高抗沖PVC復(fù)合樹脂加工性能研究

張?zhí)m華，張玉，賈曉偉，王會昌

（河北盛華化工有限公司，河北省氯堿工程技術(shù)研究中心，河北張家口075000）

高抗沖PVC復(fù)合樹脂加工性能研究

張?zhí)m華，張玉，賈曉偉，王會昌

（河北盛華化工有限公司，河北省氯堿工程技術(shù)研究中心，河北張家口075000）

研究了聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PVC復(fù)合樹脂在管材加工方面的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，該復(fù)合樹脂的流動性較好、易加工、熱穩(wěn)定性好、加工溫度范圍寬，尤其是沖擊強度大幅提高、韌性強。

PVC復(fù)合樹脂；聚丙烯酸酯；管材；加工性能

2 原料

主要原料及配方見表1。

表1 主要原料及配方表

3 混料工藝

在低速下，加入復(fù)合樹脂、熱穩(wěn)定劑；在高速和60℃條件下，加入內(nèi)潤滑劑；在高速和80℃條件下，加入填充料、鈦白粉、外潤滑劑、著色劑等。隨著物料溫度不斷上升，復(fù)合樹脂顆粒和其他組分不斷相互滲透，復(fù)合樹脂顆粒表面逐漸吸收或吸附穩(wěn)定劑、潤滑劑等。當(dāng)物料溫度升至100℃左右時，很容易除去復(fù)合樹脂及助劑中的水分和其他易揮發(fā)物，避免了在擠出過程中產(chǎn)生氣泡；當(dāng)物料升至120℃以上（通用PVC樹脂在115～120℃）時，可形成均勻、穩(wěn)定的干混合料。熱混后應(yīng)立即冷混，以防止熱混料長時間在高溫下存放而發(fā)生分解。同時，熱混料如不經(jīng)過冷混，在自然狀態(tài)下冷卻易重新吸收水分，對擠出加工造成不良影響。冷混料出料溫度為40℃、冷卻水溫度為13～15℃。

4 加工性能分析

該公司采用上?？苿?chuàng)橡塑機械設(shè)備有限公司XSS-300型轉(zhuǎn)矩流變儀測試1#、2#料的加工流變性能，分析其在熔融狀態(tài)下各參數(shù)的變化規(guī)律，從而為確定加工條件提供參考。塑化曲線是全面評價PVC樹脂加工性能的重要依據(jù)，也是研究PVC加工工藝和配方的有效途徑。實驗條件為：物料質(zhì)量63 g；溫度185℃；時間12 min；載荷5 kg；轉(zhuǎn)速：40 r/min。

表2 實驗結(jié)果表

從表2及圖1可以看出，2#配方料在添加了15份碳酸鈣后，物料熔融時間、平衡扭矩、物料流動性較不添加碳酸鈣的1#配方料有所變化，但變化不大。2種料的熔融時間都不長，只有幾十秒；平衡扭矩均較低、流動性較好，說明易于加工；經(jīng)過12 min混煉后，均未出現(xiàn)分解現(xiàn)象。

5 管材生產(chǎn)

主要生產(chǎn)設(shè)備為錐形雙螺桿擠出機，SJ-65/132，青島福順?biāo)芰蠙C械有限公司；高速混合機組，SRLZ300/600，張家港市港豐機械廠。

對1#、2#料分別進行10 mm SDR41（壁厚2.7 mm）給水管材生產(chǎn)，工藝參數(shù)如下：電流：50~55 A；主機轉(zhuǎn)速：250~300 r/min；牽引轉(zhuǎn)速：900~950 r/min；喂料轉(zhuǎn)速：500~600 r/min；真空度：-0.08MPa；1區(qū)至10區(qū)的控制溫度分別為：165℃、170℃、175℃、180℃、180℃、180℃、175℃、175℃、180℃、185℃。加工表現(xiàn)為管材無彎曲，內(nèi)外表面光滑且有光澤，物料擠出均勻、穩(wěn)定。

6 管材檢測

按照GB/T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》，對上述管材分別進行維卡軟化溫度、縱向回縮率、二氯甲烷浸漬試驗、落錘沖擊試驗及液壓試驗的檢測。結(jié)果見表3、表4、表5、表6、表7。

表3 維卡軟化溫度測試結(jié)果℃

表4 縱向回縮率測試結(jié)果%

表5 二氯甲烷浸漬試驗結(jié)果N

表6 落錘沖擊試驗結(jié)果

表7 管材液壓試驗結(jié)果

從以上檢測結(jié)果可以看出，2#料既使加入了15份碳酸鈣，所有檢測項目也均達到或超過了GB/ T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》中的技術(shù)指標(biāo)。

