高分子材料加工助剂与配方技术实训.doc

1、目录一、 聚氯乙烯增韧配方设计背景综述11.1 PVC增韧改性方法11.1.1化学改性11.1.2 物理改性11.2 PVC增韧机理21.2.1 弹性体增韧机理21.2.2有机刚性粒子增韧机理21.2.3无机刚性粒子增韧机理21.2.4纤维状填料增韧机理21.3我国PVC增韧改性概况2二、 实践目的3三、聚氯乙烯配方设计33.1 PVC树脂的选择33.1.1 聚氯乙烯的特点33.1.2 聚氯乙烯树脂的主要用途33.2 PVC的加工性能43.3 助剂选择及依据53.3.1 纳米CaCO3作刚性粒子增强体53.3.2 CPE作增容剂53.3.3 热稳定剂的选择53.3.4 抗氧化剂63.3.5 光

2、稳定剂63.3.6 润滑剂63.3.7 增塑剂63.4配方设计表73.5 工艺实施方案及流程73.5.1 主要原料73.5.2 加工设备73.5.3 工艺流程83.6 性能指标测试93.6.1增韧PVC材料的流变性能93.6.2 增韧PVC的力学性能103.7配方试验优化103.7.1 母粒中CPE的用量对力学性能的影响113.7.2 母料中改性纳米CaCO3的用量对力学性能的影响113.7.3 改性剂用量对PVC/CPE/纳米CaCO3体系力学性能的影响123.7.4 CaCO3粒径大小对体系的力学性能影响123.8 优化方案133.8.1 不同含量CPE和纳米CaCO3的正交试验及对应力学

3、性能表143.8.2 优化后配方表14实训体会及展望15参考文献17聚氯乙烯增韧配方设计一、 聚氯乙烯增韧配方设计背景综述 聚氯乙烯(PVC)具有不易燃、耐腐蚀、绝缘、耐磨损、价格低廉、来源广泛等优点,广泛地应用于管材、棒材、薄膜、绝缘材料、防腐材料、建筑材料等方面,其产量仅次于聚乙烯(PE)而居于世界树脂产量的第二位。但仍然存在下述缺点1:(1)PVC韧性差。简支梁缺口冲击强度仅为2.4kJ/m2,所以不能用作结构材料。(2)PVC的热稳定性极差。100时就开始分解,高于150时分解加速,而PVC的熔融温度为210。(3)PVC热变形温度低。维卡软化温度(5kg)约80(ABS为90以上)。

4、（4）PVC熔融粘度较大。熔体粘度较大，流动性较差，对加工设备要求较高。而PVC作为硬制品时2,首当其冲的是韧性差,这是PVC难以作为结构材料的主要原因。根据Vincent3关于聚合物脆性-韧性断裂行为的表征,PVC属于一种脆性材料,这大大地限制了PVC的进一步发展及广泛应用。因此,对PVC进行增韧改性研究,从而得到高强、高韧的PVC材料,一直是众多研究者和商家追求的目标。因此对PVC进行增韧改性,克服冲击强度差的缺陷,开发高强高韧PVC材料,用以代替某些工程塑料,成为众多商家梦寐以求的事情。1.1 PVC增韧改性方法1.1.1化学改性 化学改性就是通过接枝、共交联等反应方法对PVC进行改性。

5、常用的PVC化学增韧改性方法有4：（1）乙烯基单体与氯乙烯的共聚,如氯乙烯与丙烯酸辛酯的共聚;(2)弹性体与氯乙烯的接枝共聚,如乙丙橡胶与氯乙烯的接枝共聚氯乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)与氯乙烯的接枝共聚。 化学改性的特点是增韧改性效果显著,不足之处是要经过复杂的化学反应,对工艺、设备有更多要求,一般在树脂合成厂中方可实现,因此对大多数PVC加工用户而言是不切实际的。1.1.2 物理改性 物理改性是将改性剂与PVC共混,使其均匀地分散到PVC中,从而起到增韧改性的作用,该方法简单易行, 是被广泛采用且最有发展前途的增韧方法。 硬PVC的增韧改性剂很多,大体可分为弹性体增韧改性剂和非弹性体增韧改

