馬 軍,袁茂全,牟南翔,胡妹華,王 建,武德珍＊

(1.北京化工大學材料科學與工程學院,化工資源有效利用國家重點實驗室,北京100029;2.上海氯堿化工股份有限公司,上海200241)

CPVC/ABS/CPE三元共混體系的組成與性能關系研究

馬 軍1,袁茂全2,牟南翔1,胡妹華2,王 建2,武德珍1＊

(1.北京化工大學材料科學與工程學院,化工資源有效利用國家重點實驗室,北京100029;2.上海氯堿化工股份有限公司,上海200241)

研究了氯化聚氯乙烯(CPVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和氯化聚乙烯(CPE)三元共混體系的組成與性能之間的關系。結果表明,ABS樹脂可以有效降低CPVC/ABS/CPE三元共混體系的平衡扭矩,縮短三元共混體系的塑化時間,改善其流動性;當CPE含量固定、共混體系中CPVC與ABS的質量配為7∶3時,共混體系的拉伸強度和缺口沖擊強度達到最佳,共混體系具有較好的綜合力學性能;隨著CPE含量的增加,三元共混體系的缺口沖擊強度顯著提高,CPE對三元共混體系具有優(yōu)良的增韌作用,用量以15份為宜。

氯化聚氯乙烯;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物;氯化聚乙烯;共混;改性

0 前言

CPVC是聚氯乙烯(PVC)進一步氯化的產物,是其重要的改性品種之一。CPVC的氯含量一般在61%～68%之間,由于極性元素的增加,耐熱溫度比PVC高30～40 ℃,其力學性能、耐溶劑性、阻燃性、耐蠕變性等均比PVC有較大的提高,是發(fā)展前景較為廣闊的高分子材料。CPVC具有良好的綜合性能,在管材、涂料和黏合劑、泡沫材料、絕緣和阻燃材料、人造纖維材料及板材、改性劑等方面有著廣泛的應用[1-3]。

雖然CPVC相對于其他樹脂具有明顯的性能優(yōu)勢,但由于其特殊的分子結構,使其具有極高的加工難度,表現為加工溫度高,熔體黏度大,加工成型溫度范圍窄,易分解;而且CPVC制品脆性較大、沖擊強度較低[4-5]。因此,在CPVC加工配方體系中,除了研究穩(wěn)定劑、潤滑劑的種類和配比對其制品的影響外,通過共混改性來制備高流動、高韌性的CPVC合金材料也具有重要的理論意義和實際應用價值。

本文采用ABS和CPE對CPVC樹脂進行改性。利用ABS樹脂的高流動性和CPE的增韌作用,通過對共混體系組成和性能的研究達到使CPVC高性能化的目的。

1 實驗部分

1.1 主要原料

CPVC,含氯質量分數為66%～67%,工業(yè)級,上海氯堿化工股份有限公司;

ABS,8391,中國石化上海高橋分公司;

CPE,135A,濰坊亞星化學股份有限公司;

有機錫,工業(yè)級,法國Arkema公司;

環(huán)氧大豆油,工業(yè)級,阿拉丁試劑(上海)有限公司;

潤滑劑,工業(yè)級,美國 Honeywell公司。

1.2 主要設備及儀器

開放式塑煉機,SK-160B,上海橡膠機械廠;

平板硫化機,QLB-D,上海橡膠機械廠;

高速混合機,FW100,天津泰斯特儀器有限公司;

拉伸性能測試儀,INSTRON-1185,美國 INSTRON公司;

沖擊性能測試儀,P/N6957.000,意大利CEAST公司;

轉矩流變儀,PLV-151,德國BRABENDER公司;

掃描電子顯微鏡(SEM),S-250MK3,英國劍橋科學儀器公司。

1.3 試樣制備

將各組分在高速混合機上預混合2 min,然后將預混料在雙輥筒塑煉機上熔融共混,溫度185℃,混煉5 min后出片。在185 ℃、35 MPa條件下,熱壓8 min左右,再冷壓到90℃以下啟模,制得模板,然后按照測試標準制成待測樣條。

