PVC_ABS合金耐热机理_张凯舟

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——PVC/ABS合金耐热机理张凯舟等—

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PVC/ABS合金耐热机理

1

张凯舟，郑

1，21

祥，郭建兵，何

*

力

1

（1．国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵州，贵阳550014；

2．贵州大学化学与化工学院，贵州，贵阳550025）

摘要：主要研究了耐热ABS加入PVC中对其耐热性能的影响，此时合金的耐热性能随着耐热ABS含量的升高而逐渐提高。当耐热ABS的添加量固定在50份时，添加不同形态的无机填料（片层状滑石粉、针状硫酸镁晶须、球形碳研究不同形态的无机填料对PVC/ABS合金耐热性能的影响，研究结果表明：在相同添加量酸钙和棒状的凹凸棒土），

片层状的滑石粉和凹凸棒土对合金的耐热性能提高最为明显，球形碳酸钙次之，针状硫酸镁的效果最差。下，

关键词：聚氯乙烯；合金；无机填充；耐热性能；耐热机理中图分类号：TQ325.14

文献标志码：A

文章编号：1001－9456（2012）05－0033－04

MechanismofPVC/ABSAlloyHeatResistant

2

ZHANGKai-zhou1，ZHENGXiang1，，GUOJian-bing1，HELi1

（1．NationalEngineeringResearchCenterforCompoundingandModificationofPolymericMaterials，Guiyang，Guizhou550014，China；

2．SchoolofChermistryandChemicalEngineering，GuizhouUniversity，Guiyang，Guizhou550025，China）

Abstract：TheeffectPVCaddABSontheheatresistance，theheatresistanceofthealloygraduallyincreasedwithincreasingABScontent．WhentheheatABScontentfixedin50，addinginorganicfiller（laminartalc，acicularmagnesiumsulfatewhisker，sphericalcalciumcarbonateandclubbedattapulgite），differentformsofinorganicfilleronthepropertiesoftheincreasedheatresistanceofthealloywasmostPVC/ABSalloyheatresistantwasstudied．Researchresultsshowedthat，

obviousinthesameaddtheamountofshowingslaminartalcandclubbedattapulgite，sphericalcalciumcarbonatefollowed，acicularmagnesiumsulfatewhiskerhadtheworsteffect．

Keywords：PVC；alloy；inorganicfiller；heatresistance；heat-resistantmechanism

聚氯乙烯（PVC）是1种综合性能优良的通用塑料，其制品也是产量较大的1种通用塑料产品

［1］

11．1

实验部分原料与助剂

PVC：SG5：电石法制备，贵州金宏化工有限责任公司；ABS：耐热级，日本；

208，高效复合热稳定剂：TK-天盛塑料助剂有限公司；石蜡、硬脂酸：工业级，市售；

活性轻质CaCO3：都江堰钙品有限公司；

17-99Q，微细滑石粉：WF90-广西龙广滑石开发有限公司；硫酸镁晶须：长径比大于80，营口威斯克化学有限公司；凹凸棒土：江苏盱眙凹凸棒土材料厂。

。聚氯乙烯（PVC）具有良

耐腐蚀性、阻燃性等优良的综合性能，好的力学性能和电性能，

而且价格低廉、原料来源广泛，因此广泛应用于化学建材和其他领域

［2－3］

。但是PVC存在着致命的弱点，即热稳定性较差，其

［4］

热变形温度为70～80℃，连续使用温度仅为65℃，且PVC

在负荷下的变形能力差也限制了其在受热、受力条件下作为结构材料使用，这些都阻碍了PVC的工程化应用。因此对于PVC树脂的耐热改性受到广泛的关注，向PVC树脂中添加耐热ABS以及无机填料进行物理共混改性就是1种很好的改性方法

［5－6］

。虽然改性效果非常的明显，但是其中对PVC进行改性

1．2仪器与设备

10A，高速混合机：SHR-张家港市宏基机械有限公司；锥形栓螺杆挤出机：SJSZ，武汉怡扬塑机有限公司；12，哑铃型制样机：XYZ-承德市金建检测仪器有限公司；

文章以刻蚀的后提高其耐热性能的耐热机理方面的研究甚少，

方法将加入的耐热ABS加以刻蚀，观察耐热ABS在PVC中的分布情况，得到合理的耐热机理模型。

*收稿日期：2012－07－04

作者简介：张凯舟（1978－），男，副研究员，主要从事聚合物共混改性研究。

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100，万能试验机：DW-上海华龙测试仪器有限公司；RAN测热变形-维卡软化温度测试仪：RRHDV4，英国RAY-试设备有限公司；