6、性剂, 效果较好的有EVA、NBR、SBR、ABS、MBS、ACR、CPE、AS、PS、超细CaCO3、纳米粒子等。1.2 PVC增韧机理5-6 目前,关于PVC增韧改性的机理有很多,具有代表性的主要有以下几种.1.2.1 弹性体增韧机理 （ a）剪切屈服 - 银纹化理论。弹性体粒子以颗粒状均匀地分散于基体PVC连续相中，形成宏观均相微观分相（海岛相结构）。弹性体粒子充当应力集中体，诱发基体产生大量的剪切带和银纹。大量剪切带和银纹的产生和发展要消耗大量的能量，从而使材料的冲击强度大幅度提高，粒子又可终止银纹和剪切带的发展，使其不致发展成为破坏性的裂纹。此外剪切带也可阻滞转向并终止银纹或已存在的

7、小裂纹的发展，促使基体发生脆韧转变同样提高材料的韧性。 （b）网络增韧机理。弹性体形成连续网络结构，包覆初级粒子网络结构，可吸收大部分冲击能，且PVC初级粒子破裂同样也可吸收部分能量，使材料的韧性得以提高。1.2.2有机刚性粒子增韧机理 （a）冷拉机理。刚性粒子圆形或椭圆形粒子均匀分散于连续相中，由于连续相与分散相之间的杨氏模量和泊松比不同，在两相界面产生一种较高的静压力，在基体与分散相界面粘合良好的前提下，这种高的静压力，使分散相粒子易于屈服，而产生冷拉伸分散相粒子被拉长，产生大的塑性形变，刚性粒子发生脆韧转变，从而吸收大量的冲击能量提高材料的韧性。刚性粒子拉伸时促使其周围的基体发生屈服，同

8、时吸收定的能量使PVC的冲击强度得以提。 （b）高空穴增韧机理。相容性较差的体系，刚性粒子与基体之间有明显的界面，甚至在粒子周围存在着空穴，受冲击时界面易脱粒而形成微小的空穴。空穴的产生可吸收部分能量也可引发银纹吸收能量，从而提高材料的冲击强度。1.2.3无机刚性粒子增韧机理 当RIF与PVC基体粘合较好时,RIF的存在可产生应力集中效应,引发大量的银纹,并阻止银纹的发展促使基体发生剪切屈服,吸收大量的冲击能,从而达到增韧的目的。1.2.4纤维状填料增韧机理 对于纤维状填料增韧PVC，一般认为是由于在冲击过程中，纤维折断和从基体中抽出，要吸收能量引起的。但这种解释尚有很多实验事实不能被说明。1

9、.3我国PVC增韧改性概况 7 8 9 我国对PVC增韧的研究起步较晚，从20世纪80年代发展至今，已经具有一定的生产规模，具有代表性的几个增韧体系有:PVC/NBR、PVC/SBS、PVC/EVA、PVC/CPE、PVC/PUR/SBS/-g-MMA等。但其研究的主要方向是对其增韧剂的研究，而且发展也较为迅速，生产厂家达26家，年产量五万吨以上，产品主要以CPE、ACR、MBS为代表。其中山东亚星化工集团总公司是我国CPE最大的生产企业,在亚洲也是最大的,装置规模为2.5万t/a。ACR是一种迫切需求的改性剂,年产量1.9万吨以上,生产厂有10家。其中吉化公司苏州安利化工厂是我国ACR生产能

10、力最大的企业 ,装置规模已从1kt/a扩大到5kt/a。MBS改性剂作为透明包装材料专用增韧改性剂,国内生产能力有限,年产量仅5kt,生产厂约有10家,但生产规模都很小,据悉齐鲁石化公司准备上万吨装置。目前MBS尚需大量进口,进口量达6kt/a以上。 近几年来,我国塑料加工发展较快,对加工和增韧改性提出了更高要求,CPE是低性能的,而ACR、MBS的性能十分优异。但在我国,恰恰是CPE增长快,而ACR和MBS的发展比较缓慢。二、 实践目的 （1）通过高分子材料加工助剂与配方技术的实训，巩固学生对高分子材料加工助剂与配方设计理论知识的掌握；掌握高分子材料加工助剂及树脂原料的性能特点与选用方法；理

