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PVC /环氧树脂E51合金性能的研究
文章作者admin: 时间:2021-03-31 19:32
PVC /环氧树脂E51合金性能的研究

                   徐 明1,2,于 杰2,鲁圣军1,2,宫耀华1,王丽娥1,谢 普1

(1.贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550003; 2.国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心,贵州贵阳550014)

    [关键词]PVC;环氧树脂;力学性能;维卡软化温度

    [摘 要]采用模压法制备了PVC/环氧树脂E51合金,研究了环氧树脂E51用量对合金力学性能及维卡软化 温度的影响。结果表明:当环氧树脂E51用量为1~5份时,随着环氧树脂E51用量的增加,试样的缺口冲击强度、 拉伸强度、断裂伸长率、维卡软化温度先增加后减小。当环氧树脂E51用量为3份时,试样的缺口冲击强度、拉伸 强度、维卡软化温度出现最大值;当环氧树脂E51用量为4份时,试样的断裂伸长率出现最大值;当环氧树脂E51 用量为5份时,试样的缺口冲击强度、拉伸强度、维卡软化温度虽有所降低,但仍比原始PVC试样(指未添加环氧 树脂E51的试样)高,而试样的断裂伸长率则骤降,比原始PVC试样还低。在试验条件下,环氧树脂E51的最佳用 量为3份。试样冲击断面SEM照片的分析结果与缺口冲击强度的测试结果相符。

    [中图分类号]TQ325.3 [文献标志码]A [文章编号]1009-7937(2009)09-0018-04

    PVC具有阻燃、绝缘、耐油、耐酸碱、电气性能 优良等优点,其用途广泛、价格低廉,在国民经济中 起着重要的作用。但PVC也有很多缺点,如热稳定 性较差,硬而脆,缺口冲击强度较低,耐老化性、耐寒 性较差,加工困难等;因此,有必要对PVC进行改 性,其改性方法很多[1-5]。Pittman Jrcu[6-7]研究发 现,少量的热固性材料与PVC形成半互穿网络结 构,可明显提高PVC的力学性能。例如,在PVC中 加入质量分数5%的PAPI后,拉伸强度从纯PVC 的15.9 MPa提高到25.2 MPa;缺口冲击强度则从 纯PVC的21.9 J/m提高到32.1 J/m。笔者采用模 压法制备了PVC/环氧树脂E51合金,研究了环氧树脂E51用量对合金的力学性能及维卡软化温度的影响。

    1 试验

    1·1 原料

    PVC,S-1000,中国石油化工股份有限公司齐 鲁分公司;邻苯二甲酸二辛酯(DOP),工业品,金陵 石油化工有限责任公司化工一厂;钙锌稳定剂,工业 品,南京金陵化工厂;环氧树脂E51,上海树脂厂;固 化剂,504,上海树脂厂。

    1·2 仪器与设备

    SHR-10A型高速混合搅拌机,张家港市宏基 机械有限公司;25 t平板硫化机,江都市明珠试验机 械厂;SK-100型开放式炼胶机,上海科创橡塑机 械设备有限公司;ZBC-4B型液晶式摆锤冲击试验 机,深圳市新三思计量技术有限公司;WDW-100 型微机控制电子万能试验机,上海华龙测试仪器公 司;KYKY-2800B型扫描电子显微镜,北京中科科 仪技术发展有限责任公司。

    1·3 试样制备

    1.3.1 试验配方

    PVC S-1000,100份;环氧树脂E51,0~5份; 固化剂为环氧树脂E51用量的80%;DOP,10份; 钙锌稳定剂,1份;有机锡稳定剂,5份。

    1.3.2 制备工艺

    按试验配方配料,放入高速混合机中于100℃ 混合10 min,取出,放入开放式炼胶机在140℃下 塑炼,然后在平板硫化机上于190℃、15 MPa下压 制5 min,冷却2 min后,取样,最后放入烘箱于135 ℃固化3 h。

    1·4 性能测试

    拉伸性能按照GB/T 1040—2006《塑料拉伸性 能的试验方法》测试,试样为哑铃形,拉伸速度为50 mm/min。

    缺口冲击强度按照GB/T 1843—1996《塑料悬 臂梁冲击试验方法》测试,V形缺口,试样尺寸为80 mm×10 mm×4 mm,缺口深度为2 mm。

    维卡软化温度按照GB/T 1633—2000《热塑性 塑料维卡软化温度(VST)的测定》测试,砝码质量为 5 kg,升温速率为50℃/h。

    扫描电子显微镜测试(SEM):将常温冲击试样 的断面喷金处理后,在KYKY-2800B型扫描电子 显微镜上观察,加速电压为25 kV。

    2 结果与讨论

    2.1 力学性能分析

    图1是环氧树脂E51用量对试样缺口冲击强 度的影响。从图1可知,环氧树脂E51有助于提高 PVC的缺口冲击强度。当环氧树脂E51用量小于 3份时,随着环氧树脂E51用量的增加,试样的缺口 冲击强度增加;当环氧树脂E51用量继续增大时, 试样的缺口冲击强度反而下降,但仍比原始PVC试 样(指未添加环氧树脂E51的试样)高。当环氧树 脂E51用量在3份时,试样的缺口冲击强度最高 (5.0 kJ/m2),韧性最好。

                  

