填料對(duì)軟質(zhì)聚氯乙烯復(fù)合材料性能的影響

張道海 何敏,2 胡智 郭建兵

(1.國(guó)家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng)，550014；2.貴州大學(xué)材料冶金學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)，550002)

填料對(duì)軟質(zhì)聚氯乙烯復(fù)合材料性能的影響

張道海1何敏1,2胡智1郭建兵1

(1.國(guó)家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng)，550014；2.貴州大學(xué)材料冶金學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)，550002)

研究了CaCO3,Mg(OH)2對(duì)軟質(zhì)聚氯乙烯(PVC)復(fù)合材料硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響；同時(shí)考察了CaCO3粒徑對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響。結(jié)果表明，CaCO3與Mg(OH)2對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料硬度影響相差不大，但是含CaCO3的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比含有Mg(OH)2的高；在相同CaCO3含量下，含有粒徑11.86 μm CaCO3的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均比含有37.08 μm粒徑CaCO3的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的大。

軟質(zhì)聚氯乙烯 碳酸鈣 氫氧化鎂 力學(xué)性能 增韌

目前，在塑料和橡膠等現(xiàn)代高分子材料、高聚物基復(fù)合材料、功能材料及造紙、涂料等工業(yè)領(lǐng)域中，無(wú)機(jī)非金屬礦物填料占有很重要的地位。這些無(wú)機(jī)非金屬礦物填料，如CaCO3、高嶺土、硅灰石、滑石、云母、二氧化硅、凹凸棒土等，不僅可降低高分子材料或高聚物基復(fù)合材料的成本，而且還可提高材料的剛性、硬度、尺寸穩(wěn)定性，并賦予材料某些特殊的物理化學(xué)性能，比如耐腐蝕性、阻燃性、絕緣性以及環(huán)境可消納性等。聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，簡(jiǎn)稱PVC)樹脂，是由氯乙烯(Vinyl Chloride，簡(jiǎn)稱VC)單體聚合而成的熱塑性高聚物。作為當(dāng)今世界第二大通用塑料，PVC以其難燃、抗化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于化工、建材等領(lǐng)域。為降低成本，改善材料的加工性能，通常在PVC中添加填料，而且，添加填料將對(duì)PVC有增強(qiáng)增韌的作用[1]。本試驗(yàn)通過(guò)加入不同的填料，研究其對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器設(shè)備

PVC，S-1000，中國(guó)石化集團(tuán)齊魯分公司；硬脂酸鈣[Ca(St)2]，BC2-975，浙江東來(lái)化學(xué)有限公司；鄰苯甲酸二辛酯(DOP)，52#,山東齊魯石化增塑劑股份有限公司；鈣鋅穩(wěn)定劑，昭陽(yáng)天堂助劑化工有限公司；聚乙烯(PE)蠟，PE-CH-2，江陰市顧山東風(fēng)合成化工有限公司；鈦白粉，R-248，攀鋼集團(tuán)重慶鈦業(yè)股份有限公司；CaCO3粒徑37.08，29.66,1.86 μm,江西上高縣高峰礦業(yè)粉體有限公司；Mg(OH)2,粒徑29.66 μm,濰坊昊隆化工有限公司。

試驗(yàn)所用儀器設(shè)備如表1所示。

1.2 軟質(zhì)PVC復(fù)合材料配方及制備工藝過(guò)程

不同填料的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料配方：PVC100.0份；DOP75份；CaCO3(粒徑29.66 μm)或Mg(OH)225.0份；PE 蠟0.5份；鈣鋅穩(wěn)定劑4.0份；Ca(St)20.5份；鈦白粉5.0份。

軟質(zhì)PVC復(fù)合材料配方：PVC100.0份；DOP75.0份；粒徑37.08或11.86 μm CaCO310.0或20.0或30.0或40.0份；PE蠟0.5份；鈣鋅穩(wěn)定劑4.0份；Ca(St)20.5份；鈦白粉5.0份。