2800B，扫描电子显微镜（SEM）：KYKY-北京中科科仪发展有限责任公司。

为B50法，即砝码质量为5kg，加热速率为50℃/h，试样尺寸为10mm×10mm×4mm。

扫描电镜分析（SEM）：首先对试样断面喷金，然后用扫描电子显微镜观察冲击断面形貌。

22．1

结果与讨论

添加耐热ABS对PVC耐热性能的影响

刻蚀的PVC/耐热树脂合金SEM照片

为了研究耐热ABS对PVC/耐热ABS树脂合金维卡软化温

1．3

1．3．1

试样制备

试验配方

PVC树脂100份，ABS树脂50份，混合料的总质量为3kg，

2．1．1

复合稳定剂4份，石蜡1份，硬脂酸2份。1．3．2

试样制备

出首先将PVC与加工助剂在高速混合机中混合至80℃，料备用；然后将称量好的耐热ABS与无机填料加入到高速混合机中与PVC的基料再进行共混，共混10min后出料，用锥形双螺杆挤出机挤出板材，再在哑铃型制样机上制成标准样条。

笔者通过对PVC/耐热ABS树脂合金缺口冲击度提高的机理，

在PVC/耐热ABS树脂合断面（为了方便维卡软化机理的研究，

金中未加入无机填料）进行刻蚀，刻蚀溶液为铬酸（浓度为98%硫酸和氧化铬以质量比为3∶1进行配置），刻蚀时间为6h，将耐热ABS刻蚀掉后用去离子水冲洗3～4次，在温度为70℃的烘箱中放置8h，制样做SEM，分析耐热树脂在PVC/耐热ABS树脂合金中的分布照片如图1所示

。

［7－9］

1．4性能测试与表征

2000测试，维卡软化温度测试：按照GB/T1633-试验方法

。耐热ABS树脂不同份数刻蚀的SEM

耐热ABS树脂添加量：（a）0份；（b）15份；（c）30份；（d）50份；（e）75份；（f）100份；（g）125份。

图1不同份数耐热ABS树脂刻蚀的SEM照片

由图1耐热ABS树脂不同份数刻蚀的SEM照片可以看出，PVC树脂表面仍然图1（a）为纯的PVC树脂，通过铬酸的刻蚀，没有刻蚀留下的孔洞，强有力地说明了铬酸不会氧化PVC光滑，

树脂，也就是说在铬酸溶液中PVC树脂不会被刻蚀掉。图1（b）为15份耐热ABS树脂的PVC/耐热ABS合金端口刻蚀SEMPVC/耐热ABS合金断面上出现被铬酸刻蚀掉照片，由图可知，的耐热ABS留下的孔洞，孔洞的大小和分布就是耐热ABS的大可以通过刻蚀留下的孔洞研究耐热ABS在PVC/耐小和分布，

热ABS合金中的形态和分布。由于耐热ABS份数较少，留下的数目也不多。图1（c）为耐热ABS份数30份的PVC/孔洞较小，

耐热ABS树脂合金端口刻蚀SEM照片，随着耐热ABS树脂份数的增加，孔洞变大，数目也明显增多，并出现了两个孔洞相连的现象。图1（d）和（e）为耐热ABS份数50份和75份的PVC/—34—

耐热ABS合金端口刻蚀SEM照片，由图可知，随着耐热ABS份耐热ABS留下的孔洞的数目越来越多，孔洞数的进一步增多，

孔洞的面积增大。由图1（f）和（g）可知，两两相连的数目变多，

随着耐热ABS份数的进一步增多，孔洞数目进一步增多，孔洞孔洞之间靠的更为紧密，部分形成不规则的条状。变小，2．1．2

PVC/耐热ABS合金的维卡软化温度

图2为耐热ABS树脂份数对合金维卡软化温度的变化曲PVC/耐热由图可以看出，随着耐热ABS树脂份数的增加，线，

ABS合金维卡软化温度先大幅度增大后便趋于平缓。其中，耐PVC/耐热ABS合金维卡软化热ABS份数从0份到50份之间，

PVC/耐热温度大幅度提高，随着耐热ABS份数进一步增加，ABS合金维卡软化温度变化不大。主要是因为耐热ABS树脂使高分子链运动困难，有效地高分子链上有苯环和腈基的存在，

