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探讨PVC颗粒形态变化对力学性能的影响

日期:2020/4/6 10:25:29 访问量:131 作者: 来源:
众所周知,PVC颗粒的形态与制品的力学性能有很密切的联系,现简单分析下:

PVC颗粒成型过程中,由于受热、剪切不同的作用效果,其树脂颗粒的形态会发生变化,最终引起制品性能的差异。颗粒形态的变化可以用塑化度来度量,塑化度(或熔融度)亦称凝胶化程度。凝胶是指不溶解于溶剂的部分。PVC加工过程中粒子破碎、细化到熔化、熔解,进一步至边界消失的过程,由于熔体中有网络形成和伴随的物理力学性能的变化又被称为凝胶化作用和塑化作用。PVC的凝胶化程度的深浅可用凝胶化度进行量化。凝胶化度的大小直接影响到PVC制品的性能。凝胶化度的测定方法有:溶剂浸泡法、密度测量法、硬度测量法、毛细管流变仪法和差示扫描量热法,其中最方便的方法是差示扫描量热法。

与PVC颗粒的形态变化相对应,所成型制品的力学性能会发生相应改变。在低于160℃时,由于粉粒的存在,主要靠粒子间的粘结,只在邻近分子链间存在界面键合力,这时所成型的制品强度低、很脆;在180℃时,由于短支链穿过初级粒子界面,相互作用力开始增强,因此,所成型制品的力学性能开始提高。又由于这时分子的缠结主要在粒子内部,可影响流动性,但流动性能却很好;达到190℃时,由于粒子已经完全破坏,形成相互缠结的链团结构,在这种加工工艺条件下所获得的制品仍有较好的力学性能,但是,分子间的缠绕使其加工流动性能变差。

在助剂配方及加工工艺条件相同的情况下,无论PVC树脂的相对分子质量如何,150℃以下加工得到的制品,凝胶化度为零。加工温度在150℃以上、215℃以下的范围内,制品的凝胶化度随加工温度的升高而升高。在同一温度下,相对分子质量较低的PVC制品比相对分子质量较高的制品的凝胶化度要高些。调整凝胶化度,可以改善PVC产品的后加工性能,优化制品的最终性能。

制品的凝胶化度介于60 %~65 %,制品中初级粒了尚未完全熔化、大部分熔合的时候,制品的冲击强度最大,即对应于加工温度大于185℃的时候,此时所成型的制品冲击强度最大[16]。相对分子质量大的PVC比相对分子质量小的冲击强度要大。润滑性较强的体系由于润滑剂的作用使分子物理连接作用下降,形成的物理交联网络弱,冲击强度较低。制品的屈服性能与凝胶化度关系不大,凝胶化度介于40 %~100 %,制品的屈服强度和屈服伸长率几乎相同。制品的断裂性能也与凝胶化度有很密切的关系,凝胶化度在60 %时,制品的断裂强度最高,凝胶化度在70 %时,制品的断裂伸长率最高[17]。

分别在150℃、170℃、180℃、190℃的温度下加工PVC树脂,并在160℃时用毛细管流变仪挤出,观察挤出制品的外观时发现,随加工温度的升高,挤出外观逐渐变为粗糙,甚至发生熔体破裂。这说明PVC颗粒结构发生了变化,凝胶度增大。相同条件下加工的物料随测试温度的升高,物料挤出外观改善,熔体破裂现象减轻。控制凝胶化度,初级粒子结构消失,制品容易得到表面光滑、细腻的效果。
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