多層復(fù)合家電膜中PVC基材的改性研究

吳 昊，曹有名，孫興好

（廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510006）

多層復(fù)合家電膜中PVC基材的改性研究

吳 昊，曹有名，孫興好

（廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510006）

用NBR對(duì)家電膜中PVC基材進(jìn)行共混改性，對(duì)PVC基材的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試并對(duì)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，結(jié)果表明：隨著NBR加入量的增加，PVC與CaCO3的界面結(jié)合狀況明顯改善，材料的斷裂伸長(zhǎng)率大幅增加，NBR加入量為15份時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到559．91%，較沒有加入NBR時(shí)增大50%；拉伸強(qiáng)度變化不大，約為24MPa；撕裂強(qiáng)度和拉伸屈服應(yīng)力略有下降．綜合考慮，NBR加入10～15份時(shí)，PVC基材的綜合性能最佳．

聚氯乙烯；丁腈橡膠；斷裂伸長(zhǎng)率

近年來，多層復(fù)合家電膜作為新型高分子材料，與金屬板材實(shí)施熱貼合，可以完全替代油漆［1］．多層復(fù)合家電膜加工過程體現(xiàn)了節(jié)能減碳、能夠大幅降低對(duì)環(huán)境的污染；儲(chǔ)存過程成本低，使用時(shí)耐磨損耐腐蝕性好、而且色彩豐富及裝飾效果好，可用于冰箱門體面板、空調(diào)面板、洗衣機(jī)外殼等方面，應(yīng)用前景廣．

國(guó)內(nèi)多層復(fù)合家電膜尚處于研制階段，存在一些問題如聚氯乙烯（PVC）韌性較差，易發(fā)皺；制備軟質(zhì)家電膜時(shí)需要加入大量增塑劑，低分子量增塑劑易遷出，導(dǎo)致家電膜在長(zhǎng)期使用過程中變硬，性能變差．近年來許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，高海燕等人［2］采用P83改性PVC，隨著P83用量增加，共混物的斷裂伸長(zhǎng)率不斷提高，拉伸強(qiáng)度和熔體流動(dòng)性呈單峰形變化，P83用量為20份（質(zhì)量份數(shù)，下同）時(shí)，力學(xué)性能和加工性能最佳．Qingguo Wang［3－4］等人采用超細(xì)全硫化粉末丁腈橡膠（NBR－UFRP）改性硬質(zhì)PVC，通過改性CaCO3在PVC基體中達(dá)到了好的分散效果，PVC材料的拉伸強(qiáng)度略有增加，韌性得到了明顯提高，而且NBR粒徑越小，性能增加越大．本論文采用粉末丁腈橡膠（NBR）共混改性PVC，略降低力學(xué)性能的情況下，明顯提高了PVC

材料的韌性，滿足了應(yīng)用的需要［5］．

1 共混改性機(jī)理

NBR和PVC的極性、溶解度參數(shù)均十分相近，而且NBR中含有少量的PVC樹脂隔離劑，和PVC的相容性好［6－7］．在 NBR 和 PVC 共混體系中，NBR相分散于PVC相中形成“海－島”結(jié)構(gòu)，連續(xù)的PVC相保持材料的力學(xué)性能，在受到?jīng)_擊時(shí)分散的NBR相成為材料的應(yīng)力集中點(diǎn)，誘發(fā)產(chǎn)生銀紋及剪切帶，吸收能量［8］．同時(shí)，NBR的加入能改善PVC和Ca－CO3的相容性，減小分散相粒徑，減少體系的缺陷，增韌效果明顯．

2 試驗(yàn)部分

2．1 原 料

PVC（型號(hào)S－60），臺(tái)灣臺(tái)塑公司產(chǎn)品；NBR（型號(hào)Chemigum P83）預(yù)交聯(lián)的丙烯腈和丁二烯的共聚物，其中丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33%，以PVC樹脂進(jìn)行隔離以保障NBR的自由流動(dòng)，法國(guó)伊立歐化學(xué)公司產(chǎn)品；稀土鈣鋅穩(wěn)定劑（型號(hào)GS－21A），廣州廣洋高科技股份有限公司產(chǎn)品；CaCO3及DINP、環(huán)氧大豆油均為一般工業(yè)品．

