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PVC挤出机-抗冲击改性剂在PVC-C混配料中的应用

发布者:bjzedao 发布日期:2015-09-22

抗冲击改性剂在PVC-C混配料中的应用

来源:荣格

发布时间:2015年8月26日下午 10:08:17

氯化聚氯乙烯(PVC-C)是聚氯乙烯树脂后氯化拥有的一种独特的聚合物,是PVC家族中一个重要的分支。普通聚氯乙烯分子的氯含量为57%左右,氯化聚 氯乙烯分子的氯含量为64~68%,**达70%以上。聚氯乙烯分子上再增加一些氯以后,其产物氯化聚氯乙烯的玻璃化温度(Tg)将提高至 115~135℃的温度范围内;载荷下热变形温度,根据其配方的不同,也将从PVC物料约70℃提高到82~103℃的温度范围内。 

氯化聚氯乙烯(PVC-C)是聚氯乙烯树脂后氯化拥有的一种独特的聚合物,是PVC家族中一个重要的分支。普通聚氯乙烯分子的氯含量为57%左右,氯化聚氯乙烯分子的氯含量为64~68%,**达70%以上。聚氯乙烯分子上再增加一些氯以后,其产物氯化聚氯乙烯的玻璃化温度(Tg)将提高至115~135℃的温度范围内;载荷下热变形温度,根据其配方的不同,也将从PVC物料约70℃提高到82~103℃的温度范围内。所额外增加的氯,改善了PVC的耐热性、阻燃性、生烟性,提高了抗张强度和模量,而保留了它原有的良好性能:突出的尺寸稳定性,优良的耐化学特性和耐侯性,不受水中余氯的侵蚀,以及良好的介电性能等。氯化不仅保留了PVC原有的优良性能,而且使聚合物能于更高的温度下使用,因而,常常可代替金属或其他价格更贵的工程塑料。

PVC-C化学合成反应式

图1 PVC ------ PVC-C化学合成反应式

图1 PVC ------- PVC-C化学合成反应式

PVC-C的抗冲击改性

在国内外,PVC-C*广泛的用途还是用于制造管道,包括工业管道和冷热水管道。虽然PVC-C材料用于制造管道较其他塑料管道有独特的优势,但由于PVC-C特殊的分子结构,使得PVC-C的加工难度比一般的塑料显著提高,*主要的表现在熔体粘度大,加工温度高,加工工艺范围窄,易分解。另一方面,由于PVC-C分子中,含有较多的极性氯原子,因此,与 PVC相比, PVC-C具有更大的脆性。因此,在设计PVC-C配方时,除了要解决配方体系的稳定性和内外润滑平衡之外,抗冲击改性也是非常重要的。

由于氯化聚氯乙烯的氯含量较高,氯具有较大的极性,因此,如果在配方中不作有效的抗冲击改性,所的产品抗冲击性能极差,没有使用价值。有效的抗冲击改性是PVC-C配方设计的关键之一。常用于PVC-U的抗冲击改性剂都可以用于PVC-C,如CPE、MBS、ABS、抗冲型ACR等,它们虽然可以有效的提高PVC-C的抗冲击性能,但由于它们本身的特性及与PVC-C树脂结合各不相同,因此,在配方中所产生的效果是有差异的。

抗冲击改性剂的分类

为了改善PVC-C的抗冲击强度,一般采用将PVC-C树脂与改性剂聚合物共混的方法,这种方法将高分子弹性体分散在PVC-C结构中,当外部冲击能量作用而弹性体发生形变时,分散在PVC-C结构中的高分子弹性体能吸收冲击能,使之分散,从而提高了抗冲击强度。就抗冲击改性剂在PVC-C结构中的分散形态来讲,大体可以分为部分相溶分散型与粒子分散型两大类。部分相溶分散型,即为抗冲击改性剂按照加工机械的混炼能力的大小等级,在PVC-C中相溶分散的类型,以EVA、CPE为代表。粒子分散型,就是不论加工机械混炼能力的大小等级,抗冲击改性剂皆在PVC-C结构中保持粒子形态分散的类型,以MBS、ABS、ACR为代表。

各类抗冲击改性剂的特性

无论用何种类型的抗冲击改性剂,均受其分散形态的影响,然而就部分相溶分散型抗冲击改性剂来说,其分散形态对加工条件的依赖性较大,而粒子分散型冲击改性剂其形态对加工条件的依赖性相对较小。

部分相溶分散型抗冲击改性剂,其抗冲击改性是通过类似增塑剂的作用机理,因此,亦被称为固体增塑剂,增加了母体的韧性,但同时也对母体的刚性、抗张力及耐热性的降低产生较为明显的影响。

在部分相溶分散型抗冲击改性剂中,CPE是用途*广的抗冲击改性剂,一般为高密度聚乙烯经氯化后的产物,在结构上与PVC极为相似,与PVC和PVC-C的相溶性都很好。一般认为,氯含量为36%左右的CPE,对PVC和PVC-C的抗冲击效果**,耐候性也较好。CPE来源丰富,工艺简单,价格低廉,在我国已占到抗冲击改性剂用量的90%以上。

