（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）聚氯乙烯(PVC)具有良好的力學(xué)性能和電性能?耐腐蝕性?阻燃性等優(yōu)良綜合性能, 而且價(jià)格低廉?原料來(lái)源廣泛, 因此廣泛應用于化學(xué)建材和其他領(lǐng)域?PVC的主要缺陷是脆性大?熱穩定性差?易分解產(chǎn)生氯化氫(HCl)氣體?無(wú)機填料填充改性PVC是PVC常見(jiàn)的改性方法, 文章選擇4種不同形狀的無(wú)機填料提高PVC的沖擊性能, 改善其耐熱性能, 力圖獲得易加工?耐熱性好以及綜合性能優(yōu)良的PVC復合材料?
1 實(shí)驗部分
1.1 主要原材料
PVC(SG5電石法制備)、熱穩定劑、活性輕質(zhì)CaCO3、滑石粉、硅藻土、硫酸鎂晶須:l/d>80、PE蠟?硬脂酸鈣?
1.2 主要設備
高速混合機:SHR-10A ,平板硫化機:25t,開(kāi)放式雙棍煉膠機:SK-100, 啞鈴型制樣機:XYZ-12,萬(wàn)能試驗機:DW-100, 上海華光測試儀器有限公司;熱變形-維卡軟化溫度溫度測試儀:RRHDV4,掃描電子顯微鏡:KYKY-2800B?
1.3 試樣制備
1.3.1 試驗配方
PVC(SG5電石法制備):100份;熱穩定劑:4份;聚乙烯蠟:3份;硬脂酸鈣:3份;活性輕質(zhì)CaCO3 ?滑石粉?硅藻土?硫酸鎂晶須均為變量?
1.3.2 試樣制備
將PVC和加工助劑分別與CaCO3 ?滑石粉?硅藻土和MSW按一定比例在高速混合機中捏合8 min, 出料;將上述混合料在175-180 ℃的開(kāi)放式雙輥煉膠機上混料7 min, 制成厚度約為3 mm的板, 再裁成小片;然后用25 t平板硫化機于180 ℃?15 MPa模壓15min, 保持壓力冷卻至室溫后取出?最后, 在啞鈴型制樣機上制成標準樣條?
1.4 性能測試與表征
力學(xué)性能測試:拉伸性能按照GB/T 1040-2006 測試, 試樣為啞鈴型, 拉伸速率為50 mm/min;缺口沖擊強度按照GB/T1843-1996測試, V形缺口, 試樣尺寸為80 mm ×10 mm ×4 mm,缺口深度2 mm?加工流變性能測試:將200 g混合均勻的PVC粉料加入轉矩流變儀中, 外加5 kg砝碼, 混合器初始溫度為200 ℃, 轉子轉速為50 r/min?掃描電鏡分析(SEM):對沖擊斷面噴金, 然后在掃描電子顯微鏡下觀(guān)察沖擊斷面形貌?
2 結果與討論
2.1 無(wú)機填料的微觀(guān)形態(tài)
研究4種不同形狀的無(wú)機填料填充改性PVC, 填料形狀如圖1所示, CaCO3 形狀為粒狀, 滑石粉為片狀, 硅藻土為無(wú)規則狀,MSW 為針狀?
圖2為無(wú)機填料/PVC復合材料沖擊斷面掃描電鏡微照片,填料的份數分別為5 份和20份?由圖可以清楚的看到無(wú)機填料在PVC基體中的分布都較均勻?CaCO3?硅藻土和MSW 質(zhì)量含量為5份和20份時(shí)的斷面形貌差不多;而片狀的滑石粉5份時(shí), 均勻分布在PVC基體中, 但達到20份時(shí)滑石粉成片粘連,斷面呈現整片快速脫粘的快速斷裂形貌?從下面的沖擊性能證實(shí)其沖擊性能明顯降低?
2.2 無(wú)機填料用量對PVC復合材料力學(xué)性能的影響
圖3 為無(wú)機填料用量對PVC復合材料缺口沖擊強度的影響, 由圖3可以看出, 隨著(zhù)粒狀CaCO3 和針狀MSW 用量的增加, PVC復合材料的缺口沖擊強度呈線(xiàn)性提高趨勢, 且提高幅度較大?當CaCO3 為30份時(shí), PVC復合材料缺口沖擊強度達8.9kJ/m2 ?其增韌機理為:無(wú)機粒子的存在產(chǎn)生應力集中效應, 易引發(fā)周?chē)鷺?shù)脂產(chǎn)生開(kāi)裂, 吸收一定的變形功;無(wú)機粒子的存在使基體樹(shù)脂裂紋擴展受鈍化, 最終裂紋終止, 不致發(fā)展為破壞性開(kāi)裂?
MSW0=5份時(shí), 其缺口沖擊強度提高幅度較大, 5 份以后, 提高幅度趨于平緩, 大于15份以后又下降的趨勢?主要是因為針狀MSW 導致基體局部應力狀態(tài)改變引起的, 沖擊能耗散的主要途徑是MSW 的拔出?斷裂與基體塑性變形?
無(wú)規的硅藻土對PVC復合材料的缺口沖擊強度影響不明顯, 主要是因為硅藻土本身較軟且尺寸較大, 裂紋擴展時(shí)沒(méi)有起到剛性粒子增韌效果?而片狀的滑石粉加入一方面容易形成應力集中, 另一方面片狀的滑石粉與PVC基體兩相之間的接觸面積較小, 兩相間作用力較弱, 在沖擊受力過(guò)程中容易脫粘, 如圖2(d)所示?故其沖擊性能反而下降?
 2.3 無(wú)機填料用量對PVC復合材料加工性能的影響
圖5為無(wú)機填料用量對PVC復合材料平衡扭矩的影響, 由圖5可以看出, 隨著(zhù)粒狀CaCO3 和片狀滑石粉加入量較小時(shí)(5份), PVC復合材料平衡扭矩有所降低, 但隨著(zhù)加入量的提高, 平衡扭矩開(kāi)始增大?因為粒徑較小的粉體在低含量時(shí)能對PVC樹(shù)脂起到潤滑的作用, 降低PVC復合材料熔體的黏度?但隨含量的增加, 無(wú)機粒子與PVC基體間的作用力增大, 熔體黏度增加, 平衡扭矩增大?主要是硅藻土表面的孔洞與PVC接觸, 兩相間的摩擦力較大, 使熔體流動(dòng)困難, 黏度增大?隨著(zhù)硅藻土用量的增加, PVC復合材料平衡扭矩逐漸升高?同樣, 針狀的MSW 長(cháng)徑比較大, 隨著(zhù)MSW 份數的增加, 平衡扭矩也逐漸升高?當加入量達到20份以后, 由于硅藻土和MSW 加入過(guò)多,PVC樹(shù)脂不能塑化, 平衡扭矩無(wú)法測出?
3 結論
1)粒狀CaCO3 和針狀MSW 對PVC復合材料的沖擊性能有利, 起到增韌作用;而無(wú)規硅藻土對PVC復合材料的沖擊性能影響不大;片狀滑石粉反而降低了PVC復合材料的沖擊強度?
2)粒狀CaCO3 和無(wú)規硅藻土使PVC復合材料的拉伸強度明顯下降, 而片狀滑石粉和針狀MSW 對PVC復合材料的拉伸性能影響較小?
3)少量微細無(wú)機粒子(CaCO3 和滑石粉)對加工性能有利,當無(wú)機填料加入量達到10份以上時(shí), PVC復合材料的平衡扭矩變大, 流動(dòng)困難, 加工性能變差?
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