，正確理解和掌握高分子材料配方設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和原則方法，初步掌握設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及檢測指標(biāo)確定與優(yōu)化能力，熟悉與鞏固高分子材料助劑與配方設(shè)計(jì)理論知識，提高綜合實(shí)踐能力。 （2）使同學(xué)們在實(shí)訓(xùn)過程中形成文獻(xiàn)資料等的查閱、調(diào)研及提煉能力；有效地將理論和實(shí)際緊密結(jié)合，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生配方設(shè)計(jì)和解決實(shí)際問題的綜合實(shí)踐能力。三、聚氯乙烯配方設(shè)計(jì)3.1 PVC樹脂的選擇3.1.1 聚氯乙烯的特點(diǎn)

12、聚氯乙烯(PVC)樹脂是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的塑料品種之一 10,其產(chǎn)量僅次于聚乙烯(PE)而居于世界樹脂產(chǎn)量的第2位 11 。由于其價(jià)格低廉,原材料來源廣泛,具有阻燃（阻燃值為40以上）、耐化學(xué)藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為90%的硫酸、濃度為60%的硝酸和濃度20%的氫氧化鈉）、機(jī)械強(qiáng)度及電絕緣性良好的優(yōu)點(diǎn)。但其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80，于130開始分解變色，并析出HCL。但PVC由于分子鏈極性較強(qiáng),對外顯示出一定的脆性 12, 屬于脆性材料,這一缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了PVC的進(jìn)一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用,因此對PVC增韌改性研究,一直是眾多研究者和廠家追求的目標(biāo)。3.1.2 聚氯乙烯樹脂的主要用途 聚氯

13、乙烯由于化學(xué)穩(wěn)定性高，所以可用于制作防腐管道、管件、輸油管、離心泵和鼓風(fēng)機(jī)等。聚氯乙烯的硬板廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)上制作各種貯槽的襯里，建筑物的瓦楞板，門窗結(jié)構(gòu)，墻壁裝飾物等建筑用材。由于電氣絕緣性能優(yōu)良，可在電氣、電子工業(yè)中，用于制造插頭、插座、開關(guān)和電纜。在日常生活中，聚氯乙烯用于制造涼鞋、雨衣、玩具和人造革等。3.2 PVC的加工性能 PVC粉末樹脂以顆粒狀態(tài)存在，而PVC顆粒是由許多初級粒子組成的，懸浮法樹脂的初級粒子大小為12m，乳液法樹脂的初級粒子大小為0.11m；懸浮法樹脂的顆粒尺寸大小為50250m，乳液法樹脂的顆粒尺寸大小為3070m。 PVC是無定形的高分子聚合物，沒有明顯的熔

14、點(diǎn)，在7580時變軟，其玻璃化溫度為8085；在空氣中溫度高于150時就會發(fā)生降解釋放出氯化氫，超過180則會迅速分解。PVC在低于160時為顆粒狀態(tài)，高于160顆粒會破碎分解成初級粒子，當(dāng)超過190時初級粒子就會熔融。 PVC的加工穩(wěn)定性極不好，是熱塑性塑料中最差的品種；其160的熔融溫度高于140的分解溫度，因此純PVC樹脂不通過改性處理是難以用熔融塑化的方法來加工生產(chǎn)。 高溫下某些金屬離子會加劇PVC的降解，比如鐵、鎘等重金屬離子，所以要嚴(yán)格控制重金屬離子的含量，加工前進(jìn)行磁選，設(shè)備要鍍鉻以防止產(chǎn)生鐵銹。 PVC的熔體粘度大，流動特性不好，熔體強(qiáng)度低，容易產(chǎn)生熔體破裂、制品表面粗糙等現(xiàn)象

