高抗沖PVC復合樹脂加工性能研究

張蘭華，張玉，賈曉偉，王會昌

（河北盛華化工有限公司，河北省氯堿工程技術研究中心，河北張家口075000）

高抗沖PVC復合樹脂加工性能研究

張蘭華，張玉，賈曉偉，王會昌

（河北盛華化工有限公司，河北省氯堿工程技術研究中心，河北張家口075000）

研究了聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網絡結構的PVC復合樹脂在管材加工方面的應用。研究結果表明，該復合樹脂的流動性較好、易加工、熱穩定性好、加工溫度范圍寬，尤其是沖擊強度大幅提高、韌性強。

PVC復合樹脂；聚丙烯酸酯；管材；加工性能

2 原料

主要原料及配方見表1。

表1 主要原料及配方表

3 混料工藝

在低速下，加入復合樹脂、熱穩定劑；在高速和60℃條件下，加入內潤滑劑；在高速和80℃條件下，加入填充料、鈦白粉、外潤滑劑、著色劑等。隨著物料溫度不斷上升，復合樹脂顆粒和其他組分不斷相互滲透，復合樹脂顆粒表面逐漸吸收或吸附穩定劑、潤滑劑等。當物料溫度升至100℃左右時，很容易除去復合樹脂及助劑中的水分和其他易揮發物，避免了在擠出過程中產生氣泡；當物料升至120℃以上（通用PVC樹脂在115～120℃）時，可形成均勻、穩定的干混合料。熱混后應立即冷混，以防止熱混料長時間在高溫下存放而發生分解。同時，熱混料如不經過冷混，在自然狀態下冷卻易重新吸收水分，對擠出加工造成不良影響。冷混料出料溫度為40℃、冷卻水溫度為13～15℃。

4 加工性能分析

該公司采用上海科創橡塑機械設備有限公司XSS-300型轉矩流變儀測試1#、2#料的加工流變性能，分析其在熔融狀態下各參數的變化規律，從而為確定加工條件提供參考。塑化曲線是全面評價PVC樹脂加工性能的重要依據，也是研究PVC加工工藝和配方的有效途徑。實驗條件為：物料質量63 g；溫度185℃；時間12 min；載荷5 kg；轉速：40 r/min。

表2 實驗結果表

從表2及圖1可以看出，2#配方料在添加了15份碳酸鈣后，物料熔融時間、平衡扭矩、物料流動性較不添加碳酸鈣的1#配方料有所變化，但變化不大。2種料的熔融時間都不長，只有幾十秒；平衡扭矩均較低、流動性較好，說明易于加工；經過12 min混煉后，均未出現分解現象。

5 管材生產

主要生產設備為錐形雙螺桿擠出機，SJ-65/132，青島福順塑料機械有限公司；高速混合機組，SRLZ300/600，張家港市港豐機械廠。

對1#、2#料分別進行10 mm SDR41（壁厚2.7 mm）給水管材生產，工藝參數如下：電流：50~55 A；主機轉速：250~300 r/min；牽引轉速：900~950 r/min；喂料轉速：500~600 r/min；真空度：-0.08MPa；1區至10區的控制溫度分別為：165℃、170℃、175℃、180℃、180℃、180℃、175℃、175℃、180℃、185℃。加工表現為管材無彎曲，內外表面光滑且有光澤，物料擠出均勻、穩定。

6 管材檢測

按照GB/T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》，對上述管材分別進行維卡軟化溫度、縱向回縮率、二氯甲烷浸漬試驗、落錘沖擊試驗及液壓試驗的檢測。結果見表3、表4、表5、表6、表7。

表3 維卡軟化溫度測試結果℃

表4 縱向回縮率測試結果%

表5 二氯甲烷浸漬試驗結果N

表6 落錘沖擊試驗結果

表7 管材液壓試驗結果

從以上檢測結果可以看出，2#料既使加入了15份碳酸鈣，所有檢測項目也均達到或超過了GB/ T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》中的技術指標。

