聚氯乙烯配方设计及热性能测试姓名（烟台大学化学化工学院，高分子材料与工程，学号）摘要：聚氯乙烯(PVC)是综合性能优良的通用塑料,熔融温度较高，熔体黏度大，流动性差，对热不稳定，因此在成型过程中加入适当的添加剂，改善其成型工艺性能。
本实验研究不同助剂及用量对纯PVC性能的影响，通过模压成型制成PVC板材，制备成不同的样条，并测定其维卡软化温度。
关键词：PVC树脂；改性配方；维卡软化温度；热性能前言PVC由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。
是氯乙烯的均聚物。
氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂。
PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。
工业生产的PVC分子量一般在5万～12万范围内，具有较大的多分散性，分子量随聚合温度的降低而增加。
无固定熔点，80～85℃开始软化，130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态。
PVC大分子链中还含有强极性的氯原子，导致分子间作用力较大，从而提高了PVC 的力学、刚性和硬度，有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度5～10kJ/m2，并且在一定程度随分子量的增大而提高，随温度的升高而降低，随增塑剂含量的增大而下降。
有优异的介电性能。
但对光和热的稳定性差，在100℃以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢，并进一步自动催化分解，引起变色，物理机械性能也迅速下降，在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。
PVC很坚硬，溶解性也很差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中，对有机和无机酸、碱、盐均稳定，化学稳定性随使用温度的升高而降低。
聚氯乙烯本色为微黄色半透明状，有光泽，密度为1.35～1.45g/m3，常有悬浮疏松型和悬浮紧密型。
透明度胜于聚乙烯、聚丙烯，随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯通常增塑剂的含量在0～5%（以PVC树脂为100%计）为硬质，在6～25%为半硬质，25%以上为软质。
软制品柔而韧，手感黏，硬质品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在曲折处会出现白化现象。
与此同时，聚氯乙烯制品的软硬程度也与其他助剂的种类和数量息息相关。
是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料。
另外，根据不同的用途和加工途径，我们也需要对树脂的型号做出选择。
不同型号的PVC树脂和各种助剂的配搭组合方式，就是我们常说的PVC配方设计了，严格说来是PVC改性配方，而PVC只有经过改性才能使用。
这一类常被归类为高分子改性材料。
高分子材料改性主要围绕通用塑料的高性能化、单组分材料向多组分材料复合材料转变（合金、共混、复合）、赋予材料功能化、优化性能与价格等方面的研究。
改性方法主要是化学改性、填充改性、增强改性、共混改性以及纳米复合改性。
改性基本原理就是通过添加物赋予材料功能或者提高某些性能。
本实验是通过聚氯乙烯添加不同分数的增塑剂和不用量的填料研究其制品的软硬程度。
1、实验研究1.1PVC配方设计的原则设计配方的原则是根据使用要求，根据我国已经制定了各类标准进行成分设计。
（1）PVC树脂为了获得迅速与均匀的塑化，应该采用悬浮法疏松型树脂，为了保证材的质量，减少次品率，树脂的来源要稳定。
（2）稳定剂目前国内采用的主要热稳定剂为：三碱式硫酸铅与二碱式铅盐,金属皂类并用、复合铅盐稳定剂、稀土复合稳定剂、有机锡稳定剂（3）填料1)加工改性剂：普通管材可以少用或不用；波纹管和薄壁管多用.2)冲击改性剂：比型材用量少,两方面原因:1.性能,耐低温,拉伸强度2.成本3)其他助剂：颜色：钛白用量,型材作为耐老化剂来使用,必须用.硬PVC管的配方中主要是色素，主要是钛白粉或炭黑，可依管材外观要求选用。
（4）外润滑剂与稳定剂的匹配设计1）根据稳定剂选择与之匹配的外润滑剂铅盐稳定剂与PVC树脂相容性差，仅附在PVC粒子表面，阻碍了PVC粒子间的融合，通常采用硬脂酸铅-硬脂酸钙外润滑剂与之匹配。
2）外润滑剂的用量当使用抗冲击增韧改性剂时，由于熔体粘度大，粘附到金属表面的可能性就大，往往需要增加外润滑剂的用量；用同一种设备挤出的薄壁管比同一规格的厚壁管所需的外润滑剂要多。
当加工温度高时，熔体粘附金属表面的倾向大，所加入的外润滑剂就多。
2、实验原料及设备2.2.1实验原料PVC树脂；三盐基硫酸铅、二盐基硫酸铅、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸钙；硬脂酸；碳酸钙；邻苯二甲酸二辛脂（DOP）以及邻苯二甲酸二丁酯（DBP）等。