PVC抗靜電復(fù)合材料的制備工藝過(guò)程：高速混合→擠出造?！⑸涑尚汀鷺?biāo)準(zhǔn)樣條→性能測(cè)試。

混合工藝：采用高速混合機(jī)將PVC與助劑混合，先將穩(wěn)定劑與PVC高速混合，溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，加入DOP，繼續(xù)混合，溫度達(dá)到90 ℃后加入其余助劑，待溫度達(dá)到120 ℃后冷卻出料。

擠出工藝：采用錐形雙螺桿六區(qū)擠出溫度150，155，160，165，170，170 ℃。

注塑工藝：160，165，170 ℃。

1.3 軟質(zhì)PVC復(fù)合材料性能表征

硬度測(cè)試：按GB/T 531—1999進(jìn)行測(cè)試，試樣厚度不小于5 mm。

拉伸性能測(cè)試：按GB/T1040.1—2006進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)速度50 mm/min，長(zhǎng)80 mm,寬10 mm，厚4 mm，標(biāo)距25 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 填料對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料硬度的影響

不同類型的填料在軟質(zhì)PVC復(fù)合材料中的硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率見表2。從表2可以看出：CaCO3(粒徑29.66 μm)和Mg(OH)2加入到軟質(zhì)PVC復(fù)合材料中，添加Mg(OH)2的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的硬度與加入CaCO3的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的硬度相差不大，這說(shuō)明CaCO3和Mg(OH)2對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的硬度影響很小;加CaCO3的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度較加入Mg(OH)2的高。加入CaCO3后，其軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率比加入Mg(OH)2的小。

綜上所述，CaCO3與Mg(OH)2對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的硬度影響較小，但是，CaCO3加入到軟質(zhì)PVC復(fù)合材料中的拉伸強(qiáng)度比加入Mg(OH)2的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料大。在后面的試驗(yàn)將討論不同粒徑的CaCO3對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的影響。

2.2 CaCO3粒徑對(duì)軟質(zhì)PVC硬度及拉伸性能影響

CaCO3粒徑對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料硬度的影響見圖1所示。從圖1可看出，無(wú)論粒徑是37.08 μm還是11.86 μm的CaCO3加入到軟質(zhì)PVC復(fù)合材料中，軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的硬度都隨著CaCO3含量的增加而增大；同時(shí)還可以看出，相同含量的CaCO3加入到軟質(zhì)PVC復(fù)合材料中，粒徑為11.86 um的CaCO3在軟質(zhì)PVC復(fù)合材料中的硬度大。

CaCO3粒徑對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響見圖2。

從圖2可看出，粒徑37.08 μm和11.86 μm的CaCO3在軟質(zhì)PVC復(fù)合材料中其相應(yīng)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度都隨著其含量的增加而增加；同時(shí)明顯看到，無(wú)論是37.08 μm還是11.86 μm粒徑的CaCO3，軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率都隨著CaCO3含量的增加逐漸降低。在CaCO3相同含量時(shí)在添加粒徑11.86 μm CaCO3的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率比添加粒徑37.08 μm CaCO3的大。從圖2還看出，CaCO3相同含量時(shí)，添加CaCO3粒徑為11.86 μm時(shí)的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度比添加粒徑為37.08 μm的大。

3 結(jié)論

CaCO3和Mg(OH)2對(duì)軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的硬度影響較?。惶砑硬煌降腃aCO3時(shí)，都隨著CaCO3含量的增加而增加，而軟質(zhì)PVC復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率則逐漸降低；相同含量的CaCO3，添加粒徑為11.86 μm時(shí)的軟質(zhì)PVC復(fù)合材料硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都比添加37.08 μm CaCO3的高。

[1] 屈紅強(qiáng),武偉紅,焦運(yùn)紅,等. 納米CaCO3對(duì)阻燃型軟質(zhì)聚氯乙烯的增韌增強(qiáng)作用[J].中國(guó)塑料,2005,19(7):36-40.

