CPVC／ABS／AS與CPVC／ABS共混體系性能研究

袁茂全，王 健

（上海氯堿化工股份有限公司，上海 200241）

0 前言

CPVC是聚氯乙烯（PVC）進一步氯化的產物，是PVC重要的改性產品，CPVC的氯含量一般在61%～68%之間，由于極性元素的增加，其物理機械性能，特別是耐熱變形性、耐溶劑性、阻燃性等均比PVC有較大的提高，耐熱溫度比PVC高30～40℃，其加工溫度與ABS接近。CPVC由于含氯量的增加，使分子間的吸引力增加，使得共混體系的熔體黏度增大，加工困難，因此有報道使用甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯三元共聚物（MBS）、ABS、PVC、苯乙烯馬來酸酐類共聚物［1-5］與 CPVC 共混來提高體系的流動性，降低CPVC的熔體黏度，提升共混體系加工寬度。與PVC／ABS共混體系不同，加入CPVC不會降低ABS的使用溫度，從而使得CPVC／ABS的耐熱性能明顯優于PVC／ABS共混體系，拓寬了共混體系的應用領域。ABS與CPVC在阻燃性能上有良好的互補性，普通ABS的極限氧指數為21%，在空氣中容易燃，CPVC極限氧指數為60%以上，是一種難燃材料。再者，ABS具有比CPVC更好的抗沖擊性能，與CPVC形成共混體系可以大幅提高材料的抗沖擊性能［6］。因此，CPVC／ABS共混體系材料在原則上將擁有各項優越的性能并具有較好的應用前景，值得深入研究。

在ABS的組合中，有一類重要的組合是利用AS與高橡膠含量的ABS進行摻混、造粒后進行再加工。該組合配方中使用的ABS為粉末狀，在加工過程中容易與CPVC混合均勻。本研究針對此種組合的ABS對CPVC／ABS／AS及 CPVC／ABS共混體系力學性能、耐熱性能及阻燃性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

CPVC，ZS－601，上海氯堿化工股份有限公司；

甲基硫醇錫，TM181FS，美國羅門哈斯公司；

ABS，HR－181，韓國錦湖石化有限公司；

AS，PN－138H，鎮江奇美化工有限公司；

鈦白粉，BA01－01，上海焦化廠；

聚乙烯蠟，WE－3，上海金山星星塑料有限公司；

硬脂酸，東莞漢維新材料科技有限公司；

硬脂酸鈣，東莞漢維新材料科技有限公司。

1.2 主要設備及儀器

高速混合機，GH－10，北京市塑料機械廠；

平板硫化機，QLB－D，上海橡膠機械廠；

開放式塑煉機，SK－160B，上海橡膠機械廠；

HAKKE流變儀，RC300P，Thermo Hakke Polylab System，德國賽默飛公司；

Vicat測試儀，Ceast－6911，意大利Ceast公司；

力學性能測試儀，INSTRON 4466，美國INSTRON公司。

1.3 樣品制備

按配方準確稱量各物料，將CPVC、穩定劑甲基硫醇錫加入到高速混合機中進行混合，至60～70℃后再加入聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸鈣、鈦白粉、ABS、AS等加熱至120℃，混合均勻后出料；將開放式塑煉機升溫到190℃并恒溫0.5h，投入混合料，反復混煉均勻后出片；在190℃，16MPa壓力下，熱壓6～10min，再冷卻到室溫，啟模即可得到待測試的模板，按測試要求制成待測樣品。

1.4 性能測試與結構表征

拉伸強度按GB／T 1040.2—2006進行測試，測試速率為50mm／min；

彎曲強度按GB／T 9341—2008進行測試，測試速率為10mm／min；

沖擊強度按GB／T 1043.1—2008進行測試，試樣類型1型，缺口為B型缺口，缺口尺寸3.2mm，沖擊速度2.9m／s；

耐熱性能按GB／T 1633—2000進行測試樣品的測試維卡軟化點，升溫速率50℃／h，負載50kN；

極限氧指數按GB／T 2406—2009進行測試。

2 結果與討論

2.1 ABS含量對共混體系力學性能的影響

在ABS的加工中，通過改變ABS與AS的含量，可以獲得不同組成和不同性能的ABS／AS共混體系，再通過將該共混體系與CPVC進行共混，可以最終獲得不同共混性能的CPVC／ABS／AS三元共混體系。固定ABS／AS與CPVC之間的配比為40∶60，變化ABS與AS之間的配比，得到如圖1所示的三元、二元共混體系力學性能測試結果。從圖1（a）可以看出，隨著ABS含量的增加，CPVC／ABS／AS共混體系拉伸強度從79MPa降低到35MPa，彎曲強度從105MPa降低到40MPa，而缺口沖擊強度卻持續上升，相應地從11.5kJ／m2上升至39.5kJ／m2。同時，圖1（b）也表明在ABS含量達到30%時，其沖擊強度與含量為40%時基本接近，達到了39.3kJ／m2，這說明ABS增加到一定量時，共混體系的沖擊性能就不再增加。從整體來看，考慮到力學性能及耐熱性能，在ABS含量為15%時共混體系的各項指標均比較合理，其三元組分配比為CPVC∶ABS∶AS＝60∶15∶25，而此時材料具有較好的加工性能和表面光澤度。

圖1 ABS含量對CPVC／ABS／AS三元共混體系力學性能的影響Fig.1 Mechanical properties of CPVC／ABS／AS blends against content of ABS component

