決定PVC制品的抗沖擊性能的因素眾多,包括PVC分子量大小,材料的表面狀況,材料的厚度,使用溫度,抗沖改性劑的型號(hào)、結(jié)構(gòu)及其顆粒大小,含量,UV下的穩(wěn)定性,合成工藝(分散機(jī)理)。核殼結(jié)構(gòu)的抗沖改性劑中殼的厚度,以及與配方中其他組分的作用(包括填料,熱穩(wěn)定劑,潤(rùn)滑劑)。抗沖擊改性劑不僅增加抗沖擊強(qiáng)度,也會(huì)影響PVC材料的一些其它屬性。
通常情況下,PVC的抗沖強(qiáng)度隨PVC分子量的增加而提升,市場(chǎng)上也存在分子量超過(guò)2500的超高分子量PVC,它的抗沖擊性能要優(yōu)于通用型PVC樹(shù)脂(SG-1~SG-8),因此,對(duì)于抗沖性要求不高的PVC制品中,可選擇高分子量PVC而無(wú)需額外添加抗沖改性劑,但成型加工問(wèn)題需要額外注意。添加相同份數(shù)及牌號(hào)的抗沖改性劑于不同聚合度的PVC樹(shù)脂中,所得的抗沖強(qiáng)度同PVC分子量呈正相關(guān)的特性,即同樣條件下,改性的高分子量PVC樹(shù)脂抗沖性能更優(yōu)。
硬質(zhì)PVC是脆性材料。表面缺陷或瑕疵會(huì)增加撞擊斷裂的概率,多種因素可形成PVC表面缺陷,如大粒徑的填料,表面壓花等表面處理工藝,以及風(fēng)化或環(huán)境因素引起的PVC樹(shù)脂表面降解。當(dāng)PVC材料受力時(shí),產(chǎn)生沖擊能,導(dǎo)致裂縫從表面缺陷發(fā)起并向內(nèi)部傳播,直至消失。多種方式可以消除產(chǎn)生的沖擊能,如傳播的裂紋遇到空腔或傳播的力作用于較大的表面積時(shí),都有利于消除產(chǎn)生的作用力,納米級(jí)的碳酸鈣正是利用類似的機(jī)理實(shí)現(xiàn)增韌作用。此外還有一種理論認(rèn)為,納米粒子改變了PVC的結(jié)晶性(PVC結(jié)晶度約為10%,屬于非晶高分子材料)并起到增強(qiáng)作用,由此抵抗沖擊性能力大幅度提升,或是納米粒子同PVC共混時(shí)產(chǎn)生了剪切帶,剪切帶可以吸收更多的沖擊能。
有些抗沖改性劑的粒徑的確定的,而有一些抗沖改性劑的最終粒徑及尺度同共混過(guò)程有關(guān),典型的例子為氯化聚乙烯CPE。熔化溫度是控制熔融以及沖擊的主要因素。CPE分散相對(duì)比較復(fù)雜,CPE的熔融溫度比PVC低,為110-130℃,加工過(guò)程中CPE先熔融,此時(shí)熔融的CPE涂覆在未熔融的PVC表面上,形成網(wǎng)絡(luò)。隨著溫度的提高,PVC開(kāi)始熔融,此時(shí)形成了PVC和CPE的兩項(xiàng)共存的系統(tǒng)。通常CPE添加量較小,在上述系統(tǒng)中發(fā)生相轉(zhuǎn)化作用,CPE變成分散相夾雜在連續(xù)的PVC熔體中,CPE的分散尺度對(duì)材料的沖擊性能有重要影響。在相同添加量的條件下,當(dāng)熔融的CPE粒徑為1μm時(shí),所獲得的改性PVC沖擊性能最優(yōu)。
CPE的性質(zhì)與氯含量有關(guān)。 傳統(tǒng)上,使用的是含氯35%的CPE,因?yàn)樗哂懈孟鹉z彈性及優(yōu)良的相容性。最近,含氯25%CPE也在被使用,因?yàn)樗艽龠M(jìn)熔融并提高熔體強(qiáng)度。此外,普通的PVC熱穩(wěn)定劑也可以用于CPE,而不需要加入其他特殊的穩(wěn)定劑。
核殼性抗沖改性劑也廣泛用于PVC制品中。其中,核提供抗沖擊性,殼改善PVC和抗沖改性劑顆粒之間的附著力。MBS是由丁二烯-苯乙烯共聚物制成核,由甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物制成的殼;丙烯酸類抗沖改性劑,AIM,是以丙烯酸為核,以聚甲基丙烯酸甲酯為殼,而硅氧烷-丙烯酸酯在核中具有多層結(jié)構(gòu)。MBS類似于ABS,與PVC具有良好的相容性,可用作PVC的抗沖改性劑。但是在ABS和MBS配方中,由于兩者缺乏耐候性,因此它們大多數(shù)被用于室內(nèi)制品。MBS能用于半透明至透明產(chǎn)品,而使用AIM,只能用于半透明的產(chǎn)品。為了提高AIM的光學(xué)性能,必須重新設(shè)計(jì)。當(dāng)用于透明產(chǎn)品,核選擇用丙烯酸-苯乙烯共聚物制成。比較含硅酯的以及所有其他丙烯酸類抗沖改性劑,PVC含硅酯類產(chǎn)品都有優(yōu)良的低溫沖擊性能,也就是說(shuō)丙烯酸抗沖改性劑中硅脂的加入提供優(yōu)異的耐候性和熱穩(wěn)定性,戶外PVC制品耐沖擊性得到改善。
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