PVC型材及應(yīng)用.doc

PVC型材及應(yīng)用材料指標(biāo)可行性分析報(bào)告孫義明湖北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2015年4月18日目 錄1.PVC性能簡(jiǎn)介31.1普通PVC優(yōu)缺點(diǎn)31.2普通PVC性能41.3廠方要求PVC性能52增強(qiáng)改性62.1拉伸強(qiáng)度62.2彎曲強(qiáng)度73.增韌改性83.1高溫沖擊改性83.2低溫沖擊改性94.耐熱改性95綜合改性106.總結(jié)116.1結(jié)論116.2建議111. PVC性能簡(jiǎn)介1.1普通PVC優(yōu)缺點(diǎn)PVC作為第二大通用塑料，是通用塑料的主要品種之一,產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯,居第二位,PVC具有價(jià)廉、阻燃性能優(yōu)良、絕緣性能好、耐油性、耐腐燭等優(yōu)良性能,原材料來(lái)源廣，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但是聚氯乙烯樹(shù)脂本身尚存在一些缺陷:如耐熱穩(wěn)定性差、加工性能差、流動(dòng)性差、低溫脆性、力學(xué)性能的缺口敏感性、耐熱性低等,主要體現(xiàn)在：1） PVC熱穩(wěn)定性、耐熱性較差PVC的熔融溫度約為210，但在100就開(kāi)始分解放出氯化氫，當(dāng)溫度高于150C時(shí)分解更加迅速，因此加工時(shí)必須加入熱穩(wěn)定荊。熱穩(wěn)定劑的加入雖能抑制PVC的降解，但加工過(guò)程仍伴有PVC的分解發(fā)生使PVC的加工性能惡化，并使PVC主鏈形成不飽和雙鍵，致使聚合物變色，制品性能下降。PVC硬制品的維卡軟化溫度通常低于8012(ABS等工程塑料維卡軟化點(diǎn)高于90)應(yīng)用受到限制。2)硬質(zhì)PVC加工性能較差，制品抗沖擊強(qiáng)度低由于不加或加入少量增塑劑，熔體表觀粘度很高，流動(dòng)性差。加工性差，只能制作形狀簡(jiǎn)單的制品。常溫下PVC的沖擊強(qiáng)度不高，不能用作結(jié)構(gòu)材料。另外，PVC的脆性受溫度影響很大，在低溫下PVC制品變得更脆，無(wú)法使用。1.2普通PVC性能一般PVC的力學(xué)性能如下表：表1-1性能指標(biāo)數(shù)據(jù)單位備注密度1.38g/cm3楊氏彈性模量(E)2900-3400MPa拉伸強(qiáng)度(t)50-80MPa斷裂伸長(zhǎng)率20-40%-切口沖擊強(qiáng)度2-5kJ/m2玻璃轉(zhuǎn)變溫度87C熔點(diǎn)212C維卡軟化溫度85C吸水率0.04-0.4-表1-1普通PVC性能 PVC改性的目的就是為了改善或克服上述缺點(diǎn)或賦予新的性能，主要通過(guò)增韌增強(qiáng)、提高耐熱性，使PVC可作為結(jié)構(gòu)材料使用，進(jìn)一步拓展PVC的應(yīng)用范圍。因此我們?yōu)榱藵M足一定的使用要求時(shí)對(duì)做一些改性是十分有必要的，但是改性只是為了使某一方面的性能達(dá)到一個(gè)最優(yōu)，大多數(shù)的改性劑在改善某一性能時(shí)，會(huì)犧牲掉另一性能，例如PVC的耐熱改性往往導(dǎo)致材料的加工性能和力學(xué)性能劣化,而其增塑和抗沖改性提高了 PVC材料韌性的同時(shí),卻犧牲了 PVC材料的耐熱性。1.3廠方要求PVC性能廠方要求備注檢測(cè)目標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件國(guó)際單位限值廠方1拉伸強(qiáng)度10mm/minMpa 352伸長(zhǎng)率10mm/min% 15%3彎曲強(qiáng)度GB/T 9341-20082mm/minMpa 504彎曲模量GB/T 9341-20082mm/minMPa 33005懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度GB/T 1843-20084.0mm, 23KJ/ 204.0mm,-4056邵氏硬度GB /T 2411-2008D型邵氏硬度HD 707熱變形溫度0.45MPa, 4.0mm 728維卡軟化點(diǎn)GB/T 1633-200050N 789甲醛VDA27510mg/kg10苯VDA2775g/g11甲苯VDA2775g/g12二甲苯VDA27715g/g13霧氣試驗(yàn)DIN75201B2mg14VDA270氣味試驗(yàn)3 23/40 3.5 802增強(qiáng)改性PVC 增強(qiáng)改性是指在PVC 基體中加入一些剛性粒子或材料等具有較大長(zhǎng)徑比的材料，與聚合物組成復(fù)合材料，能顯著改善 PVC 復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度、耐腐蝕性以及耐熱性等。