武夷学院实训设计论文

武夷学院实训报告课程名称：高分子材料加工助剂与配方技术实训专业班级：级高分子材料与工程院系：生态与资源工程学院学生姓名及学号：指导老师：2013年12月Ⅰ目录一、聚氯乙烯增韧配方设计背景综述.......................................11.1PVC增韧改性方法...................................................11.1.1化学改性.....................................................11.1.2物理改性.....................................................11.2PVC增韧机理.......................................................21.2.1弹性体增韧机理...............................................21.2.2有机刚性粒子增韧机理.........................................21.2.3无机刚性粒子增韧机理.........................................21.2.4纤维状填料增韧机理...........................................21.3我国PVC增韧改性概况...............................................2二、实践目的...........................................................3三、聚氯乙烯配方设计....................................................33.1PVC树脂的选择.....................................................33.1.1聚氯乙烯的特点...............................................33.1.2聚氯乙烯树脂的主要用途.......................................33.2PVC的加工性能.....................................................43.3助剂选择及依据....................................................53.3.1纳米CaCO3作刚性粒子增强体...................................53.3.2CPE作增容剂.................................................53.3.3热稳定剂的选择...............................................53.3.4抗氧化剂.....................................................63.3.5光稳定剂.....................................................63.3.6润滑剂.......................................................63.3.7增塑剂.......................................................63.4配方设计表.........................................................73.5工艺实施方案及流程................................................73.5.1主要原料.....................................................73.5.2加工设备.....................................................7Ⅱ3.5.3工艺流程.....................................................83.6性能指标测试......................................................93.6.1增韧PVC材料的流变性能.......................................93.6.2增韧PVC的力学性能..........................................103.7配方试验优化......................................................103.7.1母粒中CPE的用量对力学性能的影响............................103.7.2母料中改性纳米CaCO3的用量对力学性能的影响..................113.7.3改性剂用量对PVC/CPE/纳米CaCO3体系力学性能的影响............123.7.4CaCO3粒径大小对体系的力学性能影响...........................123.8优化方案.........................................................133.8.1不同含量CPE和纳米CaCO3的正交试验及对应力学性能表..........133.8.2优化后配方表................................................14实训体会及展望.........................................................15参考文献...............................................................171聚氯乙烯增韧配方设计一、聚氯乙烯增韧配方设计背景综述聚氯乙烯(PVC)具有不易燃、耐腐蚀、绝缘、耐磨损、价格低廉、来源广泛等优点,广泛地应用于管材、棒材、薄膜、绝缘材料、防腐材料、建筑材料等方面,其产量仅次于聚乙烯(PE)而居于世界树脂产量的第二位。