活化粉煤灰填充PVC/ACR復合材料在管材中的應用研究

張友新

(新疆天業(yè)集團有限公司，石河子 832000)

活化粉煤灰填充PVC/ACR復合材料在管材中的應用研究

張友新

(新疆天業(yè)集團有限公司，石河子 832000)

介紹了活化粉煤灰(PFA)填充在PVC/ACR復合材料生產(chǎn)管材的力學性能和粉煤灰活化方法。探討了活化粉煤灰對PVC/ACR復合材料的改性機理及加工應用情況。結果表明：粉煤灰經(jīng)活化處理后填充在PVC/ACR復合材料生產(chǎn)的管材與普通管材對比界面粘結性強，物料的流動性和加工性能得到改善，產(chǎn)品的表面光潔度和力學性能得到提高。

活化粉煤灰；填充；改性； PVC/ACR復合材料；管材

粉煤灰(PFA)是火力發(fā)電廠燃煤鍋爐排放出的廢渣。其主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、Na2O等。我國電力主要以燃煤為主，每年約有近億噸粉煤灰排放[1]。嚴重污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，給國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展造成了巨大壓力。為了合理利用發(fā)電廠燃煤鍋爐排放的廢渣，變廢為寶，實現(xiàn)資源的優(yōu)化利用，開辟粉煤灰新的用途。研究者采用活化粉煤灰填充PVC/ACR復合材料生產(chǎn)PVC管材。通過大量的實驗研究，探討了活化粉煤灰對PVC/ACR復合材料的改性機理，并與常用填料CaCO3配方對比。得出經(jīng)活化后的粉煤灰填充PVC/ACR復合材料擠出成型的PVC管材，界面粘結性強，外觀手感滑膩光澤而發(fā)亮，力學性能得到顯著提高。

1．實驗部分

1.1 原料與助劑

P V C樹脂（S G-5）,新疆天業(yè)集團天辰化工有限公司；粉煤灰（PFA），石河子開發(fā)區(qū)天業(yè)熱電有限公司；輕質(zhì)CaCO3，新疆天源高新材料有限公司；丙烯酸脂類抗沖型加工助劑ACR，山東日科化學有限公司；穩(wěn)定劑LF-5001，江蘇聯(lián)盟化學有限公司；鈦酸酯偶聯(lián)劑TC-105，安徽省天長市宏盛精細化工廠；潤滑劑、顏料為市售。

1.2 設備及儀器

高 低 混 合 機 組 ， S R L D-500/1000，張家港市聯(lián)冠股份公司；研磨機CXM-500,無錫市明海粉體機械設備廠；φ90平雙螺桿擠出機，德國巴頓菲爾公司；電子多功能試驗機CMF-4504，天水三思新技術有限公司；低溫落錘沖擊試驗機XJL-300C，承德金建檢測儀器有限公司；維卡軟化點測試儀XRW-300，承德金建檢測儀器有限公司。

表1 兩種填料配方對比

表3 力學性能測定結果對比

1.3 實驗方法

表2 粉煤灰填充PVC/ACR配方與原配方(輕鈣)填充PVC配方加工工藝對比

1.3.1 粉煤灰的研磨

電廠排放的粉煤灰顆粒一般是表面光滑而發(fā)亮的，微珠含量不高(玻璃微珠)，大部分是海綿狀玻璃體，顆粒大小分布及不均勻[2]。因此，在使用前必須進行研磨和過篩處理。其粉煤灰的研磨方法:將粉煤灰加入研磨機內(nèi)進行研磨，然后過篩，篩余物控制在0.5%以下。余量為顆粒均勻的合格細粉。

1.3.2 粉煤灰的活化處理

采用鈦酸脂類偶聯(lián)劑，對粉煤灰進行表面處理。其活化處理方法:將粉煤灰和鈦酸脂偶聯(lián)劑，按適量比例計量，以粉煤灰重量份的1.5%鈦酸脂偶聯(lián)劑投進高速混合機內(nèi)捏合至溫度70-75℃，時間8-10分鐘排料轉入冷混，冷混溫度控制在45℃時放料，制備得到粉煤灰活化料。活化好的物料，應放置8小時后在使用。

2. 結果與討論

2.1 活化粉煤灰對PVC/ACR復合材料的改性機理

偶聯(lián)劑作為無機填料的表面改性劑，可使粉煤灰粒子較好的分散于樹脂基體中，使填料與樹脂間形成化學鍵，實現(xiàn)界面偶聯(lián)作用，使界面黏結力提高。活化粉煤灰改性機理: 偶聯(lián)劑分子中存在兩種不同的基團；一種基團，可與無機物表面化學基團反應，形成強固的化學鍵。即與粉體表面微量的水分形成羥基，與偶聯(lián)劑進行化學反應或物理吸附形成強有力的化學鍵。另一部分基團，可與有機高分子材料具有很好的相容性，能與高分子材料的長鏈進行物理纏繞。從而把兩種性質(zhì)不同的材料牢固的結合起來。也就是把無機材料與高分子材料的界面連接起來，形成網(wǎng)狀結構，增加相互間的鍵合力，從而提高PVC/ACR復合材料的力學性能[3]。