15、，特別是硬制品；因此需要添加加工助劑來改善，最常用的加工助劑是ACR。注塑成型時，還應(yīng)注意選擇低速高壓。 PVC熔體有黏附金屬的傾向，熔體間以及熔體和加工設(shè)備之間的摩擦力大，需要添加潤滑劑來克服阻力。潤滑劑分為內(nèi)潤滑（與PVC樹脂相容性大）和外潤滑（與PVC樹脂相容性差）。 PVC熔體屬于非牛頓流體，熔體粘度對剪切速率敏感，所以對于熱敏性的PVC樹脂來說，在加工過程中要降低粘度，可以通過提高螺桿轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，而少調(diào)整加工溫度。 PVC在加工前需要進(jìn)行干燥處理：110，11.5小時。 PVC配方中的組分很多，需要充分混合均勻。要注意加料的順序，吸油性大的填料后加（防止吸收增塑劑），潤滑劑最后加（防

16、止影響其它組分的分散）；還要控制好混合溫度，一般熱混合溫度在110左右。 PVC熱分解后產(chǎn)生的氯化氫HCL，具有刺激性、腐蝕性，容易導(dǎo)致料筒和螺桿的腐蝕，因此需要對料筒和螺桿表面進(jìn)行鍍鉻處理。3.3 助劑選擇及依據(jù)3.3.1 納米CaCO3作剛性粒子增強(qiáng)體 用橡膠等彈性體作改性劑來提高PVC的韌性,往往以犧牲PVC寶貴的強(qiáng)度、剛度、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性及可加工性能為代價(jià),顯得顧此失彼,美中不足。而近年來發(fā)展起來的用剛性粒子(RF)增韌PVC,不但可使PVC的韌性提高,同時也可使其強(qiáng)度、模量、熱變形溫度(HDT)、加工流動性能等得到改善,顯示了增韌增強(qiáng)的復(fù)合效應(yīng),要比單獨(dú)使用彈性體增韌具有更好的增

17、韌效果。因此本實(shí)驗(yàn)選擇剛性粒子作為增韌聚氯乙烯的原料。 納米材料由于尺寸小、比表面積大而產(chǎn)生量子效應(yīng)和表面效應(yīng),具有許多特殊的優(yōu)異性能。碳酸鈣是高分子復(fù)合材料中廣泛使用的無機(jī)填料，并且價(jià)格低廉，用其填充聚合物可大大降低制品的成本，并且在一定條件下可提高聚合物的性能。在橡膠、塑料制品中添加碳酸鈣等無機(jī)填料，可提高制品的耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)性及剛度等，并可降低制品成本。用納米CaCO3 粒子可以同時大幅提高PVC/CPE體系的韌性和強(qiáng)度,在CaCO3用量為5%12%時,體系的綜合性能最好,缺口沖擊強(qiáng)度可由原來的4.8kJ/ m2提高到8.4kJ/m2,拉伸強(qiáng)度由原來的46MPa提高到50MPa。

18、13-16而輕質(zhì)CaCO3粒子的增韌作用很小,而且拉伸強(qiáng)度會隨著粒子的增加而下降。173.3.2 CPE作增容劑 CPE是一種非自補(bǔ)強(qiáng)性橡膠，具有高填充性，有優(yōu)秀的耐熱氧老化、臭氧老化、耐酸堿、化學(xué)藥品性能，它是PVC塑料優(yōu)良的抗沖擊改性劑，也是綜合性能良好的合成橡膠，有著極為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。18 CPE通常用PE懸浮法制備,形成已氯化和未氯化的嵌段結(jié)構(gòu)。CPE的作用一則使基體樹脂有一定的脆韌比,二則充任基體樹脂與填料粒子表面膠乳層之間的增容劑,產(chǎn)生二次偶聯(lián)效應(yīng)。復(fù)合體系中,CPE既有增韌作用,又有增容效果。CPE與活性CaCO3的恰當(dāng)配合,具有一定協(xié)同效應(yīng)。193.3.3 熱穩(wěn)定劑的選擇 P

