CaCO3和SBS复合增韧PVC体系的性能研究文档格式.docx
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1实验部分
1.1主要原料
聚氯乙烯(PVC,SG—8型(悬浮聚合;
超细轻质碳酸钙(CaCO3,市售;
SBS,F675,中国广东茂名石化乙烯工业公司;
氯化聚乙烯(CPE,135A,氯含量35%,
稳定剂、润滑剂均为国内一般工业品。
1.2主要仪器和设备
单螺杆挤出机,SJ-20A×
25,上海轻机模具厂;
注塑机,PS40E5ASE注塑机,日本日精树脂工业株式会社;
高混机,SHR-10A,张家港大辰机械制造有限公司;
万能拉伸实验机,Instroncorporation;
冲击试验机,UJ-40(悬臂梁,承德材料实验机厂。
1.3制备
采用硬脂酸和钛酸脂对碳酸钙进行活化处理,填料在高混机中处理5分钟,处理最终温度不低于100℃,然后按比例将经处理的CaCO3添加到PVC体系中,测试不同的处理剂和CaCO3含量对基体性能的影响,最后添加CaCO3和SBS到PVC体系中考察其对性能的影响。
所有的过程都是先进行单螺杆造粒,造粒之后用注塑机成型标准试样用于测试性能。
1.4性能测试
拉伸强度:
按GB/T1040-92进行测试,试样为Ⅰ型标准样条。
缺口冲击强度:
按GB/T1843-96进行测试,取样条为65mm×
10mm×
4mm,铣A型缺口,缺口深度为2±
0.2mm。
2结果与讨论
2.1不同处理剂处理CaCO3对PVC复合材料力学性能的影响
图1和表1分别是不同比例钛酸脂和硬脂酸处理CaCO3后复合体系力学性能的变化。
为了便于比较,固定碳酸钙的分数为5份,可看出,经过硬脂酸处理的CaCO3的冲击强度要优于用钛酸脂处理的CaCO3,且在处理剂含量为1份时达到最大值5.85KJ/m2,是未处理CaCO3冲击强度的1.29倍(未处理CaCO3直接填充的冲击强度4.54KJ/m2,拉伸强度处理前后变化不大;
而钛酸脂处理CaCO3,在
PVC这个体系中冲击强度和拉伸强度变化都不大。
用硬脂酸处理CaCO3,可以防止填料微粒牢固凝聚,但硬脂酸不是偶联剂,其并不能增加与PVC的结合力,只是增加了填料在PVC中的分散能力,从而提高了复合材料的力学性能。
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
34
5
6
7
钛酸酯硬脂酸
冲击强度/KJm
-2偶联剂/phr
项目
处理剂含量/phr
1
22.5
3拉伸强度MPa
钛酸脂处理体系48.4349.6648.33
48.6
48.94硬脂酸处理体系
48.4349.5347.7247.48
46.78
2.2CaCO3含量对复合材料力学性能的影响
图2和图3分别是1份硬脂酸处理CaCO3后复合体系力学性能的变化。
复合材料的冲击强度先随
CaCO3的增加而增加,在CaCO3的添加分数达到20份时达到最大值6.48KJ/m2
是没有添加CaCO3冲击强度的1.4倍,此后就开始下降。
拉伸强度则随CaCO3的增加而降低。
这说明用硬脂酸处理后的CaCO3对PVC起增韧的作用。
CaCO3在复合体系中其应力集中的作用,当复合体系在受到外力作用时,这些应力集中点会导致周围树脂发生大的形变而吸收冲击能。
10
15
20
25
30
23
4
冲击强度/JK/m
2碳酸钙含量/phr0
35
40
45
50
55
60
拉伸强度/MPa
碳酸钙含量/phr
图1不同处理剂对PVC复合材料冲击强度的影响
Fig.1EffectsofdifferenttreatagentsonimpactstrengthofPVCcompoundmaterials表1不同处理剂对PVC复合材料拉伸强度的影响Tab.1EffectsofdifferenttreatagentsontensilestrengthofPVCcompoundmaterials图2CaCO3含量对PVC复合材料冲击强度的影响Fig.2EffectsofdifferentcontentofCaCO3onimpactstrength图3CaCO3含量对PVC复合材料拉伸强度的影响
Fig.3EffectsofdifferentcontentofCaCO3ontensilestrength
2.3SBS及其增容剂CPE对PVC复合材料力学性能的影响
