PVC硬制品加工行業(yè)對碳酸鈣的需求量非常大, 不論是管材?型材還是板材, 碳酸鈣是必不可少的填充劑?碳酸鈣可以提高PVC 制品的尺寸穩定性?剛度, 納米碳酸鈣還可以改善PV C 制品的韌性?然而, 良秀不齊的碳酸鈣質(zhì)量對制品性能帶來(lái)的不利影響也是不容忽視的?因此, 選擇高品質(zhì)的碳酸鈣對PVC 硬制品生產(chǎn)廠(chǎng)家是至關(guān)重要的?
筆者通過(guò)對碳酸鈣顆粒形態(tài)的微觀(guān)分析和宏觀(guān)表征,分析了碳酸鈣顆粒形態(tài)對PVC 硬制品性能的影響,為碳酸鈣的選用和檢測提供了參考依據?筆者研究的輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒形態(tài)包括: ①一次結構, 即初級粒子的形狀和尺寸; ② 二次結構, 即初級粒子團聚之后的聚集體的形狀和尺寸?采用沉降體積?吸油量和掃描電子顯微鏡( SEM ) 來(lái)表征碳酸鈣的顆粒形態(tài)?采用SEM 可以直接觀(guān)測碳酸鈣顆粒的形狀和尺寸, 主要在科研中使用; 而沉降體積和吸油量可間接表征顆粒形態(tài), 在工業(yè)中應用較多?沉降體積基本與粒徑大小成反比, 而吸油量表征的是粒子的團聚狀態(tài), 主要與粒子間隙有關(guān)?試驗中的試驗樣品, 主要針對一些沉降體積較為典型的批號, 通過(guò)SEM 觀(guān)察其形狀和尺寸, 分析與沉降體積?吸油量表現出來(lái)的性能是否一致?
1 試驗部分
1.1 試驗儀器
浙江大學(xué)分析測試中心場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡, SIRION100 , 美國FEI公司; 高速混合機,SHR10型, 張家港市輕工機械廠(chǎng); 雙輥筒混合試驗機,BL-6175型, 寶輪精密檢測儀器有限公司; 平板硫化機, QLB-25 D/Q , 無(wú)錫新銳橡塑機械廠(chǎng); 電子拉力試驗機,XLD-20 型, 承德金建檢測儀器有限公司。
1.2 試驗原料
輕質(zhì)碳酸鈣, 廠(chǎng)家A ( 蘇州)、廠(chǎng)家B ( 常山)、廠(chǎng)家C ( 衙州)、廠(chǎng)家D ( 湖州)、廠(chǎng)家E ( 河北) ; PVC,M-800 , 宜賓天原集團股份有限公司; 復合鉛鹽穩定劑, 德國熊牌。
1.3 試驗過(guò)程
1.3.1 顆粒形態(tài)的測試
按照GB/T19281-2003( 碳酸鈣分析方法》的規定測試樣品的沉降體積和吸油量, 采用95 % 的乙醇溶液測試活性輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積。相應樣品送浙江大學(xué)分析測試中心進(jìn)行SEM 測試。樣品類(lèi)型及主要性能如表1 所示。
 1.3.2 試樣力學(xué)性能的測試
試驗配方為。m:( PVC ):m( 復合穩定劑:)m (碳酸鈣) = 100 : 5 : 8 , 按此稱(chēng)取2kg PVC 和相應的碳酸鈣及穩定劑, 在高速混合機中混合至120 ℃ , 下料冷卻, 開(kāi)煉、壓片, 在23 ℃ 下恒溫放置24 h, 然后按照GB/T104.02-2006( 塑料拉伸性能的測定第2 部分: 模塑和擠塑塑料的試驗條件》規定的條件測試力學(xué)性能。
2 結果與討論
2.1 碳酸鈣形態(tài)的研究
2.1.1 比較沉降體積相近的4 種活性輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒形態(tài)
1# 、2 # 、3# 、4#的沉降體積在2.2-2.3mL/g ,其分別放大1250倍和10000倍時(shí)的SEM 照片見(jiàn)圖1、圖2。
由圖1 可見(jiàn), 相同放大倍數時(shí), 2# 和3#的顆粒大小相對比較均勻, 而1#和4# 的顆粒大小則相對不均勻。從圖2 可清晰地看出碳酸鈣顆粒的初級形態(tài)和團聚形態(tài)。初級粒子的形狀為紡錘形, 長(cháng)度小于3μm; 團聚粒子的形狀為不規則的球形, 直徑小于5μm。其中2#和3# 的初級粒子團聚得相對松散, 而1#和4 # 團聚得則比較密實(shí), 即初級粒子的間隙較小, 吸油量偏低, 這與測試結果是相符的。
2.1.2 比較廠(chǎng)家E 與其他廠(chǎng)家活性輕質(zhì)碳酸鈣顆粒形態(tài)的差異