19、VC一般需要加熱至160210才能加工。另外PVC分子內(nèi)含有的取代氯基容易導(dǎo)致PVC樹脂脫氯化氫反應(yīng)，從而引起PVC的降解反應(yīng)，所以PVC對熱極不穩(wěn)定，溫度升高會大大促進(jìn)PVC脫HCL反應(yīng)，純PVC在120時就開始脫HCL反應(yīng)，從而導(dǎo)致了PVC降解。因此在PVC中加入適當(dāng)量的熱穩(wěn)定劑。 市面上常見的熱穩(wěn)定劑有金屬皂類、有機(jī)錫類、有機(jī)銻類、稀土穩(wěn)定劑、有鉛鹽類等。本產(chǎn)品使用的熱穩(wěn)定劑為有機(jī)鉛鹽類（三鹽基硫酸鉛、二鹽基硬脂酸鉛配合使用），其特點(diǎn)是熱穩(wěn)定性優(yōu)良，具有長期熱穩(wěn)定性，電氣絕緣性能優(yōu)良，耐候性好，價(jià)格低。用量為23份。3.3.4 抗氧化劑 PVC在使用過程中光、熱、氧等因素作用下，會造成聚

20、合物的自動氧化和分解反應(yīng)，使得材料的分子量降低，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其力學(xué)性能降低，使用壽命變短。因此必須在PVC制品中加入抗氧劑。 雙酚A可以使塑料制品具有無色透明、耐用、輕巧和突出的防沖擊等特性，且價(jià)格便宜，與聚氯乙烯樹脂相容性較好?？寡鮿┰诰酆衔镏械挠昧枯^少，一般在13份之間最佳。3.3.5 光穩(wěn)定劑 PVC制品多數(shù)暴露在陽光和其它各種光線下，根據(jù)制品應(yīng)用環(huán)境添加一定量的光穩(wěn)定劑可防止和延緩其分解和老化，延長制品使用壽命。苯并三唑類光穩(wěn)定劑UV-P能強(qiáng)烈吸收紫外線，熱穩(wěn)定性高、揮發(fā)性小，毒性低，用量一般為0.1%1%。3.3.6 潤滑劑 潤滑劑主要是為了降低加工時，分子間的摩擦及聚合物與

21、加工機(jī)械之間的摩擦，使產(chǎn)品外觀和性質(zhì)更加優(yōu)越。氯化石蠟具有低揮發(fā)性、阻燃、電絕緣性良好、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，與PVC樹脂的相容性良好，用量應(yīng)在0.3份以下。3.3.7 增塑劑 增塑劑是一種高分子材料助劑，其種類繁多，為了使PVC有良好的加工性能，增加其塑性，往往會在PVC中加入增塑劑。常用在PVC中的增塑劑主要是DOP，它與PVC能很好地混合，由于它們具有很好的電性能、較好的低溫性、較小的揮發(fā)性和相當(dāng)?shù)偷某槌鲂耘c毒害性以及其他許多優(yōu)點(diǎn)，因此可以廣泛地用于各種配方中。本配方是制作硬質(zhì)PVC增韌材料，DOP使用的量為4份。3.4配方設(shè)計(jì)表基體PVC100份熱穩(wěn)定劑三鹽基硫酸鉛3份二鹽基硬脂酸鉛4份增塑劑D

22、OP4份光穩(wěn)定劑UV-P0.5份抗氧劑雙酚A2份增韌劑納米CaCO310份增容劑CPE8份潤滑劑氯化石蠟0.3份3.5 工藝實(shí)施方案及流程3.5.1 主要原料PVC，SG5，陜西氯堿化工有限公司；CPE，135，江蘇天滕化工有限公司；鈦酸酯偶聯(lián)劑,南京曙光化工總廠CaC03，1250目，市售；二鹽基硬酯酸鉛，VA1839，東馬棕櫚工業(yè)有限公司；三鹽基硫酸鉛,市售DOP，深圳市華昌化工UV-P，南通威宏化學(xué)科技有限公司雙酚A，青島富鑫化工有限公司氯化石蠟，鄭州市圣鑫化工有限公司3.5.2 加工設(shè)備顎式粉碎機(jī)、剪切式粉碎機(jī)、擠出造粒機(jī)高速混合機(jī)，SHR100A，張家港市輕工機(jī)械廠；開煉機(jī)，SK16

