改性納米碳酸鈣增韌PVC技術(shù)問題研究

孫赫(長(zhǎng)春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

改性納米碳酸鈣增韌PVC技術(shù)問題研究

孫赫(長(zhǎng)春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

本文基于改性納米碳酸鈣以及PVC材料的特性，將兩者設(shè)計(jì)一定的實(shí)驗(yàn)以檢測(cè)前者對(duì)于后者性能改善方面的影響。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)后復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析表明：ACR在PVC性能提升中具有重要的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)為ACR在提升復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度的同時(shí)并不會(huì)減弱PVC材料的剛性；將兩者按照一定比例混合使用后，不僅能夠提升缺口的沖擊度而且能夠提升斷裂伸長(zhǎng)率，整體改善后的性能良好。

納米碳酸鈣;聚氯乙烯;丙烯酸酷橡膠;增韌

1 PVC簡(jiǎn)述

PVC也即聚氯乙烯是制造業(yè)中常用的材料之一，具有優(yōu)良的阻燃性與耐腐蝕性等特點(diǎn)。同時(shí)，因整體力學(xué)性能較高而且價(jià)格相對(duì)較低，使之在建材領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用而且在其他領(lǐng)域內(nèi)的運(yùn)用率處于提升當(dāng)中。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，U-PVC產(chǎn)品在歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家PV產(chǎn)品的占比達(dá)到了70%以上，然而由于其品質(zhì)較硬而且強(qiáng)度處于3～5 kJ/m2之間，在使用過程中存在一定的性能缺陷，通過技術(shù)處理以改提升其韌性不僅是行業(yè)需求更是產(chǎn)品自身發(fā)展的趨勢(shì)。在以往的韌性處理中是通過增加膠類彈性體來實(shí)現(xiàn)的，雖然能夠提到改善韌性的目的但卻損失了其剛性，進(jìn)而影響到了材料使用的穩(wěn)定性也即存在一定的安全隱患。然而，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，為PVC材料的改性提供了新的研究方向和方法，但納米粒的運(yùn)用要求做到均勻分散在聚合物體中而且還要與之充分結(jié)合，為提升其效果則需要對(duì)其進(jìn)行改性。

2 改性納米碳酸鈣增韌PVC技術(shù)實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料準(zhǔn)備

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，需要選用平均聚合度為1000PVC、maC03、表面處理劑、ACR、KM355P。為確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，上述原料可分開采購(gòu)，選購(gòu)市場(chǎng)上主流企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，避免選擇雜牌企業(yè)的產(chǎn)品，導(dǎo)致影響實(shí)驗(yàn)的效度。

2.2 實(shí)驗(yàn)樣品的制備

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，安裝以下步驟準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需的樣品：首先，運(yùn)用高速混合機(jī)將ACR、PVC、納米碳酸鈣、輔助助劑進(jìn)行捏合，達(dá)到110℃標(biāo)準(zhǔn)之后即可停止，得到實(shí)驗(yàn)所需的混合料；其次，運(yùn)用雙輥塑煉機(jī)將捏合之后的混合料進(jìn)行混煉，當(dāng)達(dá)到8 min標(biāo)準(zhǔn)后即可，得到實(shí)驗(yàn)所需的復(fù)合料；再次，運(yùn)用平板硫化機(jī)將復(fù)合料進(jìn)行熱壓處理，當(dāng)達(dá)到7 min標(biāo)準(zhǔn)后即可，再在20 MPa環(huán)、環(huán)境進(jìn)行冷卻處理并最終得到成4 mm的實(shí)驗(yàn)樣品。

2.3 性能測(cè)試

力學(xué)性能測(cè)試：在Instron 4466型萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上按GB/T 1040-1979(1992)進(jìn)行拉仲?gòu)?qiáng)度、斷裂仲長(zhǎng)率的測(cè)試。在Zwick 1465萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上按GB/T1043-1979(1993)測(cè)試簡(jiǎn)支梁(Charily)缺口沖擊強(qiáng)度，試樣尺寸80 mmX 10 mmX 4～。在In?stron4466型萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上按ASTM D790-2007測(cè)試彎曲性能，測(cè)試速度2 mm/min。

SEM觀測(cè)：首先，收集實(shí)驗(yàn)中的樣品斷條并在斷裂面噴金；其次，采用高分辨率SEM觀測(cè)經(jīng)過噴金處理后的斷面情況并記錄在案。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.4.1 m-CaCO3和ACR用量對(duì)PVC力學(xué)性能的影響

結(jié)合實(shí)驗(yàn)中獲取到的m-CaCO3用量對(duì)PVC力學(xué)性能的影響圖像可看出，隨著m-CaCO3用量的增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度先升后降，在m-CaCO3用量為15 phr時(shí)達(dá)到了最大值，是基體PVC(5.4 kJ/m2)的3倍多。從此可知，復(fù)合材料經(jīng)過處理后，不僅其斷裂伸長(zhǎng)率在現(xiàn)有基礎(chǔ)之上得到了進(jìn)一步提升而且彎曲模量同樣得到了擴(kuò)展，處于不斷增加狀態(tài)。同時(shí)，經(jīng)過ACR處理后的PVC，在剛性方面有所下降，但是缺口的沖擊強(qiáng)度卻得到了一定程度上的提升，就整體性能而言是得到了改善，利大于弊的。

2.4.2 表面處理劑用量對(duì)PVC/ACR/納米CaCO3復(fù)合體系性能的影響

在實(shí)驗(yàn)中因考慮到CaCO3本身的特性，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中選用的基本體不僅需要具備一定韌性而且其界面還需要具備一定的結(jié)合力，才能確保應(yīng)力的有效傳遞，進(jìn)而達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。為此，在具體實(shí)驗(yàn)中采用了5phr的ACR，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖像分析發(fā)現(xiàn)該劑量對(duì)于改善PVC材料的沖擊強(qiáng)度具有明顯的作用。同時(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)獲取的圖像對(duì)比，與純PVC相比，納米Ca?CO3添加到PVC/ACR體系后，顯著提高了復(fù)合體系的缺口沖擊強(qiáng)度，且比PVC/納米CaCO3復(fù)合體系的缺口沖擊強(qiáng)度高，說明納米CaCO3和ACR具有明顯的協(xié)同效應(yīng)。此外，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的圖像發(fā)現(xiàn)，將性能經(jīng)過改變之后CaCO3運(yùn)用到復(fù)合體系材料時(shí)，不僅能夠提升材料斷裂伸長(zhǎng)率而且能夠提升缺口處的沖擊度，同時(shí)并不會(huì)影響到復(fù)合體系材料其他方面的性能，如對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響可以忽略不計(jì)。同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，當(dāng)加大處理劑劑量但不超過5 phr時(shí)，會(huì)進(jìn)一步提升復(fù)合體系材料的沖擊強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率，當(dāng)超過該劑量，其作用出現(xiàn)下降也即適宜控制在2～5 phr之間。

3 結(jié)語

綜合以上PVC性能以及上述實(shí)驗(yàn)分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：其一，改性納米碳酸鈣相比ACR增韌后PVC而言，前者不僅能夠起到提升PVC材缺口的沖擊強(qiáng)度而且能夠確保其剛性不受影響；其二，PVC填充拉伸斷裂伸長(zhǎng)率復(fù)合材料經(jīng)過2～3.5 phr劑量的處理劑的相應(yīng)處理之后，能夠在一定程度上提升了其沖擊性能以及拉伸斷裂伸長(zhǎng)率，擴(kuò)展了其使用范圍；

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