活化粉煤灰填充PVC/ACR復(fù)合材料在管材中的應(yīng)用研究

張友新

(新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司，石河子 832000)

活化粉煤灰填充PVC/ACR復(fù)合材料在管材中的應(yīng)用研究

張友新

(新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司，石河子 832000)

介紹了活化粉煤灰(PFA)填充在PVC/ACR復(fù)合材料生產(chǎn)管材的力學(xué)性能和粉煤灰活化方法。探討了活化粉煤灰對(duì)PVC/ACR復(fù)合材料的改性機(jī)理及加工應(yīng)用情況。結(jié)果表明：粉煤灰經(jīng)活化處理后填充在PVC/ACR復(fù)合材料生產(chǎn)的管材與普通管材對(duì)比界面粘結(jié)性強(qiáng)，物料的流動(dòng)性和加工性能得到改善，產(chǎn)品的表面光潔度和力學(xué)性能得到提高。

活化粉煤灰；填充；改性； PVC/ACR復(fù)合材料；管材

粉煤灰(PFA)是火力發(fā)電廠燃煤鍋爐排放出的廢渣。其主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、Na2O等。我國(guó)電力主要以燃煤為主，每年約有近億噸粉煤灰排放[1]。嚴(yán)重污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展造成了巨大壓力。為了合理利用發(fā)電廠燃煤鍋爐排放的廢渣，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化利用，開(kāi)辟粉煤灰新的用途。研究者采用活化粉煤灰填充PVC/ACR復(fù)合材料生產(chǎn)PVC管材。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，探討了活化粉煤灰對(duì)PVC/ACR復(fù)合材料的改性機(jī)理，并與常用填料CaCO3配方對(duì)比。得出經(jīng)活化后的粉煤灰填充PVC/ACR復(fù)合材料擠出成型的PVC管材，界面粘結(jié)性強(qiáng)，外觀手感滑膩光澤而發(fā)亮，力學(xué)性能得到顯著提高。

1．實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與助劑

P V C樹(shù)脂（S G-5）,新疆天業(yè)集團(tuán)天辰化工有限公司；粉煤灰（PFA），石河子開(kāi)發(fā)區(qū)天業(yè)熱電有限公司；輕質(zhì)CaCO3，新疆天源高新材料有限公司；丙烯酸脂類抗沖型加工助劑ACR，山東日科化學(xué)有限公司；穩(wěn)定劑LF-5001，江蘇聯(lián)盟化學(xué)有限公司；鈦酸酯偶聯(lián)劑TC-105，安徽省天長(zhǎng)市宏盛精細(xì)化工廠；潤(rùn)滑劑、顏料為市售。

1.2 設(shè)備及儀器

高 低 混 合 機(jī) 組 ， S R L D-500/1000，張家港市聯(lián)冠股份公司；研磨機(jī)CXM-500,無(wú)錫市明海粉體機(jī)械設(shè)備廠；φ90平雙螺桿擠出機(jī)，德國(guó)巴頓菲爾公司；電子多功能試驗(yàn)機(jī)CMF-4504，天水三思新技術(shù)有限公司；低溫落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)XJL-300C，承德金建檢測(cè)儀器有限公司；維卡軟化點(diǎn)測(cè)試儀XRW-300，承德金建檢測(cè)儀器有限公司。

表1 兩種填料配方對(duì)比

表3 力學(xué)性能測(cè)定結(jié)果對(duì)比

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

表2 粉煤灰填充PVC/ACR配方與原配方(輕鈣)填充PVC配方加工工藝對(duì)比

1.3.1 粉煤灰的研磨

電廠排放的粉煤灰顆粒一般是表面光滑而發(fā)亮的，微珠含量不高(玻璃微珠)，大部分是海綿狀玻璃體，顆粒大小分布及不均勻[2]。因此，在使用前必須進(jìn)行研磨和過(guò)篩處理。其粉煤灰的研磨方法:將粉煤灰加入研磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨，然后過(guò)篩，篩余物控制在0.5%以下。余量為顆粒均勻的合格細(xì)粉。

1.3.2 粉煤灰的活化處理

采用鈦酸脂類偶聯(lián)劑，對(duì)粉煤灰進(jìn)行表面處理。其活化處理方法:將粉煤灰和鈦酸脂偶聯(lián)劑，按適量比例計(jì)量，以粉煤灰重量份的1.5%鈦酸脂偶聯(lián)劑投進(jìn)高速混合機(jī)內(nèi)捏合至溫度70-75℃，時(shí)間8-10分鐘排料轉(zhuǎn)入冷混，冷混溫度控制在45℃時(shí)放料，制備得到粉煤灰活化料?；罨玫奈锪?，應(yīng)放置8小時(shí)后在使用。

2. 結(jié)果與討論

2.1 活化粉煤灰對(duì)PVC/ACR復(fù)合材料的改性機(jī)理

偶聯(lián)劑作為無(wú)機(jī)填料的表面改性劑，可使粉煤灰粒子較好的分散于樹(shù)脂基體中，使填料與樹(shù)脂間形成化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)界面偶聯(lián)作用，使界面黏結(jié)力提高?；罨勖夯腋男詸C(jī)理: 偶聯(lián)劑分子中存在兩種不同的基團(tuán)；一種基團(tuán)，可與無(wú)機(jī)物表面化學(xué)基團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)固的化學(xué)鍵。即與粉體表面微量的水分形成羥基，與偶聯(lián)劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或物理吸附形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵。另一部分基團(tuán)，可與有機(jī)高分子材料具有很好的相容性，能與高分子材料的長(zhǎng)鏈進(jìn)行物理纏繞。從而把兩種性質(zhì)不同的材料牢固的結(jié)合起來(lái)。也就是把無(wú)機(jī)材料與高分子材料的界面連接起來(lái)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加相互間的鍵合力，從而提高PVC/ACR復(fù)合材料的力學(xué)性能[3]。

