氯化聚氯乙烯(Chlorinated Polyvinyl Chloride.CPVC)樹脂較早是由德國I G Farben于20世紀(jì)30年代中期進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的，早期采用的生產(chǎn)方法是將PVC置于溶液中進(jìn)行氯化，采用此方法生產(chǎn)的CPVC樹脂比PVC樹脂更容易溶于溶劑。20世紀(jì)60年代，開始采用水相懸浮氯化法。CPVC是PVC的重要改性劑，其分子結(jié)構(gòu)中氯含量明顯高于PVC樹脂，一般為61％～68％。由于其分子結(jié)構(gòu)中含有較多的氯原子，CPVC樹脂的玻璃化溫度(T )和熱變形溫度均較高，因而耐熱性和較高使用溫度明顯高于PVC；同時CPVC樹脂還具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性、非導(dǎo)電性、阻燃性能和較低的煙霧生成特性等，是性能優(yōu)良的新型材料。

CPVC的耐熱性比PVC平均高20～40℃，利用該特點(diǎn)，與PVC共混后可提高PVC的耐熱性。另外，PVC/CPVC共混物具有較好的相容性。PVC/CPVC共混物的研究應(yīng)用國外報道較多，Goodrich公司開發(fā)的PVC/CPVC合金可以采用注射、擠出、壓延和壓制等方法制造模塑片、托盤、風(fēng)扇罩、電器零件和外殼、商用機(jī)器外殼、管材、通信設(shè)備和汽車零件等[7]。日本積水化學(xué)工業(yè)公司在CPVC中加入5～3份PVC以及少量的PMMA或甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯的聚合物或SAN 共聚物，得到機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、耐候性、耐藥品性、耐燃性和透明性較好的材料.用于制造建材、汽車零部件等。

筆者選擇CPVC、PVC 為主體材料，研究了PVC/CPVC共混比、填料品種及用量等對PVC/CPVC合金體系的力學(xué)性能的影響，同時利用掃描電鏡對PVC/CPVC合金的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

1. 實 驗
1.1 實驗原料
CPVC：含氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66％；PVC：S一1000；二鹽基亞磷酸鉛、三鹽基硫酸鉛、硬脂酸鋇、硬脂酸鈣：工業(yè)品；硬脂酸：工業(yè)品；有機(jī)錫穩(wěn)定劑：T一137；活性輕質(zhì)CaCO ：細(xì)度1 000目；丙烯酸酯類沖擊改性劑：KM355P；丙烯酸酯類加工改性劑：K125P；石蠟：P1；滑石粉；陶土：細(xì)度325目；硅藻土；云母：細(xì)度800目。
1.2 主要儀器及設(shè)備
雙輥筒煉塑機(jī)：SK一160B；25t平板硫化機(jī)：QLB一50×350×2；沖片機(jī)；電子天平：YP1200；電光分析天平：TG328B；萬能制樣機(jī)：HY—w；電子拉伸實驗機(jī)：CMT5254；萬能材料實驗機(jī)：DLY一6；沖擊實驗機(jī)：xJJ一50；烘箱：DGF30/7一Ⅱ；掃描電子顯微鏡：sx 一40，工作電壓20kV。
1.3 試樣制備與測試
1.3.1 試樣制備
按配方要求準(zhǔn)確稱量原材料、加工助劑和填料，用高速混合機(jī)混合均勻。控制開放式煉塑機(jī)前輥筒的溫度為180℃ ，后輥筒的溫度為170℃ ，輥筒間隙為1～2 mm，將混合均勻的粉料加入到已預(yù)熱的煉塑機(jī)中。待PVC/CPVC塑化包輥后，再將輥筒間隙調(diào)整為0.3 mm左右打三角包3次，共混均勻后出0.5～1.0 mm 的薄片待用。控制25 t平板硫化機(jī)的溫度為180℃ ，模具預(yù)熱后，將PVC/CPVC共混片料放入其中，然后放到平板硫化機(jī)中。在5～6MPa加熱10 rain，再在12～13 MPa加熱10 min后迅速取出，移至另一臺不加熱的平板硫化機(jī)中，保壓冷卻至室溫。壓制的試樣放置24 h后，按國家標(biāo)準(zhǔn)制樣并測試。
1.3.2 性能測試
拉伸性能測試按GB/T 1040—92進(jìn)行，彎曲性能測試按GB/T 9341—88進(jìn)行，懸臂梁沖擊性能測試按GB/T 9432—88進(jìn)行，熱變形溫度(HDT)測試按GB/T 1634—89進(jìn)行。

1.3.3 合金體系的微觀結(jié)構(gòu)表征
選取PVC/CPVC合金的沖擊試樣斷面，用掃描電鏡(SEM)觀察其微觀結(jié)構(gòu)，SEM 的加速電壓為20 kV。

