消光聚氯乙烯的性能研究

第37卷第8期塑料T业2009年8月CHINA PLASTICS INDUSTRY. 45.消光聚氯乙烯的性能研究郭涛，何浏炜，王斌(金发科技股份有限公司，广东广州510520)摘要:采用熔融共混法制备了消光聚氯乙烯材料，研究了各组分对材料光泽度和力学性能的影响。结果表明:高聚合度聚氯乙烯树脂相对低聚合度树脂更能降低材料光泽度;交联聚氨乙烯树脂具有优良的消光性，可大幅度降低材料光泽度;材料的光泽度随着增塑剂用量的增加而提高;碳酸钙对材料消光性能影响不大，云母粉是一种消光效果明显的填料，但用量太高易使材料力学性能下降。扫描电镜分析表明:当云母粉用量较高时，云母粉粒子在基体中的分散较差，以较大团聚物存在。关键词:聚氯乙烯;消光;光泽度;力学性能中图分类号: TQ325.3文献标识码: A文章编号: 1005-5770 (2009) 08 -0045 -03Study of Dull PolyvinyI Chloride MaterialsGUO Tao, HE Liu-wei, WANG Bin(Kingfa Science and Technology Co. , Ld. ，Guangzhou 510520, China)Abstract: Dull polyvinyl chloride materials were prepared via melt extrusion, the efct of contents onglossiness and mechanical properties were studied. Results showed that high polymerization degree polyvinylchloride resin was easier to decrease the material's glossiness than the low polymerization degree resin did.Cross-linked polyvinyl chloride resin had an excellent matting ability, and could considerably reduce glossi-ness of materials; material's gossiness increased with the amount of plasticizer increases; calcium carbonatehad litle effect on matting properties of the material, mica had good efect on the fating effect as fller, butthe dosage was too high to drop the mechanical properties of materials. Scanning electron microscope showedthat the mica particles reunited in the matrix by high quantity, existing in larger units.Keywords : Polyvinyl Chloride; Dull; Gossiness; Mechanical Properties近年来，聚氯乙烯(PVC) 树脂由通用化向高性日本信越公司;增塑剂:邻苯二甲酸二壬酯能化、专业化及工程化发展是许多国家研究开发的趋(DINP)，台湾联成公司;碳酸钙:牌号TL700,广势"。很多应用场合要求PVC材料外观具有低光泽度,东腾龙公司;云母粉:牌号YM2500,广东精达.特别是很多美、日、欧的消费者偏爱表面消光制品，促公司。使国内生产厂家对材料进行改性降低表面光泽度以获得高速混合机: GH-1000, 北京塑料机械厂;双螺消光制品。杆挤出机: SJSH-Z-30, 南京橡塑机械厂;塑料注射塑料制品表面消光的机理是:利用物理或化学方成型机: CJ80M3V, 广东顺德震德塑料机械有限公法，使制品表面形成极微小的凹凸或极微细的皱纹,司;万能材料力学试验机: AG-1I， 日本SHIMADZU这些凹凸或皱纹对光线会产生漫反射和散射作用，从公司;硬度计: LX-A， 上海六菱仪器厂;材料光泽而降低了制品表面的光泽度2)。本文研究了组成度测试仪: 4430,德国BYK公司。