    图2是环氧树脂E51的用量对试样拉伸强度 的影响。从图2可知,试样的拉伸强度均比原始 PVC试样高。在环氧树脂E51用量小于3份时,随 着环氧树脂E51用量的增加,试样的拉伸强度增 加;环氧树脂E51用量超过3份以后,随着环氧树 脂E51用量的继续增加,试样的拉伸强度呈下降趋 势,但变化不大。由此可知,环氧树脂E51在PVC 基体中固化后有助于提高PVC的拉伸强度,且环氧 树脂E51用量在3份时,试样的拉伸强度最大 (67.0 MPa)。

                 

    图3是环氧树脂E51用量对试样断裂伸长率 的影响。从图3可知,环氧树脂E51用量小于4份 时,随着环氧树脂E51用量的增加,试样的断裂伸 长率增加;当环氧树脂E51用量为4份时,试样的 断裂伸长率达到最大值(22%);当环氧树脂E51用 量为5份时,试样的断裂伸长率骤减。其原因可能 是环氧树脂E51用量过多后,脆性的固化物含量过 多,使PVC/环氧树脂E51共混物变脆。

                

    2.2 维卡软化温度

    图4为环氧树脂E51用量对试样维卡软化温 度的影响。

                

    由图4可知,环氧树脂E51有利于提高PVC的 维卡软化温度。在环氧树脂E51用量小于3份时, 随着环氧树脂E51用量的增加,试样的维卡软化温 度升高;当环氧树脂E51用量大于3份时,试样的 维卡软化温度有所降低,但仍比原始PVC试样的维 卡软化温度高。环氧树脂E51用量为3份时,试样 的维卡软化温度达到最大值(57.9℃)。

    综合分析试样的力学性能与维卡软化温度的变 化。当环氧树脂E51用量小于3份时,随着E51用 量的增加,各项性能均提高;当环氧树脂E51用量 超过3份以后,试样的缺口冲击强度、拉伸强度、维 卡软化温度则有所下降;断裂伸长率则在环氧树脂 E51用量为5份时,出现骤降。这是由于环氧树脂 E51在固化过程中会放出热量,随着环氧树脂E51 用量的增加,固化物增加,固化过程中放出的热量增 加,促进基体PVC的分解,不利于共混物综合性能 的提高。当少量的环氧树脂E51(小于3份)加入并 固化后,其与基体PVC形成半互穿网络结构,且放 出热量较少,对基体PVC影响较小,使各项性能均 有所提高。当E51用量过多(超过3份)时,由于脆 性的固化物较多,且固化物放出的热量较多,使基体 PVC有所分解,反而使各项性能下降。

    2.3 SEM

    图5是试样冲击断面的SEM照片。

                     

                    

    从图5可以看出,原始PVC试样的断面极为平 坦,加入环氧树脂E51后断面相对原始PVC试样粗糙。断面越为平坦,说明冲击时阻力就越小,冲击 过程中吸收的外界能量就越少,表现为缺口冲击强度低,韧性差;反之,断面越粗糙,冲击时阻力就越 大,冲击过程中吸收的外界能量就越多,表现为缺口 冲击强度较高,韧性相对较好。图5验证了原始 PVC试样脆、韧性差,加入环氧树脂E51后韧性提 高的现象。图5(c)中断面最不平整,且有基体被撕出时的裂痕出现,说明冲击过程中阻力较大,吸收的冲击功较多,表明E51用量为3份时试样的韧性最好。这与环氧树脂E51用量为3份时试样缺口冲击强度最高的试验结果是一致的。图5(d)中断面 又变得平坦,说明环氧树脂E51用量过多时,试样变脆,韧性反而下降。这与环氧树脂E51用量过多 时试样缺口冲击强度反而下降的试验结果也是一致的。

    3 结论

    (1)环氧树脂E51用量小于3份时,随环氧树脂E51用量增加,试样的缺口冲击强度、拉伸强度 均增大;环氧树脂E51用量超过3份时,随环氧树脂E51用量增加,试样的缺口冲击强度、拉伸强度降低;在环氧树脂E51用量为4份时,试样的断裂伸长率达到最大,超过4份则骤降。

    (2)环氧树脂E51有助于提高PVC的维卡软化温度。环氧树脂E51用量小于3份时,随环氧树脂E51用量的增加,试样的维卡软化温度升高,环氧树脂E51用量超过3份,试样的维卡软化温度略有降低,但均比原始PVC试样高。

    (3)在试验条件下,环氧树脂E51的最佳用量为3份。

    (4)试样冲击断面SEM照片的分析结果与缺口冲击强度的测试结果相符。

[参考文献]

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[2]吴陪熙,张留成.聚合物共混改性[M].北京:中国轻工 业出版社,2001:207-208.

[3]高俊刚,杨丽庭.改性聚氯乙烯新材料[M].北京:化学 工业出版社,2002:1-130.

[4]张桂云,张 联,李 静.共混改性聚氯乙烯的研究状况 [J].高分子材料科学与工程,1998(3):4-6.

[5]黄 兴.国内硬质PVC共混增韧改性研究现状[J].塑料 科技,1999(2):32-34.

[6] Pittman Jrcu,X M Xu,L C Wang.Mechanical and viscoe- lastic properties

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[7] X M Xu,Pittman Jrcu,H Toghiani.Modeling domain mixing in 

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