不同品種碳酸鈣填充PVC性能的研究
本文應(yīng)用雙螺桿擠出機(jī)制備PVC/CaCO3復(fù)合材料，再用注塑機(jī)注塑成型，檢測(cè)樣品力學(xué)性能，觀察斷面形貌，在相同的加工條件下，對(duì)比研究不同品種碳酸鈣填充PVC后復(fù)合材料性能的變化規(guī)律，進(jìn)而為工業(yè)應(yīng)用提供相關(guān)基礎(chǔ)。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1試樣
聚合度為1000左右的PVC粉料及加工助劑（常州雙盛塑膠有限公司生產(chǎn)），粒度1.81μｍ的重鈣、1.55μｍ的表面納米包覆重鈣、普通43μｍ輕鈣及活性納米鈣（浙江長(zhǎng)興清華粉體及新材料工程中心有限公司提供）。復(fù)合鈣1為上述重鈣和納米鈣各為42和8Phr復(fù)合的碳酸鈣， 復(fù)合鈣2為以上重鈣、 納米包覆重鈣以及納米鈣各為21，21和8Phr復(fù)合的碳酸鈣（由浙江長(zhǎng)興清華粉體及新材料工程中心有限公司提供）。以上各類(lèi)碳酸鈣均經(jīng)過(guò)鋁酸酯改性。
1.2方法
為了研究不同品種碳酸鈣在PVC中的填充效果，設(shè)置了基礎(chǔ)配方，如表1。
表1配方設(shè)計(jì)
根據(jù)上述基礎(chǔ)配方，按照下面3個(gè)步驟進(jìn)行操作：1）將高攪機(jī)升溫至70℃，然后把PVC粉料以及根據(jù)表1配置的助劑一起加入高攪機(jī)，高速攪拌15min除去物料的水分，擦干機(jī)器中的水后再將改性后的碳酸鈣倒入，繼續(xù)攪拌1min出料；2）將同向雙螺桿擠出機(jī)的八段溫度分別設(shè)置為155，160，165，172，171，170，165 和160℃，然后熔融共混、擠出造粒， 接著把制得的粒子置于70℃ 的烘箱中烘干8h， 最后將干燥后的粒子用注塑機(jī)在200～203℃下注塑成國(guó)標(biāo)樣條；３）用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)復(fù)合材料樣條的拉伸性能和彎曲性能，用簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)樣條的沖擊性能， 用SEM觀察樣條在受到外界沖擊力后發(fā)生斷裂的斷面形貌。2 結(jié)果與討論
2.1復(fù)合材料的力學(xué)性能
從圖1可以看出隨著活性重鈣填充量的增多，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，在填充50Phr左右時(shí)拉伸強(qiáng)度有較大值。這是因?yàn)楦男院蟮姆垠w表面為親油疏水型， 和有機(jī)物結(jié)合力增強(qiáng)。但是填充過(guò)多的活性鈣，就會(huì)導(dǎo)致在樹(shù)脂基體中形成較大的缺陷最終造成宏觀開(kāi)裂。
圖1重鈣的填充量對(duì)PVC/CaCO3復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響
圖2包覆鈣的填充量對(duì)PVC/CaCO3復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響
圖3粉體的種類(lèi)對(duì)PVC/CaCO3復(fù)合材料拉伸、彎曲強(qiáng)度和有無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度的影響
2.2復(fù)合材料的SEM圖像
為了考察不同品種的CaCO3經(jīng)過(guò)改性后填充PVC制得復(fù)合材料表面形貌的變化，通過(guò)SEM進(jìn)行微觀研究PVC基體的形貌以及鋁酸酯改性重鈣、輕鈣、包覆鈣、納米鈣、復(fù)合鈣1和復(fù)合鈣2這6種粉體制得PVC復(fù)合材料的形貌，如圖4所示。從圖4a可以看出，PVC的顆粒比較平整，明顯可以看出由多層粒子聚集成的樹(shù)脂顆粒的輪廓；從圖4b和4c看出重鈣和輕鈣填充PVC后形成的裂隙較大較多，形成的空穴也較大，有的缺陷部位還存在一些棱角，因此重鈣和輕鈣與PVC的相容性較差。從圖4d看出包覆鈣填充PVC后出現(xiàn)大量高低不平的圓潤(rùn)表面，其與樹(shù)脂基體相容性較好，圖4e為納米鈣填充PVC的形貌表征，該圖片顯示出大量高低不平大小不等的圓潤(rùn)表面，它和PVC基體的相容性最好。圖4f為復(fù)合鈣1制得復(fù)合材料的形貌，復(fù)合鈣1由重鈣和納米鈣組成，容易看出它的圖片上所具有的高低不平的圓潤(rùn)表面或者較尖銳的表面數(shù)量位于重鈣和納米鈣之間。同理，復(fù)合鈣2由重鈣、包覆鈣、納米鈣組成，因此圖4g中所具有的高低不平的圓潤(rùn)表面數(shù)量顯然比納米鈣少而比重鈣要多，通過(guò)SEM分析的結(jié)果與力學(xué)性能的檢測(cè)結(jié)果相符。
圖4不同種類(lèi)CaCO3填充PVC基復(fù)合材料的形貌
1）不同品種的活性碳酸鈣對(duì)PVC /CaCO3復(fù)合材料的力學(xué)性能有一定的影響，在實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，發(fā)現(xiàn)納米鈣和表面包覆鈣的填充效果比其它幾種粉體好，納米鈣使PVC的拉伸強(qiáng)度增加了19%，包覆鈣使PVC的拉伸強(qiáng)度增加了17%，納米鈣制得復(fù)合材料的無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度甚至達(dá)到PVC基體的4倍以上，為54.05kJ/m2包覆鈣制得復(fù)合材料的無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度也達(dá)到PVC基體的4倍以上，為51.67kJ/m2納米鈣使PVC的缺口沖擊強(qiáng)度增加到3倍以上，達(dá)到28.94 kJ/m2，包覆鈣使PVC的缺口沖擊強(qiáng)度提高到近3倍，達(dá)到22.59 kJ/m2；復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度也得到了提高，而復(fù)合鈣的填充效果居中，重鈣和輕鈣最差。
2）通過(guò)SEM檢測(cè)發(fā)現(xiàn)品種不同的填料填充PVC后，PVC原來(lái)平整而多層次的顆粒輪廓發(fā)生了變化，納米鈣和包覆鈣形成高低不平而圓潤(rùn)的表面數(shù)量最多和塑料基體相容性最好，形成最少的缺陷，復(fù)合鈣比這兩者差，重鈣和輕鈣最差，重鈣和輕鈣呈現(xiàn)較多的裂紋和空穴。
來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)
