碳酸鈣在PVC扣板中的應(yīng)用研究

黃倩如，馮才敏，黃秋芬，梁敏儀

（順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用化工技術(shù)系，廣東 佛山 528333）

硬質(zhì)PVC具有強(qiáng)度高、硬度大、難燃、易染色、熱導(dǎo)率低、絕緣、耐老化、耐腐蝕、耐磨等特點(diǎn)。但硬質(zhì)PVC的沖擊強(qiáng)度很低，因此需要增韌改性[1-3]。無機(jī)粒子增韌已經(jīng)廣泛應(yīng)用在PVC硬制品中，研究人員發(fā)現(xiàn)納米粒子對(duì)PVC具有較好的增強(qiáng)效果[2]，但是由于納米粒子在加工過程中容易團(tuán)聚，在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用還有較高的技術(shù)難度，因此，應(yīng)用并不廣泛。

在常規(guī)的硬質(zhì)PVC制品中，碳酸鈣是最常用的填充劑。實(shí)際生產(chǎn)中，基于加工性能和成本的要求，PVC硬制品加工行業(yè)對(duì)普通品種的碳酸鈣需求量更大，且更吻合實(shí)際應(yīng)用，通常使用800-1 500目的產(chǎn)品。隨著技術(shù)的提高，企業(yè)對(duì)高性價(jià)比的產(chǎn)品有著濃厚的興趣，其中，通過碳酸鈣的超細(xì)化，實(shí)現(xiàn)制品品質(zhì)的提高是其中的一個(gè)重要方面。

針對(duì)上述實(shí)際問題進(jìn)行研究，本文選取了1 500和3 000目活化碳酸鈣產(chǎn)品為研究對(duì)象，并將其應(yīng)用于PVC扣板，研究了碳酸鈣的細(xì)度對(duì)PVC扣板的加工流動(dòng)性能、加工電流和顏色的變化，并分析了不同細(xì)度的碳酸鈣對(duì)PVC扣板力學(xué)性能的影響，以期為PVC制品生產(chǎn)廠家提高制品質(zhì)量提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

聚氯乙烯（PVC）：SG-5型粉料，甘肅銀達(dá)化工有限公司；碳酸鈣（HX-1500和PVC活性鈣）：江西廣源化工有限責(zé)任公司活化產(chǎn)品，對(duì)應(yīng)產(chǎn)品為1 500目和3 000目；其他助劑：市售。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

粒度分析儀：POP-IV型，珠海歐美克儀器有限公司；白度儀：DN-B型，杭州高新自動(dòng)化儀器儀表有限公司；萬能力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)機(jī)：CMT6104型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國） 有限公司；沖擊試驗(yàn)機(jī)：ZBC1400-B型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國） 有限公司；錐形雙螺桿擠出機(jī)：50型，南京金螺紋機(jī)械電子有限公司。

1.3 材料制備

按照試驗(yàn)配方（如表1所示），將原料加入到高速混合機(jī)中，攪拌8～10 min，達(dá)到設(shè)定的溫度，使原料和助劑得到充分混合后，冷卻出料；再將混合好的原料加入到錐形雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出成型；最后制成測(cè)試樣條進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。

表1 PVC扣板配方

1.4 性能測(cè)試

粒度分析：超聲2 min，分散介質(zhì)為乙醇；拉伸性能測(cè)試：參考GB/T1040-1992測(cè)試；彎曲性能測(cè)試：參考GB/T9341-1988測(cè)試；簡支梁缺口沖擊性能測(cè)試：參考GB/T1043.1-2008測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 粒徑分布及物理性能

表2是碳酸鈣粒徑分布及物理性能。可以看出，PVC活性鈣的D97、比表面積和2 um含量都比HX-1500碳酸鈣大，吸油量和白度均略高于HX-1500；而PVC活性鈣的D50則小于HX-1500?？梢姡琍VC活性鈣的粒度要明顯小于HX-1500；由于上述粒子均為活化后的產(chǎn)品，因此，所測(cè)粒徑是粒子的表觀粒徑，并非代表真實(shí)粒徑。

表2 碳酸鈣粒徑分布及物理性能

2.2 制品加工過程的電流和熔體流出情況

為了分析不同碳酸鈣對(duì)PVC扣板加工性能的影響，特別關(guān)注了板材生產(chǎn)過程中電流的變化、熔體擠出的情況以及扣板的顏色，結(jié)果如表3所示。從表3可知，當(dāng)使用HX-1500活性碳酸鈣時(shí)，扣板能很順利地?cái)D出，并且產(chǎn)品的顏色很白；當(dāng)使用HX-1500和PVC活性鈣以1∶1的比例混合使用時(shí)，扣板擠出就變得相對(duì)困難，成型性能也欠佳，加工電流由原來的29 A提到32 A；當(dāng)完全使用PVC活性鈣后，扣板需要增加一定的潤滑劑才能順利擠出，并且產(chǎn)品顏色比前兩者都要黃一些。由此可見，在相同的配方體系中，HX-1500具有較好的加工性能；若更換成PVC活性鈣，則要求增加潤滑體系，并適當(dāng)增加穩(wěn)定劑的用量。原因是當(dāng)碳酸鈣目數(shù)增加時(shí)，其吸油量就會(huì)增加，從而使得熔體的粘度增大，擠出困難，剪切作用更強(qiáng)，并產(chǎn)生附加的摩擦熱，從而使產(chǎn)品黃變[1]。

