聚氯乙烯增韧改性的聚合物配方设计.docx

前言 2聚氯乙烯（PVC）的增韧改性的说明 31.1聚氯乙烯的增韧机理 31.1.1弹性体增韧机理 31.1.2有机刚性粒子增韧机理 31.1.3无机刚性粒子增韧机理 41.1.4纤维状填料增韧机理 41.2聚氯乙烯的增韧改性技术 4聚氯乙烯增韧改性的配方选择 62.1主要原料介绍 62.2弹性体/纳米粒子增韧聚氯乙烯的机理 62.3聚氯乙烯增韧改性的配方 62.4主要仪器及设备 7聚氯乙烯增韧改性的生产工艺 83.1工艺流程 83.2工艺条件的控制 83.3试样制备 8聚氯乙烯增韧改性的性能测试 94.1性能测试 94.2性能测试结果 94.2.1 CaCO3用量对PVC拉伸性能的影响 94.2.2 CaCO3用量对PVC冲击强度的影响 104.2.3 CPE用量对PVC拉伸强度的影响 114.2.4 CPE用量对PVC冲击强度的影响 124.2.5 CPE与CaCO3复配对PVC拉伸强度的影响 134.2.6 CPE与CaCO3复配对PVC冲击强度的影响 14前言聚氯乙烯(PVC)是综合性能优良的通用塑料之一，其产量和用量仅次 于PE,位居第二聚氯乙烯具有阻燃、耐腐蚀、绝缘、耐磨损等优良 的综合性能和价格低廉、原材料来源广泛的优点，己在各个领域获得 了广泛的应用。

但是，聚氯乙烯在加工应用中，尤其在用作结构材料 时，也暴露了冲击强度低以及热稳定性差等缺点，因此需要先对其进 行增韧改性传统的PVC改性主要是通过与弹性体共混，虽然增韧效 果十分显著，但却牺牲了材料的刚度、耐热性和加工流动性等性能 纳米材料由于尺寸小、比表面积大而产生量子效应和表面效应，具有 许多特殊的优异性能将纳米材料引入PVC增韧改性研究中，发现改 性后的PVC树脂同时具有优异的韧性、加工流动性、尺寸稳定性和热 稳定性，特别是近年来，随着纳米粒子表面处理技术的发展，纳米粒 子增韧PVC 己成为国内外研究的热点本设计的主要内容是在简要介绍聚氯乙烯(PVC)的增韧改性 机理及主要改性方法，重点介绍弹性体/纳米粒子的聚氯乙烯的增韧 改性的配方设计的工艺流程聚氯乙烯（PVC）的增韧改性的说明1・1聚氯乙烯的增韧机理目前，关于PVC增韧改性的机理有很多，具有代表性的主要有以 下几种1・1・1弹性体增韧机理im（a）剪切屈服-银纹化理论弹性体粒子以颗粒状均匀地分散于基体 连续相中，形成宏观均相、微观分相（海岛相结构）弹性体粒子充当 应力集中体，诱发基体产生大量的剪切带和银纹大量剪切带和银纹 的产生和发展要消耗大量的能量，从而使材料的冲击强度大幅度提 高。

粒子又可终止银纹和剪切带的发展，使其不致发展成为破坏性的 裂纹此外，剪切带也可阻滞、转向并终止银纹或已存在的小裂纹的 发展，促使基体发生脆-韧转变，同样提高材料的韧性b）网络增 韧机理弹性体形成连续网络结构，包覆PVC初级粒子网络结构可 吸收大部分冲击能，且PVC初级粒子破裂，同样也可吸收部分能量， 使材料的韧性得以提咼1・1・2有机刚性粒子增韧机理（a）冷拉机理刚性粒子圆形或椭圆形粒子均匀分散于PVC连续相由 于连续相与分散相之间的杨氏模量和泊松比不同，在两相界面产生一 种较高的静压力，在基体与分散相界面粘合良好的前提下，这种高的 静压力使分散相粒子易于屈服而产生冷拉伸分散相粒子被拉长，产生 大的塑性形变，刚性粒子发生脆韧转变，从而吸收大量的冲击能量， 提高材料的韧性刚性粒子拉伸时促使其周围的基体发生屈服，同时 吸收定的能量，使PVC的冲击强度得以提高b）空穴增韧机理相 容性较差的体系，刚性粒子与基体之间有明显的界面，甚至在粒子周 围存在着空穴受冲击时，界面易脱粒而形成微小的空穴，空穴的产 生可吸收部分能量，也可引发银纹吸收能量，从而提高材料的冲击强 度1・1・3无机刚性粒子增韧机理当RIF与PVC基体粘合较好时，RIF的存在可产生应力集中效应，引发 大量的银纹，并阻止银纹的发展，促使基体发生剪切屈服，吸收大量 的冲击能，从而达到增韧的目的。

1・1・4纤维状填料增韧机理对于纤维状填料增韧PVC，一般认为是由于在冲击过程中，纤维折断 和从基体中抽出要吸收能量引起的但这种解释尚有很多实验事实不 能被说明1.2聚氯乙烯的增韧改性技术目前，聚氯乙烯的增韧改性主要技术有弹性体的增韧改性，纳米粒子 的增韧改性，聚合物-无机纳米复合材料增韧改性，分子复合纳米材 料增韧改性，纳米级微纤增韧改性，原位复合（聚合）增韧改性聚氯乙烯增韧改性的方法很多，其中纳米材料由于具有独特的性能，在PVC增韧改性方面具有很好的发展前景聚氯乙烯增韧改性的配方选择2.1主要原料介绍聚氯乙烯(PVC)是一种硬而脆的高分子材料，在日常生活中难以进行 实际应用，需要对其进行增韧改性目前常用的抗冲击改性剂主要有 预定弹性体类，即核売型聚合物，如VCR、MBS，该类改性剂的结构是 以玻璃化温度较高，与PVC具有良好相容性的聚合物(PMMA)为売，以 玻璃化温度较低、低交联的弹性体(丙烯酸橡胶类)为核的一类聚合 物；网状结构非预定弹性体类，如CPE颗粒，它是由10万亿个以上的 相对分子质量为30万左右的线形高分子相互缠绕组成的橡胶颗粒；再 将纳米材料引入PVC增韧改性研究中，发现改性后的PVC树脂不仅具有 优异的韧性而且具有优异的加工流动性、尺寸稳定性和热稳定性。