2.1拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度使我們最常用來(lái)衡量材料力學(xué)性能的指標(biāo)之一，它表征材料抵抗拉伸破壞能力的大小。普通PVC的拉伸強(qiáng)度為河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院有人 1通過(guò)原位聚合將甲基丙烯酸甲酷接枝到納米ZnO表面,制備了聚甲基丙烯酸甲酷接枝納米ZnO復(fù)合粒子,用該復(fù)合粒子對(duì)PVC進(jìn)行填充改性，并研究了納米ZnO粒子在聚氯乙烯中的分散性和聚氯乙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能。研究表明,改性后的納米ZnO粒子在PVC中的分散性良好,提高了納米ZnO粒子與PVC的相容性,并且使填充改性PvC的拉伸強(qiáng)度達(dá)到79MPa，比純納米ZnO改性PVC提高了近35%;沖擊強(qiáng)度提高了近一倍,達(dá)13.6KJ/m2。國(guó)家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心有人 2用無(wú)機(jī)填料改性PVC/AB時(shí)，當(dāng)無(wú)機(jī)填料添加量同為15份時(shí)，改性的玻纖與基料經(jīng)高混后可以使合金的拉伸強(qiáng)度提高到66 MPa，比不添加的合金提高20個(gè)MPa左右，玻璃纖維的添加量增大可以提高PVCABS合金的維卡軟化溫度，但是效果不明顯，對(duì)維卡軟化溫度只能提高23。當(dāng)加入無(wú)機(jī)填料低于15份時(shí)，合金的缺口沖擊強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，有12kJ/m2下降到7kJ/m2。 2.2彎曲強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度同拉伸強(qiáng)度一樣都反應(yīng)了材料的抵抗變形或者破壞的能力的大小，不同是其反應(yīng)了彎曲破壞的能力。常用PVC樹(shù)脂的彎曲彈性模量一般為2 5003 000 MPa，彎曲強(qiáng)度一般為70110MPa，但是穩(wěn)定劑、沖擊改性劑、潤(rùn)滑劑均會(huì)降低PVC型材的彎曲彈性模量。寧波鎮(zhèn)洋新材料股份有限公司有人 3采用無(wú)機(jī)填料對(duì)聚氯乙烯/改性劑 (PVC/改性劑)合金進(jìn)行填充,研究其增韌改性。研究表明,采用滑石粉或碳酸鈣來(lái)填充改性,均可顯著提高PVC/改性劑的彎曲彈性模量由2600MPa上升到3000MPa，但其沖擊強(qiáng)度卻由250J/m下降到100J/m，而其拉伸強(qiáng)度由50MPa下降到30MPa。有人 4 用廢料與某聚合物改性制備成母膠，在擠出造粒過(guò)程中利用加入的硬脂酸對(duì)廢料粒子表面進(jìn)行修飾，改善廢料粒子與塑料基體的界面相容性，而后將母粒料與PVC樹(shù)脂共混制備出型材。結(jié)果如表2-1：彎曲強(qiáng)度MPa彎曲彈性模量MPa拉伸強(qiáng)度MPa拉伸彈性模量MPa缺口沖擊強(qiáng)度kJ/m2維卡軟化溫度母料A65.4290044.5110014.585母料B63.5280042.9100016.282.3表2-1南京工業(yè)大學(xué)有人5探討共混比對(duì)某聚合物/PVC二元合金性能的影響, 當(dāng)共混PVC/某聚合物=100/小70/30之間變化時(shí),隨著該聚合物含量的增多，某聚合物用/PVC二元合金體系的屈服強(qiáng)度由43.2MPa增加到46.5MPa；拉伸強(qiáng)度由44.1 MPa增加到47.3 MPa彎曲強(qiáng)度由56.4 MPa增加到66.8 MPa、熱變形溫度由77.6增加到81.0等均呈遞增趨勢(shì)；而沖擊強(qiáng)度由14.5 kJ/m2下降到9.7 kJ/m2；斷裂伸長(zhǎng)率由114.8%下降到51.7%出現(xiàn)遞減趨勢(shì)。