郭 琴

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018）

不同改性劑對(duì)PVC管材材料性能影響研究

郭 琴

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018）

針對(duì)傳統(tǒng)PVC管材存在加工性能不佳、沖擊性能差等問題，結(jié)合 PVC 管技術(shù)的現(xiàn)狀，提出一種抗沖擊性的PVC管材材料。對(duì)此，文章首先對(duì)PVC管材增韌改性的基本原理進(jìn)行分析，比較幾種常用的增韌改性劑，最終選擇ACR、MBS作為增韌改性劑；其次，以PVC樹脂、SG型樹脂等作為原材料，以MBS、ACR作為改性劑，對(duì)PVC管材進(jìn)行制備，分別比較不同改性劑下的PVC管材性能；然后設(shè)計(jì)MBS+ACR的復(fù)配體系，得到不同復(fù)配體系下的PVC性能。由此通過上述的研究得出，在不考慮其他因素變化的情況下，MBS、ACR可提升PVC管材的抗沖擊性能力，并賦予了PVC管材更好的斷裂伸長(zhǎng)率，從而大大提高了PVC的性能，并簡(jiǎn)化了加工難度。

改性劑；PVC管材；ACR；斷裂伸長(zhǎng)率；抗沖擊性

對(duì)PVC管材來講，傳統(tǒng)的PVC管材制備是以聚氯乙烯作為主要的原材料，然后在原材料中加入適量的改性劑和抗老化劑，并經(jīng)過生產(chǎn)工藝制備而成。這種傳統(tǒng)的制備思路中，通過實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)其存在熱穩(wěn)定性差、抗沖擊性低和加工性能不佳等問題，從而造成PVC管材質(zhì)量嚴(yán)重受損。因此，為提高PVC管材沖擊性能，必須對(duì)PVC管材進(jìn)行改性，從而提高其韌性。目前，關(guān)于PVC管材樹脂韌性提高的方法中有很多，如在 PVC管材中加入 ACR，或者 CPE等，有或者加入納米碳酸鈣等，實(shí)現(xiàn)對(duì)PVC的改性[1]。具體在研究成果上，體現(xiàn)在李建強(qiáng)在其研究中加入活性碳酸鈣和 MBS，從而將 PVC管材的抗沖擊性能提高了17%，宣超等在PVC中加入ACR，從而通過擠出技術(shù)，提高了PVC的性能[2]。而李成吾在當(dāng)代化工上發(fā)表的一篇文章中指出了未來PVC發(fā)展的趨勢(shì)，即PVC-O和PVC-M[3]。因此，結(jié)合上述的研究基礎(chǔ)，提出結(jié)合不同的改性劑，制備一種抗沖擊性的PVC管材，并對(duì)其影響性能進(jìn)行了深入的分析。

1 PVC增韌機(jī)理

PVC作為目前應(yīng)用最為廣泛的一種樹脂材料，具有阻燃、耐化學(xué)藥品、機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在工程建筑和日常生活之中，如居民日常生活水管。但對(duì)于PVC管材而言，其主要成分是聚氯乙烯，其中的氯元素具有非常強(qiáng)的極性[4]，從而使得PVC具有良好的力學(xué)性能和耐久性能。但同時(shí)也體現(xiàn)出材料本身具有明顯的脆弱性，必須對(duì)其進(jìn)行增韌改性。

目前，針對(duì)PVC材料改性的研究中，主要分為物理和化學(xué)兩種方法，其中化學(xué)改性主要是通過共聚化合物和接枝的方法，這種方法的優(yōu)勢(shì)在于效果明顯[5]；而通過物理改性方法，即將改性劑與其他加工助劑與樹脂相互混合，并將其分散到樹脂基體當(dāng)中，從而起到改性的作用。這種方法成本低，但是效果慢。因此，通常為提高PVC管材性能，選擇化學(xué)改性成為一種常用的手段。而目前常用的改性劑體系主要包括ACR、MBS、CPE等幾種不同類型體系，其中，ACR和MBS是目前研究最為廣泛的兩種改性體系。其增韌的機(jī)理是借助ACR和MBS等改性劑的彈性，從而提高PVC的韌性。

