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        PVC-U管材共混料的正交試驗

        2018-03-07 11:01:00喬曉輝
        聚氯乙烯 2018年11期
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)定劑伸長率屈服

        喬曉輝

        (廣東聯(lián)塑科技實業(yè)有限公司,廣東 佛山 528318)

        PVC-U管材由于具有質(zhì)輕、強(qiáng)度好、耐酸堿腐蝕、絕緣性和阻燃性優(yōu)良等優(yōu)點,是目前用量非常大的塑料管道品種,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。PVC-U管材的主要應(yīng)用領(lǐng)域為建筑排水管、常溫供水管、電工護(hù)套管、消防用管、戶外建筑落雨管、市政供水管、農(nóng)業(yè)用管、化工防腐管、礦山輸送管等。目前,關(guān)于PVC-U管材方面的文獻(xiàn)大多是新助劑的應(yīng)用、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、配方設(shè)計等[1],但很少有關(guān)鍵原料選型、搭配方面的文獻(xiàn)報道。PVC-U管材的關(guān)鍵原料為PVC樹脂、碳酸鈣、穩(wěn)定劑等。在PVC-U管材的實際生產(chǎn)中,經(jīng)常需要更換不同廠家、不同型號的關(guān)鍵原料,因此筆者嘗試通過正交試驗來對關(guān)鍵原料進(jìn)行選型,考察不同關(guān)鍵原料的組合對共混料性能的影響,從而優(yōu)選出最佳搭配。

        1 試驗部分

        1.1 主要原料

        PVC-SG5型樹脂,代號為S1、S2、T,市售;重質(zhì)CaCO3,粒徑為5.5~9.0 μm(1 500~2 500目),代號為B2、V5、Y9,市售;管材用鈣鋅穩(wěn)定劑,代號為E、P、Y,市售。

        1.2 主要儀器設(shè)備

        高速混合機(jī),張家港華星機(jī)械有限公司;轉(zhuǎn)矩流變儀、錐形雙螺桿擠出機(jī),德國Brabender公司;萬能材料試驗機(jī),Zwick/Roell Z010,德國Zwick公司;全自動擺錘沖擊試驗機(jī),HIP 25,德國Zwick公司;氣動切片機(jī),JC-1025,江蘇拓達(dá)精誠測試儀器有限公司。

        1.3 試樣制備

        試驗配方:PVC樹脂,100份;CaCO3,20份;鈣鋅穩(wěn)定劑,3.0份;鈦白粉,2.0份;加工改性劑,0.5份;潤滑劑,0.6份。

        按配方稱量原料后加入高速混合機(jī)中進(jìn)行混合,熱混溫度為90 ℃,冷卻后采用擠出機(jī)擠出為片材,擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為15 r/min,扭矩設(shè)定為10.0 N·m,分段溫度1~6段分別為180、175、170、167、162、190 ℃,牽引速度為250 mm/min;取樣后用切片機(jī)進(jìn)行沖裁,制備試樣。

        1.4 性能測試

        拉伸性能按照GB/T 8804.3—2004《熱塑性塑料管材 拉伸性能測定》測試,I型樣條,拉伸速率為5 mm/min。

        沖擊性能按照GB/T 1043.1—2008《塑料 簡支梁沖擊性能的測定 第1部分:非儀器化沖擊試驗》測試,A型缺口。

        彎曲性能按照GB/T 9341—2008《塑料 彎曲性能的測定》測試,I型試樣,彎曲速率為2 mm/min。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 正交試驗方案設(shè)計

        選擇試驗配方中的PVC、CaCO3、鈣鋅穩(wěn)定劑為3個因素,因素的水平數(shù)為3個,其因子水平見表1。

        表1 正交試驗因子水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

        該正交試驗方案未考慮因素之間的交互作用,選用3因素3水平的正交表L9(33),考察添加不同原料得到的共混料的拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能,試驗方案及結(jié)果見表2。

