聚氯乙烯具有难燃、耐磨和耐化学腐蚀等优点。聚氯乙烯及其合金制品根据增塑剂的加入量的多少,可分为硬质制品和软质制品。软质制品是在聚合物中加入一定量的增塑剂,降低聚合物分子间的作用力,增加分子链的移动性,以降低玻璃化转变温度,改善低温加工性能。DOP是软PVC制品的主要增塑剂之一[1]。

由于ABS具有抗冲击性能高、耐热性好、尺寸稳定及易于加工成型等PVC所欠缺的优良特点,将ABS用于PVC的共混改性,不仅能改善PVC的加工性能,而且还能显著提高PVC的力学性能,使ABS/PVC共混物的冲击强度超过纯ABS和PVC[2,4]。PVC/ABS共混物是一种重要的改性塑料。本实验全面分析了DOP对纯PVC和PVC/ABS共混物力学性能、硬度等性能的影响。

1实验部分

1.1实验原料

聚氯乙烯(PVC),SG-3,SG-5,新疆石化公司;丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS),PA-747S,台湾奇美化学公司;邻苯二甲酸二辛酯(DOP),工业级,市售;稳定剂、加工助剂等均为国产工业级。

1.2实验仪器和设备

双辊炼塑机,SK-160B,上海橡胶机械厂;电子拉力试验机,AI-7000M,高铁科技股份有限公司橡胶硬度计,邵氏A,上海险峰电影机械厂。

1.3实验工艺与方法

1.3.1原料预混

按照分段、分次原则先加入PVC树脂、增塑剂、稳定剂等,在充分捏合和增塑剂被完全吸收后,加入烘干的ABS(120℃烘5h),进行捏合,使物料完全混匀。

1.3.2成型及制样

双辊开炼机温度升至170￣175℃,加入混合好的原料,混炼3￣4min,使薄通(薄通是指将辊间距调到很小情况下混炼,以保证共混分布均匀)均匀,再加宽试片混炼1￣2min,再薄通1￣2min,最后加宽物料宽度至色泽均匀并表面有光泽时下片,整个过程大约6￣10min。

裁好的塑料片放入模具(模温185℃,模压10MPa)加压预热,排气三次,热压10min,冷压10min,制得试片后裁成标准样。

1.4性能测试标准

拉伸试验按GB/T528-92标准进行;撕裂试验按GB/T529-91标准进行;硬度测试按GB531-92标准进行。

2结果与讨论

2.1DOP含量对纯PVC性能的影响

DOP常用于PVC软制品,因此先分析DOP在单纯PVC树脂中的作用。悬浮法生产的疏松型PVC颗粒大,表面不规则,容易吸收增塑剂,易塑化,成型加工性良好[3];所以选择SG-3、SG-5两种型号的疏松型PVC作为实验对象。DOP含量对PVC拉伸强度及撕裂强度的影响见图1及图2。

由图1、图2中可以看出:随着DOP含量的增加,体系的拉伸强度、撕裂强度均呈下降趋势。原因为DOP是一种中等粘度的液体增塑剂,与PVC相容性较好,其增塑PVC树脂具有较好的粘度稳定性。从结构上看,DOP含有苯环,在高温下与PVC混炼时DOP分子插入到PVC分子链间,DOP的酯基偶极与PVC的偶极相互作用并使DOP的苯环极化,于是DOP与PVC分子链很好地结合在一起[1]。由于DOP的非极化部分的亚甲基链不极化,它夹在PVC分子链间,增大了氯原子间的距离,削弱了PVC分子中链段间作用力,相当于增大了PVC链段的长度,降低了PVC链段移动所需能量。因此随着DOP用量增多,这种隔离作用也越大,从而使高聚物拉伸强度、撕裂强度均下降。