7 結(jié)果分析與討論

用聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂生產(chǎn)的給水用管材各項技術(shù)指標(biāo)均能達到或超過GB/T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》中的要求，液壓試驗中反復(fù)地補壓、泄壓，管材只是輕微脹起，低溫落錘沖擊五十余次，均未破裂，而且，增加填充劑的含量對性能無影響，說明材料在保證剛性強度的同時，韌性較高，適于加工各種管材，是生產(chǎn)高抗沖管材的新型復(fù)合材料。

該復(fù)合樹脂除了上述優(yōu)點外，還具有以下特點。

（1）加工溫度范圍寬、熱穩(wěn)定性好。PVC-SG5樹脂經(jīng)物理改性后的塑料制品配方一般加工溫度為185~190℃，而由復(fù)合樹脂調(diào)配的塑料制品配方加工溫度為180~200℃。聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂在180~200℃時，經(jīng)微觀形態(tài)電鏡掃描，微觀形態(tài)相差不大，丙烯酸酯粒子為“核-殼”結(jié)構(gòu)的橡膠球彈性體均勻地分布在基體樹脂間并能夠偶聯(lián)到基體樹脂上，從而起到抗沖擊改性作用。而經(jīng)CPE等改性劑改性的PVC樹脂在190~200℃時的微觀形態(tài)相差很大，在190℃時，改性粒子形成了一個包裹PVC初級粒子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以獲得良好的抗沖擊增韌效果；而在200℃時，PVC初級粒子完全熔融，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)消失而轉(zhuǎn)變?yōu)榍蝮w分散于PVC樹脂基體中，導(dǎo)致抗沖擊改性效果大幅下降。加工生產(chǎn)試驗結(jié)果表明，復(fù)合樹脂加工溫度范圍明顯比添加各種增韌劑的PVC共混料加工溫度范圍寬。從材料的加工性能分析可知，有機錫熱穩(wěn)定劑的用量為0.8~1.2份，在混合裝置中混煉12 min后，材料也未出現(xiàn)分解現(xiàn)象，這說明復(fù)合樹脂的熱穩(wěn)定性較好，一定程度上可降低生產(chǎn)成本。通常在PVC-SG5樹脂和復(fù)合樹脂中有機錫熱穩(wěn)定劑的添加量分別為：1.2～1.5份、0.8～1.2份。

（2）流動性好。熔融時間是衡量物料塑化性能的重要指標(biāo)，2種配方料的熔融時間都不長，說明材料的塑化性能較好；平衡轉(zhuǎn)矩是物料表觀黏度的度量，決定著設(shè)備生產(chǎn)時的功率消耗，2種配方料的平衡扭矩均較低，說明復(fù)合樹脂的黏度較低、流動性較好、易于加工。復(fù)合樹脂在實際加工中，流動性優(yōu)于通用樹脂，在塑料制品配方中可以不加ACR加工助劑，潤滑劑的添加量也少于通用樹脂。由于流動性好，可降低生產(chǎn)時設(shè)備的功率消耗，減少了對設(shè)備的磨損，在一定程度上降低了成本。通常情況下，潤滑劑和加工助劑ACR在100份SG5-PVC樹脂中的添加量為：PVC-SG5：1.5份、1~2份；復(fù)合樹脂只加1.2份潤滑劑。

（3）沖擊強度高。為了不改變材料本身的性能，分別在復(fù)合樹脂和PVC-SG5樹脂中只加內(nèi)、外潤滑劑和熱穩(wěn)定劑，不添加任何其他改性劑和助劑，混料后在雙輥煉塑機上于180℃下煉塑大約5分鐘，然后熱壓成板，再冷壓、制樣，按照GB/T1043.1-2008/1eA檢測材料的缺口沖擊強度。試驗條件為：簡支梁沖擊試驗；4J擺錘；23℃；硬脂酸鈣及十八醇各0.8份；有機錫（8831）2份。PVC-SG5樹脂、復(fù)合樹脂的缺口沖擊強度分別為3 kJ/m2、70 kJ/m2。

