離聚物在PVC塑膠跑道中的應用研究

張友新 汪品洋 王恒

（廣東技塑新材料股份有限公司，東莞，523000）

本研究以丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸丁酯形成的三元無規共聚物為離聚物成型劑WY-68，改性PVC共混體系生產塑膠跑道。通過多次的實驗，調節離聚物的不同用量，分析了無機填料的加入與PVC共混體系的分散性和相容性以及離聚物起增容作用的根本原因，找到了最佳配比，確定了擠出成型工藝條件。實驗結果表明，引入離聚物改性PVC共混體系生產的PVC塑膠跑道，可有效地改善物料的相容性、加工性能和材料的界面黏結強度，使產品具有良好的抗滑耐磨和低溫柔軟性能。

1 實驗部分

1.1 原料與助劑

PVC樹脂,DG-1300，天津大沽化工股份有限公司；鈣鋅復合穩定劑,A-200P，水澤化學工業株式會社；離聚物型成型劑,WY-68，江蘇愛特恩高分子材料有限公司；增塑劑,DOTP，中山聯成化學工業有限公司；增塑劑,DOA，中山聯成化學工業有限公司；耐磨止滑劑661，美國杜邦公司；輕質CaCO3，賀洲市盛泰新材料科有限公司；抗沖改性劑,HL-ACM，山東日科化學股份公司；抗氧劑,1010，山東臨沂三豐化工有限公司；紫外線吸收劑,UV-531，山東臨沂三豐化工有限公司；潤滑劑,TPS-6，東莞市晨龍化工材料貿易公司；納米氧化鋅,CY-JH05，杭州九朋新材料有限公司；膨脹劑,JH-205，河北博建精細化工有限公司；粉煤灰、顏料，市售。

1.2 設備及儀器

高低混合機組，SM-300/600，東莞市三優塑料機械制造公司；單螺桿擠出造粒，SFDP-120，東莞市三優塑料機械制造公司；全自動壓片機，ZG-50T，東莞市正工機電設備科技有限公司；四輥壓延機，SY-4T-1730B,無錫市昌盛橡膠機械廠；沖擊吸收與垂直變形檢測儀，Delta0222，東莞市高升電子精密科技公司；抗滑值測定儀，PD-3，天津市美特斯試驗廠；電子多功能試驗機，GT-TCS-2000，高鐵檢測儀器有限公司。

1.3 配方及加工工藝

1.3.1 粉煤灰的過篩處理

電廠排放的粉煤灰顆粒一般是表面光滑而發亮的，微珠含量不高(玻璃微珠)，大部分是海綿狀玻璃體，顆粒大小不均勻。因此，在使用前必須進行過篩處理。將粉煤灰加入振動篩內進行過篩，篩余物控制在0.5%以下，過篩后的細粉顆粒為合格的粉煤灰。

1.3.2 試驗配方及工藝

其試驗配方對比見表1。

表1 不同試驗配方對比Tab.1 Comparison of different test formulas 質量份

混合工藝：物料的共混主要是將不同性質的組分以一定的方式組合起來形成具有不同于原組分聚集態結構和性能的新材料，設計共混物的關鍵是聚合物組分間的相容性。在共混物中,各組分間相容程度體現在界面區域內聚合物之間的相互作用及行為。形成相容性共混物的主要困難在于由于低的混合熵和過多的混合熱而導致的不佳的熱力學條件。因而共混物中各組分的相容性一直是高分子共混物研究中的熱門課題。本試驗需分別混合出含有離聚物WY-68，2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份改性PVC混合料：將不同質量份離聚物WY-68，計量好后，分別加入已稱量好的PVC樹脂及各種助劑中，進行高速混合，熱混時間約10 min，溫度達到110℃時，即可放料至冷混機內冷混至溫度達到45℃時，放料至儲料倉。

生產工藝：將上述混合出含有不同份數的離聚物WY-68改性物料，分別經精密計量喂料器送入單螺桿擠出機中擠出、拉條、冷卻、切粒制成PVC塑膠跑道顆粒料，然后將PVC塑膠跑道顆粒料，取樣經自動壓片機進行壓片試驗。其生產工藝溫度控制的基本原則是：機身溫度的控制，由高到低。Ⅰ區、Ⅱ區溫度宜高一些，利于物料的塑化。Ⅲ區～Ⅴ區溫度應逐步降低，以保持熔壓穩定升高，防止物料在機筒內分解。機頭溫度的控制，為兩頭高，中間低，以利于機頭的整個橫截面內物流速平衡一致。合流芯溫度宜低于機身和機頭的各區溫度控制。具體工藝條件見表2。

表2 工藝條件Tab.2 Conditions of technical process

1.3.3 PVC塑膠跑道的壓片試樣的制備

將擠出生產PVC塑膠跑道造粒料，按模具要求尺寸大小，計量好用量放入模具內，并置于自動壓片機內，關上安全門。上模溫度165℃，下模溫度 165℃，預熱 3 min，預熱壓力 12 MPa，保壓壓力 135 MPa，保壓時間 5 min，冷卻時間 3 min，時間到了，打開安全門，取出壓片試樣進行測試。