23、0B，上海橡膠機(jī)械廠；壓力成型機(jī)，SL45，上海第一橡膠機(jī)械廠；錐型雙螺桿擠出機(jī)，SJZ.60/125A,北汽福田公司恒溫真空干燥器，中山凱旋真空技術(shù)公司萬能制樣機(jī)，ZHY-W，河北省承德試驗(yàn)機(jī)廠流變儀 Bohlin Gemini HR nano 大昌華嘉商業(yè)（中國）有限公司電子萬能材料試驗(yàn)機(jī),RGM-30A型,深圳瑞格爾有限公司簡支梁沖擊試驗(yàn)機(jī),JC-2,承德精密試驗(yàn)機(jī)有限公司3.5.3 工藝流程填料改性母料制備塑煉制樣3.5.3.1納米CaCO3改性納米碳酸鈣屬無機(jī)粉體材料,表面親水疏油,呈強(qiáng)極性,不能與橡膠、塑料等高分子有機(jī)物發(fā)生化學(xué)交聯(lián),沒有補(bǔ)強(qiáng)性能。同時,納米碳酸鈣具有極大的比表面積

24、和較高的比表面能,在制備和后處理過程中極易發(fā)生粒子凝并、團(tuán)聚,形成二次粒子,使粒子粒徑變大,在應(yīng)用過程中最終失去超細(xì)微粒所具備的功能。解決這兩個問題的關(guān)鍵在于對納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性,使其表面能減小,增加親油性,改進(jìn)其在基質(zhì)中的分散性和分散穩(wěn)定性,從而增加與高聚物的相容性,使其由一般的“增量劑”填料上升為“性能增強(qiáng)劑”和“功能填料”。本次試驗(yàn)將納米CaC03再次砂磨后,將懸浮液加入表面處理反應(yīng)器中,加熱攪拌,在一定溫度下加入一定量的鈦酸酯偶聯(lián)劑,恒溫?cái)嚢枰欢〞r間后進(jìn)行過濾、恒溫干燥、粉碎,得到改性納米碳酸鈣產(chǎn)品。3.5.3.2 母料制備準(zhǔn)確稱取CPE、改性的CaCO3,經(jīng)預(yù)混合、熔融共混制備母

25、料，將制得的大塊母料用顎式粉碎機(jī)粉碎，然后再用剪切式粉碎機(jī)徹底粉碎。將粉碎物加入擠出造粒機(jī)中，擠出造粒，得到CPE/改性納米CaCO3母料顆粒。3.5.3.3 塑煉稱量各種加工助劑，先將PVC投入高速捏合機(jī)進(jìn)行高速混合至物料約60，依次加入熱穩(wěn)定劑、母料，及其它助劑，繼續(xù)高速攪拌物料至90，加入各種潤滑劑，再繼續(xù)高速攪拌至120，而后進(jìn)入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌降溫至40以下即可出料。將混合均勻的物料在擠出造粒機(jī)組造粒。造粒流程為：將物料進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)加熱熔化，在旋轉(zhuǎn)螺桿的推力下熔料從口模被擠出，經(jīng)熱切裝置熱切后被鼓風(fēng)通過輸送管道輸出。造粒工藝參數(shù)如下：機(jī)筒溫度：I區(qū)85100；區(qū)145150；區(qū)16

