纳米CaCO_3增韧PVC-CPE复合材料的性能研究

1、第 32 卷第 2 期塑料工业2004 年 2 月CHINA PLASTICS INDUSTRY31 材料测试纳米 Ca CO3 增韧 PVC/ CPE 复合材料与应用的性能研究严海彪 , 陈艳林 , 潘国元 , 胡圣飞(湖北工学院化工系 , 湖北武汉 430068)X摘要: 研究了纳米 CaCO3 增韧 PVC/ CPE 复合材料的力学性能和流变性能。结果表明 , 纳米 CaCO3 对 PVC/ CPE 复合材料有明显的增韧作用 , 出现单峰最大值分布 ; 并与 CPE 产生协同增韧效应。PVC/ CPE 复合材料的拉伸强度随纳米 CaCO3 和 CPE 的用量的增加而稍有下降。随纳米 Ca

2、CO3 的用量增加 , PVC 熔体的塑化时间延迟了 5 倍 , 凝胶速率提高了 2 倍 , 平衡粘度增加 , 操作范围变窄 , 加工难度增加。关键词: 纳米碳酸钙 ; 增韧; PVC/ CPE 复合材料; 流变性能中图分类号: TQ32513文献标识码: B 文章编号: 1005 - 5770 (2004) 02 - 0031 - 02Research on Mechanical and Rheological Properties of PVC/ CPE Composite Toughened with Nano2scale Calcium CarbonateYAN Hai2biao ,

3、CHEN Yan2lin , PAN Guo2yuan , HU Sheng2fei(Chemical Eng1 Dept of Hubei Institute of Technology , Wuhan 430068 , China)Abstract :The mechanical and rheological properties of PVC/ CPE composite toughened by nano2scale calcium carbonate were investigated in this paper , the results showed that the toug

4、hness of PVC/ CPE composite could be ob2 viously enhanced by nano2scale CaCO3 ,and the single peak of curve appeared , nano2scale CaCO3 and CPE had syn2 ergistic action on the toughening of the composite1 The tensile strength of PVC/ CPE composite decreased a little with the increase of the content

5、of nano2scale CaCO3 and CPE1 With the increase of the content of nano2scale Ca2 CO3 , the fusion time of PVC was postponed five times , and the gelation rate was improved two times , and the equa2 tion viscosity was increased , as a result , the operation range was narrower and the processing diffic

6、ulty augmented1 Key words :Nano2scale Calcium Carbonate ; Toughening ; PVC/ CPE Composite ; Rheological PropertiesPVC 的增韧改性有两条路线: 一是添加氯化聚乙烯 (CPE) 、甲基丙烯酸甲酯2丁二烯2苯乙烯共聚物 (MBS) 等抗冲击改性剂来增韧 , 但复合材料的刚性和拉伸强度明显下降; 二是添加超微细无机刚性粒子增韧 , 复合材料的刚性和拉伸强度基本上得到保持。因此 , 超微细无机刚性粒子增韧 PVC 复合材料 , 是 PVC 改性的一种方法 , 已引起国内外科技工作者的普遍

7、关注 16 。本文采用纳米级 CaCO3 增韧 PVC/ CPE 复合材料 , 分析了纳米级 CaCO3 和 CPE 的变化对复合材料的力学性能以及流变性能的影响 , 力求获得成本低、易加工以及综合性能优良的 PVC 复合材料。1 实验部份111主要原材料PVC : 1000 , 工业级 , 武汉葛化集团树脂厂;纳米 CaCO3 : 50 nm 立方体 , 上海华明超细粉体有限公司; CPE : 135A , 工业级 , 山东潍坊亚星股份有限公司; 其它助剂: 市售。112性能测试拉伸强度: 按 GB/ T 1043 - 1993 测试; 简支梁缺口冲击强度: 按 GB/ T 1040 - 1

8、992 测试; 流变性能分析 : 在 Brabender 流变仪上进行 , 转子的速度 38 r/ min , 混合温度 190 。2 结果与讨论211纳米级 Ca CO3 对复合材料力学性能的影响图 1 为纳米级 CaCO3 的用量对 PVC/ CPE 复合材料冲击强度的影响。由图 1 可知: CPE 用量一定 , 随X 作者简介: 严海彪 , 男 , 1964 年生 , 硕士 , 副教授 , 主要从事高分子材料的共混改性及成型加工的教学和科研工作 , 已发表论文近 30 篇。brianp20 1sohu1com 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Dis

