1、PVM材及應用材料指標可行性分析報告孫義明湖北工業大學材料科學與工程學院2015年4月18日1 . PVC性能簡介31.1 普通PVC優缺點31.2 普通PVC性能31.3 廠方要求PVC性能42 .增強改性52.1 拉伸弓雖度52.2 彎曲弓雖度63 .增韌改性73.1 高溫沖擊改性73.2 低溫沖擊改性84 .耐熱改性95 .綜合改性96 .總結106.1 結論106.2 建議101. PVC性能簡介1.1 普通PVC優缺點pvc作為第二大通用塑料，是通用塑料的主要品種之一 ，產量僅次于聚乙烯，居 第二位,pvc具有價廉、阻燃性能優良、絕緣性能好、耐油性、耐腐燭等優良性 能，原材料來源廣，

2、價格便宜等優點，但是聚氯乙烯樹脂本身尚存在一些缺陷：如耐熱穩定性差、加工性能差、流動性差、低溫脆性、力學性能的缺口敏感性、耐 熱性低等，主要體現在：1） PVC熱穩定性、耐熱性較差PVC的熔融溫度約為210C, 1在100c就開始分解放出氯化氫，當溫 度高于150"C時分解更加迅速，因此加工時必須加入熱穩定荊。熱穩定劑 的加入雖能抑制PVC的降解，但加工過程仍伴有 PVC的分解發生.使 PVC的加工性能惡化，并使PVC主鏈形成不飽和雙鍵，致使聚合物變色， 制品性能下降。PVC硬制品的維卡軟化溫度通常低于 8012（ABS等工程塑 料維卡軟化點高于90C）應用受到限制。2）硬質PVC加

3、工性能較差，制品抗沖擊強度低由于不加或加入少量增塑劑，熔體表觀粘度很高，流動性差。加工性差，只 能制作形狀簡單的制品。常溫下PVC的沖擊強度不高，不能用作結構材料。 另外，PVC的脆性受溫度影響很大，在低溫下 PVC制品變得更脆，無法使 用。1.2 普通PVC性能股pvc的力學性能如下表：表1-1性能指標數據單位備注密度1.38g/cm3楊氏彈性模量（E）2900-3400MPa拉伸強度（dt）50-80MPa斷裂伸長率20-40%切口沖擊強度2-5kJ/m2玻璃轉變溫度87C熔點212C維卡軟化溫度85C吸水率0.04-0.4表1-1普通PVC性能PVC改性的目的就是為了改善或克服上述缺點或

4、賦予新的性能，主要通 過增韌增強、提高耐熱性，使 PVC可作為結構材料使用，進一步拓展 PVC 的應用范圍。因此我們為了滿足一定的使用要求時對做一些改性是十分有必 要的，但是改性只是為了使某一方面的性能達到一個最優，大多數的改性劑 在改善某一性能時，會犧牲掉另一性能，例如PVC的耐熱改性往往導致材料 的加工性能和力學性能劣化，而其增塑和抗沖改性提高了 PVC材料韌性的同 時，卻犧牲了 PVC材料的耐熱性。1.3 廠方要求PVC性能廠方要求備注檢測目標測試標準測試條件國際單 位限值廠方1拉伸強度10mm/minMpa>352伸長率10mm/min%15%3彎曲強度GB/T2mm/minMp

5、a>504彎曲模量GB/T 9341-2008懸臂梁缺GB/T5口沖擊強度1843-2008GB /T6邵氏硬度2411-20087熱變形溫度8綃卡軟化GB/T點1633-20009甲醛10苯11甲苯12二甲苯13霧氣試驗9341-200814 VDA270氣味試驗2mm/minMPa>33004.0mm, 23 c 4.0mm,-40 CKJ/nf>20>5D型邵氏硬度HD>700.45MPa,4.0mmC>7250NC>78VDA275<10mg/kgVDA277< 5 p g/gVDA277< 5 p g/gVDA277<

6、15g/gDIN75201B< 2mg<323 c/40 C <3.580 c2.增強改性PVC增強改性是指在PVC基體中加入一些剛性粒子或材料等具有較大長徑 比的材料，與聚合物組成復合材料，能顯著改善PVC復合材料的強度、剛度、耐腐蝕性以及耐 熱性等。2.1拉伸強度拉伸強度使我們最常用來衡量材料力學性能的指標之一，它表征材料抵抗拉伸破壞能力的大小。普通PVC的拉伸強度為河北科技大學化學與制藥工程學院有人1通過原位聚合將甲基丙烯酸甲酷接枝到納米ZnO表面,制備了聚甲基丙烯酸甲酷接枝納米 ZnO復合粒子，用該 復合粒子對PVC進行填充改性，并研究了納米ZnO粒子在聚氯乙烯中的分

