高抗冲PVC复合树脂加工性能研究

张兰华，张玉，贾晓伟，王会昌

（河北盛华化工有限公司，河北省氯碱工程技术研究中心，河北张家口075000）

高抗冲PVC复合树脂加工性能研究

张兰华，张玉，贾晓伟，王会昌

（河北盛华化工有限公司，河北省氯碱工程技术研究中心，河北张家口075000）

研究了聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿网络结构的PVC复合树脂在管材加工方面的应用。研究结果表明，该复合树脂的流动性较好、易加工、热稳定性好、加工温度范围宽，尤其是冲击强度大幅提高、韧性强。

PVC复合树脂；聚丙烯酸酯；管材；加工性能

2 原料

主要原料及配方见表1。

表1 主要原料及配方表

3 混料工艺

在低速下，加入复合树脂、热稳定剂；在高速和60℃条件下，加入内润滑剂；在高速和80℃条件下，加入填充料、钛白粉、外润滑剂、着色剂等。随着物料温度不断上升，复合树脂颗粒和其他组分不断相互渗透，复合树脂颗粒表面逐渐吸收或吸附稳定剂、润滑剂等。当物料温度升至100℃左右时，很容易除去复合树脂及助剂中的水分和其他易挥发物，避免了在挤出过程中产生气泡；当物料升至120℃以上（通用PVC树脂在115～120℃）时，可形成均匀、稳定的干混合料。热混后应立即冷混，以防止热混料长时间在高温下存放而发生分解。同时，热混料如不经过冷混，在自然状态下冷却易重新吸收水分，对挤出加工造成不良影响。冷混料出料温度为40℃、冷却水温度为13～15℃。

4 加工性能分析

该公司采用上海科创橡塑机械设备有限公司XSS-300型转矩流变仪测试1#、2#料的加工流变性能，分析其在熔融状态下各参数的变化规律，从而为确定加工条件提供参考。塑化曲线是全面评价PVC树脂加工性能的重要依据，也是研究PVC加工工艺和配方的有效途径。实验条件为：物料质量63 g；温度185℃；时间12 min；载荷5 kg；转速：40 r/min。

表2 实验结果表

从表2及图1可以看出，2#配方料在添加了15份碳酸钙后，物料熔融时间、平衡扭矩、物料流动性较不添加碳酸钙的1#配方料有所变化，但变化不大。2种料的熔融时间都不长，只有几十秒；平衡扭矩均较低、流动性较好，说明易于加工；经过12 min混炼后，均未出现分解现象。

5 管材生产

主要生产设备为锥形双螺杆挤出机，SJ-65/132，青岛福顺塑料机械有限公司；高速混合机组，SRLZ300/600，张家港市港丰机械厂。

对1#、2#料分别进行10 mm SDR41（壁厚2.7 mm）给水管材生产，工艺参数如下：电流：50~55 A；主机转速：250~300 r/min；牵引转速：900~950 r/min；喂料转速：500~600 r/min；真空度：-0.08MPa；1区至10区的控制温度分别为：165℃、170℃、175℃、180℃、180℃、180℃、175℃、175℃、180℃、185℃。加工表现为管材无弯曲，内外表面光滑且有光泽，物料挤出均匀、稳定。

6 管材检测

按照GB/T10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》，对上述管材分别进行维卡软化温度、纵向回缩率、二氯甲烷浸渍试验、落锤冲击试验及液压试验的检测。结果见表3、表4、表5、表6、表7。

表3 维卡软化温度测试结果℃

表4 纵向回缩率测试结果%

表5 二氯甲烷浸渍试验结果N

表6 落锤冲击试验结果

表7 管材液压试验结果

从以上检测结果可以看出，2#料既使加入了15份碳酸钙，所有检测项目也均达到或超过了GB/ T10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》中的技术指标。

7 结果分析与讨论

用聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿网络结构的聚氯乙烯复合树脂生产的给水用管材各项技术指标均能达到或超过GB/T10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》中的要求，液压试验中反复地补压、泄压，管材只是轻微胀起，低温落锤冲击五十余次，均未破裂，而且，增加填充剂的含量对性能无影响，说明材料在保证刚性强度的同时，韧性较高，适于加工各种管材，是生产高抗冲管材的新型复合材料。

该复合树脂除了上述优点外，还具有以下特点。

（1）加工温度范围宽、热稳定性好。PVC-SG5树脂经物理改性后的塑料制品配方一般加工温度为185~190℃，而由复合树脂调配的塑料制品配方加工温度为180~200℃。聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿网络结构的聚氯乙烯复合树脂在180~200℃时，经微观形态电镜扫描，微观形态相差不大，丙烯酸酯粒子为“核-壳”结构的橡胶球弹性体均匀地分布在基体树脂间并能够偶联到基体树脂上，从而起到抗冲击改性作用。而经CPE等改性剂改性的PVC树脂在190~200℃时的微观形态相差很大，在190℃时，改性粒子形成了一个包裹PVC初级粒子的网状结构，可以获得良好的抗冲击增韧效果；而在200℃时，PVC初级粒子完全熔融，网状结构消失而转变为球体分散于PVC树脂基体中，导致抗冲击改性效果大幅下降。加工生产试验结果表明，复合树脂加工温度范围明显比添加各种增韧剂的PVC共混料加工温度范围宽。从材料的加工性能分析可知，有机锡热稳定剂的用量为0.8~1.2份，在混合装置中混炼12 min后，材料也未出现分解现象，这说明复合树脂的热稳定性较好，一定程度上可降低生产成本。通常在PVC-SG5树脂和复合树脂中有机锡热稳定剂的添加量分别为：1.2～1.5份、0.8～1.2份。

