為了提高產(chǎn)品的抗沖擊性能,在生產(chǎn)過程中要添加抗沖改性劑。用于硬質(zhì)PVC型材行業(yè)的抗沖改性劑主要有CPE、MBS和ACR。其中CPE、ACR改性劑的分子結(jié)構(gòu)中不含雙鍵,耐候性能好,廣泛用于戶外建筑材料。目前就CPE和ACR對PVC沖擊改性的效果討論很多,國外對ACR性能的推薦,除強(qiáng)調(diào)它對低溫沖擊強(qiáng)度的大幅度提高外,還強(qiáng)調(diào)它對耐候性、加工性能的改性,而CPE對加工溫度的敏感性也已被生產(chǎn)實(shí)際所證實(shí)。因此,目前在歐洲、美國以丙稀酸酯為主導(dǎo)來改進(jìn)PVC的抗沖擊性。在我國,由于只有少數(shù)廠家生產(chǎn)抗沖ACR改性劑,品種和牌號均不能滿足市場需要,而且質(zhì)量尚欠穩(wěn)定,價(jià)格偏高。因而,目前我國絕大多數(shù)(90%)異型材廠仍以CPE作抗沖改性劑,CPE依然占主導(dǎo)地位,丙稀酸酯應(yīng)用較少,還有的廠家采用MBS。在此,我們對CPE與ACR、MBS進(jìn)行一下對比試驗(yàn),對它們進(jìn)行全面的了解,評價(jià)各項(xiàng)性能孰優(yōu)孰劣,以便揚(yáng)長避短,合理使用。
實(shí)驗(yàn)部分
?。?、實(shí)驗(yàn)用主要原料、規(guī)格:
?。ǎ保渲壕勐纫蚁。校郑?SG-5型
?。ǎ玻┛箾_擊改性劑:CPE:型號3135。ACR:KM355P。
?。ǎ常┫⊥练€(wěn)定劑:型號REC-E。
?。ǎ矗┾伆追郏盒吞枺遥保埃怠?br> ?。ǎ担┹p質(zhì)碳酸鈣。
(6)加工助劑:ACR-201型。
2、實(shí)驗(yàn)用主要設(shè)備及測試儀器:
?。ǎ保└咚倩旌蠙C(jī):型號GH-10DY,槳葉轉(zhuǎn)速1250/2500轉(zhuǎn)/分。
?。ǎ玻┕嗣軣挋C(jī)和擠出機(jī)。
?。ǎ常┤f能制樣機(jī)。
?。ǎ矗╇娮永υ囼?yàn)機(jī):DXLL-3000型。
(5)沖擊試驗(yàn)機(jī)。
?。?、實(shí)驗(yàn)流程及條件:
實(shí)驗(yàn)流程:配料→捏合→擠出→制樣→測試
?。校郑弥懈鞣N助劑用量如表1所示。
表1 ?。保埃胺荩校郑弥兄鷦┑挠昧?
助劑ACR碳酸鈣鈦白粉稀土穩(wěn)定劑硬脂酸鈣
份數(shù)1.6543.10.06
在PVC共混體系中,表1中各種助劑用量不變,抗沖改性劑的種類和用量是變量。
?。ǎ保┠蠛希簩⒍康模校郑门c助劑倒入捏合機(jī)內(nèi),高速運(yùn)轉(zhuǎn),物料溫度達(dá)到120℃時(shí)放出物料,冷卻后裝袋。
?。ǎ玻┟軣挘簩⒍康模校郑霉不炝霞尤牍嗣軣挋C(jī)中進(jìn)行密煉,條件為溫度180℃,轉(zhuǎn)速30rpm。
(3)擠出:將PVC 共混料加入哈克雙螺桿擠出機(jī)中擠出,工藝條件為:溫度TS-E1 184℃,TS-E2 187℃,TS-E3 190℃;TS-D1 191℃。螺桿轉(zhuǎn)速30rpm。
?。础⒃嚇又谱髋c性能測試:
?。ǎ保┛箾_擊性能:采用國標(biāo)GB/T8814-1998測試。
?。ǎ玻├煨阅埽翰捎脟鴺?biāo)GB/T8814-1998測試。
結(jié)果與討論
?。薄⒉煌男詣Γ校郑霉不炝系牧髯冃阅艿挠绊懀?br> 用抗沖改性劑CPE、ACR、MBS改性的PVC共混料的流變曲線如圖1所示。
圖1 改性共混料流變曲線
圖1表明采用CPE塑化稍慢,但扭矩較低。共混料流變曲線中,較大扭矩可作為加工設(shè)備所需要的傳動(dòng)功率大小的度量,而平衡扭矩則決定了加工設(shè)備生產(chǎn)時(shí)的功率消耗,它們都是極重要的流變特性參數(shù)。平衡扭矩值平穩(wěn)表明配方中助劑與樹脂相容性好,塑化時(shí)間長短可決定設(shè)備的一些參數(shù)。扭矩低,可使擠出功率降低。