在ABS加工中，同時還考察了CPVC／ABS二元共混體系的基本性能，并將其與前述CPVC／ABS／AS三元共混體系進行了比較，以詳細評價二者之間的差別。由圖2可知，隨著ABS含量的增加，共混體系的拉伸強度和彎曲強度隨之下降，而缺口沖擊強度卻持續顯著上升，當ABS用量為25%時，沖擊已經趨于平衡，達到了52.6kJ／m2。

圖2 ABS含量對CPVC／ABS二元共混體系力學性能的影響Fig.2 Mechanical properties of CPVC／ABS blends against content of ABS component

對比圖1和圖2可以看出，單純使用ABS與CPVC共混，此二元共混體系在初始點，即ABS含量為零時的拉伸強度與彎曲強度并沒有CPVC／ABS／AS三元共混體系的高，說明AS的存在對提高共混體系的拉伸強度與彎曲強度是有好處的。在沒有AS時，隨著ABS含量逐漸增加，CPVC／ABS二元共混體系的拉伸強度和彎曲強度的下降也比較快。當ABS含量為10%時，二元共混體系體系的缺口沖擊強度達到了30kJ／m2，已經明顯高于相同ABS含量三元共混體系的25kJ／m2，說明AS的加入會降低材料的缺口沖擊強度。AS是由丙烯腈和苯乙烯共聚而成，本身不含柔性鏈段，因此其沖擊性能不如ABS高。

2.2 ABS含量對共混體系耐熱性能的影響

從圖3可以看出，隨著ABS含量的增加，維卡軟化點從103.4℃下降到了92.9℃，說明ABS含量的增加對CPVC／ABS／AS三元共混體系的耐熱性能具有負面影響，因為ABS會削弱CPVC大分子鏈間的相互作用力，使得材料的內聚能下降［7］。進一步分析表明，隨著ABS含量的逐漸增加，在ABS組分含量較少時體系耐熱性能的下降幅度較小。如圖3顯示，當ABS含量在20%以下時，維卡軟化點的下降幅度相對較小，而當ABS含量達到20%以上時，其下降幅度卻隨之迅速增大。

圖3 ABS含量對CPVC／ABS／AS三元共混體系維卡軟化點的影響Fig.3 Vicat softening point of CPVC／ABS／AS blends against content of ABS component

從圖4可以看出，隨著ABS的加入，二元共混體系的維卡軟化點也下降，但是在ABS含量10%以下時，共混體系的維卡軟化點下降趨勢不特別明顯，當ABS含量達到10%以上之后下降趨勢愈漸明顯，說明維卡軟化點的下降跟共混體系中ABS的含量有著緊密的聯系。分析可知，由于ABS結構中含有丁二烯橡膠，而丁二烯的玻璃化轉變溫度在－50℃左右，從而導致隨著ABS用量的增加共混體系會變得更加柔軟。上述結果表明，ABS的加入對共混體系的耐熱性能有較大的負面影響。

2.3 ABS含量對共混體系阻燃性能的影響

圖4 ABS含量對CPVC／ABS二元共混體系維卡軟化點的影響Fig.4 Vicat softening point of CPVC／ABS blends against content of ABS component

分別對CPVC／ABS／AS和CPVC／ABS共混體系的極限氧指數進行了測定，實驗結果如表1所示?？梢钥闯?，當CPVC與ABS／AS的總體配比保持在6∶4時，其共混體系的極限氧指數基本恒定，維持在31%左右，屬于難燃級別，因此該共混體系還具有一定的阻燃性能，同時也說明共混體系的阻燃性能主要取決于CPVC組分的含量。CPVC／ABS共混體系中，隨著ABS含量的增多，共混體系的極限氧指數下降較為顯著。當ABS的含量在15%以下時，該共混體系的極限氧指數達到了41.8%以上，可用于開發高阻燃及高韌性能材料。

表1 CPVC／ABS／AS及CPVC／ABS共混體系的極限氧指數Tab.1 The limited oxygen index of CPVC／ABS／AS and CPVC／ABS blends

3 結論

（1）ABS改善了CPVC共混體系的韌性，隨著其含量的增加共混體系的拉伸強度、彎曲強度和維卡軟化點均有所降低；

（2）在 CPVC／ABS／AS三元共混體系中，當 ABS含量達30%時，缺口沖擊強度最佳，達到39.3kJ／m2，而在CPVC／ABS二元共混體系中，ABS用量在25%時，缺口沖擊強度最佳，達到52.6kJ／m2；

（3）CPVC／ABS／AS、CPVC／ABS共混體系的極限氧指數與CPVC的用量有最密切的關聯，而與ABS和AS二者的配比基本無關。

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［6］馬 軍，袁茂全，牟南翔，等.CPVC／ABS／CPE三元共混體系的組成與性能關系研究［J］.中國塑料，2010，24（7）：24－27.Ma Jun，Yuan Maoquan，Mu Nanxiang，et al.Study on the Relationship Between Compositions and Properties of CPVC／ABS／CPE Ternary Blends ［J］.China Plastics，2010，24（7）：24－27.

［7］皮 紅，楊 濤，張風順，等.CPVC／PVC與 CPVC／ABS合金加工性能研究［J］.塑料工業，2008，36（8）：33－35.Pi Hong，Yang Tao，Zhang Fengshun，et al.Study on Processability of CPVC／PVC and CPVC／ABS Blends［J］.China Plastics Industry，2008，36（8）：33－35.