26、5170；區(qū)175180；機(jī)頭溫度170175；喂料螺桿轉(zhuǎn)速為21r/min；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為15r/min；機(jī)頭壓力為10.6MPa。3.5.3.4 試樣制備將改性PVC粒料進(jìn)行干燥處理以除去水分，干燥溫度為80-90，干燥時間為45 h。然后將干燥后的物料用注塑機(jī)在加料段85100、壓縮段160-170、均化段180-185、噴嘴溫度170、注塑壓力67 MPa工藝條件下注塑成改性PVC標(biāo)準(zhǔn)試樣，對其力學(xué)性能進(jìn)行檢測，并與未改性的PVC標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行力學(xué)性能測試，對兩者進(jìn)行比較。3.6 性能指標(biāo)測試 沖擊性能測定按照GB/T 16420-1996，制備80mm10mm2mm的無缺口試樣，試樣測

27、試選擇的跨度為40mm，采用承德精密試驗(yàn)機(jī)有限公司產(chǎn)JC-25簡支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)測試，選取3號擺錘；拉伸性能測定按照國標(biāo)GB/T 1043-92制啞鈴型試樣，采用深圳瑞格爾RGM-30A型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)測試，拉伸速率設(shè)定為10mm/min，標(biāo)距為25cm，測試試樣的拉伸性能。3.6.1增韌PVC材料的流變性能 圖1為不同CPE含量時納米CaCO3改性PVC體系的流變曲線。從圖可以發(fā)現(xiàn)，PVC復(fù)合材料體系平衡轉(zhuǎn)矩隨著納米CaCO3填充量的增加先減小后增大。由于少量無機(jī)顆粒進(jìn)入PVC/CPE體系，使CPE/PVC分子之間的作用力部分被CPE/PVC和納米CaCO3之間的作用力替代。由于納米CaC

28、O3表面覆蓋了長鏈烴基，其與PVC/CPE體系的作用比較弱，所以復(fù)合體系分子間作用力減小，復(fù)合材料體系粘度下降，導(dǎo)致復(fù)合體系的平衡轉(zhuǎn)矩變小。隨著納米CaCO3填充量的增加，無機(jī)顆粒之間以及無機(jī)粒子與聚合物基體之間的摩擦作用增大，使納米CaCO3/CPE/PVC體系流動性變差，平衡轉(zhuǎn)矩增大。在不添加CPE時，納米CaCO3/PVC的質(zhì)量比為10/100時復(fù)合材料體系平衡轉(zhuǎn)矩最低；當(dāng)加入占PVC樹脂量4%()的CPE后，納米CaCO3/PVC的質(zhì)量比為5/100時，體系的平衡轉(zhuǎn)矩最低。這可能是由于在CaCO3/PVC體系中加入CPE后，納米CaCO3顆粒在體系中的分散性或顆粒與基體之間的作用力發(fā)生

29、了變化，導(dǎo)致體系平衡轉(zhuǎn)矩最低點(diǎn)變化。3.6.2 增韌PVC的力學(xué)性能樣品增韌PVC未改性PVC12345平均值12345平均值拉伸強(qiáng)度(MPa)42.341.742.542.142.042.154.254.855.255.654.455.5沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)46.245.446.845.746.046.04.24.54.14.64.44.4從表格中可以看出，改性后的PVC拉伸強(qiáng)度雖然有所降低，但沖擊強(qiáng)度得到了大幅度的提高，材料的綜合力學(xué)性能得到了顯著改善，PVC的增韌效果明顯，應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)展。CPE與納米CaCO3的預(yù)混合制備母料，減少了剛性粒子團(tuán)聚的可能性，有利于在機(jī)體中的分散。粒子