从图3来看,随DOP用量的增加,体系的断裂伸长率变化趋势与图1、图2强度的变化趋势不同。在20%￣30%范围内随着DOP用量增加,材料的断裂伸长率降低;而大于30%后断裂伸长率随DOP含量的增加而提高。这是由于DOP在体系中达到一定浓度后增加了高分子链间的相对运动能力,降低了高分子链的结晶性,提高了高分子材料的塑性,从而致使断裂伸长率增加[5]。

从图1、图2、图3同时可以看到,SG-3型PVC树脂无论在拉伸强度、撕裂强度还是断裂伸长率方面均大于SG-5型PVC树脂。原因在于:在一般情况下,聚合度越大,其拉伸强度、压缩强度,弹性模量、抗撕裂、耐弯曲、低温脆性、热老化、耐磨、耐溶剂等性能越好,而且具有压缩永久形变及回弹性好、强度高等一般橡胶所具备的特性,因此,聚合度大的PVC可制备热塑性弹性体以代替一般橡胶制品,其耐磨性、着色性比橡胶好,且价格低[5]。

由图4可以看出,随着DOP用量的增加,PVC树脂的硬度呈下降趋势,加DOPSG-3型PVC树脂硬度高于加DOPSG-5型PVC树脂,这是SG-3型PVC树脂的粘度和聚合度较大的缘故,也正体现了上述关于PVC聚合度和性能关系的原理。

2.2DOP、ABS含量对PVC/ABS共混物性能的影响

总之,加入40份或50份DOP时PVC/ABS共混物已基本满足性能指标[6]的要求。在以下试验中,我们比较了40份和50份两种用量的DOP对共混物性能的影响趋势,从而选出性能最佳的DOP用量,并讨论了ABS用量对材料性能的影响。

ABS 用量对材料性能的影响

由图5、图6可以看出,DOP用量对共混物性能的影响趋势与图1￣3相似,即加40份DOP的体系与DOP为50份的体系相比,其拉伸和撕裂强度都高。另外,加入DOP后,部分DOP分散在PVC/ABS两相界面上,阻碍了相容剂的相容作用,降低了两相界面的结合强度,这也是降低了共混物的强度的一个原因。ABS含量少时(0￣50份),ABS中拉伸强度较小的橡胶相丁二烯对材料拉伸强度的负面作用是主要的,因此可以看到,随着ABS的增加,丁二烯的含量增加,共混物拉伸强度、撕裂强度总体呈下降趋势。

如表1所示,DOP从40份增加到50份时,材料的硬度降低、断裂伸长率增加。原因在于随着DOP的增加,其在破坏界面相容性和增大高分子链间距方面的作用都在增大。另外由于ABS材料本身断裂伸长率小,硬度较高,随着ABS用量增加,共混物断裂伸长率和硬度都会如表1所示呈现相应的变化。

PVC/ABS共混材料用于生产汽车仪表板用表皮时,考虑到表皮真空吸附成型工艺要求拉伸不破裂(断裂伸长率>150%),而使用环境要求较高的拉伸性能等力学性能(拉伸强度12￣25MPa)[6]。结合2.1和2.2实验的分析,选用综合性能较好的40份DOP作为实验的基本配方,选兼具流动性较好和力学性能较强的SG-3型PVC作为实验用原料。

3结论

当DOP用量大于30%时,随着DOP用量的增加,在单纯的PVC体系中,材料的加工性、断裂伸长率都有了明显的改善。这是由于当DOP的含量较高时,高分子链间的相对运动能力增加,高分子链的结晶性降低,高分子材料的塑性提高,从而致使断裂伸长率增加。但同时由于DOP的加入,增大了高分子链间的距离,削弱了它们之间的范德华力,从而使高聚物拉伸强度、撕裂强度和硬度明显下降。

在PVC/ABS共混物中,当ABS含量低(0￣50份)时,ABS材料本身的一些性能会对PVC/ABS共混物的相应性能造成一定的负面影响。主要表现为,随着ABS的含量增加,共混物拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率总体趋势下降,硬度略微上升。

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