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      CPVC/ABS/AS與CPVC/ABS共混體系性能研究

      2013-05-22 01:45:36袁茂全
      中國(guó)塑料 2013年10期
      關(guān)鍵詞:維卡氧指數(shù)耐熱性

      袁茂全,王 健

      (上海氯堿化工股份有限公司,上海 200241)

      0 前言

      CPVC是聚氯乙烯(PVC)進(jìn)一步氯化的產(chǎn)物,是PVC重要的改性產(chǎn)品,CPVC的氯含量一般在61%~68%之間,由于極性元素的增加,其物理機(jī)械性能,特別是耐熱變形性、耐溶劑性、阻燃性等均比PVC有較大的提高,耐熱溫度比PVC高30~40℃,其加工溫度與ABS接近。CPVC由于含氯量的增加,使分子間的吸引力增加,使得共混體系的熔體黏度增大,加工困難,因此有報(bào)道使用甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)、ABS、PVC、苯乙烯馬來(lái)酸酐類共聚物[1-5]與 CPVC 共混來(lái)提高體系的流動(dòng)性,降低CPVC的熔體黏度,提升共混體系加工寬度。與PVC/ABS共混體系不同,加入CPVC不會(huì)降低ABS的使用溫度,從而使得CPVC/ABS的耐熱性能明顯優(yōu)于PVC/ABS共混體系,拓寬了共混體系的應(yīng)用領(lǐng)域。ABS與CPVC在阻燃性能上有良好的互補(bǔ)性,普通ABS的極限氧指數(shù)為21%,在空氣中容易燃,CPVC極限氧指數(shù)為60%以上,是一種難燃材料。再者,ABS具有比CPVC更好的抗沖擊性能,與CPVC形成共混體系可以大幅提高材料的抗沖擊性能[6]。因此,CPVC/ABS共混體系材料在原則上將擁有各項(xiàng)優(yōu)越的性能并具有較好的應(yīng)用前景,值得深入研究。

      在ABS的組合中,有一類重要的組合是利用AS與高橡膠含量的ABS進(jìn)行摻混、造粒后進(jìn)行再加工。該組合配方中使用的ABS為粉末狀,在加工過(guò)程中容易與CPVC混合均勻。本研究針對(duì)此種組合的ABS對(duì)CPVC/ABS/AS及 CPVC/ABS共混體系力學(xué)性能、耐熱性能及阻燃性能的影響。

      1 實(shí)驗(yàn)部分

      1.1 主要原料

      CPVC,ZS-601,上海氯堿化工股份有限公司;

      甲基硫醇錫,TM181FS,美國(guó)羅門(mén)哈斯公司;

      ABS,HR-181,韓國(guó)錦湖石化有限公司;

      AS,PN-138H,鎮(zhèn)江奇美化工有限公司;

      鈦白粉,BA01-01,上海焦化廠;

      聚乙烯蠟,WE-3,上海金山星星塑料有限公司;

      硬脂酸,東莞漢維新材料科技有限公司;

      硬脂酸鈣,東莞漢維新材料科技有限公司。

      1.2 主要設(shè)備及儀器

      高速混合機(jī),GH-10,北京市塑料機(jī)械廠;

      平板硫化機(jī),QLB-D,上海橡膠機(jī)械廠;

      開(kāi)放式塑煉機(jī),SK-160B,上海橡膠機(jī)械廠;

      HAKKE流變儀,RC300P,Thermo Hakke Polylab System,德國(guó)賽默飛公司;

      Vicat測(cè)試儀,Ceast-6911,意大利Ceast公司;

      力學(xué)性能測(cè)試儀,INSTRON 4466,美國(guó)INSTRON公司。

      1.3 樣品制備

      按配方準(zhǔn)確稱量各物料,將CPVC、穩(wěn)定劑甲基硫醇錫加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行混合,至60~70℃后再加入聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸鈣、鈦白粉、ABS、AS等加熱至120℃,混合均勻后出料;將開(kāi)放式塑煉機(jī)升溫到190℃并恒溫0.5h,投入混合料,反復(fù)混煉均勻后出片;在190℃,16MPa壓力下,熱壓6~10min,再冷卻到室溫,啟模即可得到待測(cè)試的模板,按測(cè)試要求制成待測(cè)樣品。

      1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

      拉伸強(qiáng)度按GB/T 1040.2—2006進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試速率為50mm/min;

      彎曲強(qiáng)度按GB/T 9341—2008進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試速率為10mm/min;

      沖擊強(qiáng)度按GB/T 1043.1—2008進(jìn)行測(cè)試,試樣類型1型,缺口為B型缺口,缺口尺寸3.2mm,沖擊速度2.9m/s;