（2）流动性好。熔融时间是衡量物料塑化性能的重要指标，2种配方料的熔融时间都不长，说明材料的塑化性能较好；平衡转矩是物料表观黏度的度量，决定着设备生产时的功率消耗，2种配方料的平衡扭矩均较低，说明复合树脂的黏度较低、流动性较好、易于加工。复合树脂在实际加工中，流动性优于通用树脂，在塑料制品配方中可以不加ACR加工助剂，润滑剂的添加量也少于通用树脂。由于流动性好，可降低生产时设备的功率消耗，减少了对设备的磨损，在一定程度上降低了成本。通常情况下，润滑剂和加工助剂ACR在100份SG5-PVC树脂中的添加量为：PVC-SG5：1.5份、1~2份；复合树脂只加1.2份润滑剂。

（3）冲击强度高。为了不改变材料本身的性能，分别在复合树脂和PVC-SG5树脂中只加内、外润滑剂和热稳定剂，不添加任何其他改性剂和助剂，混料后在双辊炼塑机上于180℃下炼塑大约5分钟，然后热压成板，再冷压、制样，按照GB/T1043.1-2008/1eA检测材料的缺口冲击强度。试验条件为：简支梁冲击试验；4J摆锤；23℃；硬脂酸钙及十八醇各0.8份；有机锡（8831）2份。PVC-SG5树脂、复合树脂的缺口冲击强度分别为3 kJ/m2、70 kJ/m2。

试验结果表明，同样条件下，复合树脂的冲击强度要远远高于普通树脂的冲击强度。

8 结论

（1）该复合树脂冲击强度高、韧性好，加工配方中不必另外加入抗冲改性剂。

（2）加工试验结果表明，该复合树脂具有塑化时间短、流动性好、易加工、热稳定性好以及加工温度范围宽等特点。

（3）用该树脂生产的管材内外表面光滑且有光泽、物料挤出稳定。

（4）虽然增加了聚丙烯酸酯种子乳液的成本，但该成本较低，对树脂总成本影响不是很大。因该复合树脂质量好、韧性高，可以适当提高售价，增加利润。

（5）河北盛华化工有限公司生产的聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿网络结构的聚氯乙烯复合树脂经该公司管材车间、张家口市伟业管业有限公司、张家口市方盛塑业有限公司试用后，普遍反映该复合树脂具有塑化性能好、挤出稳定、挤出速度快、制品内外表面光滑且有光泽、易加工、韧性好等特点。同时，可减少润滑剂、稳定剂的用量，省去抗冲改性剂和加工助剂，适量增加碳酸钙等填料的用量，因此，在一定程度上降低了产品的生产成本，具有广阔的应用前景。

Processability research about interpenetrating polymer networks compound PVC resin of polyacrylate in-situ polymn

ZHANG Lan-hua，ZHANG Yu，JIA Xiao-wei，WANG Hui-chang
（Hebei Shenghua Chemical Industry Co.，Ltd，Hebei Province Chlor-Alkali Technology Research Centre，Zhangjiakou 075000,China）

The application of interpenetrating polymer networks compound PVC resin of polyacrylate in-situ polymn in pipes process.The result indicated its flowability is better，easily for processing，the thermal stability is better，processing temperature range is wider，especially its impact resistance strength has a obvious improvement and its toughness is very good.So this kind resin is a new type high-impact resistance compound PVC resin

compound PVC resin；polyacrylate；pipe；processability

TQ325.3

B

1009－1785(2012)09-0020-03

1 简介

聚氯乙烯（PVC）硬制品具有强度高、硬度大、难燃、耐腐蚀、绝缘等特点，以其良好的物理性能、化学性能及低廉的价格等优势广泛应用于各行业中。但是，单一的硬质PVC制品的缺口冲击强度很低、韧性差、在受冲击时极易脆裂，因此，在加工配方中，需要添加冲击改性剂以获得足够的冲击性能，达到增韧、增强的目的。目前，中国提高PVC硬制品的冲击性能几乎全部采用共混增韧的方法，即在PVC树脂中加入各种冲击改性剂如CPE、ABS、MBS、ACR、ACM等以提高产品韧性，该方法属于物理改性的一种，具有树脂分散性差、助剂吸收不好、塑化不均、增韧效率低等缺点。因此，研究生产一种同时具有高硬度、高韧性的PVC专用树脂来取代上述共混增韧树脂是必要的。河北盛华化工有限公司和河北工业大学共同开发的聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿网络结构的PVC复合树脂填补了这一空白。

丙烯酸酯类共聚物是一种以交联的丙烯酸烷基酯橡胶弹性体为核、聚甲基丙烯酸烷基酯为壳的双层或多层结构的共聚物，“核-壳”粒子可均匀地分散在PVC基体材料中，并和PVC相互作用，起到类似丙烯酸酯类共聚物加工助剂的效果，促进PVC树脂的塑化和凝胶化。聚丙烯酸酯原位聚合具有互穿网络结构的聚氯乙烯复合树脂（以下简称复合树脂），正是利用了上述这些特点，通过原位聚合对PVC树脂进行微观改性。改性后的PVC复合树脂克服了上述共混增韧方法的缺点，在使用该树脂加工制品的配方中，不必另外加入增韧改性剂，在不影响其他性能指标的前提下，同样能达到更优异的增韧效果。且该产品具有塑化时间短、加工范围宽、流动性好、韧性高等特点，经过多次加工生产试验，在PVC-U管材试验生产中取得了良好的应用效果。

张兰华（1969—），女，工程师，1992年毕业于河北轻化工学院（今河北科技大学）有机化工专业，现在河北盛华化工有限公司技术研发处从事分析检测工作。

2012-02-16