7 結果分析與討論

用聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網絡結構的聚氯乙烯復合樹脂生產的給水用管材各項技術指標均能達到或超過GB/T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》中的要求，液壓試驗中反復地補壓、泄壓，管材只是輕微脹起，低溫落錘沖擊五十余次，均未破裂，而且，增加填充劑的含量對性能無影響，說明材料在保證剛性強度的同時，韌性較高，適于加工各種管材，是生產高抗沖管材的新型復合材料。

該復合樹脂除了上述優點外，還具有以下特點。

（1）加工溫度范圍寬、熱穩定性好。PVC-SG5樹脂經物理改性后的塑料制品配方一般加工溫度為185~190℃，而由復合樹脂調配的塑料制品配方加工溫度為180~200℃。聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網絡結構的聚氯乙烯復合樹脂在180~200℃時，經微觀形態電鏡掃描，微觀形態相差不大，丙烯酸酯粒子為“核-殼”結構的橡膠球彈性體均勻地分布在基體樹脂間并能夠偶聯到基體樹脂上，從而起到抗沖擊改性作用。而經CPE等改性劑改性的PVC樹脂在190~200℃時的微觀形態相差很大，在190℃時，改性粒子形成了一個包裹PVC初級粒子的網狀結構，可以獲得良好的抗沖擊增韌效果；而在200℃時，PVC初級粒子完全熔融，網狀結構消失而轉變為球體分散于PVC樹脂基體中，導致抗沖擊改性效果大幅下降。加工生產試驗結果表明，復合樹脂加工溫度范圍明顯比添加各種增韌劑的PVC共混料加工溫度范圍寬。從材料的加工性能分析可知，有機錫熱穩定劑的用量為0.8~1.2份，在混合裝置中混煉12 min后，材料也未出現分解現象，這說明復合樹脂的熱穩定性較好，一定程度上可降低生產成本。通常在PVC-SG5樹脂和復合樹脂中有機錫熱穩定劑的添加量分別為：1.2～1.5份、0.8～1.2份。

（2）流動性好。熔融時間是衡量物料塑化性能的重要指標，2種配方料的熔融時間都不長，說明材料的塑化性能較好；平衡轉矩是物料表觀黏度的度量，決定著設備生產時的功率消耗，2種配方料的平衡扭矩均較低，說明復合樹脂的黏度較低、流動性較好、易于加工。復合樹脂在實際加工中，流動性優于通用樹脂，在塑料制品配方中可以不加ACR加工助劑，潤滑劑的添加量也少于通用樹脂。由于流動性好，可降低生產時設備的功率消耗，減少了對設備的磨損，在一定程度上降低了成本。通常情況下，潤滑劑和加工助劑ACR在100份SG5-PVC樹脂中的添加量為：PVC-SG5：1.5份、1~2份；復合樹脂只加1.2份潤滑劑。

（3）沖擊強度高。為了不改變材料本身的性能，分別在復合樹脂和PVC-SG5樹脂中只加內、外潤滑劑和熱穩定劑，不添加任何其他改性劑和助劑，混料后在雙輥煉塑機上于180℃下煉塑大約5分鐘，然后熱壓成板，再冷壓、制樣，按照GB/T1043.1-2008/1eA檢測材料的缺口沖擊強度。試驗條件為：簡支梁沖擊試驗；4J擺錘；23℃；硬脂酸鈣及十八醇各0.8份；有機錫（8831）2份。PVC-SG5樹脂、復合樹脂的缺口沖擊強度分別為3 kJ/m2、70 kJ/m2。