3.增韌改性純硬質(zhì) PVC韌性差，缺口沖擊強(qiáng)度僅為 35kJ/m2，這是PVC作為材料最大的缺點(diǎn)。人們采用了彈性體共混、納米粒子填充、纖維增強(qiáng)、彈性體-納米粒子復(fù)合材料增韌等方法對(duì)其進(jìn)行改性，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)在PVC的增韌改性已經(jīng)成為PVC行業(yè)發(fā)展的主要方向。3.1高溫沖擊改性天津輕工業(yè)學(xué)院有人 6 研究PVC/抗沖改性劑合金配比與力學(xué)性能關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沖擊強(qiáng)度由5 kJ/m2增加到70 kJ/m2；但是拉伸強(qiáng)度由50MPa下降到40MPa，表面球壓痕硬度由112.2MPa下降到105.2MPa，耐熱變形溫度隨ACR含量的增加有所下降由81下降到72。常州的張寧7研究PVC/抗沖改性劑合金性能時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PVC材料沖擊強(qiáng)度隨著抗沖改性劑用量的增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。用量約為 15份時(shí)，出現(xiàn)極大50kJ/m2，PVC材料拉伸強(qiáng)度隨著抗沖改性劑用量的增加而遞減，由50MPa下降到30 MPa，PVC材料斷裂伸長(zhǎng)率隨抗沖改性劑用量的增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，最大值40%。阿姆特增韌劑在PVC硬質(zhì)型材PVC增韌劑K-71在PVC硬質(zhì)型材和擠出加工中的應(yīng)用，其力學(xué)性能如表3-1K-71改質(zhì)劑對(duì)PVC力學(xué)性能的影響抗沖名稱改性劑用量缺口沖擊強(qiáng)度23kJ/m2拉伸拉伸強(qiáng)度MPa性能斷裂伸長(zhǎng)率%A抗沖714.349.070A抗沖+K-717+0.516.34890B711.04267BB+K-717+0.512.841.688 表3-13.2低溫沖擊改性聚氯乙烯本身就是硬而脆的塑料，未改性的聚氯乙烯脆化溫度僅-20 ，改進(jìn)PVC低溫耐沖擊強(qiáng)度性能差的有效辦法是加入玻璃化溫度較低，在室溫下顯示高彈性的高聚物，統(tǒng)稱為改性劑。其中所添加的高聚物應(yīng)與PVC有相近的溶解度參數(shù)，有一定互溶能力，能形成兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)的共混物，從而改善制品的低溫沖擊強(qiáng)度。北京化工大學(xué)有人8研究采用雙輥混煉機(jī)將某聚合物與聚氯乙烯（PVC）熔融共混，制備某聚合物/PVC共混物，結(jié)果共混物在-40的環(huán)境下的沖擊強(qiáng)度隨著該聚合物用量的增大逐漸增大，由17 kJ/m2到26 kJ/m2，脆性溫度隨著類苯乙烯用量的增大而降低，-26到-40由。隨著該聚合物用量的增多，聚氯乙烯/該聚合物共混物的拉伸強(qiáng)度降低，由23MPa減小到21MPa，斷裂伸長(zhǎng)率提高由585%增加到646%，并且材料呈現(xiàn)出韌性斷裂。也有人9 用雙輥混煉機(jī)將三元共聚物與經(jīng)改性的聚氯乙烯(PVC)熔融共混，改性共混 物在-40環(huán)境下的沖擊強(qiáng)度隨著三元共聚物用量的增大逐漸增大，由15J/m2增加到35 J/m2；脆化溫度由-25下降到-40；拉伸強(qiáng)度由26MPa下降到17MPa；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)由105下降到924.耐熱改性有人10用乳液聚合的方法制備了耐熱改性劑將其作為耐熱改性劑與聚氯乙烯(PVC)共混。