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姚工在“第38届全国聚氯乙烯行业技术年会”上的报告
发布时间:2016-6-22 浏览次数:2240

转矩流变实验之——                         

聚合物复合、改性配方及助剂品质分析

 

                                 姚汉樑

2016.6.2于上海

PVC是我国产/用量位居第二的通用塑料,由于其软化温度与分解温度甚是接近,所以热稳定剂是PVC加工必不可少的添加剂,而且种类繁多。如何有效、合理使用热稳定剂,常常使有关技术人员倍感棘手。

光稳定剂是近40年来发展较快的塑料添加剂,其可使室外塑料制品的使用寿命延长数倍至数十倍,可显著提高塑料制品对金属、木材等制品的竞争力。

大多数高聚物属于可燃、易燃材料,火焰传播速度快,有时还会产生有毒气体,因此阻燃剂,特别在建筑材料应用方面,已是不可缺少。

增塑剂是塑料助剂中产量最大的一种,品种繁多,遍及塑料应用的各个门类。

抗冲改性剂能明显改进普通塑料制品的脆性。

润滑剂能改善塑料、特别是PVC的熔体内部,及与设备的表面摩擦力,增大其流动性,借以改善塑化时间。

无机粉体的应用,除了普遍认知的“增量”作用,如果合理科学,还能改善某些物理性能,如硬度、韧性等。

大部分塑料制品,需要着色,着色剂中的某些成分可能会促使材料的降解。

助剂起到了各种各样的作用,但助剂的添加,也都会对材料的加工性能,带来一定的甚至是很大的影响。不管是有益的,还是不利的,都需要知道其究竟。

有某助剂厂商抱怨,说自己的产品都达标,还是有人说好有人说不好;某助剂用户也抱怨,明明用了某些材料的助剂,效果不错,但再用,非但品质不好,还造成了不少损失。

其实,助剂的成份,添加比例,甚至同一材料、不同厂商,都会影响最终制品的性能的质量。

聪明的助剂厂负责人,明白将自己的产品进行复合改性实验的重要性,所以会以自己的助剂,在客户的材料上先行试验,确保客户的需要,而按质量管理要求,改性厂家,也必须对即将入库的助剂进行检测试验,以减少万一由于质量问题导致的生产周期和经济上的大量损失。

事前对这些因素进行实验,寻求最合适的助剂厂商和助剂的配比,无疑是事半功倍的最优选择.与塑化实验直接相关的,无疑就是转矩流变实验了。

转矩流变实验,可用于:助剂品质分析;聚合物熔融及降解性能实验;复合材料的加工性能实验;交联、热固性塑料的流动和固化实验;助剂对材料性能的影响;热稳定性试验;助剂的分散性试验;材料的剪切应力、黏度实验;配方研究;等等。

例如:

由于CPVC热稳定性差,熔体黏度较高,加工十分困难,因此需要添加助剂以降低熔体黏度,改善加工性能。下图是添加了不同的CPE用量后对CPVC体系加工性能的影响。含氯质量分数为35%CPE是部分氯化的高密度聚乙烯,经常作为改性剂用于PVC的加工中。        

图一是分别用4份、8份、12份、16份,以及不添加CPE的情况下,进行的转矩流变实验,利用电脑的运算功能,将五根曲线叠加,可以一目了然地分析对塑化的影响。

由于不同厂家生产的CPE也有区别。图二是1#2#3#三家厂商生产的CPE产品,在配方比例不变的情况下配制成PVC干混料后进行流变实验得出的流变曲线。

                                         

                                   图一 CPE添加量对塑化的影响

                                        

                                   图二 添加不同厂商的CPE产品后的性能比较

    由于PVC的热稳定性差,而且软化温度与分解温度差距很小,给加工带来很大不便,因此在加工过程中必须加入一定量的热稳定剂。图三是在PVC中添加不同的DBM热稳定剂或沸石(图四)时对PVC材料流变性能的影响。

                                   

图三 添加不同组分DBM对流变性能的影响   

        

 图四 添加不同分量的沸石对流变性能的影响

图五为添加环氧油酸季戊四醇酯后,对加工性能的影响。

由于氯乙烯丙烯酸丁酯共聚树脂(氯丙树脂)综合性能良好,具有良好的内增塑作用和机械性能、耐候性能,图六所示流变曲线,表征了利用添加氯丙树脂对PVC进行改性的实验结果:

                                    

图五 添加不同组分环氧油酸季戊四醇酯的影响  

 图六 含氯丙树脂后的流变曲线变化

ASA是以交联的聚丙烯酸丁酯(PBA)为橡胶相,但与PVC有更好的相容性,其技术一直为国外公司垄断。马令庆等自制了ASA,并以此对PVC进行了改性,考察了包括塑化性能在内的一系列性能(图七)。

PVC外,转矩流变实验在其它材料的应用也是相当广泛。图八是聚酰胺PA6添加稳定剂前后的比较,可以看出,使用稳定剂后对PA6塑化的改善。

                                             

                         图七 添加不同组分的ASA后的流变性能

                                                

                                             图八  PA6添加稳定剂前后的变化

    当然,流变塑化性能的改善,只是改性配方实验的一个方面,得到了良好的塑化性能,并不是最后的结果。还有你进行配方实验的主要目的:热稳定、光稳定、阻燃、调色、表面质量,等等,还有比如热性能(如维卡软化点,热变形),热流动性(熔融指数),以及力学性能,等等。

通过合理的实验设计,同时利用不断升级的计算机程序,我们还可以得到另类我们所需要的试验曲线。

      下二例(图九、十)是为了研究环氧树脂E51对软质PVC的加工性能的影响,而在不同添加量的情况下,做了多次流变实验,对每次实验得出的最大转矩和平衡转矩绘制的曲线,借助流变仪的拓展功能,得出相当直观的关系曲线。

                                    

                      图九 E51质量分数与最大转矩的关系

                                          

                                        图十 E51质量分数与平衡转矩的关系

 

 

     

v  1】姚汉樑.聚合物性能常用测试技术及自动化【M.北京:化学工业出版社,2015.

v  2】《HAAKE转矩流变仪用户手册》

v  3】王健,等.CPECPVC管材的改性【J.聚氯乙烯,2013,8.

v  4】丁汝滨.CPEPVC型材中的应用【J.聚氯乙烯,2013,7.

v  5】瞿英俊,等.辅助助剂对钙锌复合热稳定剂性能的影响【J.聚氯乙烯,2013,2.

v  6】宋晓玲,等.氯乙烯——丙烯酸丁酯共聚树脂的性能优化及应用【J.聚氯乙烯,2012,8.

v  7】马令庆,等.ASA/ACR/CPEPVC塑化性能和冲击性能的影响【J.聚氯乙烯,2012,4.

v  8】何秋艺,等.软质PVC/环氧树脂共混物性能的研究【J.聚氯乙烯,2010,4.

v  9】周大鹏,等.酚醛树脂注塑料的化学流变行为研究【J.中国塑料,2007,10.  

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