PVC的多个组分对材料光泽度和力学性能的影响,.2 材料与试样的制备对消光PVC材料组分的选型提供了参考。将PVC原树脂加人高速混合机中后启动高速运转，加入热稳定剂及各种助剂，然后缓慢加人增塑1.1 主要原料及仪器剂，中国煤化工到混合料。高速混普通PVC原树脂:牌号TK1300和TK1000，日合机fYHCNMH a为15 min。将混合本信越公司;交联PVC树脂:牌号S1300和M1000,料加入双螺秆挤出矶甲俗融、桥出、冷却、切粒，加作者简介:郭涛，男, 1978 年生,博士研究生，主要研究方向为塑料加工及改性。guotao@ kingfa com. en●46.塑料工业2009年.料段一输送段一熔融段一机头的挤出温度分别为在辊筒的剪切作用下，凝胶结构在流动过程中发生变120、130. 140、150 C。将切粒料干燥后用塑料注形、旋转和取向。此时，制品的表面仍是光滑的。成射成型机注射成测试用的样条。型结束后，随着温度降低，物料由黏流态转变为高弹1.3性能测试态和玻璃态，由于凝胶结构的松弛回弹作用与连续相拉伸强度:按GB/T 10--2006在万能材料力学的区别较大，使制品表面形成波浪形的凹凸起伏，产试验机上进行，试验速度为50 mm/min;硬度:按生一定的粗糙度，从而表现出消光特性。针对交联CB/T2411- -1980在硬度计上进行，针头下压试样15PVC树脂成本高的情况，在设计材料配方时，可针s后读数;光泽度:按GB/T 8807- -1988 在光泽度测对具体的光泽度要求适当选择普通PVC树脂和交联试仪上进行，人射角为60°。PVC树脂的用量比，以达到最佳性价比。表2 TK1300 和S1300用量比对材料性能的影响2结果与讨论Tau2 Ffeet of content raio of TK1300 and S1300 on properies2.1聚氯乙烯树 脂对材料性能的影响TK1300/51300光泽度拉伸强度 断裂伸长邵A硬度聚合度为1000和1300的PVC树脂是最常用的质量比/MPa率/%100/03813.93427两种PVC树脂。表1是PVC树脂总用量为100份时，75/252214.24870两种不同聚合度树脂TK1000和TK1300的质量比对50/508.5397(材料光泽度和力学性能的影响，配方中增塑剂为25/75.3420/100.7_40_70DINP (80 phr),填料为碳酸钙(10 phr)。可见，随着TK1300所占比例的增加，材料的光泽度逐步下高聚合度PVC树脂例如TK1300或S1300的流动降，拉伸强度逐步提高，断裂伸长率略微下降，邵氏性较差，不适合用于流动性要求高的PVC复合材料，硬度基本不变。由于TK1300和TK1000树脂成本相此时可以考虑使用聚合度稍低的PVC树脂例如当，为降低材料光泽度可考虑适当增加高聚合度树脂TK1000，交联型PVC树脂M1000的聚合度和TK1000的用量。柑当，适合与TK1000搭配使用。表3为TK1000和表I TK1000 和TK1300用量比对材料性能的影响M1000用量比对材料光泽度和力学性能的影响。与表Tab 1 Effect of ronlent ratio of TK1000 and TK1300 on properties2的情况相似，随着交联PVC树脂M1000用量的增Tk1000/TK1300光泽度/ 拘伸强度 断 裂伸长加，材料光泽度大幅下降而力学性能保持不变。另质址比(")/MPa____ 掌/%411.8357外，将表2和表3中光泽度的数据进行对比可发现,41.2)2355单纯使用M1000的材料光泽度比单纯使用S1300略4112. 835039.513.434低。这是因为虽然S1300比M1000聚合度高，但由_380于M1000具有更高的交联度，因此综合来看，M1000的消光能力相对更明显。交联型树脂S1300为特种PVC树脂,又称“架.表3 TK1000和M1000用量比对材料性能的影响桥PVC",是因内外部分PVC生产厂家为适应特殊用Tab 3 ffert of content ratio of TK1000 and M1000 on properties途而设计的产品。由于交联PVC树脂成本较高，一Th1000/W1000光泮度/拉伸强度 断 裂伸长率1%邵A硬度般与普通PVC树脂混用。表2是TK1300和S1300用S76量比对材料光泽度和力学性能的影响(配方中其他2511.562组分同t)。