      耐熱性能按GB/T 1633—2000進(jìn)行測(cè)試樣品的測(cè)試維卡軟化點(diǎn),升溫速率50℃/h,負(fù)載50kN;

      極限氧指數(shù)按GB/T 2406—2009進(jìn)行測(cè)試。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 ABS含量對(duì)共混體系力學(xué)性能的影響

      在ABS的加工中,通過(guò)改變ABS與AS的含量,可以獲得不同組成和不同性能的ABS/AS共混體系,再通過(guò)將該共混體系與CPVC進(jìn)行共混,可以最終獲得不同共混性能的CPVC/ABS/AS三元共混體系。固定ABS/AS與CPVC之間的配比為40∶60,變化ABS與AS之間的配比,得到如圖1所示的三元、二元共混體系力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。從圖1(a)可以看出,隨著ABS含量的增加,CPVC/ABS/AS共混體系拉伸強(qiáng)度從79MPa降低到35MPa,彎曲強(qiáng)度從105MPa降低到40MPa,而缺口沖擊強(qiáng)度卻持續(xù)上升,相應(yīng)地從11.5kJ/m2上升至39.5kJ/m2。同時(shí),圖1(b)也表明在ABS含量達(dá)到30%時(shí),其沖擊強(qiáng)度與含量為40%時(shí)基本接近,達(dá)到了39.3kJ/m2,這說(shuō)明ABS增加到一定量時(shí),共混體系的沖擊性能就不再增加。從整體來(lái)看,考慮到力學(xué)性能及耐熱性能,在ABS含量為15%時(shí)共混體系的各項(xiàng)指標(biāo)均比較合理,其三元組分配比為CPVC∶ABS∶AS=60∶15∶25,而此時(shí)材料具有較好的加工性能和表面光澤度。

      圖1 ABS含量對(duì)CPVC/ABS/AS三元共混體系力學(xué)性能的影響Fig.1 Mechanical properties of CPVC/ABS/AS blends against content of ABS component

      在ABS加工中,同時(shí)還考察了CPVC/ABS二元共混體系的基本性能,并將其與前述CPVC/ABS/AS三元共混體系進(jìn)行了比較,以詳細(xì)評(píng)價(jià)二者之間的差別。由圖2可知,隨著ABS含量的增加,共混體系的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度隨之下降,而缺口沖擊強(qiáng)度卻持續(xù)顯著上升,當(dāng)ABS用量為25%時(shí),沖擊已經(jīng)趨于平衡,達(dá)到了52.6kJ/m2。

      圖2 ABS含量對(duì)CPVC/ABS二元共混體系力學(xué)性能的影響Fig.2 Mechanical properties of CPVC/ABS blends against content of ABS component

      對(duì)比圖1和圖2可以看出,單純使用ABS與CPVC共混,此二元共混體系在初始點(diǎn),即ABS含量為零時(shí)的拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度并沒(méi)有CPVC/ABS/AS三元共混體系的高,說(shuō)明AS的存在對(duì)提高共混體系的拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度是有好處的。在沒(méi)有AS時(shí),隨著ABS含量逐漸增加,CPVC/ABS二元共混體系的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的下降也比較快。當(dāng)ABS含量為10%時(shí),二元共混體系體系的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到了30kJ/m2,已經(jīng)明顯高于相同ABS含量三元共混體系的25kJ/m2,說(shuō)明AS的加入會(huì)降低材料的缺口沖擊強(qiáng)度。AS是由丙烯腈和苯乙烯共聚而成,本身不含柔性鏈段,因此其沖擊性能不如ABS高。

      2.2 ABS含量對(duì)共混體系耐熱性能的影響

      從圖3可以看出,隨著ABS含量的增加,維卡軟化點(diǎn)從103.4℃下降到了92.9℃,說(shuō)明ABS含量的增加對(duì)CPVC/ABS/AS三元共混體系的耐熱性能具有負(fù)面影響,因?yàn)锳BS會(huì)削弱CPVC大分子鏈間的相互作用力,使得材料的內(nèi)聚能下降[7]。進(jìn)一步分析表明,隨著ABS含量的逐漸增加,在ABS組分含量較少時(shí)體系耐熱性能的下降幅度較小。如圖3顯示,當(dāng)ABS含量在20%以下時(shí),維卡軟化點(diǎn)的下降幅度相對(duì)較小,而當(dāng)ABS含量達(dá)到20%以上時(shí),其下降幅度卻隨之迅速增大。