2 原材料選取及PVC制備

2.1 原材料選取

為制備新型的PVC管材，本文主要選取了以下幾類原材料，具體明細(xì)見表1所示。

表1 主要原材料Table 1 Main raw materials

2.2 PVC制備步驟

由于PVC配方比較復(fù)雜，在制備的時(shí)候應(yīng)嚴(yán)格按照加工順序摻入不同的原材料，從而防止出現(xiàn)不良協(xié)同反應(yīng)。因此，將其步驟設(shè)計(jì)為如圖1所示。

2.3 測(cè)試方法

2.3.1 拉升強(qiáng)度測(cè)試

塑性的拉伸性能通常被看成是很亮塑料制品的一個(gè)重要指標(biāo)，也是塑性制品的一個(gè)基礎(chǔ)性能。拉伸強(qiáng)度是PVC材料受到拉力的作用，直到其出現(xiàn)斷裂，由此計(jì)算出其能夠承受的最大拉伸應(yīng)力。具體測(cè)算是依據(jù)GB/T 1040-2006標(biāo)準(zhǔn)，拉伸速度為5 mm/min。具體計(jì)算公式為：

其中：tσ——拉伸強(qiáng)度；

P——能承受的最大負(fù)荷；

b, d——PVC樣條的寬度和厚度。

圖1 PVC制備流程Fig.1 PVC preparation process

2.3.2 拉升強(qiáng)度測(cè)試

沖擊性能試驗(yàn)是指其在受到?jīng)_擊載荷的情況下所能夠承受的材料沖擊強(qiáng)度。該指標(biāo)主要判斷材料的脆弱性和韌性。測(cè)試依據(jù)按照GB/T1843-1996標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試樣條尺寸為18 mm×18 mm，缺口深度2 mm，具體計(jì)算公式為[6]：

其中：αiN——抗沖擊強(qiáng)度；

W——修正后的能力；

d——樣條厚度；

bn——剩余寬度。

3 實(shí)驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

3.1 考慮單因素的實(shí)驗(yàn)配合比

根據(jù)實(shí)驗(yàn)制備要求，分別設(shè)計(jì)基于 ACR和基于MBS改性劑的實(shí)驗(yàn)配方。

3.1.1 基于ACR的基礎(chǔ)配方體系

在該配方體系中，采用SG-5和不同ACR份數(shù)進(jìn)行組合，從而設(shè)計(jì)了表2的配方體系。

表2 基于ACR的基礎(chǔ)配方體系Table 2 Basic formula system based on ACR

通過上述的設(shè)計(jì)，經(jīng)測(cè)試得到圖2和圖3所示的PVC材質(zhì)斷裂伸長(zhǎng)率和抗沖擊性強(qiáng)度。

圖2 基于ACR的斷裂伸長(zhǎng)率Fig.2 Elongation at break based on ACR

圖3 基于ACR的沖擊強(qiáng)度Fig.3 Impact strength based on ACR

通過上述的結(jié)果看出，隨著ACR份數(shù)的增加，其抗斷裂伸長(zhǎng)率不斷增加，但抗沖擊強(qiáng)度卻在不斷變化。

3.1.2 基于MBS的實(shí)驗(yàn)配方體系

該實(shí)驗(yàn)配方體系的設(shè)計(jì)中，以SG-5、潤(rùn)滑劑等作為基礎(chǔ)原材料，加入不同量的MBS份數(shù)，從而得到表3所示的配方體系。

表3 基于MBS的配方體系設(shè)計(jì)Table 3 Design of prescription system based on MBS

通過上述的配方體系，結(jié)合測(cè)試實(shí)驗(yàn)方法，可以得到摻入不同量的 PVC材料的斷裂拉伸率和抗沖擊強(qiáng)度。具體如表4和表5所示的結(jié)果。

表4 不同MBS量下的沖擊強(qiáng)度變化Table 4 Impact strength change under different MBS

表5 不同MBS下的斷裂拉伸率Table 5 Fracture tensile rate under different MBS

通過上述的分析可以看出，隨著MBS份數(shù)的增加，其抗沖擊強(qiáng)度在不斷增加，并當(dāng)加入的分?jǐn)?shù)在17份的時(shí)候，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，但是其拉伸率的變化卻不大。說明MBS對(duì)PVC材料的影響中，對(duì)抗壓強(qiáng)度影響大，對(duì)拉伸率的影響小。

