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、結構及其顆粒大小,含量,UV下的穩定性,合成工藝(分散機理)。核殼結構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,熱穩定劑,潤滑劑)??箾_擊改性劑不僅增加抗沖擊強度,也會影響PVC材料的一些其它屬性。
通常情況下,PVC的抗沖強度隨PVC分子量的增加而提升,市場上也存在分子量超過2500的超高分子量PVC,它的抗沖擊性能要優于通用型PVC樹脂(SG-1~SG-8),因此,對于抗沖性要求不高的PVC制品中,可選擇高分子量PVC而無需額外添加抗沖改性劑,但成型加工問題需要額外注意。添加相同份數及牌號的抗沖改性劑于不同聚合度的PVC樹脂中,所得的抗沖強度同PVC分子量呈正相關的特性,即同樣條件下,改性的高分子量PVC樹脂抗沖性能更優。
硬質PVC是脆性材料。表面缺陷或瑕疵會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,以及風化或環境因素引起的PVC樹脂表面降解。當PVC材料受力時,產生沖擊能,導致裂縫從表面缺陷發起并向內部傳播,直至消失。多種方式可以消除產生的沖擊能,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,都有利于消除產生的作用力,納米級的碳酸鈣正是利用類似的機理實現增韌作用。此外還有一種理論認為,納米粒子改變了PVC的結晶性(PVC結晶度約為10%,屬于非晶高分子材料)并起到增強作用,由此抵抗沖擊性能力大幅度提升,或是納米粒子同PVC共混時產生了剪切帶,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程有關,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分散相對比較復雜,CPE的熔融溫度比PVC低,為110-130℃,加工過程中CPE先熔融,此時熔融的CPE涂覆在未熔融的PVC表面上,形成網絡。隨著溫度的提高,PVC開始熔融,此時形成了PVC和CPE的兩項共存的系統。通常CPE添加量較小,在上述系統中發生相轉化作用,CPE變成分散相夾雜在連續的PVC熔體中,CPE的分散尺度對材料的沖擊性能有重要影響。在相同添加量的條件下,當熔融的CPE粒徑為1μm時,所獲得的改性PVC沖擊性能最優。
CPE的性質與氯含量有關。 傳統上,使用的是含氯35%的CPE,因為它具有更好橡膠彈性及優良的相容性。最近,含氯25%CPE也在被使用,因為它能促進熔融并提高熔體強度。此外,普通的PVC熱穩定劑也可以用于CPE,而不需要加入其他特殊的穩定劑。
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構。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,因此它們大多數被用于室內制品。MBS能用于半透明至透明產品,而使用AIM,只能用于半透明的產品。為了提高AIM的光學性能,必須重新設計。當用于透明產品,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含硅酯類產品都有優良的低溫沖擊性能,也就是說丙烯酸抗沖改性劑中硅脂的加入提供優異的耐候性和熱穩定性,戶外PVC制品耐沖擊性得到改善。
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