2．2 試驗(yàn)方法

首先將穩(wěn)定劑和PVC粉末混合，再加入增塑劑和CaCO3，攪拌均勻．然后用雙輥開放式煉塑機(jī)將混合好的粉體進(jìn)行塑化，前輥溫度為160℃，后輥溫度為165℃，塑煉2 min后加入NBR，再繼續(xù)塑煉8 min，調(diào)節(jié)輥距拉出片材．將塑化好的片材放入塑料模具中，用平板硫化機(jī)在180℃下熱壓6 min，壓板的上限壓力為12 MPa，然后將模具放入冷壓機(jī)中，冷壓300 s．最后將壓制好的片材在沖片機(jī)上裁剪成相應(yīng)形狀，分別進(jìn)行拉伸測(cè)試和撕裂測(cè)試．

用微機(jī)控制電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉伸測(cè)試和撕裂測(cè)試，拉伸測(cè)試按照塑料拉伸性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) GB／T1040－92進(jìn)行，拉伸速度為100 mm／min，原始標(biāo)距為25 mm；撕裂測(cè)試是按照通用撕裂試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，拉伸速度為100 mm／min．在低真空環(huán)境中，用掃描電鏡（SEM）觀察試樣斷面的微觀結(jié)構(gòu)．

2．3 儀器與設(shè)備

SK－160B型雙輥開放式煉塑機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠制造；QLB－D型平板硫化機(jī)（熱壓），上海橡膠機(jī)械一廠制造；ST92－70型平板硫化機(jī)（冷壓），廣州皮革機(jī)械廠制造；CP－25型沖片機(jī)，上?；C(jī)械四廠制造；CMT4204型微機(jī)控制電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司制造；S3400N型掃描電子顯微鏡，日本日立公司生產(chǎn)．

3 結(jié)果與討論

3．1 微觀結(jié)構(gòu)

圖1為試樣的掃描電鏡圖，圖中顏色較深部分為PVC基體，發(fā)亮部分為CaCO3粒子．從圖1（a）可見，不加NBR時(shí)，CaCO3粒子與PVC基體間有空隙存在，而且CaCO3團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重．這表明兩種組分間相容性差、結(jié)合力弱，在受力時(shí)PVC材料的缺陷會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，影響材料的強(qiáng)度和韌性．從圖1（b）可見，加入15份NBR后，CaCO3粒子與PVC基體間空隙基本消失，CaCO3粒子分散均勻而且部分包埋在PVC基體中，界面結(jié)合狀況明顯改善．這表明NBR的加入能改善CaCO3和PVC間的結(jié)合狀況，使PVC材料中的缺陷減少、韌性提高．

圖1 試樣的SEM圖（a）不加 NBR；（b）NBR加入量為15份

3．2 力學(xué)性能

圖2為NBR加入量對(duì)PVC斷裂伸長(zhǎng)率的影響．從圖2可見，隨著NBR加入量的增加，PVC材料的斷裂伸長(zhǎng)率明顯提高．當(dāng)NBR加入15份時(shí)，PVC的斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到559．91%，較沒有加入NBR時(shí)增大近50%；繼續(xù)增大NBR的含量，PVC的斷裂伸長(zhǎng)率提高不大．這是由于NBR和PVC的相容性好，NBR在PVC基體中分散均勻并作為應(yīng)力集中點(diǎn)吸收沖擊能；NBR能夠改善PVC和CaCO3的相容性，提高CaCO3的分散程度，起到增韌PVC的作用．

圖2 NBR加入量對(duì)PVC斷裂伸長(zhǎng)率的影響

圖3為NBR加入量與PVC材料撕裂強(qiáng)度的變化曲線．從圖3可見，當(dāng)NBR加入量小于10份時(shí)，PVC的撕裂強(qiáng)度明顯下降；當(dāng)NBR加入量繼續(xù)增加時(shí)，PVC撕裂強(qiáng)度下降趨勢(shì)減緩；當(dāng)NBR加入量為15份時(shí)，PVC的撕裂強(qiáng)度下降到95．95 MPa，較沒有加入NBR時(shí)下降20%．

