关于改性纳米碳酸钙增韧PVC技术问题的研究
碳酸钙是高分子复合材料中广泛使用的无机填料。在橡胶、塑料制品中添加碳酸钙等无机填料，可提高制品的耐热性、耐磨性、尺寸稳定性及刚度等，并降低制品成本，但无机填料亲水疏油的表面特性，使其与高分子材料相容性差，因此加工中易形成不规则的聚集体，造成在高聚物内部分散不均匀，从而产生界面缺陷，导致制品的物理机械性能降低。为了克服碳酸钙应用上的自身缺点，改善其与高分子材料的相容性和分散性，使其成为一种功能性补强增韧填充材料，近年来国内外这方面的研究十分活跃。
1 、PVC简述
PVC也即聚氯乙烯是制造业中常用的材料之一，具有优良的阻燃性与耐腐蚀性等特点。同时，因整体力学性能较高而且价格相对较低，使之在建材领域得到了广泛运用而且在其他领域内的运用率处于提升当中。据相关统计，U-PVC产品在欧洲发达国家PV产品的占比达到了70%以上，然而由于其品质较硬而且强度处于3~5 KJ/m2之间，在使用过程中存在一定的性能缺陷，通过技术处理以改提升其韧性不仅是行业需求更是产品自身发展的趋势。在以往的韧性处理中是通过增加胶类弹性体来实现的，虽然能够提到改善韧性的目的但却损失了其刚性，进而影响到了材料使用的稳定性也即存在一定的安全隐患。然而，随着纳米技术的发展，为PVC材料的改性提供了新的研究方向和方法，但纳米粒的运用要求做到均匀分散在聚合物体中而且还要与之充分结合，为提升其效果则需要对其进行改性。
2、改性纳米碳酸钙增韧PVC技术实验
2.1实验原料准备
根据实验的设计，需要选用平均聚合度为1000PVC、纳米碳酸钙、表面处理剂、ACR、KM355P。为确保实验的准确性，上述原料可分开采购，选购市场上主流企业生产的产品，避免选择杂牌企业的产品，导致影响实验的效度。
2.2实验样品的制备
根据实验要求，安装以下步骤准备实验所需的样品：首先，运用高速混合机将ACR、PVC、纳米碳酸钙、辅助助剂进行捏合，达到110℃标准之后即可停止，得到实验所需的混合料；其次，运用双辊塑炼机将捏合之后的混合料进行混炼，当达到8min标准后即可，得到实验所需的复合料；再次，运用平板硫化机将复合料进行热压处理，当达到7 min标准后即可，再在20MPa环境进行冷却处理并最终得到成4 mm的实验样品。
2.3性能测试
力学性能测试：在Instron 4466型万能实验机上按GB/T1040-1979 (1992)进行拉伸强度、断裂伸长率的测试。在Zwick1465万能实验机上按GB/ T1043-1979 (1993)测试简支梁(Charily)缺口冲击强度，试样尺寸80 mmX 10 mm。在In-stron4466型万能实验机上按ASTM D790 -2007测试弯曲性能，测试速度2 mm/ min。
SEM观测：首先，收集实验中的样品断条并在断裂面喷金；其次，采用高分辨率SEM观测经过喷金处理后的断面情况并记录在案。
2.4实验结果与讨论
2.4.1 纳米CaCO3和ACR用量对PVC力学性能的影响
结合实验中获取到的纳米CaCO3用量对PVC力学性能的影响图像可看出，随着纳米CaCO3用量的增加，复合材料的冲击强度先升后降，在纳米CaCO3用量为15 phr时达到了最大值，是基体PVC(5.4 KJ/m2)的3倍多。从此可知，复合材料经过处理后，不仅其断裂伸长率在现有基础之上得到了进一步提升而且弯曲模量同样得到了扩展，处于不断增加状态。同时，经过ACR处理后的PVC，在刚性方面有所下降，但是缺口的冲击强度却得到了一定程度上的提升，就整体性能而言是得到了改善，利大于弊的。
2.4.2表面处理剂用量对PVC/ACR/纳米CaCO3复合体系性能的影响
在实验中因考虑到CaCO3本身的特性，在实验环节中选用的基本体不仅需要具备一定韧性而且其界面还需要具备一定的结合力，才能确保应力的有效传递，进而达到实验目的。为此，在具体实验中采用了5phr的ACR，结合实验数据与图像分析发现该剂量对于改善PVC材料的冲击强度具有明显的作用。同时，结合实验获取的图像对比，与纯PVC相比，纳米CaCO3添加到PVC/ACR体系后，显著提高了复合体系的缺口冲击强度，且比PVC/纳米CaCO3复合体系的缺口冲击强度高，说明纳米CaCO3和ACR具有明显的协同效应。此外，根据实验中的图像发现，将性能经过改变之后CaCO3运用到复合体系材料时，不仅能够提升材料断裂伸长率而且能够提升缺口处的冲击度，同时并不会影响到复合体系材料其他方面的性能，如对拉伸强度的影响可以忽略不计。同时，根据实验数据得知，当加大处理剂剂量但不超过5phr时，会进一步提升复合体系材料的冲击强度以及断裂伸长率，当超过该剂量，其作用出现下降也即适宜控制在2~5phr之间。
3、结语
综合以上PVC性能以及上述实验分析，得出以下几点结论：
其一，改性纳米碳酸钙相比ACR增韧后PVC而言，前者不仅能够起到提升PVC缺口的冲击强度而且能够确保其刚性不受影响。
其二，PVC填充拉伸断裂伸长率复合材料经过2~3.5phr剂量的处理剂的相应处理之后，能够在一定程度上提升其冲击性能以及拉伸断裂伸长率，扩展了其使用范围。
来源：中国粉体技术网
