大口徑聚氯乙烯（PVC）管道用樹脂性能的研究

孫秀慧，遵倩，鄭先偉

（廣東聯塑科技實業有限公司，廣東 佛山 528318）

0 引言

在我國，聚氯乙烯（PVC）是塑料中生產量最多的品種。由于其具有阻燃和抗紫外光性能佳、力學性能優良、電絕緣性和化學穩定性好等優點，被廣泛應用于農業灌溉、供排水、電線電纜和城市排污等領域。

目前PVC管道的生產一般均采用PVC樹脂混合料直接擠出，但普通疏松型樹脂顆粒形態不夠規整，表觀密度低，加工中喂料不足，易使管壁中產生氣孔，嚴重影響產量和產品質量，不適于大口徑管道的生產。因此，本文研究了三種不同牌號的大口徑聚氯乙烯（PVC）樹脂的100g樹脂增塑劑吸收量、粒徑分布、表觀形貌、表觀密度等性能，旨在為大口徑PVC管道制品的生產提供理論依據[1]。

1 實驗部分

1.1 原料

市售三種不同牌號的大口徑PVC管道樹脂，編號為：1#、2#、3#。

1.2 儀器及設備

激光粒度分析儀；表觀密度儀；離心機；顯微鏡。

1.3 測試方法

1.3.1 100g樹脂增塑劑吸收量

按GB/T 3400規定測定1#、2#、3#樹脂的增塑劑吸收量。

1.3.2 粒徑分布

采用激光粒度分析儀測定1#、2#、3#樹脂的粒徑分布。

1.3.3 表觀形貌

用光學顯微鏡觀察1#、2#、3#樹脂的顆粒形態并拍照。

1.3.4 表觀密度

按GB/T 20022規定測定1#、2#、3#樹脂的表觀密度。

2 結果與討論

2.1 100g樹脂增塑劑吸收量

表1 是1#、2#、3#大口徑PVC管道樹脂的增塑劑吸收量。從表1可以看出，2#樹脂增塑劑吸收量最小，3#樹脂增塑劑吸收量最大，1#與3#增塑劑吸收量接近。樹脂顆粒內部空隙由粒內開孔和粒內閉孔組成。在測試樹脂吸收增塑劑的條件下，增塑劑DOP僅進入并填滿粒內開孔，而不能進入粒內閉孔，也不會使樹脂溶脹，因此100g樹脂增塑劑吸收量指標可代表粒內開孔孔隙率。因此，從表1增塑劑吸收量可以說明3#內孔開孔率最大，2#內孔開孔率最小[2-4]。

表1 三種大口徑PVC管道樹脂的增塑劑吸收量

在樹脂增塑劑吸收量指標可代表粒內開孔孔隙率的前提下，假設樹脂總體積為1，可利用下式近似計算樹脂分子體積分率，結果見表2。

表2 三種大口徑PVC管道樹脂的粒子體積分率

式中：

AD——表觀密度，g/ml；

CPA——100g樹脂增塑劑吸收量，g；

ρPVC——PVC樹脂密度，g/cm3；

ρDOP——增塑劑DOP密度，g/cm3。

樹脂粒子體積分率可直觀地反映樹脂顆粒堆積密實程度情況。從表2可以看出，1#、2#、3#樹脂的粒子體積分率逐漸減小，由56.0%減小至47.8%，說明1#、2#、3#樹脂顆粒堆積程度逐漸疏松。

2.2 粒徑分布

表3 是1#、2#、3#大口徑PVC管道樹脂利用激光粒度分析儀得到的粒徑分布數據。從表3可以看出，1#、2#、3#樹脂的粒徑逐漸增大，比表面積逐漸減小，從邊界粒徑數據看，2#樹脂粒度分布最窄，3#樹脂粒度分布最寬。1#、2#、3#樹脂比表面積逐漸減小，這是因為1#、2#、3#樹脂粒徑逐漸增大，而1#和3#樹脂增塑劑吸收量相近，樣品內孔開孔率相差不大的情況下，粒子較小較細的粉末比表面積更大，因此1#比3#比表面積大，而2#樹脂增塑劑吸收量遠小于1#，則2#樹脂內開孔率小，因此2#樹脂比1#樹脂比表面積小。

表3 三種大口徑PVC管道樹脂的粒徑分布數據

2.3 表觀形貌

分別拍攝了1#、2#、3#樹脂的光學顯微鏡照片，如圖1所示。從圖1中可以看出，1#樹脂外形飽滿，形狀規整，大部分粒子呈圓球形，粒子大小均勻，2#樹脂相比1#形狀規整度欠佳，有許多粘連顆粒，3#樹脂粒子形狀不一，粒徑大小不一，規整度最差，堆積最為疏松。在顯微鏡視野中，可以明顯看到3#樹脂粒子與粒子之間堆積最疏松，這與3#樹脂的粒子體積分率最小呈現一樣的趨勢[5]。

圖1 三種大口徑PVC管道樹脂粉的顯微鏡照片

2.4 表觀密度

表4 是1#、2#、3#大口徑PVC管道樹脂的表觀密度測試結果。從表4可以看出，1#、2#、3#樹脂的表觀密度逐漸下降，且下降幅度較為明顯，3#相比1#，表觀密度下降值為0.1g/ml。表觀密度是PVC粉體未被壓縮的情況下單位體積的質量。通常情況下形狀規整、粒徑分布窄的PVC樹脂堆積孔隙少，表觀密度大，此外，樹脂內部孔隙率越小，表觀密度也越大。綜合以上數據分析，在3個樣品中，1#增塑劑吸收量高，雖然顆粒內部開孔孔隙率較大，但樣品粒徑最小，粒度分布較窄，粒子外形飽滿規整，樹脂粒子體積分率最大，粒子堆積緊密，因此表觀密度最大；3#樹脂增塑劑吸收量高，顆粒內部開孔孔隙率最大，粒子外形不規整，粒徑大，粒度分布較寬，樹脂粒子體積分率最小，因此表觀密度最小；2#相比1#，雖然增塑劑吸收量低，顆粒內部開孔孔隙率小以及粒度分布最窄對表觀密度有促進作用，但2#外形規整度欠佳，有許多粘連顆粒，導致樹脂粒子體積分率沒有1#大，粒子堆積不如1#緊密，因此表觀密度比1#小，但也高于3#樹脂。

表4 三種大口徑PVC管道樹脂的表觀密度

3 結語

從上述三種不同牌號的大口徑聚氯乙烯（PVC）樹脂的表觀密度、粒徑分布、100g樹脂增塑劑吸收量、表觀形貌研究數據發現，1#樹脂增塑劑吸收量高，雖然顆粒內部開孔孔隙率大，但樣品粒徑最小，粒度分布較窄，粒子外形飽滿規整，樹脂粒子體積分率最大，粒子堆積緊密，表觀密度最大，更適合生產大口徑HDPE管材。