硬質(zhì)HPVC流變性能的研究

趙勁松，付志敏

(顧地科技股份有限公司，湖北 鄂州 436000)

高分子質(zhì)量聚氯乙烯(High molecular weight polyvinyl chloride)簡(jiǎn)稱HPVC，外觀為白色粉末，平均聚合度在1 700以上(一般為1 700～4 000)。與平均聚合度為500～1 500的通用型PVC制品相比，HPVC制品具有更高的拉伸、彎曲、沖擊等力學(xué)性能，耐疲勞、耐磨耗、耐寒、耐熱、抗紫外線、氣密性等性能優(yōu)異，使用溫度范圍廣。HPVC吸收增塑劑的性能好，與大量增塑劑配合所得到的制品具有橡膠彈性。在世界范圍內(nèi)，HPVC的生產(chǎn)已產(chǎn)業(yè)化10多年了。近幾年，我國(guó)HPVC的產(chǎn)量在6萬(wàn)t/a左右，但其加工應(yīng)用大多還停留在軟制品和半軟制品方面，如耐熱、耐磨、耐疲勞的特殊軟制品，具體制品有耐熱(105 ℃)電線電纜、全塑阻燃運(yùn)輸帶、水龍帶、軟管、密封墊圈、電器護(hù)罩、防滑地板磚、門(mén)窗及電器密封條、耐輻射密封材料、隔熱手套、高強(qiáng)度薄膜、高級(jí)鞋底、球類保護(hù)涂層、汽車內(nèi)飾材料以及人造革等。最近，HPVC制品又在軍工用品方面嶄露頭角，用它涂覆的織物來(lái)制造氣艇、氣墊船以及載雷達(dá)用氣球等。但硬質(zhì)HPVC制品方面的應(yīng)用很少[1-9]，國(guó)內(nèi)對(duì)HPVC的研究報(bào)道也不多[10-13]。顧地科技股份有限公司院士專家工作站以及該公司與湖北工業(yè)大學(xué)共同組建的“湖北省橡塑工程及塑料機(jī)械研究中心”，決定將“高分子質(zhì)量聚氯乙烯給水管”的研制作為重大研究課題，現(xiàn)已做了一些試探性的試驗(yàn)工作，簡(jiǎn)介如下。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

HPVC，平均聚合度2 500，杭州電化集團(tuán)有限公司;氯乙烯共聚樹(shù)脂，國(guó)產(chǎn);聚乳酸，優(yōu)利(蘇州)科技材料有限公司;鈣鋅穩(wěn)定劑，JX-W-01，河北精信化工集團(tuán)有限公司；PE蠟，SX-105，廣州銀森企業(yè)有限公司；聚醚蠟，HY-3206，杭州海一高分子材料有限公司；固體增塑劑，S90S，深圳市三勝化工有限公司；其他助劑,市售。

1.2 試驗(yàn)儀器

轉(zhuǎn)矩流變儀，XSS-300，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；掃描電子顯微鏡， KYKY-EM6000，北京中科科儀股份有限公司；差熱分析儀，DSC2000，美國(guó)TA儀器公司。

2 結(jié)果與討論

2.1 第1次流變?cè)囼?yàn)

2.1.1 試驗(yàn)配方

第1次流變?cè)囼?yàn)的配方見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)配方Table 1 Test formula 份

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

第1次流變?cè)囼?yàn)的結(jié)果見(jiàn)表2、圖1。

表2 流變數(shù)據(jù)Table 2 Rheological data

1—No.1；3—No.3；4—No.4；5—No.5；6—No.6。

2.1.3 熔塊照片

第1次流變?cè)囼?yàn)結(jié)束后，從轉(zhuǎn)矩流變儀中取出的熔塊照片見(jiàn)圖2。

圖2 流變?cè)囼?yàn)的熔塊照片F(xiàn)ig.2 Images of frits formed in rheological test

2.1.4 分析與討論

(1)從表1的流變數(shù)據(jù)來(lái)看，5個(gè)樣品全都塑化，而且No.1、No.3、No.4、No.5的塑化時(shí)間均小于60 s，具有較好的塑化性能。

(2)比較No.1、No.3、No.5和No.6的流變數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隨著聚乳酸用量的降低，塑化時(shí)間呈現(xiàn)逐漸延長(zhǎng)的趨勢(shì)。

(3)No.3所用的內(nèi)外潤(rùn)滑劑為0.5份硬脂酸，NO.4則將硬脂酸替換為0.5份聚醚蠟，結(jié)果NO.4的塑化轉(zhuǎn)矩降低，塑化時(shí)間延長(zhǎng)，平衡轉(zhuǎn)矩降低，平衡時(shí)間延長(zhǎng)，熔塊顏色變白。這表明聚醚蠟是一種內(nèi)外潤(rùn)滑劑，而且外潤(rùn)滑性能比硬脂酸強(qiáng)。No.4的熔塊質(zhì)量是5個(gè)熔塊中最好的，這說(shuō)明使用聚醚蠟后，達(dá)到了內(nèi)外潤(rùn)滑平衡的狀態(tài)。