7、散性 和聚氯乙烯復合材料的力學性能。研究表明，改性后的納米ZnO粒子在PVC中的 分散性良好，提高了納米ZnO粒子與PVC的相容性，并且使填充改性PvC的拉伸 強度達到79MPa,比純納米ZnO改性PVC提高了近35%;沖擊強度提高了近一 倍，達 13.6KJ/m2。國家復合改性聚合物材料工程技術研究 中心有人2用無機填料改性 PVC/AB時，當無機填料添加量同為15份時，改性的玻纖與基料經高混后可以 使合金的拉伸強度提高到66 MPa,比不添加的合金提高20個MPa左右，玻璃 纖維的添加量增大可以提高 PVC/ABS合金的維卡軟化溫度，但是效果不明顯， 對維卡軟化溫度只能提高23C。當加入無

8、機填料低于15份時，合金的缺口沖 擊強度呈現下降趨勢，有12kJ/m2下降到7kJ/m2。2.2彎曲強度彎曲強度同拉伸強度一樣都反應了材料的抵抗變形或者破壞的能力的大小，不同是其反應了彎曲破壞的能力。常用PVC樹脂的彎曲彈性模量一般為 2 5003 000 MPa,彎曲強度一般為 70110MPa,但是穩定劑、沖擊改性劑、潤滑劑均會降低 PVC型材的彎曲彈性 模量。寧波鎮洋新材料股份有限公司有人3采用無機填料對聚氯乙烯/改性劑（PVC/改性劑）合金進行填充，研究其增韌改性。研究表明，采用滑石粉或碳酸鈣來 填充改性，均可顯著提高PVC/改性劑的彎曲彈性模量由2600MPa上升到3000MPa,但

9、其沖擊強度卻由250J/m下降到100J/m,而其拉伸強度由50MPa下 降至U 30MPa。有人4用廢料與某聚合物改性制備成母膠，在擠出造粒過程中利用加入的 硬脂酸對廢料粒子表面進行修飾，改善廢料粒子與塑料基體的界面相容性，而后將母粒料與PVC樹脂共混制備出型材。結果如表2-1:MPa模量MPaMPa模量MPa強度溫度CkJ/m2母料 A65.4290044.5110014.585母料 B63.5280042.9100016.282.3表2-1南京工業大學有人5探討共混比對某聚合物/PVC二元合金性能的影響，當 共混PVC/某聚合物=100/小70/30之間變化時，隨著該聚合物含量的增多，某

10、聚合 物用/PVC二元合金體系的屈服強度由43.2MPa增力口至I 46.5MPa；拉伸強度由44.1 MPa增加到47.3 MPa彎曲強度由56.4 MPa增加到66.8 MPa、熱變形溫度由 77.6C增加到81.0C等均呈遞增趨勢；而沖擊強度由14.5 kJ/m2下降到9.7 kJ/m2; 斷裂伸長率由114.8%下降到51.7%出現遞減趨勢。3 .增韌改性純硬質PVC韌性差，缺口沖擊強度僅為 35kJ/m2,這是PVC作為材料最 大的缺點。人們采用了彈性體共混、納米粒子填充、纖維增強、彈性體-納米粒子復合材料增韌等方法對其進行改性，進一步拓寬了其應用領域?，F在 PVC的 增韌改性已經成

11、為PVC行業發展的主要方向。3.1 高溫沖擊改性天津輕工業學院有人6研究PVC/抗沖改性劑I合金配比與力學性能關系， 結果發現沖擊強度由5 kJ/m2增力口至I 70 kJ/m2；但是拉伸強度由50MPa下降至U 40MPa,表面球壓痕硬度由112.2MPa下降到105.2MPa,耐熱變形溫度隨 ACR 含量的增加有所下降由81c下降到72Co常州的張寧7研究PVC/抗沖改性齊【J II合金性能時,結果發現 PVC材料沖擊 強度隨著抗沖改性劑n用量的增加呈現先上升后下降趨勢。用量約為 15份時， 出現極大50kJ/m2, PVC材料拉伸強度隨著抗沖改性劑II用量的增加而遞減，由50MPa下降到

12、30 MPa, PVC材料斷裂伸長率隨抗沖改性劑II用量的增加呈現先 上升后下降趨勢，最大值40%。阿姆特增韌劑在PVC硬質型材PVC增韌劑K-71在PVC硬質型材和擠出加 工中的應用，其力學性能如表3-1K-71改質劑對PVC*學性能的影響抗沖 名稱改性劑 用量缺口沖擊強 度23 C kJ/m2拉伸拉伸強度MPa性能 斷裂件長率 %A抗沖714.349.0 70A抗沖+K-717+0.516.34890B711.04267BB+K-717+0.512.841.6188表3-13.2 低溫沖擊改性聚氯乙烯本身就是硬而脆的塑料，未改性的聚氯乙烯脆化溫度僅-20C ,改進PVC低溫耐沖擊強度性能差

13、的有效辦法是加入玻璃化溫度較低，在室溫下顯 示高彈性的高聚物，統稱為改性劑。其中所添加的高聚物應與PVC有相近的溶解度參數，有一定互溶能力，能形成兩項結構的共混物，從而改善制品的低溫沖 擊強度。北京化工大學有人8研究采用雙輾混煉機將某聚合物與聚氯乙烯（PVC）熔 融共混，制備某聚合物/PVC共混物，結果共混物在-40C的環境下的沖擊強度隨 著該聚合物用量的增大逐漸增大，由17 kJ/m2到26 kJ/m2,脆性溫度隨著類苯乙 烯用量的增大而降低，-26C到-40C由。隨著該聚合物用量的增多，聚氯乙烯 / 該聚合物共混物的拉伸強度降低，由 23MPa減小到21MPa,斷裂伸長率提高由 585%曾