图4和图5分别是添加SBS后对复合体系力学性能的变化。
复合材料的冲击强度先随SBS的增
加而增加,在CaCO3的添加分数达到6份时达到最大值9.72KJ/m2
是没有添加SBS冲击强度的1.4倍,此后就开始下降。
拉伸强度则随SBS的增加而降低。
配方中含CPE的力学性能要高于未加入CPE的配方。
PVC/CaCO3/CPE-SBS共混物的冲击性能要优于PVC/CaCO3/CPE-SBS共混物的冲击性能,这应归因于CPE的良好的增容效果。
CPE是PVC的优良增韧改性剂,但用量较小时,无明显增韧效果(无
CPE增容时的冲击强度仅为4.7KJ/m2
。
本项研究表明,CPE的用量仅为3%,共混物的韧性便有了大幅度提高,显然不是CPE的增韧所能及的,亦不是CPE和SBS作用的简单加和,因而是CPE的增容作用。
CPE的增容作用可以从它的微观结构上得到解释,它具有PE和PVC两种链段,PE链段与SBS分子中的PB链段具有相似的结构,而CPE中的PVC链段于PVC具有相同的结构,依据相似相容原理,可知CPE同PVC和SBS均有一定的相容性,能起到增容剂的作用,通过CPE促使PVC、SBS分子相互扩散程度增加,形成良好的截面结构,使得共混物有较高的抗冲性能[6]。
8
12
16
56789
11冲击强度/MPa
SBS含量/phr
无CPECPE
010
3结论
⑴不同类型的处理剂对碳酸钙处理效果上存在差异,用硬脂酸处理可增加填料在PVC中的分散能力,从而提高复合材料的力学性能;
⑵在一定范围内,用硬脂酸处理碳酸钙加入PVC体系,共混物的冲击强度可大幅度提高,拉伸性能则变化不大,硬脂酸处理碳酸钙对PVC体系也有显著的增韧作用;
⑶在PVC/CaCO3/SBS复合体系中,加入CPE可起到了良好的增容作用,使得共混物有较高的抗冲性能,拉伸性能略有下降,但表面质量有所提高。
参考文献
[1]张国民.我国PVC技术进展、供求分析及发展预测[J].2003年塑料助剂和塑料加工应用技术研讨会论文集,2003.11.
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16~19.
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14~15.[5]胡圣飞、杜志云.高强度聚氯乙烯共混材料研制[J].工程塑料应用,2000,28(2:
1~2.
图4SBS含量对PVC复合材料冲击强度的影响Fig.4EffectsofdifferentcontentofSBSonimpactstrength图5SBS含量对PVC复合材料拉伸强度的影响Fig.5EffectsofdifferentcontentofSBSontensilestrength
[6]宋谋道、黄震.CPE增容PVC/SBS共混体系的研究[J].高分子材料科学与工程.1994,10(5:
60~65.
StudyofthetoughenedPVCblendswithCaCO3andSBS
CHENZhi-jian,WanLi,LIUTing-hua
(CollegeofPolymerMaterialsScienceandEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610065,China
Abstract:
ThedifferenteffectofCaCO3dealtwithtitanatecouplingagentandstearicacidisdiscussinthispaper,andtheinfluenceofdifferentcontentofCaCO3tothemechanicalpropertiesisalsoprobed.AndexperimentalresultsindicatethattheCPEisagoodcompatibilizerforPVC/CaCO3/SBSblendsandtheimpactstrengthoftheblendsisobviouslyimproved.
Keywords:
PVCCaCO3SBSCPECompatibilzer
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- 关 键 词:
- CaCO3 SBS 复合 PVC 体系 性能 研究