随着S1300用量的增加，材料的光泽度.868664.8116069大幅下降，力学性能则基本保持不变，这说明S13002.81是优良的PVC材料消光剂。有报道指出山，对于普通PVC树脂米说，成型2.2增塑剂 用量对材料性能的影响以后内部微观结构的差异较小，制品表面的变形也” 中国煤化工料的消光性能产生小，因而具有平整的表面，光泽度较高。而交联直接用量对PVC材料性PVC树脂含有凝胶结构，在加工过程中可能出现熔能的:CYH， CNMH G1300填料为碳胺融的连续相和不熔融的分散相，凝胶结构作为分散相钙(I0 phr)，结果如表4所示。与以往的研究结果分布在连续相中，两相的结构和性能有很大的差别。-致，随着增塑剂用量增加，PVC材料光泽度逐步第37卷第8期郭涛等: 消光聚氯乙烯的性能研究.47●增加，即“越软的制品消光性能越差”[4]。至30 phr 时，拉伸强度和断裂伸长率分别下降至表4增塑剂用量对材料性 能的影响10. 2 MPa和275%。当云母粉用量超过40 phr时,拉Tab4 Effect of plasticizer content on properties伸强度和断裂伸长率陡然下降，应该为云母粉团聚导增塑剂用量光泽度拉伸强度 断裂伸长邵A硬度致力学性能下降所致。/phr1 (")/MPa率/%4032.525. 52422.4 SEM 分析3:17.6280为了探讨云母粉对材料力学性能的影响，采用了8C3813. 934电子扫描显微镜(SEM) 进行研究。图la是材料的1007.23989拉伸断裂样条断面的SEM照片，云母粉的用量为40phr。由SEM照片可见，断面出现了材料拉伸断裂时2.3填料对材料性能 的影响以往很多研究发现某些无机填料对高分子材料的团聚物剥落后剩下的巨大空洞，直径超过500 μm。光泽度有着直接的影响。本文选用了改性PVC复合将空洞中剩余团聚物部分放大如图1b所示。可见，材料中常用的碳酸钙和云母粉作为填料研究对材料消很多云母粉粒子以粒径较大的团粒存在，这种团粒聚光性能和力学性能的影响(见表5)。配方中PVC树集而成的较大的团聚物是导致材料力学性能大幅下降脂为TK1300,增塑剂为DINP (80 phr)。从表5可的主要原因。因此，使用云母粉作为PVC材料消光见，随着碳酸钙用量从0 phr 增加到30 phr,材料的剂时，应注意控制其用量或进行有效的表面处理，以光泽度有小幅下降，由39.7°降至36.5%。当碳酸钙用保证云母粉粒子在材料中的良好分散量再增加时，光泽度的下降趋于平缓。总的来看.碳酸钙对材料光泽度的影响不大。材料的拉伸强度则随碳酸钙用量增加先增后降，断裂伸长率则一直下降，当碳酸钙用量超过30 phr时,断裂伸长率的下降更为明显。材料的硬度则随碳酸钙用量增加有小幅升高。&5 碳酸钙的用址对材料性能的影响Tab5 Efecl of CaC0, content on properties碳酸钙用量光泽度抗伸强度断裂伸长a-放大38倍b-放大500倍! phr! (")/MPa___ 率/%39. 713.2363图1拉伸试样的打描 电镜照片10313.970Fig 1 SEM photo of tensile specimen2037.214.7330713036.515.4323结论13. 8_5026821)较高聚合度聚氯乙烯树脂TK1300相对较低聚合度树脂TK1000更能降低材料光泽度。表6云母粉的用量对 材料性能的影响2)交联聚氯乙烯树脂S1300和M1000具有优良Tab6 Ffet of mica content on properties的消光性，可大幅度降低材料光泽度。云母粉用量光泽度拉伸强度断裂伸K°邵A硬度3)材料的光泽度随着增塑剂用量的增加而39.7提高。35.213.5. 3584)碳酸钙对材料消光性能影响不大，而云母粉32.611.831是一种效果很好的消光填料，但用量太高易使材料力28. 210.2276.718学性能下降。50_21.76.2175) SEM分析表明，当云母粉用量较高时，云母粉粒子在基体中的分散较差，以较大团聚物存在,当表6为云母粉的用量对材料光泽度和力学性能的材料扑中国煤化工成空洞。影响。可见，云母粉对材料光泽度的影响相对碳酸钙具有更显著影响。随着云母粉用量的增加，材料的光[1].JYHCN MHG的合成研究[].中泽度由39.7°降至21.7°。同时，云母粉用量对材料国氯贼，2003 (3): 11-17. .