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阻碍了维卡软化温度测试过程中针状压头的嵌入；并且耐热ABS的加入，在PVC/耐热ABS合金变形过程中可以起到一定在PVC/耐热ABS合金中加入耐热ABS可的支撑作用。因此，

以起到阻碍PVC树脂高分子链的运动和支撑作用，提高PVC/耐热ABS合金的维卡软化温度。当耐热ABS份数较少时，耐热ABS在PVC/耐热ABS合金中分布如图1（a）和（b）所示，耐热ABS主要以“颗粒状”PVC/耐热ABS合金在变形中耐热分布，ABS仅起到“骨料”作用，使耐热ABS周围的PVC树脂高分子此时PVC树脂起主要支撑作用。耐热链运动受阻而被固定，

ABS“骨料”的存在极大提高了PVC/耐热ABS合金变形过程中PVC/耐热ABS合金维卡软化温度有较大的提高。的支撑能力，

当耐热ABS份数由30份增加到50份时，由图1（b）和（c）所示，“颗粒状”的耐热ABS变为“条状”的数目增多，耐热ABS阻碍高分子链运动的效果增大，阻碍了耐热ABS周围的PVC树脂高分子链的运动。耐热ABS在PVC/耐热ABS合金变形过程中起“骨架”到的作用，使阻碍PVC树脂高分子链的效果增强。如图1（b）和（c）所示，“颗粒状”“条状”随着和的耐热ABS数目的增使部分耐热ABS之间的PVC树脂不能很好运动而被“固多，

。耐热ABS和被“固定”“网状定”的PVC树脂共同形成了1个，“网络结构”结构”在PVC/耐热ABS合金变形过程中，该起到了主要的支撑作用，使PVC/耐热ABS合金维卡软化温度进一，“条状”步提高。随着耐热ABS份数继续增加耐热ABS数目和

2．1．3

图2

耐热ABS添加量对合金维卡软化温度的影响

“固定”面积进一步增多，耐热ABS和被的PVC树脂共同形成“网状结构”的得到巩固，但对PVC树脂的阻碍作用和PVC/耐因此使得PVC/耐热热ABS合金变形的支撑作用提高不明显，ABS合金维卡软化温度提高不大［10］

。

PVC/耐热ABS合金的耐热机理模型

由图3可以看出，在PVC中加入ABS的量越多PVC与ABS形成的互溶部分的面积就越大，而且不溶部分的耐热ABS的含量也越多，这就表现为PVC/ABS合金的维卡软化温度随着ABS含量的增大而升高。当添加高含量的耐热ABS时互溶部PVC变为岛状分布，此时的维卡软化分会连接成大面积的区域，温度即变为耐热ABS的耐热温度

。

耐热树脂添加量：（a）15份；（b）30份；（c）50份。

图3耐热ABS在PVC/耐热ABS合金中的分布示意图

2．2

2．2．1

无机填料对PVC/ABS合金耐热性能的影响

不同形态无机填料的SEM

由图4可以看出，无机填料的形态分别为：球状碳酸钙、片

2．2．2不同形态的无机填料添加到PVC/ABS合金中的维卡软化温度

图5为不同形态的无机粒子不同添加份数对PVC/ABS合从图中可以看出，

滑石粉和凹凸金维卡软化温度的影响曲线图，

层状滑石粉、针状硫酸镁晶须和棒状为主的凹凸棒土。

（a）碳酸钙；（b）硫酸镁晶须；（c）滑石粉；（d）凹凸棒土。

图4无机填料的形态SEM照片

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现为PVC的维卡软化温度稍有升高。维卡软化温度提高的部分就相当于ABS与PVC不相溶的部分，对于维卡测试压头的支撑作用。

