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姚工在“第38屆全國聚氯乙烯行業技術年會”上的報告
發布時間:2016-6-22 瀏覽次數:1804

轉矩流變實驗之——                         

聚合物復合、改性配方及助劑品質分析

 

                                 姚漢樑

2016.6.2于上海

PVC是我國產/用量位居第二的通用塑料,由于其軟化溫度與分解溫度甚是接近,所以熱穩定劑是PVC加工必不可少的添加劑,而且種類繁多。如何有效、合理使用熱穩定劑,常常使有關技術人員倍感棘手。

光穩定劑是近40年來發展較快的塑料添加劑,其可使室外塑料制品的使用壽命延長數倍至數十倍,可顯著提高塑料制品對金屬、木材等制品的競爭力。

大多數高聚物屬于可燃、易燃材料,火焰傳播速度快,有時還會產生有毒氣體,因此阻燃劑,特別在建筑材料應用方面,已是不可缺少。

增塑劑是塑料助劑中產量最大的一種,品種繁多,遍及塑料應用的各個門類。

抗沖改性劑能明顯改進普通塑料制品的脆性。

潤滑劑能改善塑料、特別是PVC的熔體內部,及與設備的表面摩擦力,增大其流動性,借以改善塑化時間。

無機粉體的應用,除了普遍認知的“增量”作用,如果合理科學,還能改善某些物理性能,如硬度、韌性等。

大部分塑料制品,需要著色,著色劑中的某些成分可能會促使材料的降解。

助劑起到了各種各樣的作用,但助劑的添加,也都會對材料的加工性能,帶來一定的甚至是很大的影響。不管是有益的,還是不利的,都需要知道其究竟。

有某助劑廠商抱怨,說自己的產品都達標,還是有人說好有人說不好;某助劑用戶也抱怨,明明用了某些材料的助劑,效果不錯,但再用,非但品質不好,還造成了不少損失。

其實,助劑的成份,添加比例,甚至同一材料、不同廠商,都會影響最終制品的性能的質量。

聰明的助劑廠負責人,明白將自己的產品進行復合改性實驗的重要性,所以會以自己的助劑,在客戶的材料上先行試驗,確保客戶的需要,而按質量管理要求,改性廠家,也必須對即將入庫的助劑進行檢測試驗,以減少萬一由于質量問題導致的生產周期和經濟上的大量損失。

事前對這些因素進行實驗,尋求最合適的助劑廠商和助劑的配比,無疑是事半功倍的最優選擇.與塑化實驗直接相關的,無疑就是轉矩流變實驗了。

轉矩流變實驗,可用于:助劑品質分析;聚合物熔融及降解性能實驗;復合材料的加工性能實驗;交聯、熱固性塑料的流動和固化實驗;助劑對材料性能的影響;熱穩定性試驗;助劑的分散性試驗;材料的剪切應力、黏度實驗;配方研究;等等。

例如:

由于CPVC熱穩定性差,熔體黏度較高,加工十分困難,因此需要添加助劑以降低熔體黏度,改善加工性能。下圖是添加了不同的CPE用量后對CPVC體系加工性能的影響。含氯質量分數為35%CPE是部分氯化的高密度聚乙烯,經常作為改性劑用于PVC的加工中。        

圖一是分別用4份、8份、12份、16份,以及不添加CPE的情況下,進行的轉矩流變實驗,利用電腦的運算功能,將五根曲線疊加,可以一目了然地分析對塑化的影響。

由于不同廠家生產的CPE也有區別。圖二是1#2#3#三家廠商生產的CPE產品,在配方比例不變的情況下配制成PVC干混料后進行流變實驗得出的流變曲線。

                                         

                                   圖一 CPE添加量對塑化的影響

                                        

                                   圖二 添加不同廠商的CPE產品后的性能比較

    由于PVC的熱穩定性差,而且軟化溫度與分解溫度差距很小,給加工帶來很大不便,因此在加工過程中必須加入一定量的熱穩定劑。圖三是在PVC中添加不同的DBM熱穩定劑或沸石(圖四)時對PVC材料流變性能的影響。

                                   

圖三 添加不同組分DBM對流變性能的影響   

        

 圖四 添加不同分量的沸石對流變性能的影響

圖五為添加環氧油酸季戊四醇酯后,對加工性能的影響。

由于氯乙烯丙烯酸丁酯共聚樹脂(氯丙樹脂)綜合性能良好,具有良好的內增塑作用和機械性能、耐候性能,圖六所示流變曲線,表征了利用添加氯丙樹脂對PVC進行改性的實驗結果:

                                    

圖五 添加不同組分環氧油酸季戊四醇酯的影響  

 圖六 含氯丙樹脂后的流變曲線變化

ASA是以交聯的聚丙烯酸丁酯(PBA)為橡膠相,但與PVC有更好的相容性,其技術一直為國外公司壟斷。馬令慶等自制了ASA,并以此對PVC進行了改性,考察了包括塑化性能在內的一系列性能(圖七)。

PVC外,轉矩流變實驗在其它材料的應用也是相當廣泛。圖八是聚酰胺PA6添加穩定劑前后的比較,可以看出,使用穩定劑后對PA6塑化的改善。

                                             

                         圖七 添加不同組分的ASA后的流變性能

                                                

                                             圖八  PA6添加穩定劑前后的變化

    當然,流變塑化性能的改善,只是改性配方實驗的一個方面,得到了良好的塑化性能,并不是最后的結果。還有你進行配方實驗的主要目的:熱穩定、光穩定、阻燃、調色、表面質量,等等,還有比如熱性能(如維卡軟化點,熱變形),熱流動性(熔融指數),以及力學性能,等等。

通過合理的實驗設計,同時利用不斷升級的計算機程序,我們還可以得到另類我們所需要的試驗曲線。

      下二例(圖九、十)是為了研究環氧樹脂E51對軟質PVC的加工性能的影響,而在不同添加量的情況下,做了多次流變實驗,對每次實驗得出的最大轉矩和平衡轉矩繪制的曲線,借助流變儀的拓展功能,得出相當直觀的關系曲線。

                                    

                      圖九 E51質量分數與最大轉矩的關系

                                          

                                        圖十 E51質量分數與平衡轉矩的關系

 

 

     

v  1】姚漢樑.聚合物性能常用測試技術及自動化【M.北京:化學工業出版社,2015.

v  2】《HAAKE轉矩流變儀用戶手冊》

v  3】王健,等.CPECPVC管材的改性【J.聚氯乙烯,2013,8.

v  4】丁汝濱.CPEPVC型材中的應用【J.聚氯乙烯,2013,7.

v  5】瞿英俊,等.輔助助劑對鈣鋅復合熱穩定劑性能的影響【J.聚氯乙烯,2013,2.

v  6】宋曉玲,等.氯乙烯——丙烯酸丁酯共聚樹脂的性能優化及應用【J.聚氯乙烯,2012,8.

v  7】馬令慶,等.ASA/ACR/CPEPVC塑化性能和沖擊性能的影響【J.聚氯乙烯,2012,4.

v  8】何秋藝,等.軟質PVC/環氧樹脂共混物性能的研究【J.聚氯乙烯,2010,4.

v  9】周大鵬,等.酚醛樹脂注塑料的化學流變行為研究【J.中國塑料,2007,10.  

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