11、解助剂与树脂等的复配方法和要求，正确理解和掌握高分子材料配方设计的理论依据和原则方法，初步掌握设计实验方案及检测指标确定与优化能力，熟悉与巩固高分子材料助剂与配方设计理论知识，提高综合实践能力。 （2）使同学们在实训过程中形成文献资料等的查阅、调研及提炼能力；有效地将理论和实际紧密结合，培养创新思维和独立设计能力，提高学生配方设计和解决实际问题的综合实践能力。三、聚氯乙烯配方设计3.1 PVC树脂的选择3.1.1 聚氯乙烯的特点 聚氯乙烯(PVC)树脂是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一 10,其产量仅次于聚乙烯(PE)而居于世界树脂产量的第2位 11 。由于其价格低廉,原材料来源广泛,具

12、有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90%的硫酸、浓度为60%的硝酸和浓度20%的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80，于130开始分解变色，并析出HCL。但PVC由于分子链极性较强,对外显示出一定的脆性 12, 属于脆性材料,这一缺点严重限制了PVC的进一步发展和广泛应用,因此对PVC增韧改性研究,一直是众多研究者和厂家追求的目标。3.1.2 聚氯乙烯树脂的主要用途 聚氯乙烯由于化学稳定性高，所以可用于制作防腐管道、管件、输油管、离心泵和鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛应用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，门窗结构，墙壁装饰

13、物等建筑用材。由于电气绝缘性能优良，可在电气、电子工业中，用于制造插头、插座、开关和电缆。在日常生活中，聚氯乙烯用于制造凉鞋、雨衣、玩具和人造革等。3.2 PVC的加工性能 PVC粉末树脂以颗粒状态存在，而PVC颗粒是由许多初级粒子组成的，悬浮法树脂的初级粒子大小为12m，乳液法树脂的初级粒子大小为0.11m；悬浮法树脂的颗粒尺寸大小为50250m，乳液法树脂的颗粒尺寸大小为3070m。 PVC是无定形的高分子聚合物，没有明显的熔点，在7580时变软，其玻璃化温度为8085；在空气中温度高于150时就会发生降解释放出氯化氢，超过180则会迅速分解。PVC在低于160时为颗粒状态，高于160颗粒

14、会破碎分解成初级粒子，当超过190时初级粒子就会熔融。 PVC的加工稳定性极不好，是热塑性塑料中最差的品种；其160的熔融温度高于140的分解温度，因此纯PVC树脂不通过改性处理是难以用熔融塑化的方法来加工生产。 高温下某些金属离子会加剧PVC的降解，比如铁、镉等重金属离子，所以要严格控制重金属离子的含量，加工前进行磁选，设备要镀铬以防止产生铁锈。 PVC的熔体粘度大，流动特性不好，熔体强度低，容易产生熔体破裂、制品表面粗糙等现象，特别是硬制品；因此需要添加加工助剂来改善，最常用的加工助剂是ACR。注塑成型时，还应注意选择低速高压。 PVC熔体有黏附金属的倾向，熔体间以及熔体和加工设备之间的摩

15、擦力大，需要添加润滑剂来克服阻力。润滑剂分为内润滑（与PVC树脂相容性大）和外润滑（与PVC树脂相容性差）。 PVC熔体属于非牛顿流体，熔体粘度对剪切速率敏感，所以对于热敏性的PVC树脂来说，在加工过程中要降低粘度，可以通过提高螺杆转速来实现，而少调整加工温度。 PVC在加工前需要进行干燥处理：110，11.5小时。 PVC配方中的组分很多，需要充分混合均匀。要注意加料的顺序，吸油性大的填料后加（防止吸收增塑剂），润滑剂最后加（防止影响其它组分的分散）；还要控制好混合温度，一般热混合温度在110左右。 PVC热分解后产生的氯化氢HCL，具有刺激性、腐蚀性，容易导致料筒和螺杆的腐蚀，因此需要对料

16、筒和螺杆表面进行镀铬处理。3.3 助剂选择及依据3.3.1 纳米CaCO3作刚性粒子增强体 用橡胶等弹性体作改性剂来提高PVC的韧性,往往以牺牲PVC宝贵的强度、刚度、尺寸稳定性、耐热性及可加工性能为代价,显得顾此失彼,美中不足。而近年来发展起来的用刚性粒子(RF)增韧PVC,不但可使PVC的韧性提高,同时也可使其强度、模量、热变形温度(HDT)、加工流动性能等得到改善,显示了增韧增强的复合效应,要比单独使用弹性体增韧具有更好的增韧效果。因此本实验选择刚性粒子作为增韧聚氯乙烯的原料。 纳米材料由于尺寸小、比表面积大而产生量子效应和表面效应,具有许多特殊的优异性能。碳酸钙是高分子复合材料中广泛使