1.4 性能測試與結構表征

拉伸強度按ASTM D638-03測試;

簡支梁缺口沖擊強度按 GB/T 1843—2002測試,使用缺口制樣機 r=0.1 mm的銑刀制得V形缺口,缺口深度為2 mm,擺錘速度為2.9 m/s;

將轉矩流變儀的混合器升溫到180℃,轉速設定30 r/min,稱取60 g CPVC干混料加入到混合器中,進行流變性能測試;

SEM分析:試樣快速沖斷后,表面進行鍍Au-Pd金屬處理。

2 結果與討論

2.1 ABS含量對共混物力學性能和流動性的影響

為考察ABS樹脂對 CPVC/ABS/CPE共混體系力學性能的影響,固定 CPVC和 CPE的份數分別為100份和15份,改變ABS的添加量。CPVC樹脂的拉伸強度和缺口沖擊強度分別為75 MPa和4 kJ/m2,ABS樹脂的拉伸強度和缺口沖擊強度分別為44 MPa和30 kJ/m2。從圖1可以看出,采用 ABS和CPE對CPVC共混改性后,CPVC/ABS/CPE三元共混體系的拉伸強度隨著ABS含量的增加呈先上升后下降的趨勢。這是因為隨著ABS含量的增加,體系中CPE的相對含量降低,而CPE本身的拉伸強度很低,所以共混體系的拉伸強度上升。當CPVC和ABS的配比為7∶3時,CPVC/ABS/CPE三元共混體系的拉伸強度達到最大值。進一步增加ABS的用量,體系中的拉伸強度較高的CPVC相對含量降低,使共混體系的拉伸強度下降。

圖1 ABS含量對CPVC/ABS/CPE三元共混體系力學性能的影響Fig.1 Effect of ABS content on the mechanical properties of CPVC/ABS/CPE blends

從圖1還可以看出,CPVC/ABS/CPE三元共混體系的缺口沖擊強度隨著ABS含量的增加呈先下降后上升再下降的趨勢,這是由于CPE是CPVC的良好增韌劑,當用量為15份時在CPVC中形成增韌網絡,CPVC/CPE體系的沖擊強度達到17 kJ/m2,當加入少量ABS后,破壞了CPE的增韌網絡,造成共混體系的韌性降低。但ABS本身也具有良好的韌性,當進一步增加ABS的用量時,三元共混體系的韌性有所提高,并在CPVC和ABS的配比為7∶3時,缺口沖擊強度也出現了峰值。綜上所述,在固定 CPE為15份時,當 CPVC和ABS的比例為7:3時,三元共混物具有較好的綜合性能。

圖2 CPVC/ABS/CPE三元共混物的流變曲線Fig.2 The rheological curves for CPVC/ABS/CPE blends

從圖2可以看出,隨著ABS用量的增加共混物的平衡扭矩明顯降低,共混體系達到平衡的時間縮短,即塑化時間縮短。由此可見,ABS能有效降低共混物的熔體黏度,從而改善了CPVC的加工性能。但當ABS用量增加至67份時,共混體系的熱穩(wěn)定時間縮短,主要是共混體系中熱穩(wěn)定劑的相對含量減小,對CPVC的熱穩(wěn)定作用降低,若延長熱穩(wěn)定時間,需要增加熱穩(wěn)定劑用量。

2.2 CPE含量對共混物力學性能及形態(tài)的影響

固定CPVC和ABS的份數分別為100份和43份(配比為7∶3),改變 CPE的添加量。從圖3可以看出,隨著CPE含量的增加,CPVC/ABS/CPE三元共混體系的缺口沖擊強度呈上升趨勢。當CPE含量大于15份時,三元共混體系發(fā)生脆韌轉變,缺口沖擊強度開始大幅度提高。一方面,CPE是 CPVC良好的增韌劑;另一方面,在ABS中存在兩相結構,即苯乙烯-丙烯腈(SAN)樹脂相和聚丁二烯橡膠相[6],CPVC與SAN相容性較好而與橡膠相不相容,而CPE中的乙烯段與ABS中的丁二烯段結構相似,二者具有一定的微觀相互作用,所以CPE的加入改善了CPVC與橡膠相的相容性,進而改善了CPVC和ABS的相容性,使得共混體系的缺口沖擊強度大幅度提高。但三元共混體系的拉伸強度隨CPE用量的增加呈下降趨勢,這是由于CPE作為一種彈性體,拉伸強度低,使共混體系拉伸強度降低。

