PVC型材及应用

1、PVC型材及应用材料指标可行性分析报告孙义明湖北工业大学材料科学与工程学院2015年4月18日目 录1.PVC性能简介31.1普通PVC优缺点31.2普通PVC性能41.3厂方要求PVC性能52增强改性62.1拉伸强度62.2弯曲强度73.增韧改性83.1高温冲击改性83.2低温冲击改性94.耐热改性95综合改性106.总结116.1结论116.2建议111. PVC性能简介1.1普通PVC优缺点PVC作为第二大通用塑料，是通用塑料的主要品种之一,产量仅次于聚乙烯,居第二位,PVC具有价廉、阻燃性能优良、绝缘性能好、耐油性、耐腐烛等优良性能,原材料来源广，价格便宜等优点，但是聚氯乙烯树脂本身尚

2、存在一些缺陷:如耐热稳定性差、加工性能差、流动性差、低温脆性、力学性能的缺口敏感性、耐热性低等,主要体现在：1） PVC热稳定性、耐热性较差PVC的熔融温度约为210，但在100就开始分解放出氯化氢，当温度高于150"C时分解更加迅速，因此加工时必须加入热稳定荆。热稳定剂的加入虽能抑制PVC的降解，但加工过程仍伴有PVC的分解发生使PVC的加工性能恶化，并使PVC主链形成不饱和双键，致使聚合物变色，制品性能下降。PVC硬制品的维卡软化温度通常低于8012(ABS等工程塑料维卡软化点高于90)应用受到限制。2)硬质PVC加工性能较差，制品抗冲击强度低由于不加或加入少量增塑剂，熔体表观粘

3、度很高，流动性差。加工性差，只能制作形状简单的制品。常温下PVC的冲击强度不高，不能用作结构材料。另外，PVC的脆性受温度影响很大，在低温下PVC制品变得更脆，无法使用。1.2普通PVC性能一般PVC的力学性能如下表：表1-1性能指标数据单位备注密度1.38g/cm3杨氏弹性模量(E)2900-3400MPa拉伸强度(t)50-80MPa断裂伸长率20-40%-切口冲击强度2-5kJ/m2玻璃转变温度87°C熔点212°C维卡软化温度85°C吸水率0.04-0.4-表1-1普通PVC性能 PVC改性的目的就是为了改善或克服上述缺点或赋予新的性能，主要通过增韧增强、

4、提高耐热性，使PVC可作为结构材料使用，进一步拓展PVC的应用范围。因此我们为了满足一定的使用要求时对做一些改性是十分有必要的，但是改性只是为了使某一方面的性能达到一个最优，大多数的改性剂在改善某一性能时，会牺牲掉另一性能，例如PVC的耐热改性往往导致材料的加工性能和力学性能劣化,而其增塑和抗冲改性提高了 PVC材料韧性的同时,却牺牲了 PVC材料的耐热性。1.3厂方要求PVC性能厂方要求备注检测目标测试标准测试条件国际单位限值厂方1拉伸强度10mm/minMpa 352伸长率10mm/min% 15%3弯曲强度GB/T 9341-20082mm/minMpa 504弯曲模量GB/T 9341

5、-20082mm/minMPa 33005悬臂梁缺口冲击强度GB/T 1843-20084.0mm, 23KJ/ 204.0mm,-4056邵氏硬度GB /T 2411-2008D型邵氏硬度HD 707热变形温度0.45MPa, 4.0mm 728维卡软化点GB/T 1633-200050N 789甲醛VDA27510mg/kg10苯VDA2775µg/g11甲苯VDA2775µg/g12二甲苯VDA27715µg/g13雾气试验DIN75201B2mg14VDA270气味试验3 23/40 3.5 802增强改性PVC 增强改性是指在PVC 基体中加入一些刚性粒

6、子或材料等具有较大长径比的材料，与聚合物组成复合材料，能显著改善 PVC 复合材料的强度、刚度、耐腐蚀性以及耐热性等。2.1拉伸强度拉伸强度使我们最常用来衡量材料力学性能的指标之一，它表征材料抵抗拉伸破坏能力的大小。普通PVC的拉伸强度为河北科技大学化学与制药工程学院有人 1通过原位聚合将甲基丙烯酸甲酷接枝到纳米ZnO表面,制备了聚甲基丙烯酸甲酷接枝纳米ZnO复合粒子,用该复合粒子对PVC进行填充改性，并研究了纳米ZnO粒子在聚氯乙烯中的分散性和聚氯乙烯复合材料的力学性能。研究表明,改性后的纳米ZnO粒子在PVC中的分散性良好,提高了纳米ZnO粒子与PVC的相容性,并且使填充改性PvC的拉伸强