9、c Co., Ltd.All rights reserved.32 塑 料 工 业2004 年纳米级 CaCO3 用量的增大 , 复合材料的冲击强度在2030 份时 , 都出现了最大峰值 , 为单峰分布; 且比不含纳米级 CaCO3 的冲击强度增加了 8512 % 21813 % 。说明纳米级 CaCO3 对 PVC/ CPE 复合材料具有显著的增韧作用。纳米级 CaCO3 的用量一定 , 随着增韧剂 CPE 用量增加 ,PVC/ CPE 复合材料的韧性增大 , 纳米级 CaCO3 对 PVC/ CPE 复合材料的增韧作用明显提高 , 且纳米级 CaCO3 的用量由 30 份减少到 20份。因

10、此 , 纳米级 CaCO3 对 PVC/ CPE 复合材料的增韧与基体的韧性有关 , 纳米级 CaCO3 和 CPE 具有协同增韧作用。基体的韧性越大 , 协同增韧作用的效果越好。这可能是 CPE 在 PVC 中呈网状分散 , PVC 复合材料在受到外力冲击时 , 纳米级 CaCO3 刚性粒子将接受的冲击能分散 ,再将冲击能传递给韧性网络CPE , 使 CPE 分子产生屈服形变而消耗更大冲击能。图 1 纳米 CaCO3 的用量对 PVC/ CPE 复合材料冲击强度的影响Fig 1Influence of nano2scale CaCO3 content on impact strengthof

11、 PVC/ CPE composite图 2 为 PVC/ CPE 复合材料的拉伸强度与纳米级CaCO3 用量的关系。由图 2 可知 ,CPE 的用量一定 ,随着纳米级 CaCO3 用量的增大 , PVC/ CPE 复合材料的拉伸强度先快速下降 , 然后趋于平缓。纳米级 Ca2CO3 用量一定 , CPE 的用量增大 ,PVC/ CPE 复合材料的拉伸强度也下降。212纳米级 Ca CO3 对复合材料流变性能的影响表 1 为纳米 CaCO3 对 PVC/ CPE 复合材料的流变性能的影响。由表 1 看出 , CPE 的用量 8 份 , 纳米CaCO3 的用量由 0 份增加到 40 份时 , 复

12、合材料的熔融塑化时间由214 min 增加到 1413 min , 塑化延迟了5倍; 凝胶速率逐步增加 , 由 1919 N m/ min 增加到 5819 Nm/ min , 增加了 2 倍; 但纳米 CaCO3 为 30 份以后 , 凝胶速率变化趋于恒定; 熔体的平衡温度稍有增加; 平衡转矩由 2514 Nm 增加到 3016 Nm , 即熔体加工粘度明显增加。这说明了纳米 CaCO3 的加入 ,使 PVC 的成型加工困难 , 操作范围变窄。当纳米 Ca2CO3 为 30 份 , CPE 的用量由 4 份增加到 8 份时 , 复合材料熔体的塑化时间缩短了 118 倍 , 平衡转矩、平衡温度

13、和凝胶速率稍有增加 , 有利于 PVC 熔体的加工。图 2 纳米 CaCO3 的用量对 PVC/ CPE 拉伸强度的影响 Fig 2 Influence of nano2scale CaCO3 content on tensile strength of PVC/ CPE composite表 1纳米 CaCO3 / PVC 复合材料的流变性能Tab 1 Rheological property of nano2scale CaCO3 / PVC composite纳米 CaCO3 用量CPE 的用量指标(CPE 8 份) / 份(纳米 CaCO330 份) / 份02030404812塑化时

14、间/ min2 42 66 014 313 36 04 71111111平衡转矩/ Nm 25 428 429 030 628 829 029 01111111平衡温度/ 203 0205 0205 0206 0199 0205 0206 0凝胶速率1111111Nm/ min191 9301 4581 458194918581 4551 03 结论1) 纳米 CaCO3 对 PVC/ CPE 复合材料有明显的增韧作用 ,出现单峰最大值分布。其增韧与基体韧性相关 ,基体韧性越大 , 出现峰值时纳米 CaCO3 的用量越小 ,增韧效果越明显 ,并与 CPE 产生协同效应。2) PVC/ CPE

15、复合材料的拉伸强度随纳米 CaCO3和 CPE 的用量的增加而稍有下降。3) 纳米 CaCO3 用量增加 ,塑化时间延迟 5 倍 ,凝胶速率提高 2 倍 ,平衡粘度增加 ,操作范围变窄 ,加工难度增加。参 考 文 献1 Shang S W ,Williams J W. J Mater Sci ,1994 ,29 :24062 Shang S W ,Williams J W , Soderbolm K J M. J Mater Sci ,1995 , 30 :43423 黄锐 1 塑料工业 ,1997 , (3) :1604 Katl H S , Milewsk V1 Handbook of filler and Reinforcement for