不同改性剂对PVC管材材料性能影响研究

郭 琴

（陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018）

不同改性剂对PVC管材材料性能影响研究

郭 琴

（陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018）

针对传统PVC管材存在加工性能不佳、冲击性能差等问题，结合 PVC 管技术的现状，提出一种抗冲击性的PVC管材材料。对此，文章首先对PVC管材增韧改性的基本原理进行分析，比较几种常用的增韧改性剂，最终选择ACR、MBS作为增韧改性剂；其次，以PVC树脂、SG型树脂等作为原材料，以MBS、ACR作为改性剂，对PVC管材进行制备，分别比较不同改性剂下的PVC管材性能；然后设计MBS+ACR的复配体系，得到不同复配体系下的PVC性能。由此通过上述的研究得出，在不考虑其他因素变化的情况下，MBS、ACR可提升PVC管材的抗冲击性能力，并赋予了PVC管材更好的断裂伸长率，从而大大提高了PVC的性能，并简化了加工难度。

改性剂；PVC管材；ACR；断裂伸长率；抗冲击性

对PVC管材来讲，传统的PVC管材制备是以聚氯乙烯作为主要的原材料，然后在原材料中加入适量的改性剂和抗老化剂，并经过生产工艺制备而成。这种传统的制备思路中，通过实践应用发现其存在热稳定性差、抗冲击性低和加工性能不佳等问题，从而造成PVC管材质量严重受损。因此，为提高PVC管材冲击性能，必须对PVC管材进行改性，从而提高其韧性。目前，关于PVC管材树脂韧性提高的方法中有很多，如在 PVC管材中加入 ACR，或者 CPE等，有或者加入纳米碳酸钙等，实现对PVC的改性[1]。具体在研究成果上，体现在李建强在其研究中加入活性碳酸钙和 MBS，从而将 PVC管材的抗冲击性能提高了17%，宣超等在PVC中加入ACR，从而通过挤出技术，提高了PVC的性能[2]。而李成吾在当代化工上发表的一篇文章中指出了未来PVC发展的趋势，即PVC-O和PVC-M[3]。因此，结合上述的研究基础，提出结合不同的改性剂，制备一种抗冲击性的PVC管材，并对其影响性能进行了深入的分析。

1 PVC增韧机理

PVC作为目前应用最为广泛的一种树脂材料，具有阻燃、耐化学药品、机械强度等优点，被广泛的应用在工程建筑和日常生活之中，如居民日常生活水管。但对于PVC管材而言，其主要成分是聚氯乙烯，其中的氯元素具有非常强的极性[4]，从而使得PVC具有良好的力学性能和耐久性能。但同时也体现出材料本身具有明显的脆弱性，必须对其进行增韧改性。

目前，针对PVC材料改性的研究中，主要分为物理和化学两种方法，其中化学改性主要是通过共聚化合物和接枝的方法，这种方法的优势在于效果明显[5]；而通过物理改性方法，即将改性剂与其他加工助剂与树脂相互混合，并将其分散到树脂基体当中，从而起到改性的作用。这种方法成本低，但是效果慢。因此，通常为提高PVC管材性能，选择化学改性成为一种常用的手段。而目前常用的改性剂体系主要包括ACR、MBS、CPE等几种不同类型体系，其中，ACR和MBS是目前研究最为广泛的两种改性体系。其增韧的机理是借助ACR和MBS等改性剂的弹性，从而提高PVC的韧性。

2 原材料选取及PVC制备

2.1 原材料选取

为制备新型的PVC管材，本文主要选取了以下几类原材料，具体明细见表1所示。

表1 主要原材料Table 1 Main raw materials

2.2 PVC制备步骤

由于PVC配方比较复杂，在制备的时候应严格按照加工顺序掺入不同的原材料，从而防止出现不良协同反应。因此，将其步骤设计为如图1所示。

2.3 测试方法

2.3.1 拉升强度测试

塑性的拉伸性能通常被看成是很亮塑料制品的一个重要指标，也是塑性制品的一个基础性能。拉伸强度是PVC材料受到拉力的作用，直到其出现断裂，由此计算出其能够承受的最大拉伸应力。具体测算是依据GB/T 1040-2006标准，拉伸速度为5 mm/min。具体计算公式为：

其中：tσ——拉伸强度；

P——能承受的最大负荷；

b, d——PVC样条的宽度和厚度。

图1 PVC制备流程Fig.1 PVC preparation process

2.3.2 拉升强度测试

冲击性能试验是指其在受到冲击载荷的情况下所能够承受的材料冲击强度。该指标主要判断材料的脆弱性和韧性。测试依据按照GB/T1843-1996标准，测试样条尺寸为18 mm×18 mm，缺口深度2 mm，具体计算公式为[6]：