17、用的无机填料，并且价格低廉，用其填充聚合物可大大降低制品的成本，并且在一定条件下可提高聚合物的性能。在橡胶、塑料制品中添加碳酸钙等无机填料，可提高制品的耐热性、耐磨性、尺寸稳性及刚度等，并可降低制品成本。用纳米CaCO3 粒子可以同时大幅提高PVC/CPE体系的韧性和强度,在CaCO3用量为5%12%时,体系的综合性能最好,缺口冲击强度可由原来的4.8kJ/ m2提高到8.4kJ/m2,拉伸强度由原来的46MPa提高到50MPa。13-16而轻质CaCO3粒子的增韧作用很小,而且拉伸强度会随着粒子的增加而下降。173.3.2 CPE作增容剂 CPE是一种非自补强性橡胶，具有高填充性，有优秀的耐

18、热氧老化、臭氧老化、耐酸碱、化学药品性能，它是PVC塑料优良的抗冲击改性剂，也是综合性能良好的合成橡胶，有着极为广泛的应用领域。18 CPE通常用PE悬浮法制备,形成已氯化和未氯化的嵌段结构。CPE的作用一则使基体树脂有一定的脆韧比,二则充任基体树脂与填料粒子表面胶乳层之间的增容剂,产生二次偶联效应。复合体系中,CPE既有增韧作用,又有增容效果。CPE与活性CaCO3的恰当配合,具有一定协同效应。193.3.3 热稳定剂的选择 PVC一般需要加热至160210才能加工。另外PVC分子内含有的取代氯基容易导致PVC树脂脱氯化氢反应，从而引起PVC的降解反应，所以PVC对热极不稳定，温度升高会大大

19、促进PVC脱HCL反应，纯PVC在120时就开始脱HCL反应，从而导致了PVC降解。因此在PVC中加入适当量的热稳定剂。 市面上常见的热稳定剂有金属皂类、有机锡类、有机锑类、稀土稳定剂、有铅盐类等。本产品使用的热稳定剂为有机铅盐类（三盐基硫酸铅、二盐基硬脂酸铅配合使用），其特点是热稳定性优良，具有长期热稳定性，电气绝缘性能优良，耐候性好，价格低。用量为23份。3.3.4 抗氧化剂 PVC在使用过程中光、热、氧等因素作用下，会造成聚合物的自动氧化和分解反应，使得材料的分子量降低，内部结构发生变化，使其力学性能降低，使用寿命变短。因此必须在PVC制品中加入抗氧剂。 双酚A可以使塑料制品具有无色透明

20、、耐用、轻巧和突出的防冲击等特性，且价格便宜，与聚氯乙烯树脂相容性较好。抗氧剂在聚合物中的用量较少，一般在13份之间最佳。3.3.5 光稳定剂 PVC制品多数暴露在阳光和其它各种光线下，根据制品应用环境添加一定量的光稳定剂可防止和延缓其分解和老化，延长制品使用寿命。苯并三唑类光稳定剂UV-P能强烈吸收紫外线，热稳定性高、挥发性小，毒性低，用量一般为0.1%1%。3.3.6 润滑剂 润滑剂主要是为了降低加工时，分子间的摩擦及聚合物与加工机械之间的摩擦，使产品外观和性质更加优越。氯化石蜡具有低挥发性、阻燃、电绝缘性良好、价廉等优点，与PVC树脂的相容性良好，用量应在0.3份以下。3.3.7 增塑剂

21、 增塑剂是一种高分子材料助剂，其种类繁多，为了使PVC有良好的加工性能，增加其塑性，往往会在PVC中加入增塑剂。常用在PVC中的增塑剂主要是DOP，它与PVC能很好地混合，由于它们具有很好的电性能、较好的低温性、较小的挥发性和相当低的抽出性与毒害性以及其他许多优点，因此可以广泛地用于各种配方中。本配方是制作硬质PVC增韧材料，DOP使用的量为4份。3.4配方设计表基体PVC100份热稳定剂三盐基硫酸铅3份二盐基硬脂酸铅4份增塑剂DOP4份光稳定剂UV-P0.5份抗氧剂双酚A2份增韧剂纳米CaCO310份增容剂CPE8份润滑剂氯化石蜡0.3份3.5 工艺实施方案及流程3.5.1 主要原料PVC，