2. 結(jié)果與討論
2.1 含鉛鹽穩(wěn)定劑時共混比對PVC/CPVC二元合金性能的影響
實驗中較早先選擇鉛鹽穩(wěn)定劑，探討共混比對PVC/CPVC二元合金性能的影響，結(jié)果見表1。

實驗結(jié)果表明，當(dāng) (PVC)：m(CPVC)從100：0向70：30變化時，隨著CPVC 含量的增多，PVC/CPVC二元合金體系的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、熱變形溫度(較大彎曲正應(yīng)力分別為1.82 MPa和0.45MPa)等均呈遞增趨勢。其中拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的增幅分別為7％和18％，熱變形溫度的增幅小于5％ ；而同樣隨著CPVC 含量的增多，體系沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長率卻表現(xiàn)出遞減趨勢。 (PVC)：(CPVC)=70：30時，體系的沖擊強(qiáng)度只是單用PVC時的66.67％ ，斷裂伸長率下降幅度更大，此時只有原來的45％。這是由于體系中的CPVC含量增加，CPVC的剛性和耐熱性導(dǎo)致合金的剛性和耐熱性提高所致。

表1 含鉛鹽穩(wěn)定劑時不同共混比對PVC/CPVC二元合金性能的影響

基本配方(質(zhì)量份數(shù)，F(xiàn) l司)：PVC/CPVC 1O0，3PbO 3，2PbO3，BaSt：1 5 KM355P 8，KI25P 2，填料9，潤滑劑(1 7。

圖1是 (PVC)： (CPVC)=1O0：0、90：10、80：20、70：30時，合金沖擊試樣斷面放大1 500倍的SEM 照片。由圖1可以看出，PVC/CPVC合金的相容性較好，這與文獻(xiàn)報道的相同。相比較而言，(PVC)： (CPVC)=90：10、80：20時，體系的分散效果稍差.合金體系中出現(xiàn)了顆粒的大小和分散不均勻的現(xiàn)象。但隨著CPVC用量的增加，合金體系均一性大大改善，尤其是當(dāng) (PVC)： (CPVC)=70：30時，兩者的分散性更加均勻。



圖1 不同共混比的PVC/CPVC合金沖擊試樣斷面的SEM 照片(1 500倍)


2.2 含有機(jī)錫穩(wěn)定劑時共混比對PVC/CPVC二元合金性能的影響使用有機(jī)錫穩(wěn)定劑時，PVC/CPVC合金的配方和力學(xué)性能實驗結(jié)果見表2。

結(jié)果表明，在有機(jī)錫穩(wěn)定劑的作用下，當(dāng) (PVC)： (CPVC)從1O0：0向70：30變化時，隨著CPVC含量的增多，pvc/CPVC二元合金體系的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長率均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢；而彎曲強(qiáng)度卻與之相反，出現(xiàn)先上升后下降的趨勢。兩種趨勢在(PVC)：(CPVC)=80：20時出現(xiàn)拐點(diǎn)，此時體系的沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率都下降到單用PVC時的50％ ，拉伸強(qiáng)度也只有原來的93％，而彎曲強(qiáng)度卻提高了5％。除此之外，隨著共混比中CPVC含量的增加，體系的熱變形溫度不斷升高，(PVC)：(CPVC)=70：30時，在不同彎曲正應(yīng)力(1.82MPa和0.45 MPa)下，熱變形溫度較PVC分別增加1.3 ℃ 和5.6℃。

表2 含有機(jī)錫穩(wěn)定劑時不同共混比對PVC/CPVC合金的力學(xué)性能的影響

基本配方：PVC/CPVC 1O0，有機(jī)錫 T一137 2 .5，KM355P 8 , k125P 2，填料9，潤滑劑1.2。

通過以上兩組實驗數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)在有機(jī)錫穩(wěn)定劑的作用下，合金的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長率和彎曲強(qiáng)度無明顯變化。有機(jī)錫穩(wěn)定劑雖然對熱變形溫度有較大的作用，但不如鉛鹽穩(wěn)定劑對二元合金體系的效果大。采用有機(jī)錫穩(wěn)定劑的二元合金體系的斷裂伸長率也要低于采用鉛鹽穩(wěn)定劑的二元合金體系。從總體上看，鉛鹽穩(wěn)定劑的改性效果要優(yōu)于有機(jī)錫穩(wěn)定劑。因此，筆者主要研究在鉛鹽穩(wěn)定劑穩(wěn)定作用下PVC/CPVC合金的相關(guān)力學(xué)性能。

