1、CaC03 和 SBS 復合增韌 PVC 體系的性能研究陳志儉萬莉劉廷華（四川大學高分子材料科學與工程學院，成都,610065摘要:本文探討了鈦酸脂和硬脂酸處理 CaCO3 效果的差異以及 CaCO3 含量 PVC 力學性能的影響，同時研究了 CPE 增容 PVC/ CaCO3/SBS 共混體系的力學性 能。研究結果表明,CPE 對 PVC / CaCO3 / SBS 具有良好的增容作用，可使沖擊強度明顯提高。關鍵詞:聚氯乙烯碳酸鈣苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物氯化聚乙烯增容劑聚氯乙烯制品由于其具有耐腐蝕、耐磨損、價格低廉和材料來源眾多等優點，廣泛應用于建筑、工業、農業、包裝、電力、辦公事業等領

2、域。其中硬質聚氯乙烯 的用量占 60%1,但硬質 PVC 材料耐沖擊性能較差，嚴重影響的 PVC 使用，因此提高PVC 韌性就顯得十分必要。近年來采用 CaCO324和 SBS56增韌 PVC 的研究 已經非常廣泛但用 CaCO3 和 SBS 復合增韌 PVC 的研究還未見報道。本文采用活 性 CaCO3和 SBS 對 PVC 進行復合增韌，以期獲得較佳的力學性能。1 實驗部分1.1 主要原料聚氯乙烯（PVC,SG 8 型（懸浮聚合；超細輕質碳酸鈣（CaCO3 市售；SBS,F675 中國廣東茂名石化乙烯工業公司；氯化聚乙烯（CPE,135A,氯含量 35%,穩定劑、潤滑劑均為國內一般工業品1

3、.2 主要儀器和設備單螺桿擠出機，SJ-20A 忽 5,上海輕機模具廠；注塑機,PS40E5ASE 注塑機，日本日精樹脂工業株式會社；高混機,SHR-10A,張家港大辰機械制造有限公司；萬能拉伸實驗機，lnstron corporation;沖擊試驗機，UJ-40（懸臂梁,承德材料實驗機廠。1.3 制備采用硬脂酸和鈦酸脂對碳酸鈣進行活化處理，填料在高混機中處理 5 分鐘，處理 最終溫度不低于 100C，然后按比例將經處理的 CaC03 添加到 PVC 體系中，測試不 同的處理劑和 CaCO3 含量對基體性能的影響，最后添加 CaCO3 和 SBS 到 PVC 體系 中考察其對性能的影響。所有的

4、過程都是先進行單螺桿造粒，造粒之后用注塑機成 型標準試樣用于測試性能。1.4 性能測試拉伸強度:按 GB/T 1040-92 進行測試,試樣為I型標準樣條。缺口沖擊強度：按 GB/T 1843-96 進行測試，取樣條為 65mM10mM4mm,銑 A 型 缺口，缺口深度為 2）.2mm。2 結果與討論2.1 不同處理劑處理 CaCO3 對 PVC 復合材料力學性能的影響圖 1 和表 1 分別是不同比例鈦酸脂和硬脂酸處理 CaCO3 后復合體系力學性能 的變化。為了便于比較，固定碳酸鈣的分數為 5 份,可看出，經過硬脂酸處理的 CaCO3 的沖擊強度要優于用鈦酸脂處理的 CaCO3,且在處理劑含

5、量為 1 份時達到最大值5.85KJ/m2,是未處理CaC03沖擊強度的1.29倍 （未處理CaC03直接填充的沖擊強 度4.54KJ/m2,拉伸強度處理前后變化不大；而鈦酸脂處理 CaC03 在PVC 這個體系中沖擊強度和拉伸強度變化都不大。用硬脂酸處理 CaCO 3,可以防止填料微粒牢固凝聚,但硬脂酸不是偶聯劑，其并 不能增加與 PVC 的結合力，只是增加了填料在 PVC 中的分散能力,從而提高了復合 材料的力學性能。0.00.51.01.52.02.53.034567鈦酸酯硬脂酸沖擊強度/K J m-2 偶聯劑/phr項目處理劑含量/ phr11.52 2.53 拉伸強度 MPa鈦酸脂處

6、理體系 48.43 49.66 48.3348.648.94 硬脂酸處理體系48.43 49.53 47.72 47.4846.782.2 CaCO 3 含量對復合材料力學性能的影響圖 2 和圖 3 分別是 1 份硬脂酸處理 CaCO 3 后復合體系力學性能的變化。復合 材料的沖擊強度先隨CaCO 3 的增加而增加，在 CaCO 3 的添加分數達到 20 份時達到最大值6.48KJ/m 2，是沒有添加 CaCO 3 沖擊強度的 1.4 倍，此后就開始下降。拉伸強度則隨 CaCO 3的增加而降低。這說明用硬脂酸處理后的CaCO 3 對 PVC 起增韌的作用。CaCO 3 在復合體系中其應力集中的