        表2 正交試驗方案及結(jié)果Table 2 Schemes and results of orthogonal test

        2.2 正交試驗結(jié)果的處理和分析

        2.2.1 正交試驗結(jié)果的處理

        對正交試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到的結(jié)果見表3。表3中K1、K2、K3分別為1、2、3水平下試驗結(jié)果的平均值;極差R越大,則表明該因素對試驗結(jié)果的影響越大。

        表3 處理后的正交試驗結(jié)果Table 3 Results of orthogonal test after data processing

        2.2.2 分析與討論

        (1)拉伸屈服強(qiáng)度。

        拉伸屈服強(qiáng)度是材料抵抗拉伸破壞的能力,表征材料的強(qiáng)度和韌性。由表3可知:對于拉伸屈服強(qiáng)度,PVC、CaCO3、穩(wěn)定劑的最佳搭配為A2B2C3, 即5號試驗的S2、V5和Y。

        (2)斷裂伸長率。

        斷裂伸長率主要表征材料的柔性。PVC-U管材為硬質(zhì)材料,分子鏈柔性差,斷裂伸長率一般都較低。從表3可以看出:對于斷裂伸長率,PVC、CaCO3、穩(wěn)定劑的最佳搭配為A2B1C3,即S2、B2和Y。

        (3)沖擊強(qiáng)度。

        沖擊強(qiáng)度為單位截面破壞時消耗的能量,也表征材料的韌性。從表3可以看出:對于沖擊強(qiáng)度,PVC、CaCO3、穩(wěn)定劑的最佳搭配為A2B2C3,與拉伸屈服強(qiáng)度的最佳搭配一樣。

        (4)彎曲模量。

        彎曲模量表征材料在經(jīng)受彎曲負(fù)荷作用時抵抗彎曲變形的能力。從表3可以看出:對于彎曲模量,PVC、CaCO3、穩(wěn)定劑的最佳搭配為A2B2C3,與拉伸屈服強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的最佳搭配一樣。

        (5)小結(jié)。

        從表3可以看出:對于拉伸屈服強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和彎曲模量,對共混料影響最大的因素是穩(wěn)定劑,其次是PVC樹脂,影響最小的是CaCO3;對于沖擊強(qiáng)度,對共混料影響最大的因素是穩(wěn)定劑,其次是CaCO3,影響最小的是PVC樹脂。綜合考慮,試驗得出的最佳搭配為S2、V5和Y。

        2.3 分析與討論

        不管哪項力學(xué)性能,鈣鋅穩(wěn)定劑均是最大的影響因素,主要原因是目前行業(yè)中鈣鋅鈣鋅穩(wěn)定劑還沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),而且目前市場上的鈣鋅穩(wěn)定劑大多為復(fù)合配方,其中添加了潤滑劑、改性劑等組分,不同廠家、不同型號的穩(wěn)定劑配方差異較大,在擠出加工中對共混料的加工性能、熱穩(wěn)定性能都存在不同程度的影響。因此,PVC-U管材生產(chǎn)廠家在替換穩(wěn)定劑后,需要對配方、生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整,才能生產(chǎn)出質(zhì)量合格的產(chǎn)品。

        相對而言,目前PVC樹脂的生產(chǎn)工藝、裝置已比較成熟,而且對于通用PVC-U管材來說,其對樹脂性能的要求不高,不同生產(chǎn)廠家的SG5型PVC樹脂優(yōu)等品基本都可以滿足要求,因此PVC樹脂對共混料力學(xué)性能的影響相對較小。

        在PVC-U管材配方中,加入CaCO3可以提高產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性、強(qiáng)度、耐熱性, 并可降低成本。試驗配方中CaCO3的用量為20份,處于比較低的水平,此時不同廠家的CaCO3主要是對沖擊性能有一定影響,對其他性能影響不大。

        3 結(jié)論

        PVC-U管材中的關(guān)鍵原料PVC、CaCO3、穩(wěn)定劑中,對力學(xué)性能影響最大的為穩(wěn)定劑,其次為PVC樹脂,影響最小的為CaCO3。

        綜合考慮拉伸屈服強(qiáng)度、斷裂伸長率、沖擊性能、彎曲性能,PVC、CaCO3、穩(wěn)定劑的最佳搭配為S2、B2和Y。

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