本文是由賽諾聚乙烯蠟小編摘自《塑料助劑》，由于篇幅較長，本文分為三篇文章進行闡述，本篇為第一篇。

《塑料助劑》 2015年第4期

王文治^1,2，關龍龍¹，梁小娟²，李均立²，李  染¹

0 引言

PVC-U的凝膠化度Dg(Degree of gelation)，也稱熔合度( Fusion level)是影響其使用性能，尤其是影響PVC-U管材長期靜液壓強度的重要因素。ISO 1452-2: 2009 [給水和埋地及地面上加壓排水、排污的塑料管道系統----笫2部分：管材]除使用傳統的二氯甲烷浸漬法(DCMT)評價Dg之外，還增加了縱向拉伸強度(ISO 6259)和差示掃描量熱法(DSC )測定PVC-U管材的最高加工溫度Tp (ISO 18373-1) 兩種方法作為評價Dg的方法，分別從管材的耐溶劑性、力學性能和加工工藝的控制三個方面進行Dg的評價，由此可見Dg的評價對PVC-U壓力管道的重要性。

評價PVC-U的Dg的主要方法有溶劑吸收法、毛細管流變儀法、DSC法和顯微分析法等，這些方法從不同層面和不同角度表征和評價PVC-U的Dg。

溶劑吸收法所表征的是溶劑對三維大分子網絡的溶脹程度，這種方法簡便、經濟，其最常用的二氯甲烷浸漬法已成為標準化方法。但這種方法難以定量評價且不夠環保。

毛細管流變儀法于1971年由A.Gonze提出，所表征的是熔體彈性與Dg的關系，這是評價PVC-U的Dg各種方法中定量地揭示材料結構與性能相關性的好方法。但此法需通過測試五個以上不同加工溫度的樣品的毛細管入口壓力降并作出參考曲線，過程較繁復，不適合生產企業的生產控制和質量控制。

DSC法是通過測試樣品的次生微晶的熔融焓(A峰熔融焓)與全部微晶的熔融焓(A峰和B峰的熔融焓之和)的比值來計算Dg，于上世紀八十年代由M.Gilbert 提出。此法可對樣品的局部區域進行精準測試。但由于PVC-U微晶熔程的終點溫度至今仍無定論，影響了實驗室間測試結果的精密度，因此，國際標準ISO 18373-1：2007和ISO 18373-2：2008分別以最高加工溫度Tp和A峰熔融焓間接評價PVC-U制品的Dg  。  

顯微分析法常與轉矩流變儀并用，用光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡觀察轉矩流變儀實驗過程中聚氯乙烯(PVC)樹脂粉的形貌變化，這種方法直觀但難以量化。這種方法的研究結果已有不少報導，本文在參考文獻的研究結果基礎之上，探討一種使用轉矩流變儀評價PVC-U凝膠化度的方法。

1 實驗部分

1.1主要原料

PVC樹脂粉，SG-5，宜昌宜化太平洋化工有限公司；

鈣鋅穩定劑，JX -W-01-D6, 河北精信化工集團有限公司；

輕質碳酸鈣，BT-3，廣東恩平匯雄化工有限公司；

合成蠟，SPC105，珠海斯貝克石油化工有限公司；

硬脂酸，1801-1，印尼斯文化工油脂集團。

1.2 主要儀器

轉矩流變儀，XSS-300，上海科創橡膠機械設備有限公司；

掃描電子顯微鏡(SEM)，KYKY-EM6200，中科科儀股份有限公司；

小型離子濺射儀， SBC-12，中科科儀股份有限公司；

高速混合機，GH 10，北京澤島機械有限公司。

1.3 實驗操作

1.3.1 配混料的制備

配混料的配方為PVC，100份(重量)；穩定劑，3份；碳酸鈣，10份；硬酯酸，0.3份；合成蠟，0.2份。

用GH-10高速混合機進行攪拌混合，轉速1000 r/min，混料時間5min。

1.4性能測試與結構表征

1.4.1 轉矩流變曲線的測試

加料量70g，測試溫度190℃，轉速50 r/min。

1.4.2 SEM表征樣品的表面形貌

將從轉矩流變儀的混煉室取出的試樣快速扔入冰水中冷卻，涼干后從試樣表面上刮取樣品，樣品表面采用小型離子濺射儀進行噴金，噴金時間為4min，電流為6-8mA。

2 結果和討論

2.1 PVC-U的凝膠化行為

由于PVC聚合物不溶解于單體中，而且PVC聚合物中含有間規立構鏈段所構成的微晶，因此，PVC樹脂顆粒具有以微晶、初級粒子、樹脂顆粒為基本層次的多層次結構(Hierarchical Structure)。表1列出了PVC-U制品所廣為使用的懸浮聚合的PVC顆粒的層次結構。

表1 懸浮聚合PVC顆粒的層次結構

Tab.1  Hierarchical structure of Suspension PVC particles

與熱固性樹脂的凝膠化不同，所謂PVC的凝膠化行為，是指在熱能和機械能作用下，PVC顆粒的層次結構逐步發生變化，直至生成初級粒子流動單元，原生微晶中的低熔點群開始熔化。隨著剪切和溫度進一步增加，初級粒子破裂，更多原生微晶熔化，原先有序排列的PVC分子松馳伸張而貫穿到鄰近的初級粒子中，初級粒子之間有較多帶狀分子互相纏結，然后形成均一熔體。冷卻時，已熔化的原生微晶生成次生微晶，并形成以次生微晶為物理交聯點的三維大分子網絡的過程。由于這種行為，使得PVC-U的轉矩流變曲線與其它熱塑性樹脂不同，即在加料峰之后出現熔合峰這一特征峰，如圖1。 

(a) a.PP-H粉料的轉矩流變曲線; 

(b)b.PVC-U的轉矩流變曲線

圖1 PVC配混料和未經造粒的PP-H粉料的轉矩流變曲線

Fig. 1 Torque rheometer process curve of PP-H powder

and PVC-U compound

以上現象使得轉矩流變儀成為研究PVC-U凝膠化行為的重要儀器。Summers以及Tomaszewska等人使用轉矩流變儀與顯微分析法結合，揭示了在轉矩流變儀的實驗進程中，PVC樹脂顆粒的層次結構漸次解構成為初級粒子流動單元，而后轉變成熔體流動，以及PVC-U的Dg逐漸升高的的凝膠化過程。

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文章來源：青島賽諾      編輯：青島賽諾   

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