2.2 實(shí)驗(yàn)配方及混合工藝控制

本配方與原配方不同的是:粉煤灰填充物是經(jīng)過(guò)鈦酸酯偶聯(lián)劑活化處理過(guò)的，而輕質(zhì)CaCO3未經(jīng)活化處理，而直接填充PVC配方體系中加工管材。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和分析研究了粉煤灰對(duì)PVC管材在加工時(shí)的變化情況。其中優(yōu)選了一種最佳配方。其配方實(shí)驗(yàn)對(duì)比見(jiàn)(表1)。

混合工藝控制：將活化粉煤灰按配方比例稱量好后，投放到PVC/ACR配方體系中進(jìn)行高速混合。熱混時(shí)間約10分鐘，溫度達(dá)到115℃時(shí)即可放料至冷混機(jī)內(nèi)冷混約8分鐘，溫度達(dá)到40—45℃時(shí)，放料至儲(chǔ)料倉(cāng)。

2.3 擠出成型工藝

擠出機(jī)的各段加工溫度控制，對(duì)PVC管材的成型及制品的內(nèi)在質(zhì)量起到重要作用。在調(diào)整粉煤灰填充PVC/ ACR的配方體系的工藝條件時(shí)，最好還使用原配方的擠出工藝控制條件。也就是說(shuō)，在不變動(dòng)原配方工藝控制條件下，活化粉煤灰填充PVC/ACR配方體系的成型工藝條件與原配方應(yīng)基本一致，這樣生產(chǎn)的PVC管材，通過(guò)測(cè)試的結(jié)果才有對(duì)比性。才能給下一步提供調(diào)整配方的分析依據(jù)。在粉煤灰填充PVC/ACR配方體系試驗(yàn)中，先以添加加工助劑ACR為1份進(jìn)行試驗(yàn)。在工藝條件基本不變的情況下，發(fā)現(xiàn)物料擠出不穩(wěn)定。同時(shí)取樣通過(guò)物理機(jī)械性能檢測(cè)。結(jié)果落錘沖擊試驗(yàn)不合格。再調(diào)整PVC配方中的加工助劑ACR—401增加到1.5份時(shí)，其它助劑不變進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與原配方相比，螺桿的扭矩和熔壓值在下降，熔溫基本不變。這可能是ACR—401的增加，進(jìn)一步改善了與PVC的相容劑和加工性，而造成扭矩和熔壓下降。但不影響擠出成型，產(chǎn)品經(jīng)檢測(cè)，落錘沖擊試驗(yàn)合格。其生產(chǎn)工藝控制與原配方對(duì)比見(jiàn)表2。

2.4 活化粉煤灰填充P V C/ ACR管材的力學(xué)性能

粉煤灰填充PVC/ACR配方體系生產(chǎn)的管材與原配方(輕質(zhì)CaCO3填充PVC)生產(chǎn)的管材力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3。

通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果來(lái)看，活化粉煤灰填充物比CaCO3填充PVC生產(chǎn)的管材，在拉伸和耐壓方面得到了提高。由于增加了抗沖型加工助劑ACR含量，使管材的韌性得到提高。

3 結(jié)論

(1) 粉煤灰經(jīng)偶聯(lián)劑表面活化處理后，可與PVC基體有良好的相容性，使PVC/ACR體系的物料界面結(jié)合得到改善。產(chǎn)品的力學(xué)性能得到提高。

(2) 偶聯(lián)劑能把無(wú)機(jī)材料與高分子材料的界面連接起來(lái)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加相互間的鍵合力，提高PVC/ ACR復(fù)合材料的力學(xué)性能。

(3) 粉煤灰經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后，填充PVC管材中，可進(jìn)一步改善物料的加工性能和穩(wěn)定性，使產(chǎn)品表面更光滑。

[1]張?jiān)茟?，張丙? 鈦酸酯活化粉煤灰微球填充PVC板材的研究 [J].工程塑料應(yīng)用. 2001(03)： 31-32.

[2] 呂瑤姣，張秀爽. 粉煤灰表面改性的研究[J].

環(huán)境科學(xué)，1992(04)：22-24

Activated PFA fill in PVC / ACR composite materials in the application of pipe

Zhang Youxin
(Xinjiang Tianye Group Co., Ltd., Shihezi 832000)

The paper introduced the method of Activated PFA fi lled in the PVC / ACR composite pipe production to improve the mechanical properties. Discussed the way of PFA modify works and produce application.The result indicated that it improved the composite pipe’s adhibit and the material’s fl ow and production.Also,the fi nish surface and mechanical are improved.

Activated PFA； Filling；Modification；PVC / ACR composite；Pipe

張友新，男，高級(jí)工程師，中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì)專家，新疆節(jié)能減排專家，主要從事塑料加工及材料改性研發(fā)工作。