袁茂全，王 健

（上海氯堿化工股份有限公司，上海 200241）

0 前言

CPVC是聚氯乙烯（PVC）進(jìn)一步氯化的產(chǎn)物，是PVC重要的改性產(chǎn)品，CPVC的氯含量一般在61%～68%之間，由于極性元素的增加，其物理機(jī)械性能，特別是耐熱變形性、耐溶劑性、阻燃性等均比PVC有較大的提高，耐熱溫度比PVC高30～40℃，其加工溫度與ABS接近。CPVC由于含氯量的增加，使分子間的吸引力增加，使得共混體系的熔體黏度增大，加工困難，因此有報(bào)道使用甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯三元共聚物（MBS）、ABS、PVC、苯乙烯馬來酸酐類共聚物［1-5］與 CPVC 共混來提高體系的流動(dòng)性，降低CPVC的熔體黏度，提升共混體系加工寬度。與PVC／ABS共混體系不同，加入CPVC不會降低ABS的使用溫度，從而使得CPVC／ABS的耐熱性能明顯優(yōu)于PVC／ABS共混體系，拓寬了共混體系的應(yīng)用領(lǐng)域。ABS與CPVC在阻燃性能上有良好的互補(bǔ)性，普通ABS的極限氧指數(shù)為21%，在空氣中容易燃，CPVC極限氧指數(shù)為60%以上，是一種難燃材料。再者，ABS具有比CPVC更好的抗沖擊性能，與CPVC形成共混體系可以大幅提高材料的抗沖擊性能［6］。因此，CPVC／ABS共混體系材料在原則上將擁有各項(xiàng)優(yōu)越的性能并具有較好的應(yīng)用前景，值得深入研究。

在ABS的組合中，有一類重要的組合是利用AS與高橡膠含量的ABS進(jìn)行摻混、造粒后進(jìn)行再加工。該組合配方中使用的ABS為粉末狀，在加工過程中容易與CPVC混合均勻。本研究針對此種組合的ABS對CPVC／ABS／AS及 CPVC／ABS共混體系力學(xué)性能、耐熱性能及阻燃性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

CPVC，ZS－601，上海氯堿化工股份有限公司；

甲基硫醇錫，TM181FS，美國羅門哈斯公司；

ABS，HR－181，韓國錦湖石化有限公司；

AS，PN－138H，鎮(zhèn)江奇美化工有限公司；

鈦白粉，BA01－01，上海焦化廠；

聚乙烯蠟，WE－3，上海金山星星塑料有限公司；

硬脂酸，東莞漢維新材料科技有限公司；

硬脂酸鈣，東莞漢維新材料科技有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

高速混合機(jī)，GH－10，北京市塑料機(jī)械廠；

平板硫化機(jī)，QLB－D，上海橡膠機(jī)械廠；

開放式塑煉機(jī)，SK－160B，上海橡膠機(jī)械廠；

HAKKE流變儀，RC300P，Thermo Hakke Polylab System，德國賽默飛公司；

Vicat測試儀，Ceast－6911，意大利Ceast公司；

力學(xué)性能測試儀，INSTRON 4466，美國INSTRON公司。

1.3 樣品制備

按配方準(zhǔn)確稱量各物料，將CPVC、穩(wěn)定劑甲基硫醇錫加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，至60～70℃后再加入聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸鈣、鈦白粉、ABS、AS等加熱至120℃，混合均勻后出料；將開放式塑煉機(jī)升溫到190℃并恒溫0.5h，投入混合料，反復(fù)混煉均勻后出片；在190℃，16MPa壓力下，熱壓6～10min，再冷卻到室溫，啟模即可得到待測試的模板，按測試要求制成待測樣品。

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

拉伸強(qiáng)度按GB／T 1040.2—2006進(jìn)行測試，測試速率為50mm／min；

彎曲強(qiáng)度按GB／T 9341—2008進(jìn)行測試，測試速率為10mm／min；

沖擊強(qiáng)度按GB／T 1043.1—2008進(jìn)行測試，試樣類型1型，缺口為B型缺口，缺口尺寸3.2mm，沖擊速度2.9m／s；

耐熱性能按GB／T 1633—2000進(jìn)行測試樣品的測試維卡軟化點(diǎn)，升溫速率50℃／h，負(fù)載50kN；

極限氧指數(shù)按GB／T 2406—2009進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 ABS含量對共混體系力學(xué)性能的影響