7、度达到79MPa，比纯纳米ZnO改性PVC提高了近35%;冲击强度提高了近一倍,达13.6KJ/m2。国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心有人 2用无机填料改性PVC/AB时，当无机填料添加量同为15份时，改性的玻纤与基料经高混后可以使合金的拉伸强度提高到66 MPa，比不添加的合金提高20个MPa左右，玻璃纤维的添加量增大可以提高PVCABS合金的维卡软化温度，但是效果不明显，对维卡软化温度只能提高23。当加入无机填料低于15份时，合金的缺口冲击强度呈现下降趋势，有12kJ/m2下降到7kJ/m2。 2.2弯曲强度弯曲强度同拉伸强度一样都反应了材料的抵抗变形或者破坏的能力的大小，不同是其反

8、应了弯曲破坏的能力。常用PVC树脂的弯曲弹性模量一般为2 5003 000 MPa，弯曲强度一般为70110MPa，但是稳定剂、冲击改性剂、润滑剂均会降低PVC型材的弯曲弹性模量。宁波镇洋新材料股份有限公司有人 3采用无机填料对聚氯乙烯/改性剂 (PVC/改性剂)合金进行填充,研究其增韧改性。研究表明,采用滑石粉或碳酸钙来填充改性,均可显著提高PVC/改性剂的弯曲弹性模量由2600MPa上升到3000MPa，但其冲击强度却由250J/m下降到100J/m，而其拉伸强度由50MPa下降到30MPa。有人 4 用废料与某聚合物改性制备成母胶，在挤出造粒过程中利用加入的硬脂酸对废料粒子表面进行修饰，

9、改善废料粒子与塑料基体的界面相容性，而后将母粒料与PVC树脂共混制备出型材。结果如表2-1：弯曲强度MPa弯曲弹性模量MPa拉伸强度MPa拉伸弹性模量MPa缺口冲击强度kJ/m2维卡软化温度母料A65.4290044.5110014.585母料B63.5280042.9100016.282.3表2-1南京工业大学有人5探讨共混比对某聚合物/PVC二元合金性能的影响, 当共混PVC/某聚合物=100/小70/30之间变化时,随着该聚合物含量的增多，某聚合物用/PVC二元合金体系的屈服强度由43.2MPa增加到46.5MPa；拉伸强度由44.1 MPa增加到47.3 MPa弯曲强度由56.4 MP

10、a增加到66.8 MPa、热变形温度由77.6增加到81.0等均呈递增趋势；而冲击强度由14.5 kJ/m2下降到9.7 kJ/m2；断裂伸长率由114.8%下降到51.7%出现递减趋势。3.增韧改性纯硬质 PVC韧性差，缺口冲击强度仅为 35kJ/m2，这是PVC作为材料最大的缺点。人们采用了弹性体共混、纳米粒子填充、纤维增强、弹性体-纳米粒子复合材料增韧等方法对其进行改性，进一步拓宽了其应用领域。现在PVC的增韧改性已经成为PVC行业发展的主要方向。3.1高温冲击改性天津轻工业学院有人 6 研究PVC/抗冲改性剂合金配比与力学性能关系，结果发现冲击强度由5 kJ/m2增加到70 kJ/m2

11、；但是拉伸强度由50MPa下降到40MPa，表面球压痕硬度由112.2MPa下降到105.2MPa，耐热变形温度随ACR含量的增加有所下降由81下降到72。常州的张宁7研究PVC/抗冲改性剂合金性能时，结果发现PVC材料冲击强度随着抗冲改性剂用量的增加呈现先上升后下降趋势。用量约为 15份时，出现极大50kJ/m2，PVC材料拉伸强度随着抗冲改性剂用量的增加而递减，由50MPa下降到30 MPa，PVC材料断裂伸长率随抗冲改性剂用量的增加呈现先上升后下降趋势，最大值40%。阿姆特增韧剂在PVC硬质型材PVC增韧剂K-71在PVC硬质型材和挤出加工中的应用，其力学性能如表3-1K-71改质剂对P

12、VC力学性能的影响抗冲名称改性剂用量缺口冲击强度23kJ/m2拉伸拉伸强度MPa性能断裂伸长率%A抗冲714.349.070A抗冲+K-717+0.516.34890B711.04267BB+K-717+0.512.841.688  表3-13.2低温冲击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温度仅-20 ，改进PVC低温耐冲击强度性能差的有效办法是加入玻璃化温度较低，在室温下显示高弹性的高聚物，统称为改性剂。其中所添加的高聚物应与PVC有相近的溶解度参数，有一定互溶能力，能形成两项结构的共混物，从而改善制品的低温冲击强度。北京化工大学有人8研究采用双辊混炼机将某聚合