粒子分散型抗冲击改性剂,因以粒子分散,在广泛的加工条件下能拥有较为稳定的抗冲击性能,对母体的刚性、抗张力及耐热性的降低也相对较小。

在粒子分散型抗冲击改性剂中,MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元接技共聚物)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)是开发较早的优良的抗冲击改性剂,例如,一般在PVC-C混配料中加入5~10份MBS树脂,就能达到有效的抗冲击改性效果,但这类抗冲击改性剂分子链中含有不饱和双键,紫外线可以打破其不饱和骨架,并通过氧化和其他降解反应,使改性剂失效,使产品变脆。因此,此类抗冲击改性剂不适合户外使用的产品。

ACR抗冲击改性剂通常为甲基丙烯酸甲酯接枝到丙烯烷基酯,如乙酯、丁酯、异辛酯等弹性体上制得,并具有以高分子弹性体为核体,以甲基丙烯酸甲酯——丙烯酸乙酯共聚物为壳体的核壳结构。这些成分的聚合物不含有不饱和双键,不存在发生降解反应的起始部,因此,具有较强的抗紫外线照射降解的功能,且具有低离模膨胀,良好的熔体强度,保持制品尺寸精度较高以及制品表面质量较好等优点。

抗冲击改性剂的加入量对抗冲击性能的影响

抗冲击改性剂的加入量与抗冲击强度的关系并不是成正比的。只有正确合理的设计抗冲击改性剂在PVC-C混配料中的配比,才能达到抗冲击改性与其他物理机械性能综合的**效果。过量的使用抗冲击改性剂,只能适得其反。对于每一种抗冲击改性剂而言,它都遵循一个“S”型特性曲线(如图2)。因此,抗冲击改性剂的用量,不应多于产品设计和产品要求的目标所需求的量。

抗冲击改性剂特性曲线

图2  抗冲击改性剂特性曲线

各类抗冲击改性剂对PVC-C混配料性能的影响

各类抗冲击改性剂对PVC-C混配料物理性能的影响

表1 各类抗冲击改性剂对PVC-C混配料物理性能的影响(用于挤出)

表1 各类抗冲击改性剂对PVC-C混配料物理性能的影响(用于挤出)

注:1. 配方中除了抗冲击改性剂不同外,其他组分相同
2. 抗冲击改性剂为8份

由表1可以看出,ABS、MBS的拉伸强度、冲击强度和维卡软化温度都较高,CPE****。

由表2可以看出,CPE的塑化*慢,平衡扭矩****,ABS、MBS的物料粘度较大,物料温度较高,平衡扭矩也较高;ACR塑化较快,平衡扭矩也较低。

表2 各类抗冲击改性剂对PVC-C混配料流变性能的影响(用于挤出)

表2 各类抗冲击改性剂对PVC-C混配料流变性能的影响(用于挤出)

注: 1. 流变仪——哈普转矩流变仪;2. 设置温度185℃;3. 转速45rpm
4. 除抗冲击改性剂都为8份外,其他组分相同。

 添加不同抗冲击改性剂的PVC-C混配料的流变曲线图

图3 添加不同抗冲击改性剂的PVC-C混配料的流变曲线图
 

各类抗冲击改性剂在PVC-C混配料中达到相同的加工曲线所需的润滑剂用量

 各类抗冲击改性剂在PVC-C混配料中达到相同的加工曲线所需的 润滑剂用量(用于挤出)

表3 各类抗冲击改性剂在PVC-C混配料中达到相同的加工曲线所需的润滑剂用量(用于挤出)

注: 1. 流变仪——哈普转矩流变仪;2. 设置温度185℃;3. 转速45rpm
4. 抗冲击改性剂都为8份

由表3可以看出,ACR在混配料加工中所需要的润滑剂*少,ABS、MBS由于物料粘度大,在加工中需要较多的润滑剂,才能满足加工条件。

常用抗冲击改性剂特性比较

常用抗冲击改性剂特性比较

表4 常用抗冲击改性剂特性比较

结论

1)CPE属于部分相容型抗冲击改性剂,价廉,抗冲击改性效果及耐候性也较好,还能降低PVC-C熔体的粘度,改善熔体流动性,提高挤出速度。但CPE类似固体增塑剂,会明显降低PVC-C材料的维卡软化温度;

2)MBS、ABS属粒子分散型抗冲击改性剂,抗冲击改性效果好,对PVC-C材料的维卡软化温度影响也较小,但MBS、ABS分子链中含有不饱和双键,耐候性较差,不适合户外使用;

3)ABS与MBS的强度较高,对材料的维卡软化温度的影响较小,但ABS与MBS的加工粘度较大,混配料中需要加入较多的润滑剂;

4)抗冲击型ACR分子链中不含有不饱和双健,耐候性好,抗冲击改性也好,加工时物料粘度也小,是较为理想的抗冲击改性剂。

 

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