（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）聚氯乙烯(PVC)具有良好的力學(xué)性能和電性能?耐腐蝕性?阻燃性等優(yōu)良綜合性能, 而且價(jià)格低廉?原料來源廣泛, 因此廣泛應(yīng)用于化學(xué)建材和其他領(lǐng)域?PVC的主要缺陷是脆性大?熱穩(wěn)定性差?易分解產(chǎn)生氯化氫(HCl)氣體?無機(jī)填料填充改性PVC是PVC常見的改性方法, 文章選擇4種不同形狀的無機(jī)填料提高PVC的沖擊性能, 改善其耐熱性能, 力圖獲得易加工?耐熱性好以及綜合性能優(yōu)良的PVC復(fù)合材料?
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要原材料
PVC(SG5電石法制備)、熱穩(wěn)定劑、活性輕質(zhì)CaCO3、滑石粉、硅藻土、硫酸鎂晶須:l/d>80、PE蠟?硬脂酸鈣?
1.2 主要設(shè)備
高速混合機(jī):SHR-10A ,平板硫化機(jī):25t,開放式雙棍煉膠機(jī):SK-100, 啞鈴型制樣機(jī):XYZ-12,萬能試驗(yàn)機(jī):DW-100, 上海華光測(cè)試儀器有限公司;熱變形-維卡軟化溫度溫度測(cè)試儀:RRHDV4,掃描電子顯微鏡:KYKY-2800B?
1.3 試樣制備
1.3.1 試驗(yàn)配方
PVC(SG5電石法制備):100份;熱穩(wěn)定劑:4份;聚乙烯蠟:3份;硬脂酸鈣:3份;活性輕質(zhì)CaCO3 ?滑石粉?硅藻土?硫酸鎂晶須均為變量?
1.3.2 試樣制備
將PVC和加工助劑分別與CaCO3 ?滑石粉?硅藻土和MSW按一定比例在高速混合機(jī)中捏合8 min, 出料;將上述混合料在175-180 ℃的開放式雙輥煉膠機(jī)上混料7 min, 制成厚度約為3 mm的板, 再裁成小片;然后用25 t平板硫化機(jī)于180 ℃?15 MPa模壓15min, 保持壓力冷卻至室溫后取出?最后, 在啞鈴型制樣機(jī)上制成標(biāo)準(zhǔn)樣條?
1.4 性能測(cè)試與表征
力學(xué)性能測(cè)試:拉伸性能按照GB/T 1040-2006 測(cè)試, 試樣為啞鈴型, 拉伸速率為50 mm/min;缺口沖擊強(qiáng)度按照GB/T1843-1996測(cè)試, V形缺口, 試樣尺寸為80 mm ×10 mm ×4 mm,缺口深度2 mm?加工流變性能測(cè)試:將200 g混合均勻的PVC粉料加入轉(zhuǎn)矩流變儀中, 外加5 kg砝碼, 混合器初始溫度為200 ℃, 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r/min?掃描電鏡分析(SEM):對(duì)沖擊斷面噴金, 然后在掃描電子顯微鏡下觀察沖擊斷面形貌?
2 結(jié)果與討論
2.1 無機(jī)填料的微觀形態(tài)
研究4種不同形狀的無機(jī)填料填充改性PVC, 填料形狀如圖1所示, CaCO3 形狀為粒狀, 滑石粉為片狀, 硅藻土為無規(guī)則狀,MSW 為針狀?
圖2為無機(jī)填料/PVC復(fù)合材料沖擊斷面掃描電鏡微照片,填料的份數(shù)分別為5 份和20份?由圖可以清楚的看到無機(jī)填料在PVC基體中的分布都較均勻?CaCO3?硅藻土和MSW 質(zhì)量含量為5份和20份時(shí)的斷面形貌差不多;而片狀的滑石粉5份時(shí), 均勻分布在PVC基體中, 但達(dá)到20份時(shí)滑石粉成片粘連,斷面呈現(xiàn)整片快速脫粘的快速斷裂形貌?從下面的沖擊性能證實(shí)其沖擊性能明顯降低?