在ABS的加工中，通過改變ABS與AS的含量，可以獲得不同組成和不同性能的ABS／AS共混體系，再通過將該共混體系與CPVC進(jìn)行共混，可以最終獲得不同共混性能的CPVC／ABS／AS三元共混體系。固定ABS／AS與CPVC之間的配比為40∶60，變化ABS與AS之間的配比，得到如圖1所示的三元、二元共混體系力學(xué)性能測試結(jié)果。從圖1（a）可以看出，隨著ABS含量的增加，CPVC／ABS／AS共混體系拉伸強(qiáng)度從79MPa降低到35MPa，彎曲強(qiáng)度從105MPa降低到40MPa，而缺口沖擊強(qiáng)度卻持續(xù)上升，相應(yīng)地從11.5kJ／m2上升至39.5kJ／m2。同時(shí)，圖1（b）也表明在ABS含量達(dá)到30%時(shí)，其沖擊強(qiáng)度與含量為40%時(shí)基本接近，達(dá)到了39.3kJ／m2，這說明ABS增加到一定量時(shí)，共混體系的沖擊性能就不再增加。從整體來看，考慮到力學(xué)性能及耐熱性能，在ABS含量為15%時(shí)共混體系的各項(xiàng)指標(biāo)均比較合理，其三元組分配比為CPVC∶ABS∶AS＝60∶15∶25，而此時(shí)材料具有較好的加工性能和表面光澤度。

圖1 ABS含量對CPVC／ABS／AS三元共混體系力學(xué)性能的影響Fig.1 Mechanical properties of CPVC／ABS／AS blends against content of ABS component

在ABS加工中，同時(shí)還考察了CPVC／ABS二元共混體系的基本性能，并將其與前述CPVC／ABS／AS三元共混體系進(jìn)行了比較，以詳細(xì)評價(jià)二者之間的差別。由圖2可知，隨著ABS含量的增加，共混體系的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度隨之下降，而缺口沖擊強(qiáng)度卻持續(xù)顯著上升，當(dāng)ABS用量為25%時(shí)，沖擊已經(jīng)趨于平衡，達(dá)到了52.6kJ／m2。

圖2 ABS含量對CPVC／ABS二元共混體系力學(xué)性能的影響Fig.2 Mechanical properties of CPVC／ABS blends against content of ABS component

對比圖1和圖2可以看出，單純使用ABS與CPVC共混，此二元共混體系在初始點(diǎn)，即ABS含量為零時(shí)的拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度并沒有CPVC／ABS／AS三元共混體系的高，說明AS的存在對提高共混體系的拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度是有好處的。在沒有AS時(shí)，隨著ABS含量逐漸增加，CPVC／ABS二元共混體系的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的下降也比較快。當(dāng)ABS含量為10%時(shí)，二元共混體系體系的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到了30kJ／m2，已經(jīng)明顯高于相同ABS含量三元共混體系的25kJ／m2，說明AS的加入會降低材料的缺口沖擊強(qiáng)度。AS是由丙烯腈和苯乙烯共聚而成，本身不含柔性鏈段，因此其沖擊性能不如ABS高。

2.2 ABS含量對共混體系耐熱性能的影響

從圖3可以看出，隨著ABS含量的增加，維卡軟化點(diǎn)從103.4℃下降到了92.9℃，說明ABS含量的增加對CPVC／ABS／AS三元共混體系的耐熱性能具有負(fù)面影響，因?yàn)锳BS會削弱CPVC大分子鏈間的相互作用力，使得材料的內(nèi)聚能下降［7］。進(jìn)一步分析表明，隨著ABS含量的逐漸增加，在ABS組分含量較少時(shí)體系耐熱性能的下降幅度較小。如圖3顯示，當(dāng)ABS含量在20%以下時(shí)，維卡軟化點(diǎn)的下降幅度相對較小，而當(dāng)ABS含量達(dá)到20%以上時(shí)，其下降幅度卻隨之迅速增大。