2.2 實驗配方及混合工藝控制

本配方與原配方不同的是:粉煤灰填充物是經(jīng)過鈦酸酯偶聯(lián)劑活化處理過的，而輕質(zhì)CaCO3未經(jīng)活化處理，而直接填充PVC配方體系中加工管材。經(jīng)過大量的實驗和分析研究了粉煤灰對PVC管材在加工時的變化情況。其中優(yōu)選了一種最佳配方。其配方實驗對比見(表1)。

混合工藝控制：將活化粉煤灰按配方比例稱量好后，投放到PVC/ACR配方體系中進行高速混合。熱混時間約10分鐘，溫度達到115℃時即可放料至冷混機內(nèi)冷混約8分鐘，溫度達到40—45℃時，放料至儲料倉。

2.3 擠出成型工藝

擠出機的各段加工溫度控制，對PVC管材的成型及制品的內(nèi)在質(zhì)量起到重要作用。在調(diào)整粉煤灰填充PVC/ ACR的配方體系的工藝條件時，最好還使用原配方的擠出工藝控制條件。也就是說，在不變動原配方工藝控制條件下，活化粉煤灰填充PVC/ACR配方體系的成型工藝條件與原配方應基本一致，這樣生產(chǎn)的PVC管材，通過測試的結果才有對比性。才能給下一步提供調(diào)整配方的分析依據(jù)。在粉煤灰填充PVC/ACR配方體系試驗中，先以添加加工助劑ACR為1份進行試驗。在工藝條件基本不變的情況下，發(fā)現(xiàn)物料擠出不穩(wěn)定。同時取樣通過物理機械性能檢測。結果落錘沖擊試驗不合格。再調(diào)整PVC配方中的加工助劑ACR—401增加到1.5份時，其它助劑不變進行試驗，發(fā)現(xiàn)與原配方相比，螺桿的扭矩和熔壓值在下降，熔溫基本不變。這可能是ACR—401的增加，進一步改善了與PVC的相容劑和加工性，而造成扭矩和熔壓下降。但不影響擠出成型，產(chǎn)品經(jīng)檢測，落錘沖擊試驗合格。其生產(chǎn)工藝控制與原配方對比見表2。

2.4 活化粉煤灰填充P V C/ ACR管材的力學性能

粉煤灰填充PVC/ACR配方體系生產(chǎn)的管材與原配方(輕質(zhì)CaCO3填充PVC)生產(chǎn)的管材力學性能測試結果對比見表3。

通過力學性能測試結果來看，活化粉煤灰填充物比CaCO3填充PVC生產(chǎn)的管材，在拉伸和耐壓方面得到了提高。由于增加了抗沖型加工助劑ACR含量，使管材的韌性得到提高。

3 結論

(1) 粉煤灰經(jīng)偶聯(lián)劑表面活化處理后，可與PVC基體有良好的相容性，使PVC/ACR體系的物料界面結合得到改善。產(chǎn)品的力學性能得到提高。

(2) 偶聯(lián)劑能把無機材料與高分子材料的界面連接起來，形成網(wǎng)狀結構，增加相互間的鍵合力，提高PVC/ ACR復合材料的力學性能。

(3) 粉煤灰經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后，填充PVC管材中，可進一步改善物料的加工性能和穩(wěn)定性，使產(chǎn)品表面更光滑。

[1]張云懷，張丙懷. 鈦酸酯活化粉煤灰微球填充PVC板材的研究 [J].工程塑料應用. 2001(03)： 31-32.

[2] 呂瑤姣，張秀爽. 粉煤灰表面改性的研究[J].

環(huán)境科學，1992(04)：22-24

Activated PFA fill in PVC / ACR composite materials in the application of pipe

Zhang Youxin
(Xinjiang Tianye Group Co., Ltd., Shihezi 832000)

The paper introduced the method of Activated PFA fi lled in the PVC / ACR composite pipe production to improve the mechanical properties. Discussed the way of PFA modify works and produce application.The result indicated that it improved the composite pipe’s adhibit and the material’s fl ow and production.Also,the fi nish surface and mechanical are improved.

Activated PFA； Filling；Modification；PVC / ACR composite；Pipe

張友新，男，高級工程師，中國塑料加工工業(yè)協(xié)會專家，新疆節(jié)能減排專家，主要從事塑料加工及材料改性研發(fā)工作。