2.2 無機(jī)填料用量對(duì)PVC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
圖3 為無機(jī)填料用量對(duì)PVC復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度的影響, 由圖3可以看出, 隨著粒狀CaCO3 和針狀MSW 用量的增加, PVC復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度呈線性提高趨勢(shì), 且提高幅度較大?當(dāng)CaCO3 為30份時(shí), PVC復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)8.9kJ/m2 ?其增韌機(jī)理為:無機(jī)粒子的存在產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng), 易引發(fā)周圍樹脂產(chǎn)生開裂, 吸收一定的變形功;無機(jī)粒子的存在使基體樹脂裂紋擴(kuò)展受鈍化, 最終裂紋終止, 不致發(fā)展為破壞性開裂?
MSW0=5份時(shí), 其缺口沖擊強(qiáng)度提高幅度較大, 5 份以后, 提高幅度趨于平緩, 大于15份以后又下降的趨勢(shì)?主要是因?yàn)獒槧頜SW 導(dǎo)致基體局部應(yīng)力狀態(tài)改變引起的, 沖擊能耗散的主要途徑是MSW 的拔出?斷裂與基體塑性變形?
無規(guī)的硅藻土對(duì)PVC復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度影響不明顯, 主要是因?yàn)楣柙逋帘旧磔^軟且尺寸較大, 裂紋擴(kuò)展時(shí)沒有起到剛性粒子增韌效果?而片狀的滑石粉加入一方面容易形成應(yīng)力集中, 另一方面片狀的滑石粉與PVC基體兩相之間的接觸面積較小, 兩相間作用力較弱, 在沖擊受力過程中容易脫粘, 如圖2(d)所示?故其沖擊性能反而下降?
 2.3 無機(jī)填料用量對(duì)PVC復(fù)合材料加工性能的影響
圖5為無機(jī)填料用量對(duì)PVC復(fù)合材料平衡扭矩的影響, 由圖5可以看出, 隨著粒狀CaCO3 和片狀滑石粉加入量較小時(shí)(5份), PVC復(fù)合材料平衡扭矩有所降低, 但隨著加入量的提高, 平衡扭矩開始增大?因?yàn)榱捷^小的粉體在低含量時(shí)能對(duì)PVC樹脂起到潤滑的作用, 降低PVC復(fù)合材料熔體的黏度?但隨含量的增加, 無機(jī)粒子與PVC基體間的作用力增大, 熔體黏度增加, 平衡扭矩增大?主要是硅藻土表面的孔洞與PVC接觸, 兩相間的摩擦力較大, 使熔體流動(dòng)困難, 黏度增大?隨著硅藻土用量的增加, PVC復(fù)合材料平衡扭矩逐漸升高?同樣, 針狀的MSW 長徑比較大, 隨著MSW 份數(shù)的增加, 平衡扭矩也逐漸升高?當(dāng)加入量達(dá)到20份以后, 由于硅藻土和MSW 加入過多,PVC樹脂不能塑化, 平衡扭矩?zé)o法測(cè)出?
3 結(jié)論
1)粒狀CaCO3 和針狀MSW 對(duì)PVC復(fù)合材料的沖擊性能有利, 起到增韌作用;而無規(guī)硅藻土對(duì)PVC復(fù)合材料的沖擊性能影響不大;片狀滑石粉反而降低了PVC復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度?
2)粒狀CaCO3 和無規(guī)硅藻土使PVC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度明顯下降, 而片狀滑石粉和針狀MSW 對(duì)PVC復(fù)合材料的拉伸性能影響較小?
3)少量微細(xì)無機(jī)粒子(CaCO3 和滑石粉)對(duì)加工性能有利,當(dāng)無機(jī)填料加入量達(dá)到10份以上時(shí), PVC復(fù)合材料的平衡扭矩變大, 流動(dòng)困難, 加工性能變差?
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
