不同品種碳酸鈣填充PVC性能的研究
本文應用雙螺桿擠出機制備PVC/CaCO3復合材料，再用注塑機注塑成型，檢測樣品力學性能，觀察斷面形貌，在相同的加工條件下，對比研究不同品種碳酸鈣填充PVC后復合材料性能的變化規(guī)律，進而為工業(yè)應用提供相關基礎。
1 實驗
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），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（浙江長興清華粉體及新材料工程中心有限公司提供）。復合鈣1為上述重鈣和納米鈣各為42和8Phr復合的碳酸鈣， 復合鈣2為以上重鈣、 納米包覆重鈣以及納米鈣各為21，21和8Phr復合的碳酸鈣（由浙江長興清華粉體及新材料工程中心有限公司提供）。以上各類碳酸鈣均經過鋁酸酯改性。
1.2方法
為了研究不同品種碳酸鈣在PVC中的填充效果，設置了基礎配方，如表1。
表1配方設計
根據上述基礎配方，按照下面3個步驟進行操作：1）將高攪機升溫至70℃，然后把PVC粉料以及根據表1配置的助劑一起加入高攪機，高速攪拌15min除去物料的水分，擦干機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的八段溫度分別設置為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在200～203℃下注塑成國標樣條；３）用萬能試驗機檢測復合材料樣條的拉伸性能和彎曲性能，用簡支梁沖擊試驗機檢測樣條的沖擊性能， 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 結果與討論
2.1復合材料的力學性能
從圖1可以看出隨著活性重鈣填充量的增多，復合材料的拉伸強度呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，在填充50Phr左右時拉伸強度有較大值。這是因為改性后的粉體表面為親油疏水型， 和有機物結合力增強。但是填充過多的活性鈣，就會導致在樹脂基體中形成較大的缺陷最終造成宏觀開裂。
圖1重鈣的填充量對PVC/CaCO3復合材料拉伸強度的影響
圖2包覆鈣的填充量對PVC/CaCO3復合材料拉伸強度的影響
圖3粉體的種類對PVC/CaCO3復合材料拉伸、彎曲強度和有無缺口沖擊強度的影響
2.2復合材料的SEM圖像
為了考察不同品種的CaCO3經過改性后填充PVC制得復合材料表面形貌的變化，通過SEM進行微觀研究PVC基體的形貌以及鋁酸酯改性重鈣、輕鈣、包覆鈣、納米鈣、復合鈣1和復合鈣2這6種粉體制得PVC復合材料的形貌，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表面，其與樹脂基體相容性較好，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表面，它和PVC基體的相容性最好。圖4f為復合鈣1制得復合材料的形貌，復合鈣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表面數(shù)量顯然比納米鈣少而比重鈣要多，通過SEM分析的結果與力學性能的檢測結果相符。
圖4不同種類CaCO3填充PVC基復合材料的形貌
1）不同品種的活性碳酸鈣對PVC /CaCO3復合材料的力學性能有一定的影響，在實驗條件相同的情況下，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的拉伸強度增加了19%，包覆鈣使PVC的拉伸強度增加了17%，納米鈣制得復合材料的無缺口沖擊強度甚至達到PVC基體的4倍以上，為54.05kJ/m2包覆鈣制得復合材料的無缺口沖擊強度也達到PVC基體的4倍以上，為51.67kJ/m2納米鈣使PVC的缺口沖擊強度增加到3倍以上，達到28.94 kJ/m2，包覆鈣使PVC的缺口沖擊強度提高到近3倍，達到22.59 kJ/m2；復合材料的彎曲強度也得到了提高，而復合鈣的填充效果居中，重鈣和輕鈣最差。
2）通過SEM檢測發(fā)現(xiàn)品種不同的填料填充PVC后，PVC原來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。
來源：中國粉體技術網