14、力口至I 646%,并且材料呈現出韌性斷裂。也有人9用雙輾混煉機將三元共聚物與經改性的聚氯乙烯 （PVC）熔融共混， 改性共混 物在-40C環境下的沖擊強度隨著三元共聚物用量的增大逐漸增大，由15J/m2增力口至I 35 J/m2;脆化溫度由-25C下降至ij-40C ；拉伸強度由26MPa下降 到17MPa；玻璃化*$變溫度（Tg）由105c下降到92c4 .耐熱改性有人10用乳液聚合的方法制備了耐熱改性劑將其作為耐熱改性劑與聚氯乙 烯(PVC)共混。PVC/耐熱改性劑共聚物的Tg隨耐熱改性劑用量的增加呈先上升 后下降的趨勢，耐熱改性劑用量為巧15%時，Tg最高為125.27C,其拉伸強度逐

15、漸減小由62.78MPa下降至I 58.23MPa,其沖擊強度也是隨用量的增加呈先上升 后下降的，最大值5.36kJ/m2齊魯石油化工股份有限公司氯堿廠有人11用新型耐熱改性劑改性 PVCS-1000樹脂，研制成功耐熱耐腐蝕硬質聚氯乙烯擠出板材塑料配方 ，硬質聚氯乙 烯擠出板材配方的物理機械性能國標要求如表 4-1:密度/(g/cm3)1.30 1.50沖擊強度(缺口)(縱、橫向)/(kJ/m2)>5.0拉伸強度(缺口)(縱、橫向)/MPa>52.0維卡軟化點/C>80耐腐蝕性/(g/m2)-1.01.0表4-15 .綜合改性有人12用反應擠出一步法制備了改性劑VI/nano

16、-CaCQ,共同增強增韌的PVC復合材料，并時其力學性能進行了研究，結果表明：nano-CaCQ,的質量配比為4:1時，增韌效果最佳，改性劑VI和nano-CaCQ,能協同增韌 PVC,且 nano-CaCQ,具有增強作用，當 PVC/改性齊ijw/nano-CaCQ,質量比為100:20:5 時，材料的綜合性能最優。沖擊強度達到 58.3 kJ/m2,拉伸強度為51.5 MPa,增 強增韌PVC效果顯著有人13研究了聚氯乙烯/三元共聚物塑料合金的綜合性能，結果發現：隨三 元共聚物含量增加，沖擊強度由18.5 kJ/m2增力口至I 38.9 kJ/m2;彎曲強度由90.4MPa下降到46 MP

17、a；拉伸弓虱度由58.2 MPa下降到40 MPa。6.總結6.1結論在改性過程中最常見就是增強與增韌改性，一般提高沖擊強度添加增韌改性劑，而增韌改性劑必然會增加材料的柔性， 這樣即便在沒有失掉強度，那么氣彈 性模量必然會下降；而一般增強必然會增加材料的剛性， 這樣雖然使材料的耐熱 性能得到提升，但是其沖擊強度必定不會比原 pvc改變多少，不可否認肯定有 既增強又增韌的改性劑，但是我們也要意識到其成本問題，一個兼有的改性劑必 定會以生產工藝，生產周期為代價。6.2建議我們可以根據不同的使用要求，對產品進行進行不同要求，來突出材料的某一 特定的性能，實現專料專用，從而避免了綜合性能優異的材料普用

18、的浪費， 例如, 對于內飾條我們可能更青睞它的沖擊性能，這要我們可以選擇犧牲一部分強度來 凸出沖擊性能；對于貨架我們可能看好其強度，這樣我們可以選擇價格便宜的改 性劑，簡單的工藝就能達到要求?？傊M量做到需要某種性能我們就做到凸出 該種性能。我們擬設計高強度型，高沖擊型，耐熱型及綜合型4類PVC材料供貴方參考：1高強度型：我們打算采用高模量無機填料取代傳統的碳酸鈣， 以提高其剛性, 滿足其在拉伸強度及彎曲強度的要求，當然其熱性能也會有所提高，但是沖擊性 能可能不能滿足要求。2高沖擊型：我們擬采用一種高抗沖的改性劑，使 PVC的韌性得到大大提高， 但是韌性的提高可能是以犧牲某種強度為代價。4耐熱型：我們擬采用一種合理的耐熱改性劑，盡量不損失其韌性的情況下， 進一步提升其熱性能。5綜合型：即貴方要求，結合原始 PVC的性能以及我們參考的文獻，發現要獲 得這些性能要求，我們擬采用既增韌又增強強的改性劑， 或者通過復配的方法來 實現，當然成本可能會有所提高，我們結合原料、改性劑的要求、成型的工藝條 件估計成本會提高1.52倍。當然以前沒有嘗試，我們會從工藝，配方進