圖3 ABS含量對CPVC／ABS／AS三元共混體系維卡軟化點(diǎn)的影響Fig.3 Vicat softening point of CPVC／ABS／AS blends against content of ABS component

從圖4可以看出，隨著ABS的加入，二元共混體系的維卡軟化點(diǎn)也下降，但是在ABS含量10%以下時(shí)，共混體系的維卡軟化點(diǎn)下降趨勢不特別明顯，當(dāng)ABS含量達(dá)到10%以上之后下降趨勢愈漸明顯，說明維卡軟化點(diǎn)的下降跟共混體系中ABS的含量有著緊密的聯(lián)系。分析可知，由于ABS結(jié)構(gòu)中含有丁二烯橡膠，而丁二烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在－50℃左右，從而導(dǎo)致隨著ABS用量的增加共混體系會變得更加柔軟。上述結(jié)果表明，ABS的加入對共混體系的耐熱性能有較大的負(fù)面影響。

2.3 ABS含量對共混體系阻燃性能的影響

圖4 ABS含量對CPVC／ABS二元共混體系維卡軟化點(diǎn)的影響Fig.4 Vicat softening point of CPVC／ABS blends against content of ABS component

分別對CPVC／ABS／AS和CPVC／ABS共混體系的極限氧指數(shù)進(jìn)行了測定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯?dāng)CPVC與ABS／AS的總體配比保持在6∶4時(shí)，其共混體系的極限氧指數(shù)基本恒定，維持在31%左右，屬于難燃級別，因此該共混體系還具有一定的阻燃性能，同時(shí)也說明共混體系的阻燃性能主要取決于CPVC組分的含量。CPVC／ABS共混體系中，隨著ABS含量的增多，共混體系的極限氧指數(shù)下降較為顯著。當(dāng)ABS的含量在15%以下時(shí)，該共混體系的極限氧指數(shù)達(dá)到了41.8%以上，可用于開發(fā)高阻燃及高韌性能材料。

表1 CPVC／ABS／AS及CPVC／ABS共混體系的極限氧指數(shù)Tab.1 The limited oxygen index of CPVC／ABS／AS and CPVC／ABS blends

3 結(jié)論

（1）ABS改善了CPVC共混體系的韌性，隨著其含量的增加共混體系的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和維卡軟化點(diǎn)均有所降低；

（2）在 CPVC／ABS／AS三元共混體系中，當(dāng) ABS含量達(dá)30%時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度最佳，達(dá)到39.3kJ／m2，而在CPVC／ABS二元共混體系中，ABS用量在25%時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度最佳，達(dá)到52.6kJ／m2；

（3）CPVC／ABS／AS、CPVC／ABS共混體系的極限氧指數(shù)與CPVC的用量有最密切的關(guān)聯(lián)，而與ABS和AS二者的配比基本無關(guān)。

［1］Lehr M H，Nicholas P P.Chlorinated Polyvinyl Chloride Blends Having Low Melt Viscosities：US，4868247［P］.1989－09－19.

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［3］Bourland L G.Compatible Blends of Chlorinated Polyvinyl Chloride Resins and Styrene－maleic Anhydride Resins：US，4371666［P］.1983－02－01.

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［6］馬 軍，袁茂全，牟南翔，等.CPVC／ABS／CPE三元共混體系的組成與性能關(guān)系研究［J］.中國塑料，2010，24（7）：24－27.Ma Jun，Yuan Maoquan，Mu Nanxiang，et al.Study on the Relationship Between Compositions and Properties of CPVC／ABS／CPE Ternary Blends ［J］.China Plastics，2010，24（7）：24－27.

［7］皮 紅，楊 濤，張風(fēng)順，等.CPVC／PVC與 CPVC／ABS合金加工性能研究［J］.塑料工業(yè)，2008，36（8）：33－35.Pi Hong，Yang Tao，Zhang Fengshun，et al.Study on Processability of CPVC／PVC and CPVC／ABS Blends［J］.China Plastics Industry，2008，36（8）：33－35.