但仍然存在下述缺点[1]:(1)PVC韧性差。简支梁缺口冲击强度仅为2.4kJ/m2,所以不能用作结构材料。(2)PVC的热稳定性极差。100℃时就开始分解,高于150℃时分解加速,而PVC的熔融温度为210℃。(3)PVC热变形温度低。维卡软化温度(5kg)约80℃(ABS为90℃以上)。（4）PVC熔融粘度较大。熔体粘度较大，流动性较差，对加工设备要求较高。而PVC作为硬制品时[2],首当其冲的是韧性差,这是PVC难以作为结构材料的主要原因。根据Vincent[3]关于聚合物脆性-韧性断裂行为的表征,PVC属于一种脆性材料,这大大地限制了PVC的进一步发展及广泛应用。因此,对PVC进行增韧改性研究,从而得到高强、高韧的PVC材料,一直是众多研究者和商家追求的目标。因此对PVC进行增韧改性,克服冲击强度差的缺陷,开发高强高韧PVC材料,用以代替某些工程塑料,成为众多商家梦寐以求的事情。1.1PVC增韧改性方法1.1.1化学改性化学改性就是通过接枝、共交联等反应方法对PVC进行改性。常用的PVC化学增韧改性方法有[4]：（1）乙烯基单体与氯乙烯的共聚,如氯乙烯与丙烯酸辛酯的共聚;(2)弹性体与氯乙烯的接枝共聚,如乙丙橡胶与氯乙烯的接枝共聚氯乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)与氯乙烯的接枝共聚。化学改性的特点是增韧改性效果显著,不足之处是要经过复杂的化学反应,对工艺、设备有更多要求,一般在树脂合成厂中方可实现,因此对大多数PVC加工用户而言是不切实际的。1.1.2物理改性物理改性是将改性剂与PVC共混,使其均匀地分散到PVC中,从而起到增韧改性的作用,该方法简单易行,是被广泛采用且最有发展前途的增韧方法。硬PVC的增韧改性剂很多,大体可分为弹性体增韧改性剂和非弹性体增韧改性剂,效果较好的有EVA、NBR、SBR、ABS、MBS、ACR、CPE、AS、PS、超细CaCO3、纳米粒子2等。1.2PVC增韧机理[5-6]目前,关于PVC增韧改性的机理有很多,具有代表性的主要有以下几种.1.2.1弹性体增韧机理（a）剪切屈服-银纹化理论。弹性体粒子以颗粒状均匀地分散于基体PVC连续相中，形成宏观均相微观分相（海岛相结构）。弹性体粒子充当应力集中体，诱发基体产生大量的剪切带和银纹。大量剪切带和银纹的产生和发展要消耗大量的能量，从而使材料的冲击强度大幅度提高，粒子又可终止银纹和剪切带的发展，使其不致发展成为破坏性的裂纹。此外剪切带也可阻滞转向并终止银纹或已存在的小裂纹的发展，促使基体发生脆韧转变同样提高材料的韧性。（b）网络增韧机理。弹性体形成连续网络结构，包覆初级粒子网络结构，可吸收大部分冲击能，且PVC初级粒子破裂同样也可吸收部分能量，使材料的韧性得以提高。1.2.2有机刚性粒子增韧机理（a）冷拉机理。刚性粒子圆形或椭圆形粒子均匀分散于连续相中，由于连续相与分散相之间的杨氏模量和泊松比不同，在两相界面产生一种较高的静压力，在基体与分散相界面粘合良好的前提下，这种高的静压力，使分散相粒子易于屈服，而产生冷拉伸分散相粒子被拉长，产生大的塑性形变，刚性粒子发生脆韧转变，从而吸收大量的冲击能量提高材料的韧性。刚性粒子拉伸时促使其周围的基体发生屈服，同时吸收定的能量使PVC的冲击强度得以提。（b）高空穴增韧机理。相容性较差的体系，刚性粒子与基体之间有明显的界面，甚至在粒子周围存在着空穴，受冲击时界面易脱粒而形成微小的空穴。空穴的产生可吸收部分能量也可引发银纹吸收能量，从而提高材料的冲击强度。1.2.3无机刚性粒子增韧机理当RIF与PVC基体粘合较好时,RIF的存在可产生应力集中效应,引发大量的银纹,并阻止银纹的发展促使基体发生剪切屈服,吸收大量的冲击能,从而达到增韧的目的。1.2.4纤维状填料增韧机理对于纤维状填料增韧PVC，一般认为是由于在冲击过程中，纤维折断和从基体中抽出，要吸收能量引起的。但这种解释尚有很多实验事实不能被说明。1.3我国PVC增韧改性概况[789]我国对PVC增韧的研究起步较晚，从20世纪80年代发展至今，已经具有一定的生产规模，具有代表性的几个增韧体系有:PVC/NBR、PVC/SBS、PVC/EVA、PVC/CPE、3PVC/PUR/SBS/-g-MMA等。但其研究的主要方向是对其增韧剂的研究，而且发展也较为迅速，生产厂家达26家，年产量五万吨以上，产品主要以CPE、ACR、MBS为代表。其中山东亚星化工集团总公司是我国CPE最大的生产企业,在亚洲也是最大的,装置规模为2.5万t/a。ACR是一种迫切需求的改性剂,年产量1.9万吨以上,生产厂有10家。其中吉化公司苏州安利化工厂是我国ACR生产能力最大的企业,装置规模已从1kt/a扩大到5kt/a。MBS改性剂作为透明包装材料专用增韧改性剂,国内生产能力有限,年产量仅5kt,生产厂约有10家,但生产规模都很小,据悉齐鲁石化公司准备上万吨装置。目前MBS尚需大量进口,进口量达6kt/a以上。近几年来,我国塑料加工发展较快,对加工和增韧改性提出了更高要求,CPE是低性能的,而ACR、MBS的性能十分优异。但在我国,恰恰是CPE增长快,而ACR和MBS的发展比较缓慢。二、实践目的（1）通过高分子材料加工助剂与配方技术的实训，巩固学生对《高分子材料加工助剂与配方设计》理论知识的掌握；掌握高分子材料加工助剂及树脂原料的性能特点与选用方法；理解助剂与树脂等的复配方法和要求，