2022年2022年聚氯乙烯增韧配方设计 .pdf
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1、1 聚氯乙烯增韧配方设计一、聚氯乙烯增韧配方设计背景综述聚氯乙烯 ( PVC) 具有不易燃、耐腐蚀、绝缘、耐磨损、价格低廉、原材料来源广泛等优点 , 广泛地应用于管材、棒材、薄膜、绝缘材料、防腐材料、建筑材料等方面, 其产量仅次于聚乙烯 ( PE) 而居于世界树脂产量的第二位。但任然存在下述缺点1:( 1) PVC 韧性差。简支梁缺口冲击强度仅为2.4 kJ/m2, 所以不能用作结构材料。 ( 2) PVC 的热稳定性极差。 100时就开始分解 , 高于 150 时分解加速 , 而 PVC 的熔融温度却为210。( 3) PVC 热变形温度低。维卡软化温度(5kg) 约 80(ABS为 90以
2、上 )。 ( 4 )PVC 熔融粘度较大。熔体粘度较大,流动性较差,对加工设备要求较高。而PVC作为硬制品时2, 首当其冲的是韧性差, 这是 PVC 难以作为结构材料的主要原因。根据Vincent3关于聚合物脆性 - 韧性断裂行为的表征 ,PVC 属于一种脆性材料 , 这种韧性差的缺陷大大地 PVC的进一步发展及广泛应用。 因此, 对 PVC 进行增韧改性研究 , 从而得到高强、高韧的 PVC材料, 一直是众多研究者和商家追求的目标。因此对 PVC进行增韧改性, 克服冲击强度差的缺陷, 开发高强高韧PVC材料, 用以代替某些工程塑料 , 成为众多商家梦寐以求的事情。1.1 PVC 增韧改性方法
3、1.1.1 化学改性化学改性就是通过接枝、 共交联等反应方法对PVC进行改。常用的 PVC化学增韧改性方法有4: ( 1 )乙烯基单体与氯乙烯的共聚, 如氯乙烯与丙烯酸辛酯的共聚;( 2) 弹性体与氯乙烯的接枝共聚, 如乙丙橡胶与氯乙烯的接枝共聚氯乙烯- 醋酸乙烯共聚物(EVA) 与氯乙烯的接枝共聚。化学改性的点是增韧改性效果显著, 不足之处是要经过复杂的化学反应, 对工艺、设备有更多要求 , 一般在树脂合成厂中方可实现, 因此对大多数PVC加工用户而言是不切实际的。1.1.2 物理改性物理改性是将改性剂与PVC 共混, 使其均匀地分散到 PVC 中, 从而起到增韧改性的作用, 该方法简单易行
4、 , 是被广泛采用且最有发展前途的增韧方法。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 8 页 - - - - - - - - - 2 硬 PVC的增韧改性剂很多 , 大体可分为弹性体增韧改性剂和非弹性体增韧改性剂, 效果较好的有 EVA 、NBR 、SBR 、ABS 、MBS 、ACR 、CPE 、AS 、PS 、超细 CaCO3 、纳米粒子等。1.2 PVC 增韧机理5-6目前, 关于 PVC增韧改性的机理有很多 , 具有代表性的主要有以下几种. 1.2.1 弹性
5、体增韧机理( a )剪切屈服 - 银纹化理论。弹性体粒子以颗粒状均匀地分散于基体PVC连续相中,形成宏观均相微观分相(海岛相结构)。弹性体粒子充当应力集中体,诱发基体产生大量的剪切带和银纹。 大量剪切带和银纹的产生和发展要消耗大量的能量,从而使材料的冲击强度大幅度提高, 粒子又可终止银纹和剪切带的发展,使其不致发展成为破坏性的裂纹。 此外剪切带也可阻滞转向并终止银纹或已存在的小裂纹的发展,促使基体发生脆韧转变同样提高材料的韧性。( b )网络增韧机理。弹性体形成连续网络结构,包覆初级粒子网络结构,可吸收大部分冲击能,且PVC初级粒子破裂同样也可吸收部分能量,使材料的韧性得以提高。1.2.2 有
6、机刚性粒子增韧机理( a ) 冷拉机理。刚性粒子圆形或椭圆形粒子均匀分散于连续相中,由于连续相与分散相之间的杨氏模量和泊松比不同,在两相界面产生一种较高的静压力,在基体与分散相界面粘合良好的前提下,这种高的静压力, 使分散相粒子易于屈服,而产生冷拉伸分散相粒子被拉长, 产生大的塑性形变, 刚性粒子发生脆韧转变,从而吸收大量的冲击能量提高材料的韧性。 刚性粒子拉伸时促使其周围的基体发生屈服,同时吸收定的能量使 PVC的冲击强度得以提。( b ) 高空穴增韧机理。相容性较差的体系,刚性粒子与基体之间有明显的界面,甚至在粒子周围存在着空穴, 受冲击时界面易脱粒而形成微小的空穴。空穴的产生可吸收部分能
7、量也可引发银纹吸收能量,从而提高材料的冲击强度。1.2.3 无机刚性粒子增韧机理当 RIF 与 PVC基体粘合较好时 ,RIF 的存在可产生应力集中效应, 引发大量的银纹 ,并阻止银纹的发展促使基体发生剪切屈服, 吸收大量的冲击能 , 从而达到增韧的目的。1.2.4 纤维状填料增韧机理对于纤维状填料增韧PVC ,一般认为是由于在冲击过程中,纤维折断和从基体中抽出,要吸收能量引起的。但这种解释尚有很多实验事实不能被说明。1.3 我国 PVC增韧改性概况 7 8 9 我国对 PVC增韧的研究起步较晚, 从 20 世纪 80 年代发展至今, 已经具有一定的生名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
