高抗沖PVC-M管的研制

梁小娟，鄭元生

(佛山顧地塑膠有限公司,廣東 佛山 529303)

PVC-U管材在日常的工程應用中表現(xiàn)抗沖性能較差，以至于在應用過程中造成不安全因素較多，間接反映出PVC-U管道的缺點是脆性大、抗開裂沖擊性能差。PVC進行增韌改性的主要方法為在PVC配方中加入抗沖改性劑，以使材料具有良好的韌性，提高了管材抵抗載荷的能力。當抗沖擊改性劑加入PVC到一定量時其韌性會達到躍遷，即從完全脆性斷裂到不完全的韌性斷裂，實現(xiàn)超韌，其韌性提高了很多倍[1]。而將這種超韌PVC混配料應用于塑料給水管中，制成PVC-M管(亦稱PVC-A管)，其使用系數(shù)將大為提高，設計應力大為提高。然而這種超韌PVC-M管需要加入比較多的增韌改性劑，增韌改性劑的大量加入必然降低制品的剛性，同時制品的耐熱性下降。在剛性填料中，納米技術的出現(xiàn)為塑料的改性提供了一種全新的增韌方法和途徑，可替代部分CPE[2]。本文研究了PVC、納米碳酸鈣、CPE三元體系脆-韌轉(zhuǎn)變的關系及納米碳酸鈣對PVC復合材料力學性能。并制備新開高抗沖、高剛性、較高耐熱性能的管材，為PVC-M管的改進提供了一種新思路。

1 實驗部分

1.2 原材料

PVC：SG-5型，四川金路樹脂有限公司；CPE：135A，四川自貢；ACR：201，溫州；納米碳酸鈣：內(nèi)蒙古蒙西納米科技有限公司。

1.3 實驗方法

首先按配方將稱好的各組分在高速混合機中攪拌3min，然后將混合料在兩輥開煉機上塑煉10min，輥筒溫度保持在170～180℃之間，接下來在壓力機先熱壓4min，再冷壓4min，最后使用萬能制樣機制成試樣供性能測試。

拉伸強度按GB/T1040-1992測試；缺口沖擊強度按GB/T1043-1993測試；彎曲模量按GB/T 9341-2000測試。維卡軟化點溫度按GB 1633-2000 測試。

2 結果與討論

2.1 CPE用量對PVC/CPE缺口沖擊強度的影響

圖1 CPE用量對PVC/CPE缺口沖擊強度的影響

圖1為CPE用量對PVC/CPE復合材料缺口沖擊強度的影響。從圖中可以看到，隨著CPE重量分數(shù)的增加，曲線在CPE含量為8份產(chǎn)生了躍遷。實驗現(xiàn)象表現(xiàn)為在CPE8份時，同一組10根樣條中有4根為完全脆性斷裂，沖擊強度平均為27 kJ/m2左右； 6根為不完全韌性斷裂，沖擊值平均高達80kJ/m2以上。表明樣品正處在體系發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變的躍升區(qū)，局部彈性體濃度的微小漲落亦或測試條件的細微波動，就會出現(xiàn)兩種破壞形式的現(xiàn)象。這說明此時，材料發(fā)生了脆韌轉(zhuǎn)變。

2.2 納米碳酸鈣對PVC/CPE沖擊強度的影響

圖2 納米碳酸鈣用量對PVC/CPE/納米碳酸鈣(在CPE含量保持在6份時)沖擊強度的影響。從圖中可以看出，曲線呈倒“U”形：隨著納米酸鈣含量的增加，材料沖擊強度上升，在納米碳酸鈣為5份時，材料的沖擊強度發(fā)生躍遷，產(chǎn)生脆-韌轉(zhuǎn)變，之后到增加納米碳酸鈣含量到17.5份時，材料都保持了較高的沖擊強度(大于70kJ·m-2)，在20份時沖擊強度急劇下降，材料發(fā)生韌-脆轉(zhuǎn)變。這可能與其在量太高容易團聚有關，亦可能量太高時阻礙了CPE清晰網(wǎng)絡的形成而不利于韌性斷裂的產(chǎn)生。

圖2 納米碳酸鈣用量對PVC/CPE/納米 碳酸鈣沖擊強度的影響

2.3 彎曲模量的影響

圖3 CPE用量對復合材料彎曲模量的影響

圖3為CPE用量對復合材料彎曲模量的影響。從圖中可以看出，復合材料的彎曲模量隨CPE含量的增加而下降，加入了12份碳酸鈣的體系的彎曲模量較比不加的高。這是由于CPE自身的模量較低而影響了材料的剛性；剛性無機粒子具有增強作用，有利于模量的增加。這對增加管材的環(huán)剛度是有利的。

2.4 維卡軟化點的影響

維卡軟化點溫度對應于材料的耐熱性能。圖4為CPE用量對復合材料維卡軟化點溫度的影響，從圖中可以看出，復合材料的維卡軟化點隨CPE含量的增加而下降，納米碳酸鈣的加入有利于復合材料維卡軟化點較的提高。這是由于CPE自身的耐熱性能較低；剛性無機粒子有利于提高材料的維卡軟化點溫度。

圖4 CPE用量對復合材料維卡軟化點的影響

2.5 管材制備

配方為PVC100，CPE 5-9，納米碳酸鈣10～15，加工助劑ACR、硬化酸、石蠟、PE蠟、鈣-鋅穩(wěn)定劑等適量。然后高速混合攪拌均勻，降溫冷卻再攪拌，管材生產(chǎn)線上擠出，模具成型管胚，真空冷卻定型，冷卻降溫，牽引，切割、擴口、檢驗。

管材檢測結果表明： 二氯甲烷浸漬試驗，15±1℃ 30min 表面無變化；高速沖擊試驗未發(fā)生脆性破壞。性能達到GB/T 32018.1-2015 給水用抗沖改性聚氯乙烯(PVC-M)管道系統(tǒng)要求。

3 結論

PVC/CPE復合材料加CPE重量8份產(chǎn)生了脆韌轉(zhuǎn)變。納米碳酸鈣有加入，降低了材料產(chǎn)生脆-韌轉(zhuǎn)變所需要的氯化聚乙烯，增加了剛性和耐熱性。通過合適的PVC、CPE 、納米碳酸鈣及助劑等，可生產(chǎn)出PVC高抗沖管材。

[1] Wu S.Phase structure and adhesion in polymer blends:a criterion for rubber toughening[J].Polymer,l985,26(12):1855-1863.

[2] 鄭南鋒，宋 波.納米碳酸鈣在聚氯乙烯中的應用研究[J].廣東化工，2015(08)：104-105.