消光聚氯乙烯的性能研究

來(lái)源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2015-01-20 14:39:14點(diǎn)擊率：

　　近年來(lái),聚氯乙烯(PVC)樹(shù)脂由通用化向高性能化、專(zhuān)業(yè)化及工程化發(fā)展是許多國(guó)家研究開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)[1]。很多應(yīng)用場(chǎng)合要求PVC材料外觀具有低光澤度,特別是很多美、日、歐的消費(fèi)者偏愛(ài)表面消光制品,促使國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家對(duì)材料進(jìn)行改性降低表面光澤度以獲得消光制品。

　　塑料制品表面消光的機(jī)理是:利用物理或化學(xué)方法,使制品表面形成極微小的凹凸或極微細(xì)的皺紋,這些凹凸或皺紋對(duì)光線會(huì)產(chǎn)生漫反射和散射作用,從而降低了制品表面的光澤度[2]。本文研究了組成PVC的多個(gè)組分對(duì)材料光澤度和力學(xué)性能的影響,對(duì)消光PVC材料組分的選型提供了參考。

　　1　實(shí)驗(yàn)部分

　　1·1　主要原料及儀器

　　普通PVC原樹(shù)脂:牌號(hào)TK1300和TK1000,日本信越公司;交聯(lián)PVC樹(shù)脂:牌號(hào)S1300和M1000,日本信越公司;增塑劑:鄰苯二甲酸二壬酯(DINP),臺(tái)灣聯(lián)成公司;碳酸鈣:牌號(hào)TL700,廣東騰龍公司;云母粉:牌號(hào)YM2500,廣東精達(dá)公司。

　　高速混合機(jī): GH-1000,北京塑料機(jī)械廠;雙螺桿擠出機(jī): SJSH-Z-30,南京橡塑機(jī)械廠;塑料注射成型機(jī): CJ80M3V,廣東順德震德塑料機(jī)械有限公司; 材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī): AG-1,日本SHIMADZU公司;硬度計(jì): LX-A,上海六菱儀器廠;材料光澤度測(cè)試儀: 4430,德國(guó)BYK公司。

　　1·2　材料與試樣的制備

　　將PVC原樹(shù)脂加入高速混合機(jī)中后啟動(dòng)高速運(yùn)轉(zhuǎn),加入熱穩(wěn)定劑及各種助劑,然后緩慢加入增塑劑,待溫度達(dá)到100℃后停止,得到混合料。高速混合機(jī)速度為1 500 r/min,混合時(shí)間為15min。將混合料加入雙螺桿擠出機(jī)中熔融、擠出、冷卻、切粒,加料段-輸送段-熔融段-機(jī)頭的擠出溫度分別為120、130、140、150℃。將切粒料干燥后用塑料注射成型機(jī)注射成測(cè)試用的樣條。

　　1·3　性能測(cè)試

　　拉伸強(qiáng)度:按GB/T1040—2006在材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,試驗(yàn)速度為50 mm/min;硬度:按GB/T2411—1980在硬度計(jì)上進(jìn)行,針頭下壓試樣1s后讀數(shù);光澤度:按GB/T 8807—1988在光澤度測(cè)試儀上進(jìn)行,入射角為60°。

　　2·結(jié)果與討論

　　2·1　聚氯乙烯樹(shù)脂對(duì)材料性能的影響

　　聚合度為1 000和1 300的PVC樹(shù)脂是常用的兩種PVC樹(shù)脂。表1是PVC樹(shù)脂總用量為100份時(shí)兩種不同聚合度樹(shù)脂TK1000和TK1300的質(zhì)量比對(duì)材料光澤度和力學(xué)性能的影響,配方中增塑劑為DINP (80 phr),填料為碳酸鈣(10 phr)?？梢?jiàn),隨著TK1300所占比例的增加,材料的光澤度逐步下降,拉伸強(qiáng)度逐步提高,斷裂伸長(zhǎng)率略微下降,邵氏硬度基本不變。由于TK1300和TK1000樹(shù)脂成本相當(dāng),為降低材料光澤度可考慮適當(dāng)增加高聚合度樹(shù)脂的用量。

　　交聯(lián)型樹(shù)脂S1300為特種PVC樹(shù)脂,又稱(chēng)“架橋PVC”,是國(guó)內(nèi)外部分PVC生產(chǎn)廠家為適應(yīng)特殊用途而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。由于交聯(lián)PVC樹(shù)脂成本較高,一般與普通PVC樹(shù)脂混用。表2是TK1300和S1300用量比對(duì)材料光澤度和力學(xué)性能的影響(配方中其他組分同上)。隨著S1300用量的增加,材料的光澤度大幅下降,力學(xué)性能則基本保持不變,這說(shuō)明S1300是優(yōu)良的PVC材料消光劑。

　　有報(bào)道指出[3],對(duì)于普通PVC樹(shù)脂來(lái)說(shuō),成型以后內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的差異較小,制品表面的變形也小,因而具有平整的表面,光澤度較高。而交聯(lián)PVC樹(shù)脂含有凝膠結(jié)構(gòu),在加工過(guò)程中可能出現(xiàn)熔融的連續(xù)相和不熔融的分散相,凝膠結(jié)構(gòu)作為分散相分布在連續(xù)相中,兩相的結(jié)構(gòu)和性能有很大的差別。