8、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 8 页 - - - - - - - - - 3 产规模,具有代表性的几个增韧体系有:PVC/NBR 、PVC/SBS 、PVC/EVA 、PVC/CPE 、PVC/PUR/SBS/-g-MMA 等。但其研究的主要方向是对其增韧剂的研究,而且发展也较为迅速,生产厂家达26 家,年产量五万吨以上,产品主要以CPE 、ACR 、MBS 为代表。其中山东亚星化工集团总公司是我国CPE最大的生产企业 , 在亚洲也是最大的 , 装置规模为 2.5 万 t/a 。 ACR 是一种
9、迫切需求的改性剂 , 年产量 1.9 万吨以上 , 生产厂有 10家。其中吉化公司苏州安利化工厂是我国 ACR 生产能力最大的企业 , 装置规模已从1kt/a 扩大到 5 kt/a。MBS 改性剂作为透明包装材料专用增韧改性剂 , 国内生产能力有限 ,年产量仅 5kt , 生产厂约有 10 家, 但生产规模都很小 , 据悉齐鲁石化公司准备上万吨装置。目前 MBS 尚需大量进口 , 进口量达 6kt/a以上。近几年来 , 我国塑料加工发展较快 , 对加工和增韧改性提出了更高要求,CPE是低性能的 , 而 ACR 、MBS 的性能十分优异。 但在我国 , 恰恰是 CPE 增长快 , 而 ACR 和
10、 MBS 的发展比较缓慢。二、实践目的( 1 )通过高分子材料加工助剂与配方技术的实训,巩固学生对高分子材料加工助剂与配方设计 理论知识的掌握; 掌握高分子材料加工助剂及树脂原料的性能特点与选用方法;理解助剂与树脂等的复配方法和要求,正确理解和掌握高分子材料配方设计的理论依据和原则方法, 初步掌握设计实验方案及检测指标确定与优化能力,熟悉与巩固高分子材料助剂与配方设计理论知识,提高综合实践能力。( 2 )使同学们在实训过程中形成文献资料等的查阅、调研及提炼能力;有效地将理论和实际紧密结合, 培养创新思维和独立设计能力, 提高学生配方设计和解决实际问题的综合实践能力。三、聚氯乙烯配方设计3.1
11、PVC树脂的选择3.1.1 聚氯乙烯的特点聚氯乙烯 ( PVC) 树脂是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一 10, 其产量仅次于聚乙烯 ( PE) 而居于世界树脂产量的第2 位 11。由于其价格低廉 , 原材料来源广泛, 具有阻燃(阻燃值为 40以上) 、耐化学药品性高(耐浓盐酸、浓度为90% 的硫酸、浓度为60% 的硝酸和浓度 20% 的氢氧化钠)、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差,软化点为 80,于130开始分解变色, 并析出 HCL 。但PVC 由于分子链极性较强 , 对外显示出一定的脆性 12, 属于脆性材料 , 这一缺点严重限制了 PVC 的进一步发展和广泛应用 ,
12、因此对 PVC 增韧改性研究 , 一直是众多研究者和厂家追求的目标。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 8 页 - - - - - - - - - 4 3.1.2 聚氯乙烯树脂的主要用途聚氯乙烯由于化学稳定性高,所以可用于制作防腐管道、管件、输油管、离心泵和鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛应用于化学工业上制作各种贮槽的衬里,建筑物的瓦楞板,门窗结构,墙壁装饰物等建筑用材。由于电气绝缘性能优良,可在电气、电子工业中,用于制造插头、 插座、开关和电缆。 在日常生活中,
13、 聚氯乙烯用于制造凉鞋、 雨衣、玩具和人造革等。3.2 PVC的加工性能PVC 粉末树脂以颗粒状态存在,而PVC 颗粒是由许多初级粒子组成的,悬浮法树脂的初级粒子大小为 12m ,乳液法树脂的初级粒子大小为0.11m ;悬浮法树脂的颗粒尺寸大小为 50250m ,乳液法树脂的颗粒尺寸大小为3070m 。PVC 是无定形的高分子聚合物,没有明显的熔点,在7580时变软,其玻璃化温度为8085;在空气中温度高于 150时就会发生降解释放出氯化氢,超过180则会迅速分解。 PVC 在低于 160时为颗粒状态,高于 160颗粒会破碎分解成初级粒子,当超过190时初级粒子就会熔融。PVC 的加工稳定性极
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