针状的硫酸镁晶须添加到PVC/ABS中对于合金的维卡软化温度基本没有提高。这是因为，虽然硫酸镁晶须可以使合金贯穿成网络，但由于晶须本身刚性差，不能阻碍树脂的热变形，故添加硫酸镁晶须对于合金的维卡软化温度没有太大的提高

［12－14］

。

片层状的滑石粉和棒状的凹凸棒土当添加量达到70份时，PVC/ABS合金的维卡软化温度可以提高到95℃以上。这主要

－■－碳酸钙；－●－硫酸镁晶须；－▲－滑石粉；－－凹凸棒土。

是由于2种无机填料的刚度较高，可以将部分岛状分布的耐热ABS桥接在一起，使岛状分布的耐热ABS连接成网状结构。此时耐热ABS与无机填料形成的网状结构中，耐热ABS为网的节PVC均匀地分布在网格中。当维卡测试压头压入时，耐热点，

ABS与无机填料形成的网络会阻碍压头的压入使维卡软化温度提高

［15］

图5不同形态的无机填料对PVC/ABS合金维卡软化温度的影响

棒土添加到PVC/ABS合金中对于合金的维卡软化温度有加大幅度的提高，而球状的碳酸钙添加到PVC/ABS中对与合金的维但是提高并不明显。当针状的硫酸镁晶卡软化温度有所提高，

PVC/ABS合金的维卡软化温度也只能提高须添加到50份时，

［11］

到90℃左右，基本上没有多少提高。

。

PVC/耐热ABS合金的耐热机理模型

2．2．3所示

。

球状的无机碳酸钙加入到合金中，碳酸钙只是1种孤立的岛状分布，只能起到部分阻碍PVC高分子链的运动的作用，表

PVC/ABS/无机填料三者合金的耐热网络的示意图，如图6

（a）PVC/ABS/碳酸钙合金；（b）PVC/ABS/硫酸镁晶须；（c）PVC/ABS/凹凸棒土合金；（d）PVC/ABS/滑石粉。

图6PVC/ABS/无机填料合金的耐热示意图

从以上示意图中可以看出，球状的碳酸钙只能是分布在PVC与ABS之中，它不能将ABS桥连在一起。所以碳酸钙添加到合金中不能很好地提高合金的耐热热性能。硫酸镁晶须可以但是由于硫酸镁晶须的相对刚度较低，当在耐很好的桥连ABS，

热性能测试时不能有效地支撑压力，所以其合金的维卡软化温度也是提高不明显。滑石粉和凹凸棒土有片层状和棒状的形其刚度要比硫酸镁晶须大而且也可以起到很好的桥接作用，态，

所以这两者对于合金的维卡软化温度能有较大的提高。

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3结论

1）PVC/耐热ABS合金的维卡软化温度随着耐热ABS树

脂含量的增大而升高，对PVC的耐热改性效果明显。耐热ABS树脂在PVC中的分布随着含量的增大由“岛状分布”向“网络分布转变，这可以大幅度的提高PVC的耐热性能。结构”

2）4种不同的形态的无机填料中以滑石粉和凹凸棒土对PVC/ABS合金的维卡软化温度提高较为明显，滑石粉和凹凸棒土可以较好的与在PVC中形成网络结构的耐热ABS起到桥接作用，从而提高合金的耐热性能。—36—

（下转95页）

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——单螺杆挤出过程固体粒子输送的离散单元法模拟丁学良等—

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径大小；此外，颗粒与螺杆和机筒的摩擦增加以及增加螺杆转速，可以使靠近机筒的颗粒加速流动，进而使挤出产量随之增加。

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3结论

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25－30．

（本文编辑GZW）

验证了该法在挤出过程固体输送段应用的可行性，结果量对比，

进一步表明：离散单元法得到的结果比传统塞流模型更接近实可以际结果。计算可得到聚合物各个粒子的运动速度及分布，观察到颗粒的实际运动状况；结果显示螺槽内相对高速运动的颗粒主要集中在螺棱推力面的区域。改变材料参数如颗粒大摩擦系数以及螺杆转速，产量均发生变化。挤出机螺杆几何小、

和转速不变的条件下，要使挤出产量达到最高，存在最佳颗粒粒

（上接36页）

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（本文编辑GZW）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/23ue.html