PVC_耐热改性剂共混体系的力学及耐热性能研究

CHINAPLASTICSINDUSTRY

󰀁113󰀁

PVC/耐热改性剂共混体系的力学及耐热性能研究

任庆雷,于元章,刘富栋

(山东理工大学,山东淄博255049)

󰀁󰀁摘要:以具有核壳结构的纳米级交联粒子为耐热改性剂,系统研究了聚氯乙烯(PVC)树脂/粒子耐热改性剂/甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)树脂三元共混体系的力学性能、维卡耐热性能及流变行为,探讨了刚性粒子和橡胶粒子在PVC树脂增韧和耐热改性过程中的相互作用及关键影响因素。结果表明:具有核壳结构的纳米离子型耐热改性剂可以显著提高PVC树脂的维卡软化温度,加入MBS树脂可提高共混物冲击强度。研究发现,中加入8份MBS和15份耐热改性剂,可制得耐热、抗冲兼备的PVC共混新材料。

关键词:聚氯乙烯;耐热改性剂;冲击性能;甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中图分类号:TQ325󰀁3󰀁󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁󰀁文章编号:

1005-5770(2010)S0-0113-03

PVC

*

TheStudyofMechanicalPropertyandHeat󰀁resistanceof

PVC/Heat󰀁resistanceBlends

RENQing󰀁le,iYUYuan󰀁zhang,LIUFu󰀁dong

(ShandongUniversityofTechnology,

Zibo255049,China)

Abstract:Withcore/shellframeandcross󰀁linkednano󰀁particlesasheat󰀁resistantmodifier,studiedthe

mechanica,lheat󰀁resistantandrheologypropertyoftheternaryblendswithPVC,heat󰀁resistantparticleandMBS.Discussedthereciprocityandinfluencefactorsofrigidandrubberparticlesinthetoughnessandheat󰀁resistantprocess.Theresultsshowedthatthenano󰀁particleheat󰀁resistantmodifierwhichhadthenuclear󰀁shellstruturecouldimprovetheVicatsofteningtemperatureofPVCresin.Theimpactstrengthofblendwasim󰀁provedbytheadditionofMBSresin.TheresultalsofoundoutthatanewPVCblendwithheat󰀁resistanceandmpactstrengthcouldbepreparedbyadding8phrMBSand15phrheat󰀁resistancemodifieri.

Keywords:PVC;Heat󰀁resistance;ImpactProperty;MBS

󰀁󰀁随着聚氯乙烯硬制品(PVC󰀁U)工程化的发展,其材料的抗冲击性能和耐热性能越来越受到人们的关注。改善PVC材料的抗冲击性能通常采用橡胶粒子

[1-2]

增韧的方法,但提高材料抗冲击性能的同时,维卡耐热温度有所降低。提高PVC树脂维卡耐热温度的方法很多,其中共混改性是最重要的方法,共混耐热改性就是PVC和高玻璃化温度的耐热改性剂共混形成复合物,达到提高材料耐热性能的目的。N-苯基马来酰亚胺(PMI)共聚物是一个共混耐热改性的典型代表,可有效提高PVC󰀁U的维卡软化温度,拓宽其应用领域。但是该类耐热改性剂的加入,使PVC󰀁U抗冲性能下降,并影响材料加工性能。如何对PVC树脂进行改性,使其具有优异的冲击性能、耐热性能和加工性能是人们研究的热点。

本文以自制的具有核壳结构的纳米级刚性交联粒

*

子为耐热改性剂,并加入MBS(BTA󰀁707)对PVC进行增韧改性,研究了不同耐热改性剂、MBS用量对PVC/MBS/耐热改性剂共混物耐热性能、抗冲性能、拉伸性能及流变性能的影响。确定出了合适的复

[3-4]

合比例,从而制得了耐热、抗冲兼备的材料。

1󰀁实验部分

1󰀁1󰀁主要原料

耐热改性剂:St󰀁DVB󰀁MMA粒子型,自制,具有核壳结构,粒径50~70nm;PVC󰀁800:齐鲁石化公司;ACR:淄博华星助剂厂;有机锡:进口;MBS(BTA󰀁707):日本;润滑剂:L󰀁74,山东瑞丰。2󰀁2󰀁主要测试设备