力学性能的影响较为明显。云母粉用量由0 phr增加(下转第50页). 50.塑料工业2009年.综上所述，对于韧性材料PP,制样方式的差别参考文献对其断裂伸长率的影响非常明显，而脆性材料PS制[1] 周彦豪，陈福林，童速玲，等.塑料性能测试中一些间样方式的差别对其拉伸强度和断裂伸长率都有较明显题的探讨[J].工程塑料应用，2003, 31 (7): 39-40.的影响。[2]周维样.塑料测试技术[M]. 北京:化学工业出版社，1997: 212.3结论1)在温度一定的条件下，PP和PS的拉伸强度[3]凌树森.金属材料力学性能试验[J]. 理化检验-物理.分册，1994, 30 (1): 55-58.都随着拉伸速率的增加而提高，因此合适的拉伸速率[4] 张伍斌，都佩华，蒋冠森，等，拉伸速率对工程塑料力的选择是获取具有实用价值实验数据的前提。学性能的影响[J]. 现代机械，2008 (2): 93 -94.2)韧性材料PP的断裂伸长率受拉伸速率的影.[5] 杨挺青，左朝凤，安群力含银纹的高聚物裂纹扩展响很明显，脆性材料PS的断裂伸长率几乎不受拉伸[J]. 高分子材料科学与T程，2000. 16 (6): 32 -35. .速率的影响。[6]曾力拉伸试验速率对低碳钢力学性能的影响[J].理3)对于PP注塑成型能制得较压制成型“强而化检验-物理分册，2007, 43 (1): 6-8.韧”的试样;对于注塑成型的PS试样较压制成型的[7]叶秀娇.影响聚举乙烯制品力学性能测试因素的探讨PS试样在拉伸强度和断裂伸长率方面分别高出了[J]. 工程塑料应用，2002, 30 (6): 33-35.18. 2%和74%。(本文于2009 -04 -29收到)(上接第47页)世界橡胶工业，2005, 32 (8): 5-7.[2]陈永森，刘卫东.聚氯乙烯糊树脂制品消光方法[J]. [4] 龚浏澄,郑德，李杰聚氯乙烯塑料助剂与配方设计技聚氣乙烯，2000 (5): 30 -32.术[M].北京:中国石化出版社. 2006: 379 -380.[3]虞钟华、 消光聚氣乙烯热塑性弹性体的研究及应用[J].(本文于2009 -07 - 16收到)第8届全国PVC塑料与树脂技术年会暨“志海杯”优秀论文交流会征文启事由全国聚氯乙烯信息站、《聚氯乙烯》编辑部联合主办的碳酸钙对 制品老化性能的影响。(14) 如何选择对制品性能影第8届全国PVC塑料与树脂技术年会暨“志海杯”优秀论文交响较小的炭黑。 (15) 如何提高CPVC制品的白度。(16) 矿流会将于2009年11月份召开，现特向全国PVC塑料加I.行业用管材生产中需注意的问题。(17) 如何提高PVC薄膜的抗静及相关企事业单位、大专院校的同仁广泛征集本届年会论文。电性能。论文内容: 1)行业综述，2)政策指导，3)新技术及新截稿日期为2009年9月30日,收到的文章择优将收录进产品，4)经验总结, 5)科学管理，6)标准执行，7)原料 <第8届全国PVC郫料与树脂技术年会论文专辑》。收求的文性能，8)特种树脂，9)产品质量，10) 优秀译文。章(译文除外)将优先在《聚氯乙烯》杂志上发表，请勿他另外，也可就以下内容为主题撰写论文: (1) 如何解决投。 对PVC加工行业具有指导性、决策性的论文，介绍的产制品表面出现黑黄线、收缩痕和花斑等问题。(2) 如何提高品具有创新性、 实用性的论文，对能降低成本、增加效益的制品表面光泽度、塑化质量、煤角强度等性能。(3) 如何解论文(最好能结合实际)、对PVC加工行业具有借鉴性、学决模具的腐蚀、螺杆和机筒的不规则磨损等问题。(4) 当填习性的译 文将予以奖励。允量较大时，如何提高制品的表面光泽度。(5) 添加有机锡、联系人:杨彬(0429 - 3238246 )杜桂敏(0429 -Ca/Zmn稳定剂后，如何解决物料流动性降低的问题。(6) 水3238155)传真: 0429 -3238156温对PVC彩色共挤型材表面性能的影响。(7)复合稳定剂中广告联系人:王文武电话: 0429 - 3238160的润滑成分对碳酸钙的影响。(8)螺杆的剪切力与电机节能的协调。(9) 润滑剂与制品力学性能之间的平衡。(10) 如何中国煤化工//ww. carpve. com七路146号避免生产时螺杆上翘的问题。(11) 如何解决合流芯出现糊料:YHCNMHG鄒(125000)的问题。(12) 如何解决国产设备电流波动较大的问题。(13)