30、在共混物中作為應(yīng)力集中中心，吸收大量的沖擊能，使得沖擊強(qiáng)度提高。 3.7配方試驗(yàn)優(yōu)化 為了更好地制備增韌PVC，設(shè)計(jì)更好的優(yōu)化方案，本實(shí)驗(yàn)采取改變CPE/納米CaC03的含量，并測定其改性后的力學(xué)性能。3.7.1 母粒中CPE的用量對力學(xué)性能的影響 圖2為不同CPE/PVC質(zhì)量比時，納米CaCO3顆粒增韌CPE/PVC體系的力學(xué)性能。從圖可以看出，在不同CPE添加量時復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著納米CaCO3的增加逐漸減小，沖擊強(qiáng)度則隨納米CaCO3的增加先增加后減小。隨著CPE添加量的增加，PVC復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度下降而沖擊強(qiáng)度增加。在沒有添加CPE時，納米CaCO3顆粒增韌PVC復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度最

31、高達(dá)到純PVC的3倍左右；在CaCO3/CPE/PVC質(zhì)量比為25/8/100時，納米CaCO3顆粒增韌PVC最高沖擊強(qiáng)度可以達(dá)到純PVC的5.6倍?？梢奀PE和納米CaCO3顆粒協(xié)同增韌PVC復(fù)合材料時，PVC復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度可以得到大幅度的提高。3.7.2 母料中改性納米CaCO3的用量對力學(xué)性能的影響由圖5可知:CPE用量一定,隨納米級CaCO3用量的增大,復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度在2030份時,都出現(xiàn)了最大峰值,為單峰分布；且比不含納米級CaCO3的沖擊強(qiáng)度增加了85.12%218.13%。說明納米級CaCO3對PVC/CPE復(fù)合材料具有顯著的增韌作用。納米級CaCO3的用量一定,隨著增韌

32、劑CPE用量增加,PVC/CPE復(fù)合材料的韌性增大,納米級CaCO3對PVC/CPE復(fù)合材料的增韌作用明顯提高,且納米級CaCO3的用量由30份減少到20份。因此,納米級CaCO3對PVC/CPE復(fù)合材料的增韌與基體的韌性有關(guān),納米級CaCO3和CPE具有協(xié)同增韌作用。基體的韌性越大,協(xié)同增韌作用的效果越好。這可能是CPE在PVC中呈網(wǎng)狀分散,PVC復(fù)合材料在受到外力沖擊時,納米級CaCO3剛性粒子將接受的沖擊能分散,再將沖擊能傳遞給韌性網(wǎng)絡(luò)CPE,使CPE分子產(chǎn)生屈服形變而消耗更大沖擊能。由圖6可知，CPE的用量一定,隨著納米級CaCO3用量的增大,PVC/CPE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度先快速下降

33、,然后趨于平緩。納米級CaCO3用量一定,CPE的用量增大,PVC/CPE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度也下降。圖5 納米CaCO3 的用量對PVC/ CPE 復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響 圖6 納米級CaCO3用量對PVC/ CPE 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度的影響3.7.3改性劑用量對PVC/CPE/納米CaCO3體系力學(xué)性能的影響 為了研究改性劑用量對共混體系的影響,分別制備PVC/納米CaC03、PVC/CPE、PVC/納米CaCO3/CPE復(fù)合體系(納米CaC03/CPE的用量比2:1),并且對PVC/納米CaCO3/PE復(fù)合體系的制備采取一次分散和二次分散兩種方法進(jìn)行加工。各PVC復(fù)合體系樣品的沖擊強(qiáng)度見上

34、圖。3.7.4 CaCO3粒徑大小對體系的力學(xué)性能影響 圖5 圖6（N納米CaCO3 ，S亞微米級CaCO3 ,M微米級CaCO3 ） 上圖為不同粒徑的CaCO3顆粒填充PVC復(fù)合材料的力學(xué)性能曲線。納米CaCO3顆?？梢院芎玫卦鲰gPVC復(fù)合材料,而微米和亞微米CaCO3 顆粒對PVC復(fù)合材料沒有增韌作用。CaCO3填充PVC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度都是下降的,但是納米CaCO3填充的復(fù)合材料拉伸性能下降最緩慢, 隨著粒徑的增加,下降趨勢變大。無機(jī)顆粒填充復(fù)合材料的拉伸性能主要決定于填料的含量及界面粘結(jié)強(qiáng)度。隨著無機(jī)顆粒的增多,復(fù)合材料承受載荷的能力越來越小,所以 PVC/CaCO3 復(fù)合材料的拉伸