試驗結(jié)果表明，同樣條件下，復(fù)合樹脂的沖擊強度要遠遠高于普通樹脂的沖擊強度。

8 結(jié)論

（1）該復(fù)合樹脂沖擊強度高、韌性好，加工配方中不必另外加入抗沖改性劑。

（2）加工試驗結(jié)果表明，該復(fù)合樹脂具有塑化時間短、流動性好、易加工、熱穩(wěn)定性好以及加工溫度范圍寬等特點。

（3）用該樹脂生產(chǎn)的管材內(nèi)外表面光滑且有光澤、物料擠出穩(wěn)定。

（4）雖然增加了聚丙烯酸酯種子乳液的成本，但該成本較低，對樹脂總成本影響不是很大。因該復(fù)合樹脂質(zhì)量好、韌性高，可以適當(dāng)提高售價，增加利潤。

（5）河北盛華化工有限公司生產(chǎn)的聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂經(jīng)該公司管材車間、張家口市偉業(yè)管業(yè)有限公司、張家口市方盛塑業(yè)有限公司試用后，普遍反映該復(fù)合樹脂具有塑化性能好、擠出穩(wěn)定、擠出速度快、制品內(nèi)外表面光滑且有光澤、易加工、韌性好等特點。同時，可減少潤滑劑、穩(wěn)定劑的用量，省去抗沖改性劑和加工助劑，適量增加碳酸鈣等填料的用量，因此，在一定程度上降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。

Processability research about interpenetrating polymer networks compound PVC resin of polyacrylate in-situ polymn

ZHANG Lan-hua，ZHANG Yu，JIA Xiao-wei，WANG Hui-chang
（Hebei Shenghua Chemical Industry Co.，Ltd，Hebei Province Chlor-Alkali Technology Research Centre，Zhangjiakou 075000,China）

The application of interpenetrating polymer networks compound PVC resin of polyacrylate in-situ polymn in pipes process.The result indicated its flowability is better，easily for processing，the thermal stability is better，processing temperature range is wider，especially its impact resistance strength has a obvious improvement and its toughness is very good.So this kind resin is a new type high-impact resistance compound PVC resin

compound PVC resin；polyacrylate；pipe；processability

TQ325.3

B

1009－1785(2012)09-0020-03

1 簡介

聚氯乙烯（PVC）硬制品具有強度高、硬度大、難燃、耐腐蝕、絕緣等特點，以其良好的物理性能、化學(xué)性能及低廉的價格等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中。但是，單一的硬質(zhì)PVC制品的缺口沖擊強度很低、韌性差、在受沖擊時極易脆裂，因此，在加工配方中，需要添加沖擊改性劑以獲得足夠的沖擊性能，達到增韌、增強的目的。目前，中國提高PVC硬制品的沖擊性能幾乎全部采用共混增韌的方法，即在PVC樹脂中加入各種沖擊改性劑如CPE、ABS、MBS、ACR、ACM等以提高產(chǎn)品韌性，該方法屬于物理改性的一種，具有樹脂分散性差、助劑吸收不好、塑化不均、增韌效率低等缺點。因此，研究生產(chǎn)一種同時具有高硬度、高韌性的PVC專用樹脂來取代上述共混增韌樹脂是必要的。河北盛華化工有限公司和河北工業(yè)大學(xué)共同開發(fā)的聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PVC復(fù)合樹脂填補了這一空白。

丙烯酸酯類共聚物是一種以交聯(lián)的丙烯酸烷基酯橡膠彈性體為核、聚甲基丙烯酸烷基酯為殼的雙層或多層結(jié)構(gòu)的共聚物，“核-殼”粒子可均勻地分散在PVC基體材料中，并和PVC相互作用，起到類似丙烯酸酯類共聚物加工助劑的效果，促進PVC樹脂的塑化和凝膠化。聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯復(fù)合樹脂（以下簡稱復(fù)合樹脂），正是利用了上述這些特點，通過原位聚合對PVC樹脂進行微觀改性。改性后的PVC復(fù)合樹脂克服了上述共混增韌方法的缺點，在使用該樹脂加工制品的配方中，不必另外加入增韌改性劑，在不影響其他性能指標(biāo)的前提下，同樣能達到更優(yōu)異的增韌效果。且該產(chǎn)品具有塑化時間短、加工范圍寬、流動性好、韌性高等特點，經(jīng)過多次加工生產(chǎn)試驗，在PVC-U管材試驗生產(chǎn)中取得了良好的應(yīng)用效果。

張?zhí)m華（1969—），女，工程師，1992年畢業(yè)于河北輕化工學(xué)院（今河北科技大學(xué)）有機化工專業(yè)，現(xiàn)在河北盛華化工有限公司技術(shù)研發(fā)處從事分析檢測工作。

2012-02-16