圖3 CPE含量對CPVC/ABS/CPE三元共混體系力學性能的影響Fig.3 Effect of CPE content on the mechanical properties of CPVC/ABS/CPE blends

從圖4可以看出,當CPE含量為0份時,共混體系的沖擊斷面比較平整,隨著CPE含量的增加,沖擊斷面上出現了一些網狀突起,當CPE含量大于15份時,沖擊斷面有大量的等軸拋物線韌窩出現,是典型的韌性斷裂特征,進一步表明材料發(fā)生了韌性斷裂。

圖4 CPVC/ABS/CPE三元共混體系的斷面SEM照片Fig.4 SEM micrographs for the fracture surface of CPVC/ABS/CPE blends

3 結論

(1)ABS能夠有效降低CPVC/ABS/CPE三元共混體系的扭矩,促進CPVC的塑化,縮短CPVC的塑化時間,從而改善了CPVC的加工性能;

(2)當三元共混體系中CPVC和ABS的配比為7∶3時,三元共混體系的拉伸強度和缺口沖擊強度達到最佳;

(3)CPE的加入促進了CPVC與丁二烯橡膠相的相互作用,從而改善了CPVC和ABS的相容性,使三元共混體系的缺口沖擊強度大幅提高。CPE對三元共混體系增韌效果優(yōu)異,以15份為宜。

[1] 徐 瑾,萬 青,王習群.無機填料改善 CPVC/PVC合金耐熱性能的研究[J].中國塑料,2005,19(4):29-32.

[2] 韓 健,鄔素華.氯化聚氯乙烯的高性能化研究[J].塑料工業(yè),2008,36(10):24-27.

[3] 皮 紅,周詩雨,郭少云.氯化聚氯乙烯的增韌改性[J].高分子材料與工程,2006,22(4):110-113.

[4] 陳雪萍,朱耕宇,浦 群,等.CPVC/PVC/MBS三元共混材料的研究[J].中國塑料,2008,22(6):35-38.

[5] 史鐵鈞,譚曉霞.CPVC共混物的加工和力學性能的改進[J].現代塑料加工應用,1994,6(4):34-37.

[6] 周麗玲,藺玉勝,楊靜漪,等.ABS增韌硬質聚氯乙烯的結構形態(tài)和增韌機理[J].中國塑料,2008,22(10):27-30.

Study on the Relationship Between Compositions and Properties of CPVC/ABS/CPE Ternary Blends

MA Jun1,YUAN Maoquan2,MU Nanxiang1,HU Meihua2,WAN GJian2,WU Dezhen1＊
(1.State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering,College of Materials Science&Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China;2.Shanghai Chlor-Alkli Chemical Company,Shanghai 200241,China)

In this paper,the relationship between compositions and properties of chlorinated poly(vinyl chloride)/acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer/chlorinated polyethylene(CPVC/ABS/CPE)ternary blends was studied.The torque of CPVC/ABS/CPE decreased and thus the plasticizing time was reduced significantly with increasing content of ABS.When the weight ratio of CPVC to ABS was 7∶3,the CPVC/ABS/CPE ternary blends displayed the best mechanical properties.CPE had good toughening effects on CPVC/ABS/CPE ternary blends,and the optimum dosage was 15 phr.

chlorinated poly(vinyl chloride);acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer;chlorinated polyethylene;blending;modification

TQ325.3

B

1001-9278(2010)07-0024-04

2010-03-16

國家支撐計劃資助項目(2007BAE50B02)

＊聯系人,wdz@mail.buct.edu.cn