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增塑劑DOP在軟PVC和PVC/ABS共混物中的應用淺析

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2017-09-09 08:20:00【

一對一制定聚乙烯蠟技術解決方案 

聚氯乙烯具有難燃、耐磨和耐化學腐蝕等優點。聚氯乙烯及其合金制品根據增塑劑的加入量的多少,可分為硬質制品和軟質制品。軟質制品是在聚合物中加入一定量的增塑劑,降低聚合物分子間的作用力,增加分子鏈的移動性,以降低玻璃化轉變溫度,改善低溫加工性能。DOP是軟PVC制品的主要增塑劑之一[1]。


由于ABS具有抗沖擊性能高、耐熱性好、尺寸穩定及易于加工成型等PVC所欠缺的優良特點,將ABS用于PVC的共混改性,不僅能改善PVC的加工性能,而且還能顯著提高PVC的力學性能,使ABS/PVC共混物的沖擊強度超過純ABS和PVC[2,4]。PVC/ABS共混物是一種重要的改性塑料。本實驗全面分析了DOP對純PVC和PVC/ABS共混物力學性能、硬度等性能的影響。


1實驗部分


1.1實驗原料


聚氯乙烯(PVC),SG-3,SG-5,新疆石化公司;丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS),PA-747S,臺灣奇美化學公司;鄰苯二甲酸二辛酯(DOP),工業級,市售;穩定劑、加工助劑等均為國產工業級。


1.2實驗儀器和設備


雙輥煉塑機,SK-160B,上海橡膠機械廠;電子拉力試驗機,AI-7000M,高鐵科技股份有限公司橡膠硬度計,邵氏A,上海險峰電影機械廠。


1.3實驗工藝與方法


1.3.1原料預混


按照分段、分次原則先加入PVC樹脂、增塑劑、穩定劑等,在充分捏合和增塑劑被完全吸收后,加入烘干的ABS(120℃烘5h),進行捏合,使物料完全混勻。


1.3.2成型及制樣


雙輥開煉機溫度升至170 ̄175℃,加入混合好的原料,混煉3 ̄4min,使薄通(薄通是指將輥間距調到很小情況下混煉,以保證共混分布均勻)均勻,再加寬試片混煉1 ̄2min,再薄通1 ̄2min,最后加寬物料寬度至色澤均勻并表面有光澤時下片,整個過程大約6 ̄10min。


裁好的塑料片放入模具(模溫185℃,模壓10MPa)加壓預熱,排氣三次,熱壓10min,冷壓10min,制得試片后裁成標準樣。


1.4性能測試標準


拉伸試驗按GB/T528-92標準進行;撕裂試驗按GB/T529-91標準進行;硬度測試按GB531-92標準進行。


2結果與討論


2.1DOP含量對純PVC性能的影響


DOP常用于PVC軟制品,因此先分析DOP在單純PVC樹脂中的作用。懸浮法生產的疏松型PVC顆粒大,表面不規則,容易吸收增塑劑,易塑化,成型加工性良好[3];所以選擇SG-3、SG-5兩種型號的疏松型PVC作為實驗對象。DOP含量對PVC拉伸強度及撕裂強度的影響見圖1及圖2。

由圖1、圖2中可以看出:隨著DOP含量的增加,體系的拉伸強度、撕裂強度均呈下降趨勢。原因為DOP是一種中等粘度的液體增塑劑,與PVC相容性較好,其增塑PVC樹脂具有較好的粘度穩定性。從結構上看,DOP含有苯環,在高溫下與PVC混煉時DOP分子插入到PVC分子鏈間,DOP的酯基偶極與PVC的偶極相互作用并使DOP的苯環極化,于是DOP與PVC分子鏈很好地結合在一起[1]。由于DOP的非極化部分的亞甲基鏈不極化,它夾在PVC分子鏈間,增大了氯原子間的距離,削弱了PVC分子中鏈段間作用力,相當于增大了PVC鏈段的長度,降低了PVC鏈段移動所需能量。因此隨著DOP用量增多,這種隔離作用也越大,從而使高聚物拉伸強度、撕裂強度均下降。

