pvc-u流變性能的影響因素研究

pvc-u流變性能的影響因素研究

氯棕櫚（ph）是世界上首次工業(yè)化的樹脂品種之一。這是一種高產(chǎn)的一般塑料。目前產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯(PE),居世界第2位。無增塑PVC(PVC-U)塑料具有優(yōu)良的力學(xué)性能,良好的耐腐蝕性、難燃性、易染色性,較小的熱導(dǎo)率以及極好的絕緣性,這些優(yōu)良特性使其成為制作塑料門窗的主要原材料。但PVC-U是硬脆性聚合物,對(duì)缺口較為敏感。在受外力沖擊時(shí)極易脆裂,韌性較差,特別在低溫環(huán)境下沖擊強(qiáng)度更差。同樣由于PVC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其加工性能差,成型加工十分困難。首先表現(xiàn)為熱穩(wěn)定性能低劣,PVC是熱敏性樹脂,其熱、氧、光穩(wěn)定性均較差。純PVC在100℃左右即開始分解,高于150℃分解更加迅速。此外,PVC-U熔體黏度高,加工流動(dòng)性差,熔體強(qiáng)度低,加工工藝范圍狹窄。然而PVC塑料和其他材料相比,其各項(xiàng)物性指標(biāo)和加工性能受各類添加劑、混煉技術(shù)及成型加工工藝條件影響較大。本文以基本型材配方為基礎(chǔ),研究了不同助劑用量對(duì)PVC-U加工流變性能的影響。1試驗(yàn)部分1.1設(shè)備和設(shè)備SHR-10A高速混合機(jī),張家港市快樂機(jī)械廠;RM-200智能轉(zhuǎn)矩流變儀,哈爾濱哈普電氣技術(shù)有限責(zé)任公司。1.2穩(wěn)定劑和鈦白粉HS-1000PVC樹脂,青島海晶化工集團(tuán)有限公司;CPE135A,青島海晶化工集團(tuán)有限公司;復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑,江蘇聯(lián)盟化學(xué)有限公司;ACR,江陰市云亭紡織塑化廠;輕質(zhì)活性CaCO3,淄博市張店麗龍化工廠;鈦白粉,四川龍蟒鈦業(yè)股份有限公司;硬脂酸,山東金達(dá)雙鵬集團(tuán)有限公司。1.3混料、冷卻混料過程:把高速混合室清理干凈,將高速混合機(jī)的夾套溫度設(shè)定在100℃,給夾套升溫到設(shè)定溫度后,保溫一段時(shí)間,待混合室的溫度升到75℃左右,加入配好的物料,開啟攪拌進(jìn)行混料,至115℃時(shí)出料,冷卻至室溫,備用?；炝线^程需20min左右。流變?cè)囼?yàn)條件:流變儀設(shè)定溫度175℃,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50r/min,每次加料量為62g。2結(jié)果與討論2.1復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑用量對(duì)pvc-u性能的影響CPE具有良好的柔韌性,是目前國(guó)內(nèi)PVC-U加工中使用最廣泛的沖擊改性劑。通用型CPE含氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～45%,有良好的沖擊性、老化性、電性能、耐候性、阻燃性、熔融流動(dòng)性。CPE通常分兩大類,即塑改型CPE及橡膠型CPE。其中塑改型CPE可作硬質(zhì)塑料制品的改性劑,橡膠型CPE又稱CM,既可以單獨(dú)使用,又可與其他橡膠共混加工。塑改型CPE與PVC和填料具有較好的相容性,其含氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)在36%左右時(shí),對(duì)PVC-U的沖擊改性效果最佳。試驗(yàn)采用表1的配方進(jìn)行混料,1#～3#為固定其他助劑用量,改變CPE用量;1#、4#和5#為只改變復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑用量。所做的流變曲線及流變性能分別見圖1和表2。從圖1和表2中可以看出:CPE用量分別為6、8、10份時(shí),塑化時(shí)間依次縮短,但縮短的速度減慢,8份比6份縮短81s,10份比8份縮短18s,說明CPE有促進(jìn)塑化的作用,但隨著CPE用量增加,促進(jìn)塑化的效果有所減弱。這可能是因?yàn)闆_擊改性劑CPE分子質(zhì)量較大,加入后使物料黏附金屬傾向增強(qiáng),剪切摩擦熱增加,促進(jìn)了物料的塑化。