22、SG5，陕西氯碱化工有限公司；CPE，135，江苏天滕化工有限公司；钛酸酯偶联剂,南京曙光化工总厂CaC03，1250目，市售；二盐基硬酯酸铅，VA1839，东马棕榈工业有限公司；三盐基硫酸铅,市售DOP，深圳市华昌化工UV-P，南通威宏化学科技有限公司双酚A，青岛富鑫化工有限公司氯化石蜡，郑州市圣鑫化工有限公司3.5.2 加工设备颚式粉碎机、剪切式粉碎机、挤出造粒机高速混合机，SHR100A，张家港市轻工机械厂；开炼机，SK160B，上海橡胶机械厂；压力成型机，SL45，上海第一橡胶机械厂；锥型双螺杆挤出机，SJZ.60/125A,北汽福田公司恒温真空干燥器，中山凯旋真空技术公司万能制样机，

23、ZHY-W，河北省承德试验机厂流变仪 Bohlin Gemini HR nano 大昌华嘉商业（中国）有限公司电子万能材料试验机,RGM-30A型,深圳瑞格尔有限公司简支梁冲击试验机,JC-2,承德精密试验机有限公司3.5.3 工艺流程填料改性母料制备塑炼制样3.5.3.1纳米CaCO3改性纳米碳酸钙属无机粉体材料,表面亲水疏油,呈强极性,不能与橡胶、塑料等高分子有机物发生化学交联,没有补强性能。同时,纳米碳酸钙具有极大的比表面积和较高的比表面能,在制备和后处理过程中极易发生粒子凝并、团聚,形成二次粒子,使粒子粒径变大,在应用过程中最终失去超细微粒所具备的功能。解决这两个问题的关键在于对纳米碳

24、酸钙进行表面改性,使其表面能减小,增加亲油性,改进其在基质中的分散性和分散稳定性,从而增加与高聚物的相容性,使其由一般的“增量剂”填料上升为“性能增强剂”和“功能填料”。本次试验将纳米CaC03再次砂磨后,将悬浮液加入表面处理反应器中,加热搅拌,在一定温度下加入一定量的钛酸酯偶联剂,恒温搅拌一定时间后进行过滤、恒温干燥、粉碎,得到改性纳米碳酸钙产品。3.5.3.2 母料制备准确称取CPE、改性的CaCO3,经预混合、熔融共混制备母料，将制得的大块母料用颚式粉碎机粉碎，然后再用剪切式粉碎机彻底粉碎。将粉碎物加入挤出造粒机中，挤出造粒，得到CPE/改性纳米CaCO3母料颗粒。3.5.3.3 塑炼称

25、量各种加工助剂，先将PVC投入高速捏合机进行高速混合至物料约60，依次加入热稳定剂、母料，及其它助剂，继续高速搅拌物料至90，加入各种润滑剂，再继续高速搅拌至120，而后进入搅拌机进行搅拌降温至40以下即可出料。将混合均匀的物料在挤出造粒机组造粒。造粒流程为：将物料进入双螺杆挤出机加热熔化，在旋转螺杆的推力下熔料从口模被挤出，经热切装置热切后被鼓风通过输送管道输出。造粒工艺参数如下：机筒温度：I区85100；区145150；区165170；区175180；机头温度170175；喂料螺杆转速为21r/min；主机螺杆转速为15r/min；机头压力为10.6MPa。3.5.3.4 试样制备将改性P

26、VC粒料进行干燥处理以除去水分，干燥温度为80-90，干燥时间为45 h。然后将干燥后的物料用注塑机在加料段85100、压缩段160-170、均化段180-185、喷嘴温度170、注塑压力67 MPa工艺条件下注塑成改性PVC标准试样，对其力学性能进行检测，并与未改性的PVC标准样条进行力学性能测试，对两者进行比较。3.6 性能指标测试 冲击性能测定按照GB/T 16420-1996，制备80mm10mm2mm的无缺口试样，试样测试选择的跨度为40mm，采用承德精密试验机有限公司产JC-25简支梁冲击试验机测试，选取3号摆锤；拉伸性能测定按照国标GB/T 1043-92制哑铃型试样，采用深圳瑞