　　在輥筒的剪切作用下,凝膠結(jié)構(gòu)在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生變形、旋轉(zhuǎn)和取向。此時(shí),制品的表面仍是光滑的。成型結(jié)束后,隨著溫度降低,物料由黏流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)和玻璃態(tài),由于凝膠結(jié)構(gòu)的松弛回彈作用與連續(xù)相的區(qū)別較大,使制品表面形成波浪形的凹凸起伏,產(chǎn)生一定的粗糙度,從而表現(xiàn)出消光特性。針對(duì)交聯(lián)PVC樹(shù)脂成本高的情況,在設(shè)計(jì)材料配方時(shí),可針對(duì)具體的光澤度要求適當(dāng)選擇普通PVC樹(shù)脂和交聯(lián)PVC樹(shù)脂的用量比,以達(dá)到性?xún)r(jià)比。

　　高聚合度PVC樹(shù)脂例如TK1300或S1300的流動(dòng)性較差,不適合用于流動(dòng)性要求高的PVC復(fù)合材料,此時(shí)可以考慮使用聚合度稍低的PVC樹(shù)脂例如TK1000。交聯(lián)型PVC樹(shù)脂M1000的聚合度和TK1000相當(dāng),適合與TK1000搭配使用。表3為T(mén)K1000和M1000用量比對(duì)材料光澤度和力學(xué)性能的影響。與表2的情況相似,隨著交聯(lián)PVC樹(shù)脂M1000用量的增加,材料光澤度大幅下降而力學(xué)性能保持不變。另外,將表2和表3中光澤度的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可發(fā)現(xiàn),單純使用M1000的材料光澤度比單純使用S1300略低。這是因?yàn)殡m然S1300比M1000聚合度高,但由于M1000具有更高的交聯(lián)度,因此綜合來(lái)看, M1000的消光能力相對(duì)更明顯。

　　2·2　增塑劑用量對(duì)材料性能的影響

　　有研究認(rèn)為增塑劑對(duì)PVC材料的消光性能產(chǎn)生直接影響[4]。本文研究了增塑劑用量對(duì)PVC材料性能的影響,配方中PVC樹(shù)脂為T(mén)K1300,填料為碳酸鈣(10 phr),結(jié)果如表4所示。與以往的研究結(jié)果一致,隨著增塑劑用量增加, PVC材料光澤度逐步增加,即“越軟的制品消光性能越差”[4]。

　　2·3　填料對(duì)材料性能的影響

　　以往很多研究發(fā)現(xiàn)某些無(wú)機(jī)填料對(duì)高分子材料的光澤度有著直接的影響。本文選用了改性PVC復(fù)合材料中常用的碳酸鈣和云母粉作為填料研究對(duì)材料消光性能和力學(xué)性能的影響(見(jiàn)表5)。配方中PVC樹(shù)脂為T(mén)K1300,增塑劑為DINP (80 phr)。從表5可見(jiàn),隨著碳酸鈣用量從0 phr增加到30 phr,材料的光澤度有小幅下降,由39·7°降至36·5°。當(dāng)碳酸鈣用量再增加時(shí),光澤度的下降趨于平緩?？偟膩?lái)看,碳酸鈣對(duì)材料光澤度的影響不大。材料的拉伸強(qiáng)度則隨碳酸鈣用量增加先增后降,斷裂伸長(zhǎng)率則一直下降,當(dāng)碳酸鈣用量超過(guò)30 phr時(shí),斷裂伸長(zhǎng)率的下降更為明顯。材料的硬度則隨碳酸鈣用量增加有小幅升高。

　　表6為云母粉的用量對(duì)材料光澤度和力學(xué)性能的影響?？梢?jiàn),云母粉對(duì)材料光澤度的影響相對(duì)碳酸鈣具有更顯著影響。隨著云母粉用量的增加,材料的光澤度由39·7°降至21·7°。同時(shí),云母粉用量對(duì)材料力學(xué)性能的影響較為明顯。云母粉用量由0 phr增加至30 phr時(shí),拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別下降至10·2MPa和275%。當(dāng)云母粉用量超過(guò)40 phr時(shí),拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率陡然下降,應(yīng)該為云母粉團(tuán)聚導(dǎo)致力學(xué)性能下降所致。

　　2·4　SEM分析

　　為了探討云母粉對(duì)材料力學(xué)性能的影響,采用了電子掃描顯微鏡(SEM)進(jìn)行研究。圖1a是材料的拉伸斷裂樣條斷面的SEM照片,云母粉的用量為40phr。由SEM照片可見(jiàn),斷面出現(xiàn)了材料拉伸斷裂時(shí)團(tuán)聚物剝落后剩下的巨大空洞,直徑超過(guò)500μm。將空洞中剩余團(tuán)聚物部分放大如圖1b所示?？梢?jiàn),很多云母粉粒子以粒徑較大的團(tuán)粒存在,這種團(tuán)粒聚集而成的較大的團(tuán)聚物是導(dǎo)致材料力學(xué)性能大幅下降的主要原因。因此,使用云母粉作為PVC材料消光劑時(shí),應(yīng)注意控制其用量或進(jìn)行有效的表面處理,以保證云母粉粒子在材料中的良好分散。

　　3·結(jié)論

　　1)較高聚合度聚氯乙烯樹(shù)脂TK1300相對(duì)較低聚合度樹(shù)脂TK1000更能降低材料光澤度。

　　2)交聯(lián)聚氯

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