圖3 NBR加入量對(duì)PVC撕裂強(qiáng)度的影響

圖4為NBR加入量對(duì)PVC拉伸強(qiáng)度及拉伸屈服應(yīng)力的影響．從圖4中拉伸強(qiáng)度曲線可以看出，隨著NBR加入量增加，PVC的拉伸強(qiáng)度基本不變，保持在24MPa左右，表明NBR的加入對(duì)PVC材料的強(qiáng)度影響較?。畯膱D4中拉伸屈服應(yīng)力曲線可見，隨著NBR加入量增加，PVC的拉伸屈服應(yīng)力持續(xù)下降，表明NBR以軟鏈段形態(tài)分散于PVC中，使得共混材料的柔韌性增加，分子間作用力下降．

綜合考慮，NBR的加入在改善PVC材料韌性的同時(shí)，力學(xué)性能略有下降，當(dāng)NBR的加入量為10～15份時(shí)，PVC材料的綜合性能最佳．

圖4 NBR加入量對(duì)PVC拉伸強(qiáng)度及拉伸屈服應(yīng)力的影響

4 結(jié) 論

在PVC材料中加入NBR，使PVC和CaCO3的兩相界面結(jié)合狀況得到明顯改善，材料的缺陷減少，斷裂伸長(zhǎng)率大幅增加；拉伸強(qiáng)度基本不變，約為24MPa；撕裂強(qiáng)度和拉伸屈服應(yīng)力略有下降．NBR加入10～15份時(shí)，PVC的綜合性能最佳．

［1］徐長(zhǎng)亞，葉雪康，陳連星，等．現(xiàn)代建筑用PVC膜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料工藝研究［J］．產(chǎn)業(yè)用紡織品，2008（6）：37－39．

［2］高海燕，何力，龔明禮．用P83改性PVC的研究［J］．貴州化工，2008，32（2）：28－30．

［3］WANG Qingguo，ZHANG Xiaohong，LIU Shanyuan，et al．Ultrafine full－vulcanized powdered rubbers／PVC compounds with higher toughness and higher heat resistance［J］．Polymer，2005，46：10614－10617．

［4］WANG Qingguo，ZHANG Xiaohong，DONG Weifu，et al．Novel rigid poly（vinyl chloride）ternary nanocomposites containing ultrafine full－vulcanized powdered rubber and untreated nano－sized calcium carbonate［J］．Materials Letters，2007，61：1174－1177．

［5］趙永仙，胡錫虎，連強(qiáng)．NBR改性PVC性能的研究［J］．塑料加工應(yīng)用，1999（4）：9－11．

［6］趙永蕓，張殿榮，吳剛，等．高聚合度聚氯乙烯／粉末丁腈橡膠共混型熱塑性彈性體［J］．合成橡膠工業(yè)，1999，22（1）：35－37．

［7］張殿榮，趙永云，楊清芝，等．用粉末丁腈橡膠改性高聚合度聚氯乙烯的研究［J］．特種橡膠制品，2001，22（6）：6－12．

［8］楊坤民，陳福林，張興華．NBR增韌改性PVC的加工進(jìn)展［J］．聚氯乙烯，2004（3）：1－5．

Study on modification of PVC substrate for multi－layer composite home appliance membrane

WU Hao，CAO You－ming，SUN Xing－h(huán)ao
（Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China）

The PVC substrate was modificated by blending NBR for multi－layer composite home appliance membrane．The mechanical properties of PVC substrate were measured and microstructure was analyzed．The results showed that the interface bonding between PVC and CaCO3are greatly improved，and elongation at break of the material was obviously increased with the increasing addition of NBR．When NBR was added in 15 phr（mass fraction），elongation at break of the material reached at 559．91%，which increased fifty percent compared to PVC with no modification．Tensile strength was almost no change and approximated to 24 MPa．Tearing strength and tensile yield stress declined slightly．When addition of NBR was at 10～15 phr，the best comprehensive properties of PVC substrate was emerged．

PVC；NBR；elongation at break

TQ325．3；TQ336．4

A

1673－9981（2010）04－0631－04

收稿日期：2010－09－21

吳昊（1986—），男，山東菏澤人，研究生．