PVC/耐熱改性劑共聚物的Tg隨耐熱改性劑用量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，耐熱改性劑用量為巧15%時(shí)，Tg最高為125.27，其拉伸強(qiáng)度逐漸減小由62.78MPa下降到58.23MPa，其沖擊強(qiáng)度也是隨用量的增加呈先上升后下降的，最大值5.36kJ/m2齊魯石油化工股份有限公司氯堿廠有人11用新型耐熱改性劑改性PVC S-1000樹(shù)脂,研制成功耐熱耐腐蝕硬質(zhì)聚氯乙烯擠出板材塑料配方, 硬質(zhì)聚氯乙烯擠出板材配方的物理機(jī)械性能國(guó)標(biāo)要求如表4-1：指標(biāo)名稱指標(biāo)數(shù)據(jù)密度/(g/cm3)1.301.50沖擊強(qiáng)度(缺口)(縱、橫向)/(kJ/m2)5.0拉伸強(qiáng)度(缺口)(縱、橫向)/MPa52.0維卡軟化點(diǎn)/80耐腐蝕性/(g/m2)-1.01.0表4-15綜合改性有人12用反應(yīng)擠出一步法制備了改性劑/nano-CaCO3，共同增強(qiáng)增韌的PVC復(fù)合材料，并時(shí)其力學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：nano-CaCO3，的質(zhì)量配比為4:1時(shí)，增韌效果最佳,改性劑和nano-CaCO3，能協(xié)同增韌PVC，且nano-CaCO3，具有增強(qiáng)作用，當(dāng)PVC/改性劑/nano-CaCO3，質(zhì)量比為100:20:5時(shí)，材料的綜合性能最優(yōu)。沖擊強(qiáng)度達(dá)到58.3 kJ/m2，拉伸強(qiáng)度為51.5 MPa，增強(qiáng)增韌PVC效果顯著有人13 研究了聚氯乙烯/三元共聚物塑料合金的綜合性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨三元共聚物含量增加，沖擊強(qiáng)度由18.5 kJ/m2增加到38.9 kJ/m2；彎曲強(qiáng)度由90.4 MPa下降到46 MPa；拉伸強(qiáng)度由58.2 MPa下降到40 MPa。6.總結(jié)6.1結(jié)論在改性過(guò)程中最常見(jiàn)就是增強(qiáng)與增韌改性，一般提高沖擊強(qiáng)度添加增韌改性劑，而增韌改性劑必然會(huì)增加材料的柔性，這樣即便在沒(méi)有失掉強(qiáng)度，那么氣彈性模量必然會(huì)下降；而一般增強(qiáng)必然會(huì)增加材料的剛性，這樣雖然使材料的耐熱性能得到提升，但是其沖擊強(qiáng)度必定不會(huì)比原PVC改變多少，不可否認(rèn)肯定有既增強(qiáng)又增韌的改性劑，但是我們也要意識(shí)到其成本問(wèn)題，一個(gè)兼有的改性劑必定會(huì)以生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)周期為代價(jià)。6.2建議我們可以根據(jù)不同的使用要求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)行不同要求，來(lái)突出材料的某一特定的性能，實(shí)現(xiàn)專料專用，從而避免了綜合性能優(yōu)異的材料普用的浪費(fèi)，例如，對(duì)于內(nèi)飾條我們可能更青睞它的沖擊性能，這要我們可以選擇犧牲一部分強(qiáng)度來(lái)凸出沖擊性能；對(duì)于貨架我們可能看好其強(qiáng)度，這樣我們可以選擇價(jià)格便宜的改性劑，簡(jiǎn)單的工藝就能達(dá)到要求?？傊M量做到需要某種性能我們就做到凸出該種性能。我們擬設(shè)計(jì)高強(qiáng)度型，高沖擊型，耐熱型及綜合型4類PVC材料供貴方參考：1高強(qiáng)度型：我們打算采用高模量無(wú)機(jī)填料取代傳統(tǒng)的碳酸鈣，以提高其剛性，滿足其在拉伸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度的要求，當(dāng)然其熱性能也會(huì)有所提高，但是沖擊性能可能不能滿足要求。2高沖擊型：我們擬采用一種高抗沖的改性劑，使PVC的韌性得到大大提高，但是韌性的提高可能是以犧牲某種強(qiáng)度為代價(jià)。4耐熱型：我們擬采用一種合理的耐熱改性劑，盡量不損失其韌性的情況下，進(jìn)一步提升其熱性能。5綜合型：即貴方要求，結(jié)合原始PVC的性能以及我們參考的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)要獲得這些性能要求，我們擬采用既增韌又增強(qiáng)強(qiáng)的改性劑，或者通過(guò)復(fù)配的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然成本可能會(huì)有所提高，我們結(jié)合原料、改性劑的要求、成型的工藝條件估計(jì)成本會(huì)提高1.52倍。當(dāng)然以前沒(méi)有嘗試，我們會(huì)從工藝，配方進(jìn)行試驗(yàn)，才能得出該方案是