其中：αiN——抗冲击强度；

W——修正后的能力；

d——样条厚度；

bn——剩余宽度。

3 实验配合比设计

3.1 考虑单因素的实验配合比

根据实验制备要求，分别设计基于 ACR和基于MBS改性剂的实验配方。

3.1.1 基于ACR的基础配方体系

在该配方体系中，采用SG-5和不同ACR份数进行组合，从而设计了表2的配方体系。

表2 基于ACR的基础配方体系Table 2 Basic formula system based on ACR

通过上述的设计，经测试得到图2和图3所示的PVC材质断裂伸长率和抗冲击性强度。

图2 基于ACR的断裂伸长率Fig.2 Elongation at break based on ACR

图3 基于ACR的冲击强度Fig.3 Impact strength based on ACR

通过上述的结果看出，随着ACR份数的增加，其抗断裂伸长率不断增加，但抗冲击强度却在不断变化。

3.1.2 基于MBS的实验配方体系

该实验配方体系的设计中，以SG-5、润滑剂等作为基础原材料，加入不同量的MBS份数，从而得到表3所示的配方体系。

表3 基于MBS的配方体系设计Table 3 Design of prescription system based on MBS

通过上述的配方体系，结合测试实验方法，可以得到掺入不同量的 PVC材料的断裂拉伸率和抗冲击强度。具体如表4和表5所示的结果。

表4 不同MBS量下的冲击强度变化Table 4 Impact strength change under different MBS

表5 不同MBS下的断裂拉伸率Table 5 Fracture tensile rate under different MBS

通过上述的分析可以看出，随着MBS份数的增加，其抗冲击强度在不断增加，并当加入的分数在17份的时候，其抗压强度达到最大，但是其拉伸率的变化却不大。说明MBS对PVC材料的影响中，对抗压强度影响大，对拉伸率的影响小。

而综合上述的分析可以得出一个结论，即MBS和ACR具有一定的协同作用，可提升PVC材料的拉伸率和抗压强度，进而改善PVC的韧性。

3.2 复合配方体系

针对上述得到的结论，提出将ACR和MBS掺入到PVC树脂原材料中，并对复合配方体系进行了设计，具体见表6所示。

表6 复配体系明细Table 6 Complex system list

通过上述的配合比，可以得到如图3所示的实验结果。

图4 基于ACR+MBS的复配增韧效果变化Fig.4 Effect of composite toughening on ACR+MBS

同时，制备好的PVC材质进行检测，可以得到图5所示的PVC红外谱曲线。

图5 复合配方下的PVC红外线谱Fig.5 Infrared spectrum of PVC under compound formula

通过上述的结果看出，当掺入ACR用量持续减少的时候，其断裂伸长率在不断的变化，并呈现出下降的趋势。而当ACR:MBS=1:1的时候，其会出现一个高峰，由此说明在这个点两者的配合最强。同时通过红外线谱的分析看出，该复合材料制备成功。

4 结束语

通过上述的研究看出，ACR和 MBS改性剂对PVC管材材料在增韧性能方面有协调作用，其主要原因是对PVC的影响不同，ACR主要影响拉伸率，而MBS则主要影响抗冲击强度。由此，通过两者的协同作用，体现了其在PVC管材增韧上具有很好的优势。

［1］王俊海. PVC-M中空壁内螺旋消音管材的性能及应用前景[J]. 广州化工,2014,23:46-47.

［2］2014～2015年世界塑料工业进展[J]. 塑料工业,2016,03:1-46.

［3］李成吾,左继成. 国内外 PVC管技术现状及发展方向[J]. 当代化工,2015,04:711-714.

［4］刘容德,李静,张桦,刘浩. PVC材料的刚韧平衡研究[J]. 聚氯乙烯,2013,02:18-22+36.

［5］ 杨成德. 大口径给水用抗冲改性PVC-M管材生产配方工艺研究[J].塑料制造,2016,Z1:77-84.

［6］ 刘容德,李静,张桦,刘浩. 煤矿用三层共挤PVC-M管材配方的开发[J]. 聚氯乙烯, 2016, 01: 23-27．

Effect of Different Modifiers on Properties of PVC Pipe Materials

GUO Qin
(Shaanxi College of Communication Technology, Shaanxi Xi’an 710018, China）

In view of the problems of poor processing performance and poor impact performance of the traditional PVC pipe, combined with the present situation of PVC pipe technology, a kind of impact resistant PVC pipe material was put forward. The basic principle of toughening modification of PVC pipe was analyzed, several common toughening agents were compared, and ACR and MBS as toughening agent were screened out. Using PVC resin and SG resin as raw materials, MBS and ACR as the modifier,PVC tube material was prepared, properties of PVC pipes modified by different modifiers were compared, the MBS+ACR compounded system was designed, properties of PVC pipes prepared by using different compounded systems were analyzed. The results showed that, without considering other factor change, adding MBS and ACR can improve the ability of impact resistance and the elongation of the PVC pipe, the performance of PVC can be greatly improved to simplify the difficulty of processing.

Modifier; PVC pipe; ACR; Elongation at break;Impact resistance

TU57

A

1671-0460（2017）11-2251-03

2017-03-15

郭琴（1979-），女，陕西延安人，市政工程专业教师，工程硕士，2002年毕业于西北农林科技大学农业水利工程专业，研究方向：从事市政工程的教育与研究工作。E-mail：guoqing789@126.com。