2.2弹性体/纳米粒子增韧聚氯乙烯的机理纳米粒子增韧pvc可以获得增强增韧的双重效果，但是纳米粒子加 入量超过一定比例时，材料的冲击强度反而会下降人们开始采用弹 性体/纳米粒子协同增韧，由于弹性体和纳米粒子的协同作用，且纳 米粒子具有补强作用，从而获得更好的增韧增强效果2.3聚氯乙烯增韧改性的配方配方组成：PVC (齐鲁石化，S-1000) 73份CPE(135A) 9 份18份适量纳米CaCO3ACR等助剂2.4主要仪器及设备高速混合机，SHR-100A,张家港市轻工机械厂；开炼机，SK-160B，上海橡胶机械厂；压力成型机，SL-45,上海第一橡胶机械厂；平板硫化机，Q350,上海第一橡胶机械厂；万能制样机，ZHY-W，河北省承德试验机厂；微机控制电子万能试验机，CWT6104，深圳市新三思材料检测机;塑料摆锤冲击试验机，ZBC1400-2,美特斯工业系统中国公司聚氯乙烯增韧改性的生产工艺3.1工艺流程3.2工艺条件的控制其中注塑工艺条件为：共混料在80-90 r下鼓风干燥2-4h ；注射压力 为122MPa ;注塑机机筒各段温度为170°C、170°C、175°C3.3试样制备准确称取PVC、CPE、CaC03及其他助剂按次序加入高速混合机中，高 速搅拌25min,90°C出料。

然后在180°C开炼机上混炼，塑化均匀后下 料最后用压力成型机压片，185C,预热10min,放气5次，热压15min, 冷压15min用万能制样机制备拉伸和冲击试样聚氯乙烯增韧改性的性能测试4.1性能测试拉伸性能按GB/T1040-1992测试，I型试样，拉伸速度10mm/min；悬臂梁冲击强度按GB/T1843-2008测试4.2性能测试结果4.2.1 CaCO3用量对PVC拉伸性能的影响44420 2 4 6 8 10CaCOJt] <7%图巾CaCO3用■对PVCHtWM度的IB响Fig 1 Effect ot CaCO, content on tensile Strength of PVC图中为碳酸钙对PVC拉伸强度的影响，从图1可以看出随着碳酸钙用量 的增加，PVC的拉伸强度呈下降趋势，当碳酸钙用量超过6%时，拉伸 强度更加剧烈这碳酸钙填充PVC材料的拉伸性能与其两相界面相互作用密切相关，通过应力传递和诱导基体剪切屈服而影响材料的整体 性能通常无机微粒填充的聚合物，基体树脂受力面积小于纯树脂材 料的面积，若微粒与基体的界面黏结较差，在外力作用下基体树脂易 从填料颗粒表面拉开，因承受外力的总面积减小，所以填充CaC03后 拉伸强度有所下降。

用量超过8%时，下降程度更加剧烈，主要原因是 随着CaCO3用量的增加，分散更加困难，易产生粒子“团聚”现象 并且CaCO3用量的增加使粒子间的距离很近，大量的银纹相互组合、 扩大，最终导致裂纹的产生，从而拉伸强度急剧下降4.2.2 CaCO3用量对PVC冲击强度的影响35「■、30 -h / \25 - / \20 - / \! /10 - /■. _1 ■ I 一 ■■ 丄 亠 ■ 8 ・ * 丄-0 2 4 6 8 10CaCOg 昭量图3 C吕CO、用量対PX/C冲击营度的影响Fig.3 EFfm匚 1 of C^CO. content o

随着 CaCO3用量的增大，PVC基体中CaCO3颗粒的团聚增加，颗粒之间的距 离过于接近，导致银纹容易组合生成大的裂纹，CaCO3对于PVC的改性 效果就会明显下降因此，随着CaCO3用量的增加，复合材料的冲击 强度先缓慢上升，然后发生脆韧转变，随后开始下降4.2.3 CPE用量对PVC拉伸强度的影响0 5 10 15 20CPE用齟7%I, ■ =~「 一 . 一 . ▼ 5U45403530图4 CPE用■对PVC拉伸事度的影响:ig.4 Effect of CPE content on tensile strength of PVC图4为CPE用量对PVC拉伸强度的影响从图4可以看出，PVC材料的拉 伸强度随着CPE用量的增加而降低这是因为CPE自身拉伸强度较低, 其溶解度参数与PVC的溶解度参数接近，故拉伸强度随着CPE用量的增 加基本呈线性下降趋势4.2.4 CPE用量对PVC冲击强度的影响图6为CPE用量对PVC冲击强度的影响从图6可以看出，随着CPE用量 的增加，PVC的冲击强度呈现上升趋势这是因为在增韧体系中，CPE 粒子以“海岛”结构存在于PVC基体中，在核-売结构的橡胶粒子增韧 聚合物的断裂过程中，橡胶粒子作为分散相主要起到应力集中作用， 并通过橡胶粒子释放静张应力引发基体中发生大范围的塑性形变来 吸收能量，当材料受到冲击时，弹性体自身破裂延伸或形成空穴作用 吸收能量。