從圖3來看,隨DOP用量的增加,體系的斷裂伸長率變化趨勢與圖1、圖2強度的變化趨勢不同。在20% ̄30%范圍內隨著DOP用量增加,材料的斷裂伸長率降低;而大于30%后斷裂伸長率隨DOP含量的增加而提高。這是由于DOP在體系中達到一定濃度后增加了高分子鏈間的相對運動能力,降低了高分子鏈的結晶性,提高了高分子材料的塑性,從而致使斷裂伸長率增加[5]。

 


從圖1、圖2、圖3同時可以看到,SG-3型PVC樹脂無論在拉伸強度、撕裂強度還是斷裂伸長率方面均大于SG-5型PVC樹脂。原因在于:在一般情況下,聚合度越大,其拉伸強度、壓縮強度,彈性模量、抗撕裂、耐彎曲、低溫脆性、熱老化、耐磨、耐溶劑等性能越好,而且具有壓縮永久形變及回彈性好、強度高等一般橡膠所具備的特性,因此,聚合度大的PVC可制備熱塑性彈性體以代替一般橡膠制品,其耐磨性、著色性比橡膠好,且價格低[5]。

由圖4可以看出,隨著DOP用量的增加,PVC樹脂的硬度呈下降趨勢,加DOPSG-3型PVC樹脂硬度高于加DOPSG-5型PVC樹脂,這是SG-3型PVC樹脂的粘度和聚合度較大的緣故,也正體現了上述關于PVC聚合度和性能關系的原理。


2.2DOP、ABS含量對PVC/ABS共混物性能的影響


總之,加入40份或50份DOP時PVC/ABS共混物已基本滿足性能指標[6]的要求。在以下試驗中,我們比較了40份和50份兩種用量的DOP對共混物性能的影響趨勢,從而選出性能最佳的DOP用量,并討論了ABS用量對材料性能的影響。

 

ABS 用量對材料性能的影響

由圖5、圖6可以看出,DOP用量對共混物性能的影響趨勢與圖1 ̄3相似,即加40份DOP的體系與DOP為50份的體系相比,其拉伸和撕裂強度都高。另外,加入DOP后,部分DOP分散在PVC/ABS兩相界面上,阻礙了相容劑的相容作用,降低了兩相界面的結合強度,這也是降低了共混物的強度的一個原因。ABS含量少時(0 ̄50份),ABS中拉伸強度較小的橡膠相丁二烯對材料拉伸強度的負面作用是主要的,因此可以看到,隨著ABS的增加,丁二烯的含量增加,共混物拉伸強度、撕裂強度總體呈下降趨勢。


如表1所示,DOP從40份增加到50份時,材料的硬度降低、斷裂伸長率增加。原因在于隨著DOP的增加,其在破壞界面相容性和增大高分子鏈間距方面的作用都在增大。另外由于ABS材料本身斷裂伸長率小,硬度較高,隨著ABS用量增加,共混物斷裂伸長率和硬度都會如表1所示呈現相應的變化。

 


PVC/ABS共混材料用于生產汽車儀表板用表皮時,考慮到表皮真空吸附成型工藝要求拉伸不破裂(斷裂伸長率>150%),而使用環境要求較高的拉伸性能等力學性能(拉伸強度12 ̄25MPa)[6]。結合2.1和2.2實驗的分析,選用綜合性能較好的40份DOP作為實驗的基本配方,選兼具流動性較好和力學性能較強的SG-3型PVC作為實驗用原料。


3結論


當DOP用量大于30%時,隨著DOP用量的增加,在單純的PVC體系中,材料的加工性、斷裂伸長率都有了明顯的改善。這是由于當DOP的含量較高時,高分子鏈間的相對運動能力增加,高分子鏈的結晶性降低,高分子材料的塑性提高,從而致使斷裂伸長率增加。但同時由于DOP的加入,增大了高分子鏈間的距離,削弱了它們之間的范德華力,從而使高聚物拉伸強度、撕裂強度和硬度明顯下降。


在PVC/ABS共混物中,當ABS含量低(0 ̄50份)時,ABS材料本身的一些性能會對PVC/ABS共混物的相應性能造成一定的負面影響。主要表現為,隨著ABS的含量增加,共混物拉伸強度、撕裂強度、斷裂伸長率總體趨勢下降,硬度略微上升。

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