試驗結果表明，同樣條件下，復合樹脂的沖擊強度要遠遠高于普通樹脂的沖擊強度。

8 結論

（1）該復合樹脂沖擊強度高、韌性好，加工配方中不必另外加入抗沖改性劑。

（2）加工試驗結果表明，該復合樹脂具有塑化時間短、流動性好、易加工、熱穩定性好以及加工溫度范圍寬等特點。

（3）用該樹脂生產的管材內外表面光滑且有光澤、物料擠出穩定。

（4）雖然增加了聚丙烯酸酯種子乳液的成本，但該成本較低，對樹脂總成本影響不是很大。因該復合樹脂質量好、韌性高，可以適當提高售價，增加利潤。

（5）河北盛華化工有限公司生產的聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網絡結構的聚氯乙烯復合樹脂經該公司管材車間、張家口市偉業管業有限公司、張家口市方盛塑業有限公司試用后，普遍反映該復合樹脂具有塑化性能好、擠出穩定、擠出速度快、制品內外表面光滑且有光澤、易加工、韌性好等特點。同時，可減少潤滑劑、穩定劑的用量，省去抗沖改性劑和加工助劑，適量增加碳酸鈣等填料的用量，因此，在一定程度上降低了產品的生產成本，具有廣闊的應用前景。

Processability research about interpenetrating polymer networks compound PVC resin of polyacrylate in-situ polymn

ZHANG Lan-hua，ZHANG Yu，JIA Xiao-wei，WANG Hui-chang
（Hebei Shenghua Chemical Industry Co.，Ltd，Hebei Province Chlor-Alkali Technology Research Centre，Zhangjiakou 075000,China）

The application of interpenetrating polymer networks compound PVC resin of polyacrylate in-situ polymn in pipes process.The result indicated its flowability is better，easily for processing，the thermal stability is better，processing temperature range is wider，especially its impact resistance strength has a obvious improvement and its toughness is very good.So this kind resin is a new type high-impact resistance compound PVC resin

compound PVC resin；polyacrylate；pipe；processability

TQ325.3

B

1009－1785(2012)09-0020-03

1 簡介

聚氯乙烯（PVC）硬制品具有強度高、硬度大、難燃、耐腐蝕、絕緣等特點，以其良好的物理性能、化學性能及低廉的價格等優勢廣泛應用于各行業中。但是，單一的硬質PVC制品的缺口沖擊強度很低、韌性差、在受沖擊時極易脆裂，因此，在加工配方中，需要添加沖擊改性劑以獲得足夠的沖擊性能，達到增韌、增強的目的。目前，中國提高PVC硬制品的沖擊性能幾乎全部采用共混增韌的方法，即在PVC樹脂中加入各種沖擊改性劑如CPE、ABS、MBS、ACR、ACM等以提高產品韌性，該方法屬于物理改性的一種，具有樹脂分散性差、助劑吸收不好、塑化不均、增韌效率低等缺點。因此，研究生產一種同時具有高硬度、高韌性的PVC專用樹脂來取代上述共混增韌樹脂是必要的。河北盛華化工有限公司和河北工業大學共同開發的聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網絡結構的PVC復合樹脂填補了這一空白。

丙烯酸酯類共聚物是一種以交聯的丙烯酸烷基酯橡膠彈性體為核、聚甲基丙烯酸烷基酯為殼的雙層或多層結構的共聚物，“核-殼”粒子可均勻地分散在PVC基體材料中，并和PVC相互作用，起到類似丙烯酸酯類共聚物加工助劑的效果，促進PVC樹脂的塑化和凝膠化。聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿網絡結構的聚氯乙烯復合樹脂（以下簡稱復合樹脂），正是利用了上述這些特點，通過原位聚合對PVC樹脂進行微觀改性。改性后的PVC復合樹脂克服了上述共混增韌方法的缺點，在使用該樹脂加工制品的配方中，不必另外加入增韌改性劑，在不影響其他性能指標的前提下，同樣能達到更優異的增韌效果。且該產品具有塑化時間短、加工范圍寬、流動性好、韌性高等特點，經過多次加工生產試驗，在PVC-U管材試驗生產中取得了良好的應用效果。

張蘭華（1969—），女，工程師，1992年畢業于河北輕化工學院（今河北科技大學）有機化工專業，現在河北盛華化工有限公司技術研發處從事分析檢測工作。

2012-02-16