2.2.2实验设备S(X)K-160双辊开炼机，GRH-10D型高速加热混合机，KLP-D/Q400×400×2E平板硫化机，WZY-240万能制样机，XWB-300F热变形、维卡软化点温度测定仪2.3配方设计根据软硬两种材料的不同需求，设计配方如下表：表1硬质PVC配方（质量份数）PVC硬脂酸三盐二盐PbSt BaSt偶联剂CaCO3 11000.421110.510 21000.421110.520 31000.421110.530表2软质PVC配方（质量份数）PVC DOP+DBP(2:1)硬脂酸三盐二盐PbSt BaSt偶联剂CaCO3 1100100.421110.520 2100200.421110.520 3100300.421110.5202.4工艺过程（1）配料：按照实验配方设计，称量树脂及各种助剂，配料总量在300g左右；（2）混合：将高速混合机清扫干净后关闭釜盖和出料阀，在出口接上接料用塑料袋，开机空转，调节转速至1500r/min，将称量好的PVC树脂及辅料依次倒入混合器中，盖上釜盖，按启动按钮，混合约2min后出料，清理高速混合机；（3）塑炼：将双辊开炼机开机空转，检查紧急刹车及其他装置无异，打开升温系统加热前后两辊，用弓形表面温度计测量辊筒温度并使其稳定在设定温度，将辊距调至0.5～1mm 范围内，将混合料投入两辊缝隙中使其包辊，经5min翻炼后将辊距调至1mm下片；（4）压制：将塑炼好的PVC薄片按模框大小剪成片材，放在100～200℃的烘箱内预热10min，将250kN平板硫化机加热，控制上下板温度，调节工作压力，模具在压制温度下预热10min，将预热好的片材每4～5片叠放至4mm厚的模具内，置入主平板中央，在压机上预热10min后开动压机加压，使压力表指针指示到所需工作压力，经2～7次卸压放气后在工作压力下设定压制时间，然后迅速去掉平板间的压力，将模具取出放在450kN的压机上，在油压为10MPa下冷压，后卸掉压机压力，取出模具，开模取出制品并清理模具。
2.5制备标准样条高分子加工工程实验实验试样获取途径有四个：直接从塑料制品上截取试样、直接从树脂取样、直接注射成型标准试样、间接从压制板材上切取试样。
我们采用第四种方法，运用WZY-240万能制样机，利用其结构的三大部分：削哑铃及平面部分，切割部分，铣缺口部分制出用于冲击、拉伸、氧指数、热性能等试验用标准试样2.6性能测试试样厚度为3～6mm，宽和长至少为10mm 10mm,或直径大于10mm。
1.4.3实验操作试样装好后，打开升温档；打开搅拌；选择升温速度（50℃/h）；在搅拌情况下，升温5min；调节温度调节钮，使指示灯出现暗红色即可（注意不得使继电器发出声音）；调节好后，正常进行实验；记下压入1mm时的温度。
将制得的试样装入热变形、维卡软化点温度测定仪并施加载荷后，打开升温档，打开搅拌，设定升温速度，在搅拌情况下升温5min，调节温度调节按钮使指示灯出现暗红色（继电器不得发出声音），进行试验，记下压入1mm时的时间和温度。
按上述操作可测得SPVC和HPVC维卡软化点温度如下图：图一软质PVC的形变-温度曲线图二硬质PVC的形变-温度曲线注：红色-配方1绿色-配方2黄色-配方33、数据分析3.1增塑剂对软质PVC性能的影响由图一我们可以清楚地看出在配方1添加增塑剂的含量为10份的维卡软化点温度最高，配方2添加增塑剂的含量为20份的维卡软化点温度次之，配方3添加增塑剂的含量为30份的维卡软化点温度最低。
查阅相关资料知，外增塑剂绝大多数是酯类有机化合物，其分子上得极性基团可与PVC上得氯原子相互吸引，减少了PVC分子间的相互作用，减少物理交联点。
此外，增塑剂的分子比PVC要小很多，活动较容易，增加了PVC分子链段活动的空间，从而使PVC的Tg下降，塑性增加。
因此，实验结果是正确的。
所以根据实验数据我们看出配方3的柔韧性最好，配方2的柔韧性其次，配方1的柔韧性最差，说明添加增塑剂可增加材料的柔韧性，随着添加增塑剂含量的增加，聚氯乙烯制品柔韧性越好。
3.2碳酸钙对硬质PVC的影响由图二我们可以看出配方1中添加CaCO3为10份维卡软化点温度最低，配方2中添加CaCO3为20份的维卡软化点温度次之，配方3中添加CaCO3为30份的维卡软化点温度最高。
根据维卡软化点温度不同我们可以得出：配方3制品的硬度最高，配方2制品的硬度次之，配方1制品的硬度最低。
填充碳酸钙会提高塑料制品的硬度和刚度，力学性能增强，而且比较其他小组实验结果也可得出此结论。
在本次实验中，可以得出填充剂可以增加材料的强度，随着填充材料碳酸钙的含量增加，聚氯乙烯制品的硬度也随着增强。
4结论通过本次试验，我们总结出添加增塑剂可增加材料的柔韧性，随着添加增塑剂含量的增加，聚氯乙烯制品柔韧性越好。
填充剂可以增加材料的强度，随着填充材料碳酸钙的含量增加，聚氯乙烯制品的硬度也随着增强。
实验不足之处：本次实验压制成型时得到的软聚氯乙烯的制品，有的部分凹陷，表面相对光滑；得到的硬聚氯乙烯的制品表面有一面凹陷较多，颜色有点发红。
查阅相关资料以及和老师讨论，影响的最主要的原因是我们最后一组做的硬质聚氯乙烯，每一组每次做实验都没有清理模具，对材料的性能有影响。
我希望在以后在研究时每一个配方可以多做几组，选择制品最好的进行性能测试；还可以进一步研究不同的增塑剂对制品柔软性的影响，研究不同的填充剂对制品硬度的影响。
随着社会的不断发展，市场的需求也在不断地变化，对PVC材料的性能也有了不同的要求。
我们可以根据市场的要求不断地改变材料的性能，不断提高材料的性能甚至可以发展复合材料来满足人们的要求。
聚氯乙烯树脂行业属于基础型和能源密集型产业，聚氯乙烯树脂在一定程度上增加了聚氯乙烯树脂市场价格波动的不确定性。
展望今后几年，我国聚氯乙烯树脂行业仍将处于一个较为艰难的整合期，将有多种因素影响到我国未来聚氯乙烯树脂的发展。
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