7、作用，當復合體系在受到外力作用時，這些應力集中點會導致周圍樹脂發生大的形變而吸收沖擊能25301015202530234567沖擊強度/J K /m2 碳酸鈣含量/phr 0510152030354045505560拉伸強度/M P a碳酸鈣含量/phr圖 1 不同處理劑對 PVC 復合材料沖擊強度的影響Fig. 1 Effects of differe nt treat age nts on impact stre ngth of PVC compo undmaterials表 1不同處理劑對 PVC復合材料拉伸強度的影響 Tab. 1 Effects of different treata

8、gents on tensile strength of PVC compound material 圖 2 CaCO 3 含量對 PVC 復 合材料沖擊強度的影響 Fig. 2 Effects of differe nt conten t of CaCO 3 on impact stre ngth 圖 3CaCO 3 含量對 PVC 復合材料拉伸強度的影響Fig. 3 Effects of differe nt content of CaCO 3 on ten sile stre ngth2.3 SBS 及其增容劑 CPE 對 PVC 復合材料力學性能的影響圖 4 和圖 5 分別是添加 SB

9、S 后對復合體系力學性能的變化。復合材料的沖擊 強度先隨 SBS 的增加而增加，在 CaCO 3 的添加分數達到 6 份時達到最大值 9.72KJ/m 2，是沒有添加 SBS 沖擊強度的 1.4 倍此后就開始下降。拉伸強度則隨 SBS 的增 加而降低。配方中含 CPE 的力學性能要高于未加入 CPE 的配方。PVC/ CaCO 3/CPE-SBS 共混物的沖擊性能要優于 PVC/ CaCO 3/CPE-SBS 共混物的沖擊性能，這應歸因于 CPE 的良好的增容效果。CPE 是 PVC 的優良增韌改性 劑,但用量較小時，無明顯增韌效果（無CPE 增容時的沖擊強度僅為 4.7KJ/m 2。 本項研

10、究表明,CPE 的用量僅為 3%,共混物的韌性便有了大幅度提高，顯然不 是 CPE的增韌所能及的，亦不是 CPE 和 SBS 作用的簡單加和，因而是 CPE 的增容作 用。CPE的增容作用可以從它的微觀結構上得到解釋，它具有 PE 和 PVC 兩種鏈 段,PE 鏈段與 SBS分子中的 PB 鏈段具有相似的結構，而 CPE 中的 PVC 鏈段于 PVC 具有相同的結構，依據相似相容原理，可知 CPE 同 PVC 和 SBS 均有一定的相容性，能 起到增容劑的作用，通過 CPE 促使 PVC、SBS 分子相互擴散程度增加形成良好的 截面結構，使得共混物有較高的抗沖性能。48121645678910

11、11 沖擊強度/M P aSBS 含量 /phr無 CPE CPE48121601020304050拉伸強度/M P aSBS 含量 /phr無 CPE CPE3 結論不同類型的處理劑對碳酸鈣處理效果上存在差異，用硬脂酸處理可增加填料在 PVC 中的分散能力，從而提高復合材料的力學性能；在一定范圍內，用硬脂酸處理碳酸鈣加入 PVC 體系，共混物的沖擊強度可大幅度提高，拉伸性能則變化不大,硬脂酸處理碳酸鈣對 PVC 體系也有顯著的增韌作用；在 P VC/ CaCO 3/SBS 復合體系中,加入 CPE 可起到了良好的增容作用，使得共混物有較高的抗沖性能，拉伸性能略有下降，但表面質量有所提高參考文

12、獻1 張國民我國 PVC 技術進展、供求分析及發展預測J.2OO3 年塑料助劑和塑 料加工應用技術研討會論文集,2003.11.2 魏剛、黃銳、宋波等.CPE 包覆納米 CaCO 3 對 PVC/納米 CaCO 3 復合材料 結構與性能的影響J中國塑料,2003,17(4:3538. 3劉曉明、馮鈉、徐懋等.弱界面 無機粒子填充 P-U 形變與韌化的微觀機理J.中國塑料,2002,16(4:1619.4胡圣飛、林志云.納米級 CaCO 3 填充 PVC/CPE 復合材料研究J.塑料工業,2000,28(1:1415. 5胡圣飛、杜志云.高強度聚氯乙烯共混材料研制J.工程塑料 應用,2000,2

13、8(2:12.圖 4 SBS 含量對 PVC 復合材料沖擊強度的影響 Fig. 4 Effects of different content ofSBS on impact strength 圖 5 SBS 含量對 PVC 復合材料拉伸強度的影響 Fig. 5 Effects ofdiffere nt content of SBS on ten sile stre ngth宋謀道、黃震.CPE 增容 PVC/SBS 共混體系的研究J.高分子材料科學與工程.1994,10(5:60 65.Study of the toughe ned PVC ble nds with CaCO3 and SBS

14、CHEN Zhi-jia n,Wa n Li,LIU Ti ng-hua(College of Polymer Materials Scie nee and Engin eeri ng, Sichua n Uni versity,Che ngdu 610065,Ch inaAbstract: The differe nt effect of CaCO3 dealt with tita nate coupli ng age nt andstearic acid is discuss in this paper, and the in flue nce of differe nt content of CaCO3 to themechanical propertie