空心微珠在聚氯乙烯（PVC）中應(yīng)用研究  

劉濤(上海匯精亞納米新材料有限公司)  

聚氯乙烯（PVC）是一種性能優(yōu)良的通用型熱塑性塑料，是我國產(chǎn)量最大的塑料品種之一；PVC的原材料豐富、價(jià)格低廉、耐腐蝕性能高、用途十分廣泛，大多數(shù)生產(chǎn)`廠家使用CaCO3、滑石粉等廉價(jià)填料填充于管材、線材、片材、異型材、電纜料、建筑材料等多種PVC制品。但實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，其雖然能在一定程度上降低了生產(chǎn)成本，但填充后的PVC材料的加工性能差、抗沖擊韌性低、易脆裂等缺點(diǎn)暴露無疑，限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域。為了提高PVC制品的性能，拓展PVC的應(yīng)用領(lǐng)域，許多研究人員采用彈性體或剛性粒子來改善沖擊強(qiáng)度，但往往力學(xué)性能會隨之呈現(xiàn)不同程度的降低，加工流動(dòng)性會更加惡化，最終未能達(dá)到理想效果，隨著新材料的不斷出現(xiàn)并被合理開發(fā)利用，一種新的功能性材料用于PVC制品優(yōu)異大性能終被發(fā)現(xiàn)。  

下面就一種新的功能性填料---空心微珠在PVC硬管中應(yīng)用，其在對PVC各項(xiàng)力學(xué)性能、耐腐蝕性能及加工流動(dòng)性能的改善進(jìn)行研究，希望能為生產(chǎn)廠家就PVC剛性差、流動(dòng)性差、熱穩(wěn)定性差等方面提供幫助。  

空心微珠是一種空心球型體的新填充料，主要成分為SiO2和Al2O3，其硬度達(dá)到莫氏7度。因?yàn)槠渚哂泄饣那蛐伪砻?，吸油率只是普通填料?/5—1/10，所以填充量高，材料的流動(dòng)加工性能好；球形顆粒的應(yīng)力集中，細(xì)小的空心微球填充到材料中可以克服破壞性裂紋的出現(xiàn)，改善制品表面光潔度，同時(shí)球形表面更有利于空心微球?qū)⑺艿耐饬鶆虻貍鬟f給周圍基體，從而改善材料的各項(xiàng)力學(xué)性能；良好的流動(dòng)性使其在加工中對機(jī)械的磨損降低，改善了制作工藝。  

PVC的熱穩(wěn)定性差，加工溫度和分解溫度非常接近，所以其加工溫度范圍較窄，加工流動(dòng)性差，本實(shí)驗(yàn)所用的是PVC硬管料，注射級為8，該料粘度較大，加工較困難。實(shí)驗(yàn)中對比了加入空心微珠后與原管材配方的流變性能，發(fā)現(xiàn)加入空心微珠可以改善流動(dòng)性能，同時(shí)沖擊強(qiáng)度也有一定的提高。  

1）實(shí)驗(yàn)方案：  

本實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)01、02、03三個(gè)配方進(jìn)行流動(dòng)性能測試，具體配方及編號見下表：  

2）試樣的制備及工藝  

（1）原材料預(yù)處理：空心微珠用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面活性處理;  

（2）依據(jù)配方將PVC管材配方粉料與空心微珠在高速攪拌機(jī)內(nèi)混合5min;  

（3）將混料在混煉機(jī)上制成薄片狀材料，壓片溫度為170℃，然后切成小顆粒待用；  

（4）進(jìn)行流變性能測試，實(shí)驗(yàn)溫度為165℃。  

3）．復(fù)合PVC硬管材料的流變性能測試及結(jié)果  

實(shí)驗(yàn)中測量了填充體系的熔體平衡扭矩（粘度）。實(shí)驗(yàn)條件為：溫度165℃，速度5r/min，里程范圍為1000-6000g/m,測試結(jié)果顯示：  

我們可以看出在PVC硬管材料中加入經(jīng)過改性的空心微珠后可以很好的改善材料的流變性能、降低了粘度，加工性能顯著改善，而主要的是空心微珠的加入使PVC復(fù)合材料體系的塑化性能好了，能夠很快達(dá)到平衡狀態(tài)，這是因?yàn)镻VC樹脂體系中分子鏈相互纏結(jié)，形成連續(xù)的大分子網(wǎng)絡(luò)，使的形成平衡所需的時(shí)間很長，材料的粘度和扭矩較大，而加入活化后的空心微珠后，空心微珠在樹脂中均勻分散，球形的光潔表面使得空心微珠與基體之間以及基體內(nèi)部的摩擦力減小，扭矩減少，從而使流變性改善。而使用未改性的空心微珠則達(dá)不到更好效果，這說明活性劑的使用在空心微珠用于PVC中很重要，建議使用硅烷偶聯(lián)劑對空心微珠進(jìn)行表面活性處理;  

結(jié)論：研究結(jié)果表明，經(jīng)過活活化后的空心微珠加入到硬質(zhì)PVC樹脂中可以明顯改善PVC管的加工流動(dòng)性、顯著縮短塑化時(shí)間、降低最大扭矩，PVC制品的抗沖擊性和剛性等力學(xué)性能得到顯著提高，空心微珠是PVC的理想功能性填充料。