13、物与聚氯乙烯（PVC）熔融共混，制备某聚合物/PVC共混物，结果共混物在-40的环境下的冲击强度随着该聚合物用量的增大逐渐增大，由17 kJ/m2到26 kJ/m2，脆性温度随着类苯乙烯用量的增大而降低，-26到-40由。随着该聚合物用量的增多，聚氯乙烯/该聚合物共混物的拉伸强度降低，由23MPa减小到21MPa，断裂伸长率提高由585%增加到646%，并且材料呈现出韧性断裂。也有人9 用双辊混炼机将三元共聚物与经改性的聚氯乙烯(PVC)熔融共混，改性共混 物在-40环境下的冲击强度随着三元共聚物用量的增大逐渐增大，由15J/m2增加到35 J/m2；脆化温度由-25下降到-40；拉伸强度由2

14、6MPa下降到17MPa；玻璃化转变温度(Tg)由105下降到924.耐热改性有人10用乳液聚合的方法制备了耐热改性剂将其作为耐热改性剂与聚氯乙烯(PVC)共混。PVC/耐热改性剂共聚物的Tg随耐热改性剂用量的增加呈先上升后下降的趋势，耐热改性剂用量为巧15%时，Tg最高为125.27，其拉伸强度逐渐减小由62.78MPa下降到58.23MPa，其冲击强度也是随用量的增加呈先上升后下降的，最大值5.36kJ/m2齐鲁石油化工股份有限公司氯碱厂有人11用新型耐热改性剂改性PVC S-1000树脂,研制成功耐热耐腐蚀硬质聚氯乙烯挤出板材塑料配方, 硬质聚氯乙烯挤出板材配方的物理机械性能国标要求如表

15、4-1：指标名称指标数据密度/(g/cm3)1.301.50冲击强度(缺口)(纵、横向)/(kJ/m2)5.0拉伸强度(缺口)(纵、横向)/MPa52.0维卡软化点/80耐腐蚀性/(g/m2)-1.01.0表4-15综合改性有人12用反应挤出一步法制备了改性剂/nano-CaCO3，共同增强增韧的PVC复合材料，并时其力学性能进行了研究，结果表明：nano-CaCO3，的质量配比为4:1时，增韧效果最佳,改性剂和nano-CaCO3，能协同增韧PVC，且nano-CaCO3，具有增强作用，当PVC/改性剂/nano-CaCO3，质量比为100:20:5时，材料的综合性能最优。冲击强度达到58.

16、3 kJ/m2，拉伸强度为51.5 MPa，增强增韧PVC效果显著有人13 研究了聚氯乙烯/三元共聚物塑料合金的综合性能，结果发现：随三元共聚物含量增加，冲击强度由18.5 kJ/m2增加到38.9 kJ/m2；弯曲强度由90.4 MPa下降到46 MPa；拉伸强度由58.2 MPa下降到40 MPa。6.总结6.1结论在改性过程中最常见就是增强与增韧改性，一般提高冲击强度添加增韧改性剂，而增韧改性剂必然会增加材料的柔性，这样即便在没有失掉强度，那么气弹性模量必然会下降；而一般增强必然会增加材料的刚性，这样虽然使材料的耐热性能得到提升，但是其冲击强度必定不会比原PVC改变多少，不可否认肯定有既

17、增强又增韧的改性剂，但是我们也要意识到其成本问题，一个兼有的改性剂必定会以生产工艺，生产周期为代价。6.2建议我们可以根据不同的使用要求，对产品进行进行不同要求，来突出材料的某一特定的性能，实现专料专用，从而避免了综合性能优异的材料普用的浪费，例如，对于内饰条我们可能更青睐它的冲击性能，这要我们可以选择牺牲一部分强度来凸出冲击性能；对于货架我们可能看好其强度，这样我们可以选择价格便宜的改性剂，简单的工艺就能达到要求。总之，尽量做到需要某种性能我们就做到凸出该种性能。我们拟设计高强度型，高冲击型，耐热型及综合型4类PVC材料供贵方参考：1高强度型：我们打算采用高模量无机填料取代传统的碳酸钙，以提高其刚性，满足其在拉伸强度及弯曲强度的要求，当然其热性能也会有所提高，但是冲击性能可能不能满足要求。2高冲击型：我们拟采用一种高抗冲的改性剂，使PVC的韧性得到大大提高，但是韧性的提高可能是以牺牲某种强度为代价。4耐热型：我们拟采用一种合理的耐热改性剂，尽量不损失其韧性的情况下，进一步提升其热性能。5综合型：即贵方要求，结合原始PVC的性能以及我们参考的文献，发现要获得这些性能要求，我们拟采用既增韧又增强强的改性剂，或者通过复配的方法来实现，当然成本可能会有所提高，我们结合原料、改性剂的要求、成型的工艺条件估计成本会提高1.52倍。当然以前没有尝试，我们会从工艺，配方进行试验，才能得出该