而綜合上述的分析可以得出一個(gè)結(jié)論，即MBS和ACR具有一定的協(xié)同作用，可提升PVC材料的拉伸率和抗壓強(qiáng)度，進(jìn)而改善PVC的韌性。

3.2 復(fù)合配方體系

針對(duì)上述得到的結(jié)論，提出將ACR和MBS摻入到PVC樹脂原材料中，并對(duì)復(fù)合配方體系進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具體見表6所示。

表6 復(fù)配體系明細(xì)Table 6 Complex system list

通過上述的配合比，可以得到如圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖4 基于ACR+MBS的復(fù)配增韌效果變化Fig.4 Effect of composite toughening on ACR+MBS

同時(shí)，制備好的PVC材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，可以得到圖5所示的PVC紅外譜曲線。

圖5 復(fù)合配方下的PVC紅外線譜Fig.5 Infrared spectrum of PVC under compound formula

通過上述的結(jié)果看出，當(dāng)摻入ACR用量持續(xù)減少的時(shí)候，其斷裂伸長(zhǎng)率在不斷的變化，并呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。而當(dāng)ACR:MBS=1:1的時(shí)候，其會(huì)出現(xiàn)一個(gè)高峰，由此說明在這個(gè)點(diǎn)兩者的配合最強(qiáng)。同時(shí)通過紅外線譜的分析看出，該復(fù)合材料制備成功。

4 結(jié)束語

通過上述的研究看出，ACR和 MBS改性劑對(duì)PVC管材材料在增韌性能方面有協(xié)調(diào)作用，其主要原因是對(duì)PVC的影響不同，ACR主要影響拉伸率，而MBS則主要影響抗沖擊強(qiáng)度。由此，通過兩者的協(xié)同作用，體現(xiàn)了其在PVC管材增韌上具有很好的優(yōu)勢(shì)。

［1］王俊海. PVC-M中空壁內(nèi)螺旋消音管材的性能及應(yīng)用前景[J]. 廣州化工,2014,23:46-47.

［2］2014～2015年世界塑料工業(yè)進(jìn)展[J]. 塑料工業(yè),2016,03:1-46.

［3］李成吾,左繼成. 國(guó)內(nèi)外 PVC管技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 當(dāng)代化工,2015,04:711-714.

［4］劉容德,李靜,張樺,劉浩. PVC材料的剛韌平衡研究[J]. 聚氯乙烯,2013,02:18-22+36.

［5］ 楊成德. 大口徑給水用抗沖改性PVC-M管材生產(chǎn)配方工藝研究[J].塑料制造,2016,Z1:77-84.

［6］ 劉容德,李靜,張樺,劉浩. 煤礦用三層共擠PVC-M管材配方的開發(fā)[J]. 聚氯乙烯, 2016, 01: 23-27．

Effect of Different Modifiers on Properties of PVC Pipe Materials

GUO Qin
(Shaanxi College of Communication Technology, Shaanxi Xi’an 710018, China）

In view of the problems of poor processing performance and poor impact performance of the traditional PVC pipe, combined with the present situation of PVC pipe technology, a kind of impact resistant PVC pipe material was put forward. The basic principle of toughening modification of PVC pipe was analyzed, several common toughening agents were compared, and ACR and MBS as toughening agent were screened out. Using PVC resin and SG resin as raw materials, MBS and ACR as the modifier,PVC tube material was prepared, properties of PVC pipes modified by different modifiers were compared, the MBS+ACR compounded system was designed, properties of PVC pipes prepared by using different compounded systems were analyzed. The results showed that, without considering other factor change, adding MBS and ACR can improve the ability of impact resistance and the elongation of the PVC pipe, the performance of PVC can be greatly improved to simplify the difficulty of processing.

Modifier; PVC pipe; ACR; Elongation at break;Impact resistance

TU57

A

1671-0460（2017）11-2251-03

2017-03-15

郭琴（1979-），女，陜西延安人，市政工程專業(yè)教師，工程碩士，2002年畢業(yè)于西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)，研究方向：從事市政工程的教育與研究工作。E-mail：guoqing789@126.com。