有資料表明,沖擊改性劑CPE在PVC-U配方中的用量在6～10份為宜,超過10份,其作用不大。但隨著型材配方中填料的增加,CPE要適量增加。PVC-U配方選用穩(wěn)定劑主要考慮3個(gè)方面的因素,即穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定效果、穩(wěn)定劑的加工工藝性以及穩(wěn)定劑對(duì)塑料材料或制品性能的影響。復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑具有良好的熱穩(wěn)定性能,且價(jià)格低廉,因而被廣泛采用,其用量將對(duì)PVC的加工產(chǎn)生一定影響。從測(cè)試結(jié)果中可以看出:復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑用量分別為3、4、5份時(shí),塑化時(shí)間依次延長(zhǎng),間隔分別為37、10s,扭矩也逐漸降低。這是因?yàn)閺?fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑中含內(nèi)外潤(rùn)滑劑,隨著其用量增加,外潤(rùn)滑的作用逐漸變強(qiáng),從而延長(zhǎng)了塑化時(shí)間。因而在實(shí)際使用中此種穩(wěn)定劑必須與其他潤(rùn)滑劑相搭配。2.2acr對(duì)pvc流變曲線及流變性能的影響PVC-U的加工溫度和分解溫度比較接近,難以加工。ACR的加入可以改善PVC的加工性能,加快PVC的熔融塑化過程,提高熔體強(qiáng)度及均勻性,減緩熔體破裂和滲出,且對(duì)PVC的力學(xué)性能無明顯的不良影響。采用表3的試驗(yàn)配方進(jìn)行混料,6#～8#為固定其他助劑用量,改變ACR用量;6#、9#和10#為只改變鈦白粉用量。所做的流變曲線及流變性能分別見圖2和表4。從圖2和表4中可以看出:ACR用量分別為1.5、2、2.5份時(shí),塑化時(shí)間依次縮短,其0.5份的效果與2份CPE的效果相近,說明ACR能夠極大地影響塑化時(shí)間,并且促進(jìn)塑化的效果比CPE大得多,表明ACR具有促進(jìn)PVC-U熔融的作用。這是因?yàn)榧働VC樹脂和金屬間摩擦系數(shù)較低,常稱為“滑壁”樹脂。而加入ACR后,能使PVC熔體轉(zhuǎn)變成具有剪切流動(dòng)的黏壁熔體,其結(jié)果使最靠近加工設(shè)備壁的物料層停留時(shí)間較長(zhǎng),又加之外層物料有較高的剪切強(qiáng)度,使加入ACR的PVC熱熔體的熱應(yīng)力提高,從而加速了體系的塑化過程,縮短了塑化時(shí)間,相應(yīng)提高了設(shè)備的加工能力。白色PVC型材抵御紫外光破壞的最有效手段就是加入高耐候規(guī)格的金紅石型鈦白粉。鈦白粉在PVC型材配方中是白色顏料,更是重要的光屏蔽劑,但它的加入量對(duì)物料的加工將產(chǎn)生一定影響。從試驗(yàn)結(jié)果中可看出,鈦白粉用量分別為3、5份時(shí),均比4份塑化略慢,即塑化時(shí)間略長(zhǎng)。可見,在本配方體系下,從流變性能考慮,鈦白粉最佳用量為4份。2.3硬脂酸用量對(duì)pvc塑化時(shí)間的影響采用表5的配方進(jìn)行混料,11#～13#為固定其他助劑用量,改變CaCO3用量;11#、14#和15#為改變硬脂酸用量。所做的流變曲線及流變性能分別見圖3和表6。從圖3和表6中可以看出:隨著硬脂酸用量的增加(0.3、0.5、0.7份),PVC塑化時(shí)間依次有不同程度的延長(zhǎng),這可能是因?yàn)樵诒驹囼?yàn)配方中,復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑本身具有足夠的內(nèi)潤(rùn)滑作用,加入的硬脂酸則起到了外潤(rùn)滑的作用,延緩了PVC的塑化。從結(jié)果中還可看出,作為填料使用的CaCO3,隨著其加入量的增加(10、15、20份),塑化時(shí)間依次延長(zhǎng)28、80s,說明增加5份的CaCO3能夠顯著延長(zhǎng)塑化時(shí)間。CaCO3在PVC-U體系中不僅能起到降低成本的作用,還具有定型、提高制品硬度的作用,但是由于CaCO3對(duì)PVC塑化作用的影響顯著,在用量增加的情況下,一定要適當(dāng)增加促進(jìn)塑化的助劑,以消除其不利影響。3pvc共混體系的塑化作用(1)CPE和ACR作為PVC-U加工助劑都能夠縮短PVC的塑化時(shí)間,起到促進(jìn)PV