廠(chǎng)家E 的活性輕質(zhì)碳酸鈣放大1000 倍時(shí)的S E M 照片見(jiàn)圖3。比較圖2 和圖3 , 可以清晰地看到廠(chǎng)家E 的活性輕質(zhì)碳酸鈣與其他廠(chǎng)家的活性輕質(zhì)碳酸鈣的差異: 前者初級粒子為細長(cháng)、規則的紡錘形, 尺寸均勻、粒子聚集松散、間隙大, 這正是其吸油量和沉降體積高的根本原因。這種結構的碳酸鈣在與PVC共混時(shí)分散較快。
2.1.3 比較沉降體積相同的3種輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒形態(tài)
7 # 、8#、9 # 的沉降體積均為3.0mL/g, 分別放大1250倍和10000的SEM 照片見(jiàn)圖4、圖5。由圖4 、圖5 可見(jiàn),相同沉降體積時(shí), 7 # 、8 # 的顆粒形狀和尺寸比較均勻, 粒子團聚相對松散; 9# 的顆粒尺寸相對較大, 形態(tài)不規則度大, 粒徑不均勻。顆粒尺寸大則沉降體積小, 形態(tài)不規則度大則沉降體積大, 兩種因素抵消, 則使9# 與7# 、8#能達到相同大小的沉降體積。
2.1.4 比較同一廠(chǎng)家不同沉降體積輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒形態(tài)
9 # 、10#為廠(chǎng)家A的輕質(zhì)碳酸鈣 , 沉降體積分別為3.0mL/g 和2.5 mL/g。圖6、圖7 分別為放大1250 倍和10000 倍時(shí)的SEM 照片。從圖6 、圖7 可見(jiàn),10 #顆粒尺寸大、不均勻, 且摻有一定數量的重質(zhì)碳酸鈣大粒子, 這是其沉降體積較小的根本原因。
2.1.5 比較同一廠(chǎng)家不同沉降體積活性輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒形態(tài)
3#、6#為廠(chǎng)家B的活性輕質(zhì)碳酸鈣, 沉降體積分別為2.2mL/g 和1.7mL/g , 8 圖9 分別為放大1250 倍和10000倍時(shí)的SEM 照片。由圖8、圖9 可見(jiàn), 3 #顆粒尺寸均勻, 呈比較規則的球形, 沉降體積較大。6# 顆粒較大, 沉降體積較小。
2.2 輕質(zhì)碳酸鈣沉降體積對試樣力學(xué)性能的影響
輕質(zhì)碳酸鈣沉降體積對試樣力學(xué)性能的影響如表2 、圖10 和圖1 所示。由圖10 可見(jiàn), 輕質(zhì)碳酸鈣沉降體積增大, PVC 制品屈服強度變化趨勢不明顯, 但斷裂強度則明顯增大。廠(chǎng)家E 和廠(chǎng)家C 的沉降體積分別為3.1、2.9m L/ g 時(shí), 二者對試樣強度的影響相近。
  由圖11 可見(jiàn), 隨著(zhù)沉降體積的增大, 斷裂伸長(cháng)率明顯增大; 當沉降體積大于2.7mL/g 時(shí), 斷裂伸長(cháng)率高于基準樣, 表明對制品韌性有所提高。廠(chǎng)家E 的輕質(zhì)碳酸鈣沉降體積為3.1 m L / g, 增韌效果最好。
由表2 、圖l0 和圖11 可見(jiàn), 輕質(zhì)碳酸鈣沉降體積大于2.7mL/g 時(shí), 試樣的綜合力學(xué)性能較好。
3 結論
(1) 廠(chǎng)家E 的碳酸鈣與其他廠(chǎng)家的碳酸鈣顆粒形態(tài)相差較大。廠(chǎng)家E 的碳酸鈣初級粒子呈細長(cháng)的紡錘形, 尺寸均勻, 粒子團聚松散, 間隙大; 團聚粒子呈規則的球形, 尺寸均勻, 屬于高結構形態(tài), 因此沉降體積和吸油量較高。
(2) 廠(chǎng)家A、廠(chǎng)家B、廠(chǎng)家C、廠(chǎng)家D 的碳酸鈣沉降體積在2.2-2.3mL/g 時(shí), 其初級粒子呈紡錘形;廠(chǎng)家B 和廠(chǎng)家C 的碳酸鈣粒子團聚相對松散, 間隙較大, 因此吸油量較大; 廠(chǎng)家A 和廠(chǎng)家D 的碳酸鈣粒子團聚密實(shí), 團聚粒子尺寸不均勻, 所以吸油量較小。
(3) 當采用同一廠(chǎng)家生產(chǎn)的碳酸鈣時(shí), 隨著(zhù)碳酸鈣沉降體積的增大, 試樣的力學(xué)性能提高, 當輕質(zhì)碳酸鈣沉降體積大于.7mL/g 時(shí), 試樣綜合力學(xué)性能較好。
作者：張玉瑾 , 賈永明, 王輝（浙江中財管道科技股份有限公司）
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