?。病⒏黝惪箾_改性劑對硬質(zhì)PVC共混料擠出加工性能的影響:
不同改性劑不同份數(shù)的擠出性能曲線如圖2所示。
圖2 不同份數(shù)改性的擠出性能
由圖2可見,隨著改性劑份數(shù)的增加,擠出扭矩都要增加。這說明改性劑用量增加,會使物料的粘度增加,導(dǎo)致扭矩升高。其中CPE擠出扭矩較低,MBS次之,ACR較高。這說明用CPE作改性劑時(shí),加工設(shè)備生產(chǎn)時(shí)的功率消耗低,有利于節(jié)能和降低成本。
?。?、各類抗沖改性劑對硬質(zhì)PVC共混料力學(xué)性能的影響:
各類抗沖改性劑改性硬質(zhì)PVC共混料的力學(xué)性能對比如表2所示。
表2 三種改性劑擠出片材的力學(xué)性能比較
改性劑
測試項(xiàng)目
6份8份10份
CPEACRMBSCPEACRMBSCPEACRMBS
23℃沖擊強(qiáng)度KJ/m2403238444947未斷未斷未斷
-10℃沖擊強(qiáng)度KJ/m2211717261723311832
屈服強(qiáng)度(Mpa)474343453943453842
由表2可見,三種改性劑均隨著用量的增加,其沖擊強(qiáng)度增加,拉伸強(qiáng)度下降。三種改性劑達(dá)到8份時(shí)都能滿足GB/T8814-1998的要求。但CPE具有較佳低溫抗沖性能,而且價(jià)格較低。因此,采用CPE對PVC改性,將使制品的成本大幅下降。
4、我國硬質(zhì)PVC異型材抗沖改性劑的應(yīng)用技術(shù):
據(jù)資料介紹,目前學(xué)術(shù)上將改性劑的增韌理論分為兩大類:一類網(wǎng)絡(luò)聚合物:是指抗沖改性劑在PVC基體材料中形成抵御外界沖擊的彈性網(wǎng),這類彈性體改性機(jī)理是在PVC材料中形成網(wǎng)絡(luò)。另一類“核—?dú)ぁ苯Y(jié)構(gòu)共聚物:這類聚合物由兩部分組成,構(gòu)成通常所稱的“核—?dú)ぁ苯Y(jié)構(gòu),其核是一類低度交聯(lián)的彈性體,殼是具有較高玻璃化溫度的高聚物,粒子之間容易分離,可均勻地分散至PVC基體中,并能和PVC基體相互作用,因而可改進(jìn)PVC抗沖擊性能。CPE、MBS、ACR抗沖改性劑改性PVC的性能比較如表3所示。
表3 抗沖改性劑性能比較
性能指標(biāo)純PVCCPEMBSACR
耐腐蝕性優(yōu)優(yōu)好好
耐氣候性好好-優(yōu)差好-優(yōu)
低溫韌性差好好-優(yōu)差-好
缺口敏感性高低-中低中
彎曲變形溫度中中低-中低-中
透明性優(yōu)差好-優(yōu)差
應(yīng)力白化低高中高
加工性能熔融速率中低高中-高
熔體拉伸強(qiáng)度差差優(yōu)優(yōu)
熔體彈性中-高中中低
由表3可見,CPE與ACR相比較:除了加工性能ACR比CPE優(yōu)越外,其它性能指標(biāo)CPE均優(yōu)于或等于ACR。因此只要確定好成型工藝條件,并在生產(chǎn)實(shí)踐中嚴(yán)格執(zhí)行,所制得的制品性能價(jià)格比就是較優(yōu)的。而且,目前國內(nèi)的CPE廠也在大力開發(fā)CPE新品種新牌號,使其具有塑化快、熱穩(wěn)定性好的特性,以適應(yīng)PVC型材高速擠出的要求。
結(jié) 論
(1)采用CPE作PVC抗沖改性劑時(shí)塑化稍慢,但扭矩較低,有利于節(jié)能。
(2)隨著改性劑用量的增加,擠出扭矩均增加,但CPE的擠出扭矩較低,表明功率消耗低。
(3)三種改性劑達(dá)到8份時(shí)均能滿足國標(biāo)要求,但CPE價(jià)格較低。
?。ǎ矗┩ㄟ^對各種抗沖改性劑改性性能的比較,除了ACR在加工方面略占優(yōu)勢外,CPE和ACR均能滿足PVC型材的性能要求。
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