CaCO3和SBS复合增韧PVC体系的性能研究.

1、CaC03 和 SBS 复合增韧 PVC 体系的性能研究陈志俭万莉刘廷华（四川大学高分子材料科学与工程学院，成都,610065摘要:本文探讨了钛酸脂和硬脂酸处理 CaCO3 效果的差异以及 CaCO3 含量 PVC 力学性能的影响，同时研究了 CPE 增容 PVC/ CaCO3/SBS 共混体系的力学性 能。研究结果表明,CPE 对 PVC / CaCO3 / SBS 具有良好的增容作用，可使冲击强度明显提高。关键词:聚氯乙烯碳酸钙苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物氯化聚乙烯增容剂聚氯乙烯制品由于其具有耐腐蚀、耐磨损、价格低廉和材料来源众多等优点，广泛应用于建筑、工业、农业、包装、电力、办公事业等领

2、域。其中硬质聚氯乙烯 的用量占 60%1,但硬质 PVC 材料耐冲击性能较差，严重影响的 PVC 使用，因此提高PVC 韧性就显得十分必要。近年来采用 CaCO324和 SBS56增韧 PVC 的研究 已经非常广泛但用 CaCO3 和 SBS 复合增韧 PVC 的研究还未见报道。本文采用活 性 CaCO3和 SBS 对 PVC 进行复合增韧，以期获得较佳的力学性能。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

3、.2 主要仪器和设备单螺杆挤出机，SJ-20A 忽 5,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，lnstron corporation;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 100C，然后按比例将经处理的 CaC03 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

4、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/T 1040-92 进行测试,试样为I型标准样条。缺口冲击强度：按 GB/T 1843-96 进行测试，取样条为 65mM10mM4mm,铣 A 型 缺口，缺口深度为 2）.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

5、量为 1 份时达到最大值5.85KJ/m2,是未处理CaC03冲击强度的1.29倍 （未处理CaC03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 CaC03 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 CaCO 3,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。0.00.51.01.52.02.53.034567钛酸酯硬脂酸冲击强度/K J m-2 偶联剂/phr项目处理剂含量/ phr11.52 2.53 拉伸强度 MPa钛酸脂处

6、理体系 48.43 49.66 48.3348.648.94 硬脂酸处理体系48.43 49.53 47.72 47.4846.782.2 CaCO 3 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 CaCO 3 后复合体系力学性能的变化。复合 材料的冲击强度先随CaCO 3 的增加而增加，在 CaCO 3 的添加分数达到 20 份时达到最大值6.48KJ/m 2，是没有添加 CaCO 3 冲击强度的 1.4 倍，此后就开始下降。拉伸强度则随 CaCO 3的增加而降低。这说明用硬脂酸处理后的CaCO 3 对 PVC 起增韧的作用。CaCO 3 在复合体系中其应力集中的

7、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25301015202530234567冲击强度/J K /m2 碳酸钙含量/phr 0510152030354045505560拉伸强度/M P a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. 1 Effects of differe nt treat age nts on impact stre ngth of PVC compo undmaterials表 1不同处理剂对 PVC复合材料拉伸强度的影响 Tab. 1 Effects of different treata

8、gents on tensile strength of PVC compound material 图 2 CaCO 3 含量对 PVC 复 合材料冲击强度的影响 Fig. 2 Effects of differe nt conten t of CaCO 3 on impact stre ngth 图 3CaCO 3 含量对 PVC 复合材料拉伸强度的影响Fig. 3 Effects of differe nt content of CaCO 3 on ten sile stre ngth2.3 SBS 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 SB

9、S 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 CaCO 3 的添加分数达到 6 份时达到最大值 9.72KJ/m 2，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/ CaCO 3/CPE-SBS 共混物的冲击性能要优于 PVC/ CaCO 3/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/m 2。 本项研

10、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。48121645678910

11、11 冲击强度/M P aSBS 含量 /phr无 CPE CPE48121601020304050拉伸强度/M P aSBS 含量 /phr无 CPE CPE3 结论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；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；在 P VC/ CaCO 3/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

12、献1 张国民我国 PVC 技术进展、供求分析及发展预测J.2OO3 年塑料助剂和塑 料加工应用技术研讨会论文集,2003.11.2 魏刚、黄锐、宋波等.CPE 包覆纳米 CaCO 3 对 PVC/纳米 CaCO 3 复合材料 结构与性能的影响J中国塑料,2003,17(4:3538. 3刘晓明、冯钠、徐懋等.弱界面 无机粒子填充 P-U 形变与韧化的微观机理J.中国塑料,2002,16(4:1619.4胡圣飞、林志云.纳米级 CaCO 3 填充 PVC/CPE 复合材料研究J.塑料工业,2000,28(1:1415. 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,2000,2

13、8(2:12.图 4 SBS 含量对 PVC 复合材料冲击强度的影响 Fig. 4 Effects of different content ofSBS on impact strength 图 5 SBS 含量对 PVC 复合材料拉伸强度的影响 Fig. 5 Effects ofdiffere nt content of SBS on ten sile stre ngth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.Study of the toughe ned PVC ble nds with CaCO3 and SBS

14、CHEN Zhi-jia n,Wa n Li,LIU Ti ng-hua(College of Polymer Materials Scie nee and Engin eeri ng, Sichua n Uni versity,Che ngdu 610065,Ch inaAbstract: The differe nt effect of CaCO3 dealt with tita nate coupli ng age nt andstearic acid is discuss in this paper, and the in flue nce of differe nt content of CaCO3 to themechanical propertie