2.3 不同填料對PVC/CPVC二元合金性能的影響
在(PVC)：(CPVC)=70：30的體系中分別加入滑石粉、陶土、絹云母、硅藻土和活性CaCO3各5份，不同填料對PVC/CPVC二元合金性能的影響見表3。

從表3可以看出：PVC/CPVC合金體系的拉伸強(qiáng)度以選用硅藻土和活性CaCO3時較大，分別為47.9MPa和47.7 MPa，沖擊強(qiáng)度則是選用活性CaCO~和陶土?xí)r較大，分別為14.4 kJ/m2和12.2 kJ/m2。在采用活性CaCO3時，試樣的斷裂伸長率也達(dá)到較大,為46.7％。由于填料的使用量小，填料品種對PVC/CPVC合金體系的彎曲強(qiáng)度和熱變形溫度影響不大。
綜合分析實驗結(jié)果可以看出：在PVC/CPVC合金體系中，填料選用活性CaCO3 時較好。

2.4 不同填料品種的PVC/CPVC合金沖擊試樣斷面的形貌在鉛鹽穩(wěn)定劑的作用下，m(PVC)：m(CPVC)=70：30選用B一564為沖擊改性劑，觀察加入滑石粉、陶土、云母、硅土、CaCO，等不同填料的PVC/CPVC合金體系在電子掃描電鏡下的微觀結(jié)構(gòu)。





圖2列出了放大1 500倍和10 000倍的SEM 照片。

比較圖2中放大1 500倍后a～e的SEM 照片，活性CaCO3和硅土與有機(jī)體系相容性較好，分散均勻；而滑石粉、陶土、云母在體系中的分散不均勻，與有機(jī)體系的相容性不好，有顆粒脫落和空洞。圖2中放大10 000倍的a ～e 的SEM 照片可以更清楚地觀察到上述情況。由于硅土屬于有機(jī)填料，對材料的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度的提高是有幫助的，但不能改善材料的沖擊性能；CaCO3填料卻能很好地發(fā)揮其增韌效果，大大地改善材料的沖擊性能。

2.5 填料用量對PVC/CPVC合金性能的影響
在PVC/CPVC的合金體系中，分別添加5～20份活性CaCO3，考查其用量對PVC/CPVC合金性能的影響，結(jié)果見表4。

隨著CaCO。用量的增加，PVC/CPVC合金的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、斷裂伸長率總體上來講均呈先上升后下降的趨勢。三者在添加5份活性CaCO3后，達(dá)到較大值，然后隨著活性CaCO3用量的繼續(xù)增加，開始下降。當(dāng)活性CaCO3用量達(dá)到20份時，三者分別為較大值時的81％ 、84％和69％。體系的沖擊強(qiáng)度隨著活性CaCO3用量的增大出現(xiàn)了上下波動，但基本維持在13 kJ/m2左右。熱變形溫度在活性CaCO3用量為5～1 5份時變化不大，但當(dāng)活性CaCO3用量超過10份時，熱變形溫度上升。

表4 CaCO 用量對PVC/CPVC合金性能的影響

基本配方：PVC/CPVC 1O0，3PbO 3，2PbO 3，BaSt2 1.5，KM355P 8，K1 25P 2，填料9，潤滑劑0 7。

3 結(jié) 論
(1)CPVC在加工過程中易發(fā)生脫HCL反應(yīng)，PVC常用的鉛鹽穩(wěn)定劑、有機(jī)錫類穩(wěn)定劑均適用于CPVC體系，且鉛鹽穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果要優(yōu)于有機(jī)錫類穩(wěn)定劑。
(2)當(dāng)m(PVC):m(CPVC)從1O0:0向70:30變化時，隨著CPVC用量的增多，PVC/CPVC二元合金體系的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、熱變形溫度(較大彎曲正應(yīng)力分別為1.82 MPa和0.45MPa)等均呈遞增趨勢，而沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長率出現(xiàn)遞減趨勢，尤其是隨著CPVC含量的增多，PVC/CPVC二元合金體系的斷裂伸長率降幅較大。
(3)在填料用量為5份時，PVC/CPVC合金體系的拉伸強(qiáng)度以選用硅藻土和活性CaCO3時較大，沖擊強(qiáng)度則是選用活性CaCO3和陶土?xí)r較大。由于填料的用量小，填料對PVC/CPVC合金體系的彎曲強(qiáng)度和熱變形溫度影響不大。
(4)隨著CaCO3用量的增加，PVC/CPVC合金的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度 斷裂伸長率總體上均呈先上升后下降的趨勢。活性CaCO3用量的變化對沖擊強(qiáng)度幾乎無影響。熱變形溫度在活性CaCO3用量為5～15份時變化不大，但當(dāng)活性CaCO3用量超過10份時，熱變形溫度上升。

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