硬聚氯乙烯制品熔合度的測(cè)定研究

王萬卷，王文治，余巧玲，徐運(yùn)祺

(1. 國(guó)家高分子工程材料及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（廣東），廣東 廣州 511447；2. 廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東 廣州 511447；3. 佛山顧地塑膠有限公司，廣東 佛山 528000)

硬聚氯乙烯制品熔合度的測(cè)定研究

Determination of fusion degree of rigid PVC products

王萬卷1,2*，王文治3，余巧玲1,2，徐運(yùn)祺1,2

(1. 國(guó)家高分子工程材料及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（廣東），廣東 廣州 511447；2. 廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東 廣州 511447；3. 佛山顧地塑膠有限公司，廣東 佛山 528000)

應(yīng)用轉(zhuǎn)矩流變儀測(cè)定3種硬聚氯乙烯(PVC-U)制品的熔合度，研究了轉(zhuǎn)速對(duì)結(jié)果的影響，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部重復(fù)性試驗(yàn)的研究。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速對(duì)熔合度的影響不明顯，而使用轉(zhuǎn)矩流變儀測(cè)試PVC熔合度的方法具有較高的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)精密度。

硬聚氯乙烯；熔合度；轉(zhuǎn)矩流變儀

硬聚氯乙烯(PVC-U)由于其優(yōu)良的綜合性能而被廣泛用于建材、包裝材料和日用制品等領(lǐng)域。PVC-U在加工成型時(shí)，發(fā)生了PVC樹脂顆粒的多層次結(jié)構(gòu)漸次解構(gòu)，大部份微晶熔化，隨后冷卻生成次級(jí)微晶，形成以次級(jí)微晶為交聯(lián)點(diǎn)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的獨(dú)特過程，稱為熔合過程（也可稱之為凝膠化過程）。PVC加工成型過程中，由于配方、設(shè)備、工藝參數(shù)等因素的影響，使其制品有不同的熔合度，熔合度的高低，會(huì)對(duì)PVC制品性能和質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13526—2007《硬聚氯乙烯(PVC-U)管材二氯甲烷浸漬試驗(yàn)方法》不能定量測(cè)定熔合度，而且當(dāng)樣品的熔合度高于70%時(shí)，用這種方法則難以區(qū)別各樣品之間熔合度的差別[1]。ISO 18373-2∶2008中采用的差示掃描量熱法(DSC)亦不能直接用于熔合度的評(píng)價(jià)，而且因微量取樣難以代表整體制品性能的難題而制約其應(yīng)用[2]。

轉(zhuǎn)矩流變儀已被科研單位和規(guī)模化的PVC制品企業(yè)廣泛應(yīng)用于對(duì)PVC加工特性的研究、配方優(yōu)化和產(chǎn)品研發(fā)，我們的研究表明，通過對(duì)轉(zhuǎn)矩流變儀試驗(yàn)程序的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理，可以對(duì)PVC-U的熔合過程和熔合度進(jìn)行表征和評(píng)價(jià)。

本工作基于轉(zhuǎn)矩流變儀法測(cè)定PVC的熔合度（凝膠化度），測(cè)定3種硬聚氯乙烯(PVC-U)制品的熔合度，研究了轉(zhuǎn)速對(duì)結(jié)果的影響，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部精密度試驗(yàn)的研究。本工作所得的結(jié)果能夠簡(jiǎn)單快速地評(píng)價(jià)PVC的熔合度，為PVC產(chǎn)品開發(fā)研究、性能評(píng)價(jià)和質(zhì)量控制提供了一種很好的技術(shù)手段。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

PVC制品1參比配混料和破碎料、PVC線管參比配混料和破碎料、PVC排水管參比配混料和破碎料、PVC給水管參比配混料和破碎料：由佛山顧地塑膠有限公司制備并提供，其中參比配混料的配方組成與對(duì)應(yīng)的破碎料完全相同。

轉(zhuǎn)矩流變儀：廣州市普同實(shí)驗(yàn)分析儀器有限公司，型號(hào)KTOI-55-20。

1.2 試驗(yàn)步驟

待轉(zhuǎn)矩流變儀混煉器的溫度達(dá)到設(shè)定值并恒定10 min之后，啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。稱取參比配混料約62 g并加入到加料撮中。將加料撮中的試料全部加入混煉器上方的加料器中，使用加料器上的壓料桿快速、均勻地將試料壓入混煉室中。記錄轉(zhuǎn)矩流變曲線，到出現(xiàn)熔體轉(zhuǎn)矩時(shí)停止混煉，讀取最小轉(zhuǎn)矩值（Tmin）和最大轉(zhuǎn)矩值（Tmax）。打開混煉器，取出試料，用銅清料刀