SABIC發(fā)布透明且質(zhì)輕的飛機(jī)用片材

據(jù)“www. britishplastics .co. uk”報(bào)道，SABIC公司已經(jīng)發(fā)布了2種新片材可用于飛機(jī)內(nèi)部，宣稱解決了飛機(jī)內(nèi)部客艙差別化的要求，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)困擾了航空公司很久，同時(shí)，這種片材也解決了飛機(jī)自重過(guò)重而耗費(fèi)更多燃油的問(wèn)題。

這種新的片材材料是一種聚碳酸酯，為L(zhǎng)exan系列的透明Lexan XHR2000 和Lexan Light F6L300，據(jù)說(shuō)是質(zhì)輕、耐用的材料，對(duì)工程師們而言，可以降低系統(tǒng)成本，滿足嚴(yán)格的工業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)SABIC公司透露，Lexan XHR2000片材可以透過(guò)80%的光線，是OSU兼容片材中透光率最高的，同時(shí)，在使用過(guò)程中不僅具有優(yōu)良的垂直燃燒性能，還可進(jìn)行功能性涂覆或多層折疊等。Lexan Light F6L300片材是目前可以獲得最輕的熱塑性片材，具有防燃、防煙的功能，并且無(wú)毒，密度0.85 g/cm3。

新的母料系列使生產(chǎn)率提高20%

據(jù)“www. britishplastics .co. uk”報(bào)道，一家英國(guó)的顏料及多成分母料生產(chǎn)商Silvergate Plastics稱，他們最近發(fā)布了一種為吹塑成型機(jī)用的母料系列產(chǎn)品，據(jù)其稱取得了“驚人的結(jié)果”，相當(dāng)于將生產(chǎn)率提高了20%，與之同時(shí)還降低了操作費(fèi)用。

Silvergate Plastics稱最近推出的Optiblow系列母料產(chǎn)品已經(jīng)收到顧客的一致好評(píng)，因?yàn)樵摦a(chǎn)品能通過(guò)涂覆設(shè)備表面而減少摩擦，使熔體以更快的速度流動(dòng)。因?yàn)樵O(shè)備的操作溫度降低，這種母料還能改善大型制品的扭曲，降低能量消耗。

(以上由中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司南京研究院

黃賦云供稿)

Effect of Filler on Properties of Soft Polyvinyl Chloride Composites

Zhang Daohai1He Min1,2Hu Zhi1Guo Jianbing1

(1.National Engineering Research Center for Compounding and Modification of Polymeric Materials，Guiyang, Guizhou,550014;2.College of Materials Science and Metallurgical Engineering,Guizhou University, Guiyang,Guizhou, 550002)

The effects of CaCO3or Mg(OH)2on the hardness, tensile strength and elongation at break of soft PVC composites were investigated. Meanwhile, the effects of CaCO3particle sizes on the hardness, tensile strength and elongation at break of the soft PVC composites were investigated. The results show that the effect of CaCO3or Mg(OH)2on the hardness of soft PVC composites is little difference; but the tensile strength of the soft PVC composites with CaCO3is higher than that of the PVC composites with Mg(OH)2. When the content of CaCO3is the same, the hardness, tensile strength and elongation at break of the soft PVC composites with 11.86 μm CaCO3are higher than those of the PVC composites with 37.08 μm CaCO3.

soft polyvinyl chloride; calcium carbonate; magnesium hydrate; mechanical properties; toughening

2013-12-27;修改稿收到日期:2014-11-14。

張道海(1981—)，男，碩士，主要從事高性能復(fù)合材料的研究與應(yīng)用。E-mail：zhangdaohai6235@163.com。

貴州省校合作項(xiàng)目，黔科合計(jì)省合[2014]78;貴州省科技計(jì)劃,黔科合GY字[2013]3026。