      圖3 ABS含量對(duì)CPVC/ABS/AS三元共混體系維卡軟化點(diǎn)的影響Fig.3 Vicat softening point of CPVC/ABS/AS blends against content of ABS component

      從圖4可以看出,隨著ABS的加入,二元共混體系的維卡軟化點(diǎn)也下降,但是在ABS含量10%以下時(shí),共混體系的維卡軟化點(diǎn)下降趨勢(shì)不特別明顯,當(dāng)ABS含量達(dá)到10%以上之后下降趨勢(shì)愈漸明顯,說(shuō)明維卡軟化點(diǎn)的下降跟共混體系中ABS的含量有著緊密的聯(lián)系。分析可知,由于ABS結(jié)構(gòu)中含有丁二烯橡膠,而丁二烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在-50℃左右,從而導(dǎo)致隨著ABS用量的增加共混體系會(huì)變得更加柔軟。上述結(jié)果表明,ABS的加入對(duì)共混體系的耐熱性能有較大的負(fù)面影響。

      2.3 ABS含量對(duì)共混體系阻燃性能的影響

      圖4 ABS含量對(duì)CPVC/ABS二元共混體系維卡軟化點(diǎn)的影響Fig.4 Vicat softening point of CPVC/ABS blends against content of ABS component

      分別對(duì)CPVC/ABS/AS和CPVC/ABS共混體系的極限氧指數(shù)進(jìn)行了測(cè)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示??梢钥闯觯?dāng)CPVC與ABS/AS的總體配比保持在6∶4時(shí),其共混體系的極限氧指數(shù)基本恒定,維持在31%左右,屬于難燃級(jí)別,因此該共混體系還具有一定的阻燃性能,同時(shí)也說(shuō)明共混體系的阻燃性能主要取決于CPVC組分的含量。CPVC/ABS共混體系中,隨著ABS含量的增多,共混體系的極限氧指數(shù)下降較為顯著。當(dāng)ABS的含量在15%以下時(shí),該共混體系的極限氧指數(shù)達(dá)到了41.8%以上,可用于開(kāi)發(fā)高阻燃及高韌性能材料。

      表1 CPVC/ABS/AS及CPVC/ABS共混體系的極限氧指數(shù)Tab.1 The limited oxygen index of CPVC/ABS/AS and CPVC/ABS blends

      3 結(jié)論

      (1)ABS改善了CPVC共混體系的韌性,隨著其含量的增加共混體系的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和維卡軟化點(diǎn)均有所降低;

      (2)在 CPVC/ABS/AS三元共混體系中,當(dāng) ABS含量達(dá)30%時(shí),缺口沖擊強(qiáng)度最佳,達(dá)到39.3kJ/m2,而在CPVC/ABS二元共混體系中,ABS用量在25%時(shí),缺口沖擊強(qiáng)度最佳,達(dá)到52.6kJ/m2;

      (3)CPVC/ABS/AS、CPVC/ABS共混體系的極限氧指數(shù)與CPVC的用量有最密切的關(guān)聯(lián),而與ABS和AS二者的配比基本無(wú)關(guān)。

      [1]Lehr M H,Nicholas P P.Chlorinated Polyvinyl Chloride Blends Having Low Melt Viscosities:US,4868247[P].1989-09-19.

      [2]Lehr M H.Method and Composition for Improved Melt Processability of Chlorinated Polyvinyl Chloride:US,4847331[P].1989-07-11.

      [3]Bourland L G.Compatible Blends of Chlorinated Polyvinyl Chloride Resins and Styrene-maleic Anhydride Resins:US,4371666[P].1983-02-01.

      [4]Neuman R C. Melt Processable CPVC Blends:US,4710533[P].1987-12-01.

      [5]Backman A L,Cinadr B F.Chlorinated Polyvinyl Chloride Compound Having Excellent Physical,Chemical Resistance and Processing Properties:US,5981663[P].1999-11-09.

      [6]馬 軍,袁茂全,牟南翔,等.CPVC/ABS/CPE三元共混體系的組成與性能關(guān)系研究[J].中國(guó)塑料,2010,24(7):24-27.Ma Jun,Yuan Maoquan,Mu Nanxiang,et al.Study on the Relationship Between Compositions and Properties of CPVC/ABS/CPE Ternary Blends [J].China Plastics,2010,24(7):24-27.

      [7]皮 紅,楊 濤,張風(fēng)順,等.CPVC/PVC與 CPVC/ABS合金加工性能研究[J].塑料工業(yè),2008,36(8):33-35.Pi Hong,Yang Tao,Zhang Fengshun,et al.Study on Processability of CPVC/PVC and CPVC/ABS Blends[J].China Plastics Industry,2008,36(8):33-35.

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