表3 不同碳酸鈣對(duì)PVC扣板加工性能的影響

2.3 碳酸鈣對(duì)PVC扣板拉伸性能的影響

圖1是不同碳酸鈣對(duì)PVC扣板拉伸性能的影響?？梢钥闯觯褂锰妓徕}的細(xì)度越小，扣板的橫向拉伸（順著扣板擠出的方向，下同）強(qiáng)度逐漸提高，而縱向拉伸（垂直扣板擠出的方向，下同）強(qiáng)度卻有所下降；可見，越細(xì)的碳酸鈣對(duì)扣板的橫向拉伸作用越好，并且將1 500目和3 000目的產(chǎn)品復(fù)配使用具有與3 000目產(chǎn)品相近的橫向拉伸強(qiáng)度，體現(xiàn)了不同粒度填料之間的協(xié)同效應(yīng)[4]。

圖1 碳酸鈣對(duì)PVC扣板拉伸性能的影響

2.4 碳酸鈣對(duì)PVC扣板彎曲性能的影響

圖2是不同碳酸鈣對(duì)PVC扣板拉伸性能的影響。可以看出，隨著碳酸鈣粒度的細(xì)化，扣板的橫向彎曲強(qiáng)度先下降后增加；當(dāng)采用3 000目碳酸鈣產(chǎn)品時(shí)，PVC扣板的橫向彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值，但與1 500目產(chǎn)品的差異不大。同時(shí)，隨著碳酸鈣粒度的細(xì)化，縱向彎曲強(qiáng)度都略有下降，但變化不明顯。

圖2 碳酸鈣對(duì)PVC扣板彎曲性能的影響

2.5 碳酸鈣對(duì)PVC扣板沖擊性能的影響

圖3是不同細(xì)度碳酸鈣對(duì)PVC扣板沖擊性能的影響。由圖可以看出，碳酸鈣的細(xì)度對(duì)PVC扣板沖擊強(qiáng)度的影響較為顯著。隨著碳酸鈣粒度的細(xì)化，扣板的橫向和縱向沖擊強(qiáng)度都有所提高，尤其是使用3 000目碳酸鈣產(chǎn)品時(shí)，PVC扣板的橫向和縱向沖擊強(qiáng)度分別提高了21.9%和46.3%；由此可見，碳酸鈣的細(xì)化對(duì)PVC扣板的沖擊強(qiáng)度有顯著的改善，選用高目數(shù)的碳酸鈣是提高PVC扣板沖擊強(qiáng)度的有效途徑[2]。

圖3 碳酸鈣對(duì)PVC扣板沖擊性能的影響

3 結(jié)論

本文以不同目數(shù)碳酸鈣填充改性了PVC扣板，研究了其對(duì)扣板加工參數(shù)和力學(xué)性能的影響，得出如下結(jié)論：

1） 在相同的配方基礎(chǔ)上，使用HX-1500碳酸鈣具有較好的擠出加工性能，當(dāng)添加PVC活性鈣后，熔體擠出加工性能變差，顏色變黃。

2）若采用PVC活性鈣則需要修改PVC配方，需要適當(dāng)增加潤滑劑和熱穩(wěn)定劑的用量。

3）碳酸鈣細(xì)化后，可以改善PVC扣板的力學(xué)性能，尤其是沖擊強(qiáng)度有明顯的提高。

因此，PVC活性鈣能提高PVC扣板的力學(xué)性能，提升其品質(zhì)，但需要修改原有的配方體系，以免造成擠出困難和變色等問題，PVC活性鈣更適用于生產(chǎn)高品質(zhì)的扣板。

[1]陳良軍,王勇杰,王延軍,等.碳酸鈣的表面處理及在PVC中的應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)報(bào),2010,(3):39-41.

[2]何杰,張傳銀,賈仁廣.PVC與納米碳酸鈣復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2009,21(4):5-9.

[3]張玉瑾,賈永明,王輝.碳酸鈣顆拉形態(tài)及對(duì)PVC制品性能影響的研究[J].聚氯乙烯,2008,36(9):15-19.

[4]章峻,李利,周寧琳，等.納米/微米碳酸鈣顆粒復(fù)配填充對(duì)聚丙烯機(jī)械性能的影響[C].綿陽:2006年全國高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì),2006：553-556.