27、格尔RGM-30A型电子万能材料试验机测试，拉伸速率设定为10mm/min，标距为25cm，测试试样的拉伸性能。3.6.1增韧PVC材料的流变性能 图1为不同CPE含量时纳米CaCO3改性PVC体系的流变曲线。从图可以发现，PVC复合材料体系平衡转矩随着纳米CaCO3填充量的增加先减小后增大。由于少量无机颗粒进入PVC/CPE体系，使CPE/PVC分子之间的作用力部分被CPE/PVC和纳米CaCO3之间的作用力替代。由于纳米CaCO3表面覆盖了长链烃基，其与PVC/CPE体系的作用比较弱，所以复合体系分子间作用力减小，复合材料体系粘度下降，导致复合体系的平衡转矩变小。随着纳米CaCO3填充量的

28、增加，无机颗粒之间以及无机粒子与聚合物基体之间的摩擦作用增大，使纳米CaCO3/CPE/PVC体系流动性变差，平衡转矩增大。在不添加CPE时，纳米CaCO3/PVC的质量比为10/100时复合材料体系平衡转矩最低；当加入占PVC树脂量4%()的CPE后，纳米CaCO3/PVC的质量比为5/100时，体系的平衡转矩最低。这可能是由于在CaCO3/PVC体系中加入CPE后，纳米CaCO3颗粒在体系中的分散性或颗粒与基体之间的作用力发生了变化，导致体系平衡转矩最低点变化。3.6.2 增韧PVC的力学性能样品增韧PVC未改性PVC12345平均值12345平均值拉伸强度(MPa)42.341.742.

29、542.142.042.154.254.855.255.654.455.5冲击强度(KJ/m2)46.245.446.845.746.046.04.24.54.14.64.44.4从表格中可以看出，改性后的PVC拉伸强度虽然有所降低，但冲击强度得到了大幅度的提高，材料的综合力学性能得到了显著改善，PVC的增韧效果明显，应用范围得到了扩展。CPE与纳米CaCO3的预混合制备母料，减少了刚性粒子团聚的可能性，有利于在机体中的分散。粒子在共混物中作为应力集中中心，吸收大量的冲击能，使得冲击强度提高。 3.7配方试验优化 为了更好地制备增韧PVC，设计更好的优化方案，本实验采取改变CPE/纳米CaC0

30、3的含量，并测定其改性后的力学性能。3.7.1 母粒中CPE的用量对力学性能的影响 图2为不同CPE/PVC质量比时，纳米CaCO3颗粒增韧CPE/PVC体系的力学性能。从图可以看出，在不同CPE添加量时复合材料的拉伸强度随着纳米CaCO3的增加逐渐减小，冲击强度则随纳米CaCO3的增加先增加后减小。随着CPE添加量的增加，PVC复合材料拉伸强度下降而冲击强度增加。在没有添加CPE时，纳米CaCO3颗粒增韧PVC复合材料冲击强度最高达到纯PVC的3倍左右；在CaCO3/CPE/PVC质量比为25/8/100时，纳米CaCO3颗粒增韧PVC最高冲击强度可以达到纯PVC的5.6倍。可见CPE和纳米

31、CaCO3颗粒协同增韧PVC复合材料时，PVC复合材料的冲击强度可以得到大幅度的提高。3.7.2 母料中改性纳米CaCO3的用量对力学性能的影响由图5可知:CPE用量一定,随纳米级CaCO3用量的增大,复合材料的冲击强度在2030份时,都出现了最大峰值,为单峰分布；且比不含纳米级CaCO3的冲击强度增加了85.12%218.13%。说明纳米级CaCO3对PVC/CPE复合材料具有显著的增韧作用。纳米级CaCO3的用量一定,随着增韧剂CPE用量增加,PVC/CPE复合材料的韧性增大,纳米级CaCO3对PVC/CPE复合材料的增韧作用明显提高,且纳米级CaCO3的用量由30份减少到20份。因此,纳

