PVC 稻塑復合材料的性能研究

張軍華 羅 亞 楊曉明

（1、江蘇肯帝亞木業有限公司, 江蘇 丹陽212000 2、陜西理工大學, 陜西 漢中723000）

聚氯乙烯（PVC）具有耐化學藥品性高、電絕緣性良好、用途廣泛等突出特點，在塑膠管道、地板基材、電線電纜包覆材料等方面具有廣泛的應用。但PVC 的力學強度和耐熱性能不高，使它的應用在某些方面受到限制。將秸稈粉、稻殼粉添加到PVC中進行改性，是降低PVC 材料成本、提高PVC 材料某些性能的一個有效手段[1,2]。稻殼中富含有纖維素、木質素和二氧化硅[3]，但稻殼粉與PVC 材料之間的界面結合不佳，對稻殼粉/PVC 復合材料的強度造成影響。本文對稻殼粉進行固相研磨法表面改性后添加到PVC 中制得稻塑復合材料，對改性稻殼粉/PVC 復合材料的耐熱性能、硬度和力學性能等進行了測試和研究。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

回收聚氯乙烯(PVC)：市售；

聚磷酸銨(APP)：市售；

硅烷偶聯劑KH-550：蓋州恒達化工公司；

稻殼粉：市售，過50 目篩。

1.2 實驗設備與儀器

塑料注射成型機：型號是MA860/260G，海天塑機有限公司生產；

電子天平：型號是YP1002N，上海精密儀器公司生產；

數顯鼓風干燥箱：型號是GZX——90761BE，上海博訊實業公司生產；

萬能試驗機：型號是LDS- 20N，長春智能儀器設備公司生產；

懸臂梁式沖擊試驗機：型號是JJ-5.5，長春智能儀器設備公司生產；

邵氏硬度計：型號是LX-D，樂清艾德堡儀器公司生產。

1.3 樣品制備

1.3.1 改性稻殼粉的制備

將稻殼粉過50 目篩，然后放置在鼓風干燥箱中在80 攝氏度下干燥2 小時，再將干燥之后的稻殼粉、聚磷酸銨（APP）、KH-550 硅烷偶聯劑按100:10:5 的重量配比稱量后，置于研磨機研磨一段時間，得到改性稻殼粉。

1.3.2 秸稈/PVC 復合材料的制備

將PVC、改性稻殼粉、未改性的稻殼粉分別按表1 的配方組分將材料稱量并混合之后，加入到擠出機中進行熔融共混，從擠出機加料口到機頭的溫度依次設置在160℃-170℃-180℃-180℃，熔融混合之后的擠出物經切粒和干燥后，在塑料注射機上注塑成型得到測試用的樣條。

表1 稻殼粉/PVC 稻塑材料重量配比

1.4 測試與表征

1.4.1 耐熱拉伸測試

將樣條放入100℃烘箱中，樣條上端固定，樣條下端懸掛100g 砝碼，樣條在烘箱加熱作用下變軟而拉長，測量拉斷的時間點、拉斷時樣條被拉長的長度。樣條長度70mm，寬度10mm，厚度4mm。

1.4.2 室溫拉伸測試

采用萬能試驗機（型號是LDS-20N）對材料的拉伸強度進行測試。試樣標距50mm，寬度10mm，厚度4mm，拉伸速度30mm/min。

1.4.3 硬度測試

采用邵氏硬度計（型號是LX-D）對材料的硬度進行測試。壓針與試樣邊緣12mm，測相距6mm 的不同位置點取其平均值。

1.4.4 沖擊測試

采用懸臂梁式沖擊試驗機（型號是JJ-5.5）對材料的沖擊強度進行測試。采用沖擊缺口制樣機（型號是ZKY-I）制樣，缺口深度為2mm。

2 結果與討論

2.1 復合材料的耐熱拉伸性能

PVC 稻塑復合材料的耐熱拉伸性能的測試結果見表2 所示。由表2 可知，隨PVC 中改性稻殼粉的添加量從2%增大到10%，PVC 稻塑復合材料在100℃的環境下受砝碼拉伸力作用時，其拉斷時的時間逐漸增加，拉斷時樣條的長度也逐漸增加，表明改性稻殼粉的加入增加了PVC 稻塑復合材料的耐熱拉伸性能。與添加未改性稻殼粉的PVC 稻塑復合材料（樣品6）相比，添加改性稻殼粉的PVC 復合材料（樣品3）拉斷時的時間更長、拉斷時樣條的長度更大，表明對稻殼粉的改性使PVC 稻塑復合材料的耐熱拉伸性能得到提高。

表2 稻殼粉/PVC 稻塑材料的耐熱拉伸性能

2.2 復合材料的室溫拉伸強度

PVC 稻塑復合材料的室溫拉伸性能的測試結果見圖1 所示。由圖1 可知，當PVC 中改性稻殼粉的添加量從2%增大到10%，PVC 稻塑復合材料在室溫環境下受拉伸力作用時的拉伸強度相差不大，表明改性稻殼粉的加入沒有能有效地提高PVC稻塑復合材料在室溫的拉伸強度。與添加了未改性稻殼粉的PVC 稻塑復合材料（樣品6）相比，添加了改性稻殼粉的PVC 稻塑復合材料（樣品3）的拉伸強度更大些，這表明對稻殼粉的改性能提高PVC 稻塑復合材料在室溫下的抗拉伸強度，這歸功于稻殼粉的表面有機化改性有助增加稻殼粉和PVC 基材間的界面結合力。

圖1 稻殼粉/PVC 稻塑材料的拉伸強度測試結果

2.3 復合材料的硬度

PVC 稻塑復合材料的硬度測試結果見圖2 所示。由圖2 可知，當PVC 中改性稻殼粉的加入量從2%提高至10%時，PVC 稻塑復合材料的硬度先是有所減小而后增加，改性稻殼粉的加入量在10%時PVC 稻塑復合材料的硬度達至最大，這表明改性稻殼粉的加入量要較大時才能使PVC 稻塑復合材料具有較高的硬度。

圖2 稻殼粉/PVC 稻塑材料的硬度測試結果

2.4 復合材料的沖擊強度

PVC 稻塑復合材料的沖擊強度測試結果見圖3 中所示。由圖3 可知，當PVC 中改性稻殼粉的加入量從2%增大至10%時，PVC 稻塑復合材料的沖擊強度相差并不大，這表明加入改性稻殼粉沒有能有效地提高PVC 稻塑復合材料的沖擊強度。與添加了未改性稻殼粉的PVC 稻塑復合材料（樣品6）相比較，添加了改性稻殼粉的PVC 稻塑復合材料（樣品3）的沖擊強度要更大，這表明對稻殼粉的改性能提高PVC 稻塑復合材料在室溫下的沖擊強度，這也歸功于對稻殼粉的表面有機化改性有助增加稻殼粉和PVC 基體間的界面結合作用。

圖3 稻殼粉/PVC 稻塑材料的沖擊強度測試結果

3 結論

采用固相研磨法對稻殼粉進行了表面改性，通過熔融共混的方法制備了不同改性稻殼粉含量的PVC 稻塑復合材料。改性稻殼粉的添加入增加了PVC 稻塑復合材料的耐熱拉伸性能，對稻殼粉的改性能增大PVC 稻塑復合材料的耐熱拉伸性能。改性稻殼粉的加入量要比較大時才能使PVC 稻塑復合材料具有較高的硬度。改性稻殼粉的添加沒有能有效提高PVC 稻塑復合材料的室溫拉伸強度和沖擊強度。對稻殼粉的改性能增加PVC 稻塑復合材料在室溫下的抗拉強度和沖擊強度。