维卡软化点温度测定仪:泰安安太检测设备有限公司;转矩流变仪:RM󰀁200A,哈尔滨哈普电气技术有限责任公司;万能材料试验机:WHY󰀁W,承德试

联系人yuyzhsdut@sina󰀁com

作者简介:任庆雷,女,1984年生,硕士研究生,主要研究方向精细有机合成。renqinglei1984@163󰀁com

󰀁114󰀁

塑󰀁料󰀁工󰀁业2010年󰀁󰀁

验机有限责任公司;电子组合冲击实验机:北京金盛鑫检测仪器有限公司。2󰀁3󰀁试样制备

将PVC、耐热改性剂、其他助剂干粉混合,在双辊开炼机上开片后,于平板硫化机压制成片,再在万能制样机制得合适样条进行性能测试。2󰀁4󰀁测试方法

维卡软化温度:按GB/T1634󰀁1979进行测试,升温速率为2󰀁/min,1kg负荷;拉伸性能:按照GB/T1040󰀁1992测试,拉伸速率为10mm/min,温度为23󰀁;冲击强度:按ASTMD6110进行Charpy缺口冲击实验,样条尺寸80mm󰀁10mm󰀁4mm,中间打V字形缺口;流变行为:称取62g物料,155󰀁左右温度和35r/min转速下,在转矩流变仪的密炼室中塑炼一定时间,进行流变行为测试,得到扭矩、温度-时间曲线,记录下实验过程中的实验参数平衡扭矩和最大扭矩等。

最大扭矩和平衡扭矩最小。加入耐热改性剂的共混体系塑化时间比纯PVC的塑化时间明显缩短了,但最大扭矩和平衡扭矩有所提高,这是因为粒子型耐热改性剂是具有核壳结构的刚性粒子,壳层为与PVC相容性良好的聚苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯,在加工过程中能够迅速均匀地分散在PVC树脂中,在粒子界面形成较大的粘附力,增加了摩擦阻力促进塑化。另一方面,耐热改性剂刚性粒子具有较大硬度,在热和机械力的作用下,具有较强的破碎能力,使PVC树脂颗粒在短时间内破碎成初级粒子,达到迅速塑化的目的。两方面的作用导致塑化时间明显缩短,熔体黏度的增加,使共混体系的最大扭矩和平衡扭矩有所提高。

加入抗冲改性剂MBS又使共混物塑化时间缩短,这是因为与PVC相容性很好的MBS在塑炼过程中缠绕PVC,通过分子链缠结作用增加了粒子与粒子间的摩擦,不仅促进PVC颗粒崩溃,而且与PVC粒子黏结在一起,促进了PVC的凝胶化。因而缩短了熔融时间,MBS树脂不仅提高了共混物的冲击性能,还改善了其加工性能。

2󰀁2󰀁耐热改性剂、MBS用量对共混体系维卡软化点的影响

󰀁󰀁硬质PVC材料的耐热性能越来越受到人们关注,提高耐热性能通常的方法是与高玻璃化温度的共聚物共混,但添加耐热改性剂会影响材料的韧性,为了得到综合性能优异的材料,需在添加耐热改性剂的同时加入抗冲改性剂补偿增加共混物的韧性。图2为耐热改性剂用量对共混体系维卡软化点的影响。

2󰀁结果与讨论

2󰀁1󰀁共混体系流变性能研究

材料的塑化性能是预测和判断材料融化加工情况的重要指标

[5-6]

。PVC/耐热改性剂共混物的加工性

能取决于凝胶化时间、最大扭矩和平衡扭矩三个重要的参数。凝胶化时间越短说明物料越易塑化;最大扭矩越高表明凝胶作用均匀性越好;而平衡扭矩越小表明物料表观黏度越低且熔体流动性越好。试验中分别测定了纯PVC树脂、PVC/耐热改性剂和PVC/耐热改性剂/MBS共混体系的流变性能,图1是三种共混体系的流变曲线。表1是三种共混体系的流变数据。

图2󰀁耐热改性剂用量对维卡温度软化的影响

图1󰀁三种共混体系的流变曲线

从图2可以看出,共混物的维卡软化温度随耐热改性剂用量的增加而增大。这是因为随着耐热改性剂用量增加,共混体系的形态结构发生变化,当耐热改性剂用量较低时,它分散在PVC基体树脂中,PVC连续相是主要承力相;当耐热改性剂用量增加,其体积分数达到一临界值时,耐热改性剂相也开始形成连续相结构,称为󰀁刚性有效网架󰀁,正是这种󰀁刚性从表1中可以看出,纯PVC树脂塑化时间最长,