和銅刷清理混煉室和轉(zhuǎn)子。重新裝好混煉器，準(zhǔn)備對(duì)被測(cè)試樣（破碎料）的測(cè)試。重復(fù)上述步驟進(jìn)行被測(cè)試樣（破碎料）的轉(zhuǎn)矩流變測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 參比配混料和破碎料的典型的轉(zhuǎn)矩流變曲線

與其它熱塑性樹脂不同，PVC的熔合行為使得在其轉(zhuǎn)矩流變曲線的加料峰之后又出現(xiàn)另一個(gè)峰，即所謂熔合峰，這是PVC熔合行為的特征峰，如圖1所示。圖1下方的曲線為試料的轉(zhuǎn)矩曲線，上方為試料的溫度曲線。轉(zhuǎn)矩曲線左邊尖銳的峰為加料峰，加料峰右邊的峰稱為熔合峰，其轉(zhuǎn)矩值稱為熔合轉(zhuǎn)矩值或最大轉(zhuǎn)矩值(Tmax)，加料峰與熔合峰之間的轉(zhuǎn)矩最低點(diǎn)稱為最小轉(zhuǎn)矩，其值稱為最小轉(zhuǎn)矩值(Tmin)。熔合峰之后的平穩(wěn)部稱為熔體轉(zhuǎn)矩。

圖1 參比配混料和破碎料的典型的轉(zhuǎn)矩流變曲線

2.2 熔合度的計(jì)算

被測(cè)試樣（破碎料）的熔合度Df按下式計(jì)算：

Df=1-[(Tsmax-Tsmin)/(Trmax–Trmin)]

式中：Tsmax——樣品（破碎料）的最大轉(zhuǎn)矩值；

Tsmin——樣品（破碎料）的最小轉(zhuǎn)矩值；

Trmax——參比配混料的最大轉(zhuǎn)矩值；

Trmin——參比配混料的最小轉(zhuǎn)矩值。

2.3 轉(zhuǎn)速對(duì)熔合度的影響

保持其他程序不變（樣品質(zhì)量62 g，試驗(yàn)溫度190℃），改變轉(zhuǎn)速（40 r/min、45 r/min、50 r/min），測(cè)試PVC制品1參比配混料和破碎料的轉(zhuǎn)矩流變曲線，研究不同轉(zhuǎn)速對(duì)熔合度的影響。表1為PVC制品1參比配混料和破碎料在不同轉(zhuǎn)速下的熔合度數(shù)據(jù)。

轉(zhuǎn)速增加，Df似略有增加，但以轉(zhuǎn)矩差分析，其變動(dòng)與轉(zhuǎn)速不呈相關(guān)性，所以可認(rèn)為，Df的變動(dòng)主要是破碎料本身的分散性造成的。

表1 不同轉(zhuǎn)速下PVC制品1參比配混料和破碎料的熔合度數(shù)據(jù)

2.4 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部重復(fù)性試驗(yàn)

確定樣品質(zhì)量62 g，試驗(yàn)溫度190℃，轉(zhuǎn)速45 r/min，研究了PVC線管參比配混料和破碎料、PVC排水管參比配混料和破碎料、PVC給水管參比配混料和破碎料這3組試樣的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部重復(fù)性試驗(yàn)，其中每組樣品重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果如表2。

從表2中我們可以看出，同一組樣品3次重復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果相差很小，證明使用轉(zhuǎn)矩流變儀測(cè)試PVC熔合度的方法具有較高的精密度。

表2 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部重復(fù)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

（1）轉(zhuǎn)速對(duì)熔合度的影響不明顯，轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，熔合度的結(jié)果改變不大。

（2）在樣品質(zhì)量、試驗(yàn)溫度、轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵條件確定的情況下，同一組樣品多次重復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果相差很小，證明使用轉(zhuǎn)矩流變儀測(cè)試PVC熔合度的方法具有較高的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)精密度。

∶

[1] M.Gilbert,D.A.Hemsley and A.Miadonye, Assessment offusion in PVC compounds, Plast. and Rubber Proces.and Appl., 3(4), 343～351(1983).

[2] James W. Summers, The Melting Temperature (or not Melting) of Poly(vinyl chloride), J. Vinyl & Addi. ITECH., 105～109(2008).

(R-03)

TQ325.3

1009-797X(2016)22-0001-02

B DOI∶10.13520/j.cnki.rpte.2016.22.001

王萬卷，男，博士，高級(jí)工程師，主要從事高分子材料及產(chǎn)品的檢驗(yàn)檢測(cè)和測(cè)試方法開發(fā)。

2016-10-25

*通訊聯(lián)系人