2 結果與討論

2.1 離聚物WY-68的改性機理

大多數聚合物共混時是不相容的，要使物料共混相容，就必須使聚合物間具有某些特殊的離子相互作用，是共混體系能起到增容作用。離聚物的引入能極大地改善物料的相容性，起到增容作用。從而使得原來不相容的共混體系變得相容。[2]離聚物WY-68為離子型聚集體，一端為同PVC相容性優良的丙烯酸酯類共聚物，可均勻地分散至PVC粒子中，分子鏈中的離子基團可同PVC的氯離子產生相互作用，聚合態的丙烯酸酯分子鏈分散在PVC鏈的內部，由此降低了PVC分子鏈之間的極性，從結構上相當于內增塑作用，降低了PVC共混體系的熔融溫度。此外，由于離聚物WY-68中含有剛性的粒子，同樣可增加PVC共混體系加工過程的摩擦力，促進PVC共混體系的熔融，由此促進了PVC粒子塑化。離聚物WY-68分子中由于含有部分未反應完全的羧基 （COO-）,同無機填料之間存在化學作用力，并且由于高分子型離聚體WY-68主鏈為丙烯酸酯類物質，同PVC共混體系具有良好的相容性，這樣離聚物WY-68如同“橋梁”一樣將PVC和無機填料緊密的結合在一起，增強了無機填料在PVC樹脂中分散性。由于離聚物的特性，無機填料分散性改善的同時，擠出過程中的熔體流動性以及塑化性能大幅度得到改善[3]。

2.2 添加不同離聚物對擠出成型的影響

通過表1配方的試驗來看，在原配方(未加離聚物型成型劑)擠出工藝條件基本不變的情況下，當添加2.5份時，與不加離聚物型成型劑WY-68生產PVC塑膠跑道對比，螺桿的扭矩和熔壓不夠穩定，出料比較快，這可能是物料在熱和剪切的雙重作用下，PVC配方體系的塑化時間縮短，提前塑化了。當離聚物調整到3份時，螺桿的扭矩和熔壓上升較快，當升到一定壓力值時開始逐漸平穩。但是擠出物料塑化不均勻，這可能是在熱和剪切的雙重作用下，PVC分子鏈運動性增加，破壞PVC凝聚態結構，使配方體系沒有完全融合塑化[1]，影響了擠出物料塑化均勻性。當繼續將離聚物調整到3.5份時，螺桿的扭矩和熔壓開始緩慢平穩上升，當升到一定壓力值時開始平穩，這時擠出物料的塑化和成型比較穩定。這可能是改性離聚物與PVC配方體系已完全融合。由于離聚物WY-68為離子型聚集體，一端為同PVC相容性優良的丙烯酸酯類共聚物，保證了同PVC良好的相容性，可均勻地分散至PVC粒子中，分子鏈中的離子基團可同PVC的氯離子產生相互作用，聚合態的丙烯酸酯分子鏈分散在PVC鏈的內部，由此降低了PVC分子鏈之間的極性，從結構上相當于內增塑作用，使物料達到了塑化平衡，相容性好。當離聚物WY-68調整到4份時，螺桿的扭矩和熔壓開始出現了下降，物料出料比較慢，不穩定，這可能是改性酯塑復配料在PVC塑膠跑道配方體系中在熱和剪切的雙重作用下，產生了物料過度塑化，時間縮短。當繼續增加到4.5份，塑化時間隨著離聚物的增加而有進一步縮短的趨勢。因此，通過實驗得出結果，改性離聚物WY-68為3.5份時，物料的塑化、工藝穩定性最好。另外要特別注意:在研究配方體系中的某種原材料對產品的力學性能和加工性能的影響時，調整時不可一次多項變動材料，一般選擇一項進行調整，這樣便于分析工藝過程的變化及某種原材料對產品力學性能的研究，給下次的配方實驗調整提供一定的分 析條件。

2.3 壓片試樣的力學性能

將不同質量份的離聚物WY-68改性共混物生產的PVC塑膠跑道顆粒料，進行取樣測試。按GB 36246-2018標準進行檢測，試樣厚度13 mm，性能參數測試結果如表3所示。

表3 PVC塑膠跑道試樣壓片的力學性能測定結果Tab.3 Determination of mechanical properties of PVC plastic track specimens

從表3可見，不同質量份的離聚物WY-68改性共混物生產的PVC塑膠跑道顆粒料，經取樣壓片測試結果可以看出，配方1#和配方2#中PVC塑膠跑道的力學性能相對于未加離聚物型成型劑生產的PVC塑膠跑道有所提升，說明離聚物WY-68發揮了自身的性能優點，得到了有效利用。從配方4#和5#對比未加離聚物型成型劑可以看出，隨著改性紙塑復配料的增加，PVC塑膠跑道的各項力學性能指標也在上升，但是上升的幅度相對配方3#不高，這可能是在熱和剪切的雙重作用下，PVC分子鏈運動性增加，破壞PVC凝聚態結構，使配方體系沒有完全融合塑化，影響了擠出物料塑化均勻性。配方3#各項性能指標有了明顯的提高，這說明3.5份離聚物WY-68使得PVC共混體系中的無機材料與PVC塑膠跑道配方體系已完全融合，達到了物料塑化平衡。發揮了離子間的相互作用，使離聚物起到增容作用，改善PVC共混體系的相容性,從而有效地提高PVC塑膠跑道的力學性能。

3 結論

（1）加入適量的離聚物型成型劑WY-68，改善了物料的加工性能和PVC共混體系的相容性，有效地提高PVC塑膠跑道力學性能。

（2）在PVC共混體系引入離聚物改性，如同“橋梁”一樣能夠將PVC和無機填料緊密地結合在一起，增強了無機填料在PVC樹脂中分散性和相容性。

（3）隨著離聚物WY-68的增加，可改善PVC配方體系的相容性和物料的界面黏結性增強，當離聚物WY-68用量在3.5份時，各項性能指標有了明顯的提高。