第38卷增刊S0任庆雷等:PVC/耐热改性剂共混体系的力学及耐热性能研究

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有效网架󰀁成为主要支撑相,从而使共混物的耐热

[4]

性能大幅度提高,一般共混物中加入15份耐热改性剂可使维卡软化温度提高15󰀁。物保持良好的综合力学性能,MBS最佳用量为8%左右。

2󰀁4󰀁耐热改性剂用量对共混体系力学性能的影响粒子型耐热改性剂在提高共混物耐热性能的同时会影响其力学性能,实验选择MBS用量为8%,耐热改性剂用量分别为0%、5%、10%、15%测定其共混体系的冲击和拉伸强度,并将结果与PVC/耐热改性剂二元体系(无MBS)相对照,如图5、图6所示。

图3󰀁MBS用量对维卡软化温度的影响

在PVC/耐热改性剂共混体系中加入MBS,研究

其对共混物维卡软化温度的影响,图3为MBS用量对共混体系维卡软化温度的影响。如图所示,随着MBS用量的增加,共混物的维卡软化温度略有下降,但幅度不大,这是因为MBS属粒子型抗冲改性剂,虽然可大幅度提高材料的抗冲击强度,但几乎不影响共混体系的耐热性能。

2󰀁3󰀁MBS用量对共混体系力学性能的影响

提高PVC/耐热改性剂共混体系的力学性能,在共混体系中加入具有核壳结构的弹性粒子MBS树脂,图4为MBS用量对PVC/耐热改性剂共混物冲击强度、拉伸强度的影响。

图5󰀁耐热改性剂用量对共混物冲击强度影响

图6󰀁耐热改性剂对共混物拉伸强度的影响

从图5可以看出,加入8份MBS的共混物随耐热改性剂用量增加,冲击强度下降较大,当耐热改性剂加入量达到15%时,共混物的冲击强度逐渐接近PVC/耐热改性剂二元体系,材料由韧性断裂转变为

图4󰀁MBS用量对PVC/耐热改性剂冲击强度的影响

由图4可以看出,随MBS用量增加,共混物冲击强度明显增大,当用量达到一定值(8%)时,增长趋势趋于稳定。这是因为随着MBS用量的增加,MBS在PVC基体中逐渐形成连续性弹性体网络结构,这种弹性体网络可以起到传递、分散、缓冲和吸收能量的作用,避免局部应力集中产生裂缝,使材料不会轻易被冲击破坏而达到增韧目的,符合橡胶增韧的一般原理。

由图4还可知,共混物的拉伸强度则随着MBS用量增加下降较大,这是因为MBS本身是一种弹性体,拉伸模量比PVC/耐热改性剂基体小,要使共混脆性断裂,这是因为起增韧作用的弹性体网络结构被破坏,形成刚性粒子骨架结构所致。

由图6可以看出,加入MBS的共混物拉伸强度随耐热改性剂用量的增加接近线性上升,因为耐热改性剂和PVC基体有着很好的相容性,耐热改性剂本身的高模量有助于材料抗张性能的提高。但是与PVC/耐热改性剂二元体系相比有所下降,加入MBS降低了材料的模量,导致拉伸强度降低。耐热改性剂使PVC/MBS共混体系的冲击性能下降、拉伸性能提高,通常情况较佳用量为15%。

3󰀁结论

具有核壳结构的纳米粒子型耐热改性剂可以显著

(下转第131页)

第38卷增刊S0陈玉龙:浆液催化剂在聚乙烯冷凝操作下应用的优势分析、问题及对策

󰀁131󰀁

3󰀁结论

1)在诱导冷凝模式下,与固体催化剂相比,采用浆液催化剂生产的产品性能优良,工艺操作稳定,有利于循环气压缩机的长周期、稳定运行。

2)采取相关措施,预防树脂发黏,减少浆液催化剂系统出现加料故障,保证催化剂床层的良好流化,防止结片、结块、分布板堵塞等,更能保证生产

的平稳运行,发挥浆液催化剂的优势。

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PMI󰀁St󰀁AN耐热改性剂的

提高PVC树脂的维卡软化温度,并可改善共混物体系的加工塑化性能,通常情况下耐热改性剂的加入使材料的抗冲击强度降低,拉伸强度提高。提高共混物冲击强度可加入MBS树脂,实验发现PVC中加入8

份MBS和15份耐热改性剂,可制得耐热、抗冲兼备的PVC共混新材料,拓展PVC树脂的应用领域。

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