35、強(qiáng)度隨著填充量的增加而下降。而不同粒徑的CaCO3顆粒填充PVC復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的差異反映了不同粒度CaCO3顆粒和基體界面作用的差異。無機(jī)顆粒填充PVC的沖擊性能主要決定于填料的含量、 粒徑和粒間距。圖5和圖6表明微米和亞微米CaCO3顆粒對PVC基體沒有增韌效果，而納米CaCO3顆?？梢院芎玫靥岣逷VC復(fù)合材料的韌性。3.8 優(yōu)化方案 本次試驗(yàn)中除CPE、納米CaCO3為變量外，其他助劑的用量基本保持不變。因此只考慮其變化量即可。 由圖3可以看出，當(dāng)CPE用量為12份，CaCO3的用量為20份時出現(xiàn)最大峰值，此時的沖擊強(qiáng)度最大。但，從圖4可以得出，這時的拉伸強(qiáng)度并是不在最大值處，而是在Ca

36、CO3為010之間。為了兼顧其拉伸和沖擊強(qiáng)度CPE的用量應(yīng)控制在812分之間，CaCO3的使用量應(yīng)控制在1020之間。從圖5和圖6可知，PVC韌性主要取決于CaCO3的含量、粒徑和粒間距。因而只需將CaCO3的粒徑控制在納米級別即可。3.8.1 不同含量CPE和納米CaCO3的正交試驗(yàn)及對應(yīng)力學(xué)性能表試驗(yàn)次數(shù)CPE納米CaCO3拉伸強(qiáng)度/MPa沖擊強(qiáng)度/MPa181043.659.3291242.058.23101641.859.54111840.958.65122040.359.2 從表中的數(shù)據(jù)可知，CPE和納米CaCO3含量分別為10、16份時拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度最佳。3.8.2 優(yōu)化后配方

37、表 由3.8.1表中的實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)，對配方進(jìn)行了優(yōu)化如下表：基體PVC100份熱穩(wěn)定劑三鹽基硫酸鉛3份二鹽基硬脂酸鉛4份增塑劑DOP4份光穩(wěn)定劑UV-P0.5份抗氧劑雙酚A2份增韌劑納米CaCO316份增容劑CPE10份潤滑劑氯化石蠟0.3份實(shí)訓(xùn)體會及展望 通過兩周的實(shí)訓(xùn)，我們小組通過分工合作和激烈討論，查閱資料，包括知識百科、期刊論文和碩博論文，并借助各種渠道和網(wǎng)絡(luò)知識共享頻道汲取知識，最終確定最佳的實(shí)驗(yàn)方案。我們深刻意識到團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，也認(rèn)識到，在實(shí)踐之前，并不是簡單的實(shí)驗(yàn)，而是需要有一定的理論知識，所以我們在這一過程也學(xué)會了如何去查找并發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有材料的不足之處，并且讓我們懂得首先從理論

38、上應(yīng)如何去改進(jìn)。應(yīng)用型化學(xué)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)是實(shí)踐教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，它可以幫助我們在學(xué)到書本的理論知識的基礎(chǔ)上，獲得實(shí)際的感性認(rèn)識及理論聯(lián)系實(shí)踐的技能。在本次實(shí)訓(xùn)中，自己收獲最大、感受最深的是如何針對所選方向進(jìn)行配方設(shè)計(jì)和優(yōu)化，通過查閱文獻(xiàn)和討論激發(fā)了我們學(xué)習(xí)的興趣和動手能力，我覺得這樣的實(shí)訓(xùn)是具有針對性的、有實(shí)效性的，符合化學(xué)教學(xué)實(shí)際。 通過這次實(shí)訓(xùn)我們不僅獲得了許多專業(yè)知識的了解，也讓我們對將來的就業(yè)前景有了極大的信心。聚氯乙烯是第二大通用塑料，因其具有價(jià)格低，阻燃，耐溶劑，化學(xué)穩(wěn)定性好，優(yōu)良的絕緣，耐磨，耐老化等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于建材農(nóng)業(yè)、輕工、電力、包裝、醫(yī)療、公工事業(yè)、日常生活等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，