2.1.5 電鏡觀察

從圖2可以看出：No.4的熔塊質(zhì)量最好；NO.5、NO.6的熔塊質(zhì)量都很好，但NO.6的塑化時(shí)間和平衡時(shí)間都很長(zhǎng)。因此，對(duì)No.4和No.5這2個(gè)熔塊作進(jìn)一步的SEM觀察(放大3 000倍),每個(gè)熔塊觀察4個(gè)點(diǎn)，分別見(jiàn)圖3、圖4。

在放大3 000倍的SEM照片上，粒徑為1 μm的初級(jí)粒子會(huì)放大成3 mm，有綠豆那么大，是可以觀察到的。在圖3中很難觀察到初級(jí)粒子的痕跡，這說(shuō)明該配方比較成功，初級(jí)粒子都已熔化，塑化效果很好，這在硬質(zhì)PVC制品的加工中是不易達(dá)到的。在圖4中能隱約觀察到初級(jí)粒子的痕跡，這說(shuō)明該熔塊存在初級(jí)粒子的堆積，塑化效果不如NO.4。

圖3 No.4熔塊的SEM照片F(xiàn)ig.3 SEM images of frit No.4

圖4 No.5熔塊的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM images of frit No.5

2.2 第2次流變?cè)囼?yàn)

第1次流變?cè)囼?yàn)結(jié)果表明:No.4和No.5均具有較好的塑化性能，熔塊質(zhì)量也較好；考慮到No.5的聚乳酸用量較少，配方成本較低，因而對(duì)No.5做進(jìn)一步的流變?cè)囼?yàn)，以尋找最佳配方。

2.2.1 試驗(yàn)配方

第2次流變?cè)囼?yàn)配方見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)配方Table 3 Test formula 份

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

第2次流變?cè)囼?yàn)的結(jié)果見(jiàn)表4、圖5。

表4 流變數(shù)據(jù)Table 4 Rheological data

1—No.1;3—No.3;5—No.5;6—No.6;7—No.7。

2.2.3 熔塊照片

第2次流變?cè)囼?yàn)結(jié)束后，從轉(zhuǎn)矩流變儀中取出的熔塊照片見(jiàn)圖6。

圖6 第2次流變?cè)囼?yàn)熔塊照片F(xiàn)ig.6 Images of frits formed in second rheological test

2.2.4 分析與討論

(1)No.3比No.1具有更高的塑化轉(zhuǎn)矩和更短的塑化時(shí)間，這表明硬脂酸鈣起到了內(nèi)潤(rùn)滑作用，且硬脂酸鈣的內(nèi)潤(rùn)滑作用高于硬脂酸，屬典型的內(nèi)潤(rùn)滑劑[14]。

(2)將No.1和No.5、No.6比較，發(fā)現(xiàn)用2、4份DOP取代3份ACR后，塑化轉(zhuǎn)矩降低，塑化時(shí)間延長(zhǎng)，熔塊質(zhì)量變差。這表明對(duì)HPVC而言，DOP促進(jìn)塑化的作用不足，不能取代ACR。這是因?yàn)镠PVC的結(jié)晶度高，塑化難度大。

(3)將No.6和No.7比較，發(fā)現(xiàn)在No.6配方中加入5份活性碳酸鈣后，塑化轉(zhuǎn)矩和平衡轉(zhuǎn)矩都有所增加，塑化時(shí)間不變，熔塊質(zhì)量保持不變，這可能是少量活性碳酸鈣剛性粒子具有促進(jìn)塑化的功能。

(4)綜合考慮，試驗(yàn)得出的優(yōu)化配方為：PVC樹(shù)脂，50份；氯乙烯共聚樹(shù)脂，50份；聚乳酸，5份； PE蠟，0.1份；TiO2，0.4份；ACR，3份；硬脂酸鈣，0.4份；活性碳酸鈣，5份；鈣鋅穩(wěn)定劑，4.0份。后續(xù)筆者將對(duì)該配方作進(jìn)一步的研究，考察其力學(xué)性能、老化性能、熱穩(wěn)定性能等，開(kāi)發(fā)出硬質(zhì)HPVC給水管材。

3 結(jié)語(yǔ)

筆者對(duì)硬質(zhì)HPVC的流變性能和微觀形貌進(jìn)行了考察，為下一步硬質(zhì)HPVC給水管材的研制打下了基礎(chǔ)。

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