32、米级CaCO3对PVC/CPE复合材料的增韧与基体的韧性有关,纳米级CaCO3和CPE具有协同增韧作用。基体的韧性越大,协同增韧作用的效果越好。这可能是CPE在PVC中呈网状分散,PVC复合材料在受到外力冲击时,纳米级CaCO3刚性粒子将接受的冲击能分散,再将冲击能传递给韧性网络CPE,使CPE分子产生屈服形变而消耗更大冲击能。由图6可知，CPE的用量一定,随着纳米级CaCO3用量的增大,PVC/CPE复合材料的拉伸强度先快速下降,然后趋于平缓。纳米级CaCO3用量一定,CPE的用量增大,PVC/CPE复合材料的拉伸强度也下降。图5 纳米CaCO3 的用量对PVC/ CPE 复合材料冲击强度的

33、影响 图6 纳米级CaCO3用量对PVC/ CPE 复合材料的拉伸强度的影响3.7.3改性剂用量对PVC/CPE/纳米CaCO3体系力学性能的影响 为了研究改性剂用量对共混体系的影响,分别制备PVC/纳米CaC03、PVC/CPE、PVC/纳米CaCO3/CPE复合体系(纳米CaC03/CPE的用量比2:1),并且对PVC/纳米CaCO3/PE复合体系的制备采取一次分散和二次分散两种方法进行加工。各PVC复合体系样品的冲击强度见上图。3.7.4 CaCO3粒径大小对体系的力学性能影响 图5 图6（N纳米CaCO3 ，S亚微米级CaCO3 ,M微米级CaCO3 ） 上图为不同粒径的CaCO3颗粒

34、填充PVC复合材料的力学性能曲线。纳米CaCO3颗粒可以很好地增韧PVC复合材料,而微米和亚微米CaCO3 颗粒对PVC复合材料没有增韧作用。CaCO3填充PVC复合材料的拉伸强度都是下降的,但是纳米CaCO3填充的复合材料拉伸性能下降最缓慢, 随着粒径的增加,下降趋势变大。无机颗粒填充复合材料的拉伸性能主要决定于填料的含量及界面粘结强度。随着无机颗粒的增多,复合材料承受载荷的能力越来越小,所以 PVC/CaCO3 复合材料的拉伸强度随着填充量的增加而下降。而不同粒径的CaCO3颗粒填充PVC复合材料拉伸强度的差异反映了不同粒度CaCO3颗粒和基体界面作用的差异。无机颗粒填充PVC的冲击性能主

35、要决定于填料的含量、 粒径和粒间距。图5和图6表明微米和亚微米CaCO3颗粒对PVC基体没有增韧效果，而纳米CaCO3颗粒可以很好地提高PVC复合材料的韧性。3.8 优化方案 本次试验中除CPE、纳米CaCO3为变量外，其他助剂的用量基本保持不变。因此只考虑其变化量即可。 由图3可以看出，当CPE用量为12份，CaCO3的用量为20份时出现最大峰值，此时的冲击强度最大。但，从图4可以得出，这时的拉伸强度并是不在最大值处，而是在CaCO3为010之间。为了兼顾其拉伸和冲击强度CPE的用量应控制在812分之间，CaCO3的使用量应控制在1020之间。从图5和图6可知，PVC韧性主要取决于CaCO3

36、的含量、粒径和粒间距。因而只需将CaCO3的粒径控制在纳米级别即可。3.8.1 不同含量CPE和纳米CaCO3的正交试验及对应力学性能表试验次数CPE纳米CaCO3拉伸强度/MPa冲击强度/MPa181043.659.3291242.058.23101641.859.54111840.958.65122040.359.2 从表中的数据可知，CPE和纳米CaCO3含量分别为10、16份时拉伸强度和冲击强度最佳。3.8.2 优化后配方表 由3.8.1表中的实验后的数据，对配方进行了优化如下表：基体PVC100份热稳定剂三盐基硫酸铅3份二盐基硬脂酸铅4份增塑剂DOP4份光稳定剂UV-P0.5份抗氧剂

37、双酚A2份增韧剂纳米CaCO316份增容剂CPE10份润滑剂氯化石蜡0.3份实训体会及展望 通过两周的实训，我们小组通过分工合作和激烈讨论，查阅资料，包括知识百科、期刊论文和硕博论文，并借助各种渠道和网络知识共享频道汲取知识，最终确定最佳的实验方案。我们深刻意识到团队协作的重要性，也认识到，在实践之前，并不是简单的实验，而是需要有一定的理论知识，所以我们在这一过程也学会了如何去查找并发现现有材料的不足之处，并且让我们懂得首先从理论上应如何去改进。应用型化学专业的实训是实践教学中的重要环节，它可以帮助我们在学到书本的理论知识的基础上，获得实际的感性认识及理论联系实践的技能。在本次实训中，自己收获