39、在2000-2009年國內(nèi)PVC的下游需求中，塑料型材、塑料管材、塑料編織袋、塑料包裝箱等與2008年相比增長都超過了10%，隨著全球經(jīng)濟(jì)形勢的全面復(fù)蘇，PVC將繼續(xù)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)民中扮演重要角色。但由于聚氯乙烯存在沖擊性能差、熱穩(wěn)定性和加工性能不佳等問題，尤其是低溫沖擊性能特別差，必須對其進(jìn)行增韌改性。而用無機(jī)納米碳酸鈣顆粒改性聚氯乙烯可以使PVC復(fù)合材料體系平衡轉(zhuǎn)矩降低，加工流動性能得到改善，在填充量相同時，碳酸鈣顆粒粒徑越大復(fù)合體系加工流動性能越好。和納米碳酸鈣顆粒協(xié)同增韌PVC復(fù)合材料時，PVC復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度不僅可以得到大幅度的提高。而且可以提高復(fù)合材料的韌性、剛性、硬度等性能，最主

40、要的是可以使成本大大的降低。因此，無機(jī)納米顆粒改性聚氯乙烯具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用型化學(xué)實(shí)訓(xùn)安排在大學(xué)三年級，在學(xué)習(xí)完主要基礎(chǔ)課程和專業(yè)課后進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，其目的是把理論與實(shí)踐結(jié)合起來，鞏固所學(xué)理論知識，培養(yǎng)我們在實(shí)際生產(chǎn)過程中善于發(fā)現(xiàn)問題和分析問題、解決問題的能力，提高我們的綜合素質(zhì)。我的建議如下：1、學(xué)校應(yīng)該多安排我們?nèi)スS實(shí)習(xí)，使我們了解化工生產(chǎn)的組織形式、工藝流程、技術(shù)方法及管理方式等，增強(qiáng)學(xué)習(xí)；2、老師應(yīng)對各組給一些建設(shè)性的意見和指導(dǎo)，網(wǎng)絡(luò)知識繁多且雜亂，我們的專業(yè)知識畢竟有限，容易把握不住方向和受到錯誤信息干擾；3、平時的理論學(xué)習(xí)中老師可以增加配方設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，增加趣味性學(xué)習(xí)豐富大家的

41、眼界?？傊?，本次實(shí)訓(xùn)使我們了解從事專業(yè)研發(fā)技術(shù)工作所必須的各種基本技能和實(shí)踐動手能力；培養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實(shí)際、從實(shí)際出發(fā)分析問題、研究問題和解決問題的能力，將我們所學(xué)知識系統(tǒng)化，感性化；并增強(qiáng)了我們與他人溝通和理論應(yīng)用于實(shí)際化工生產(chǎn)的能力。展望：在增韌體系中加入納米碳酸鈣剛性粒子，既能保持基體本身優(yōu)異性能，又賦予PVC復(fù)合材料良好的力學(xué)性能。但不同用量的加入及其他各助劑對產(chǎn)品的影響不同，因此如何設(shè)計(jì)更優(yōu)的配方，在滿足制品性能及加工性能要求的同時又提高填充量，仍將是目前乃至今后研究的熱點(diǎn)問題。隨著研究開發(fā)的深入，尤其無機(jī)納米粒子增韌表現(xiàn)出了更優(yōu)異的綜合性能，如高強(qiáng)度、低吸濕性、高尺寸穩(wěn)定性、良好的阻隔性