38、最大、感受最深的是如何针对所选方向进行配方设计和优化，通过查阅文献和讨论激发了我们学习的兴趣和动手能力，我觉得这样的实训是具有针对性的、有实效性的，符合化学教学实际。 通过这次实训我们不仅获得了许多专业知识的了解，也让我们对将来的就业前景有了极大的信心。聚氯乙烯是第二大通用塑料，因其具有价格低，阻燃，耐溶剂，化学稳定性好，优良的绝缘，耐磨，耐老化等优点而广泛应用于建材农业、轻工、电力、包装、医疗、公工事业、日常生活等领域。据统计，在2000-2009年国内PVC的下游需求中，塑料型材、塑料管材、塑料编织袋、塑料包装箱等与2008年相比增长都超过了10%，随着全球经济形势的全面复苏，PVC将继续

39、在国民经济发民中扮演重要角色。但由于聚氯乙烯存在冲击性能差、热稳定性和加工性能不佳等问题，尤其是低温冲击性能特别差，必须对其进行增韧改性。而用无机纳米碳酸钙颗粒改性聚氯乙烯可以使PVC复合材料体系平衡转矩降低，加工流动性能得到改善，在填充量相同时，碳酸钙颗粒粒径越大复合体系加工流动性能越好。和纳米碳酸钙颗粒协同增韧PVC复合材料时，PVC复合材料的冲击强度不仅可以得到大幅度的提高。而且可以提高复合材料的韧性、刚性、硬度等性能，最主要的是可以使成本大大的降低。因此，无机纳米颗粒改性聚氯乙烯具有重要的实际应用价值。应用型化学实训安排在大学三年级，在学习完主要基础课程和专业课后进行实训，其目的是把理

40、论与实践结合起来，巩固所学理论知识，培养我们在实际生产过程中善于发现问题和分析问题、解决问题的能力，提高我们的综合素质。我的建议如下：1、学校应该多安排我们去工厂实习，使我们了解化工生产的组织形式、工艺流程、技术方法及管理方式等，增强学习；2、老师应对各组给一些建设性的意见和指导，网络知识繁多且杂乱，我们的专业知识毕竟有限，容易把握不住方向和受到错误信息干扰；3、平时的理论学习中老师可以增加配方设计的学习，增加趣味性学习丰富大家的眼界。总之，本次实训使我们了解从事专业研发技术工作所必须的各种基本技能和实践动手能力；培养了我们理论联系实际、从实际出发分析问题、研究问题和解决问题的能力，将我们所学

41、知识系统化，感性化；并增强了我们与他人沟通和理论应用于实际化工生产的能力。展望：在增韧体系中加入纳米碳酸钙刚性粒子，既能保持基体本身优异性能，又赋予PVC复合材料良好的力学性能。但不同用量的加入及其他各助剂对产品的影响不同，因此如何设计更优的配方，在满足制品性能及加工性能要求的同时又提高填充量，仍将是目前乃至今后研究的热点问题。随着研究开发的深入，尤其无机纳米粒子增韧表现出了更优异的综合性能，如高强度、低吸湿性、高尺寸稳定性、良好的阻隔性等，使得PVC复合材料可以向性能要求更高的领域发展，这将带来一系列材料和制品的革新,为人们的日常生活提供更多的便利。参考文献1 张宇东,金日光.聚氯乙烯增韧与

42、加工流动性的改善J.塑料,1994,23(2):35-39 .2 刘晓明.硬聚氯乙烯改性与加工M.北京:中国轻工业出版社,1998.3 管延彬.聚氯乙烯耐热改性技术进展J.聚氯乙烯.2000.19(3):1-64 黄卫东,王兰,孙慧. 聚氯乙烯增韧改性剂及发展状况.J.聚氯乙烯.2002,21(1)5 E.Crawford.A.JLesser.Mechanics of rubber particles cavitation in toughebed polyvinylchioride PVCJ.Polymer2000 41 15 5865-5870.6 景晨丽陈立新宋家乐等.PVC增韧改性新进

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