活性碳酸鈣填充改性PVC復(fù)合材料

活性碳酸鈣填充改性PVC復(fù)合材料嚴(yán)海彪，潘國(guó)元(湖北工學(xué)院化學(xué)工程系，湖北武漢430068)〔摘要〕研究了不同種類(lèi)、不同粒徑的碳酸鈣粒子經(jīng)新型磷酸脂包覆處理后，填充改性PVC復(fù)合材料的常溫和低溫力學(xué)性能，并用SEM對(duì)復(fù)合材料的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析.試驗(yàn)表明:重質(zhì)CaCO,經(jīng)活化處理填充PVC，其力學(xué)性能改善，粒徑越小其力學(xué)性能越好;納米活性CaC03對(duì)PVC復(fù)合材料有明顯增韌作用;隨活性CaC03用量增加，PVC復(fù)合材料低溫沖擊強(qiáng)度變化規(guī)律與常溫下變化規(guī)律相似.[關(guān)鍵詞」PVC;活性碳酸鈣;復(fù)合材料;力學(xué)性能〔中圖分類(lèi)號(hào)〕TQ325.3〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕:A目前，PVC居世界上第二大通用塑料地位，其來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛，主要用作建筑結(jié)構(gòu)材料.PVC的缺點(diǎn)是脆性大、韌性差，經(jīng)過(guò)增韌改性，才具有使用價(jià)值.無(wú)機(jī)剛性粒子增韌PVC復(fù)合材料，是PVC改性的一種重要方法，已引起國(guó)內(nèi)外科技工作者的普遍關(guān)注[o-}}.筆者采用新型磷酸酷包覆處理不同種類(lèi)、不同粒徑的碳酸鈣粒子，填充改性PVC，力圖獲得成本低、加工穩(wěn)定以及綜合性能優(yōu)良PVC復(fù)合材料.背景PVC-1000:工業(yè)級(jí)，武漢葛化集團(tuán)樹(shù)脂廠;新型磷酸醋:JM-}，實(shí)驗(yàn)室自制;納米CaC03;50nm立方體，上海華明超細(xì)粉體有限公司;重質(zhì)CaC03SO。目、220。目，四川雅安名山化工材料廠.1主要原材料實(shí)驗(yàn)部分將CaCO3。投入到高速混合機(jī)中，升溫混合，待溫度達(dá)到100℃時(shí)，除水7min，再投人用量為1.50u^-5%的新型磷酸醋，活化處理CaC035min,于7.10℃排料、冷卻、備用.

1.3CaCO:活化處理將PVC樹(shù)脂、助劑和活性CaC03稱(chēng)量混合，投人到175℃的雙輥煉膠機(jī)上塑煉5min，拉片，再在180℃的平板硫化機(jī)上模壓4min，壓力為10MPa,最后，在萬(wàn)能制樣機(jī)上制成標(biāo)準(zhǔn)樣條.1.4試樣制備力學(xué)性能:拉伸強(qiáng)度按GB/T1043-93在XL-100A型拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試;簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度按GB/T1040-92在CPY-25型沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試.掃描電鏡分析:用ONSPUTER-JFC--lloo斷口分析濺射儀對(duì)材料的沖擊斷面噴金處理，然后，在JEOLJSM-35C型掃描電子顯微鏡下觀察.1.5性能測(cè)試與表征圖1為復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度與CaC03用量的關(guān)系.由圖1可知:隨著CaC03用量的增大，添加重質(zhì)CaCO3:的復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度呈逐步下降趨勢(shì)，在15份以后趨于平緩;活性CaCO3:的沖擊強(qiáng)度高于CaCO3的沖擊強(qiáng)度;活性納米CaC03的沖擊強(qiáng)度則在30份處出現(xiàn)最大峰值，且比純PVC高18000，即活性納米CaC03對(duì)PVC具有較好的增韌作用.由圖1還可以得到:CaC03的粒徑越小，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度明顯增高，增韌作用越明顯.這可能是:復(fù)合材料受到一定的外力沖擊的時(shí)候，一方面，CaC03粒子的微細(xì)化，兩相界面比表面積急劇增大能吸收更多的能量;另一方面，CaCO3，微細(xì)粒子誘導(dǎo)基體產(chǎn)生更多的裂紋，吸收更多的沖擊功.2.7活化處理對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響結(jié)果與討論圖2為復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與CaC03用量的關(guān)系.由圖2可知:復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著CaC03用量的增大呈線(xiàn)性下降，活性CaCO,的拉伸強(qiáng)度稍高于CaC03的拉伸強(qiáng)度，且CaC03的粒徑越小，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度越高.從圖3可以看出，隨著用量的增大，復(fù)合材料的低溫沖擊強(qiáng)度在25份以前與純PVC樣相近，在30份時(shí)出現(xiàn)一最大值，比純PVC樣高29.400，對(duì)于活性重質(zhì)碳酸鈣，隨用量的增加，復(fù)合材料的低溫沖擊強(qiáng)度開(kāi)始時(shí)急劇降低，在巧份以后趨于平緩.同時(shí)，還可看出:Ca-CO3,的粒徑越小，復(fù)合材料的低溫沖擊強(qiáng)度越大，與復(fù)合材料的常溫沖擊強(qiáng)度的變化規(guī)律相似.2.2復(fù)合材料的低溫性能圖4為PVC/活性CaCO3復(fù)合材料沖擊斷面形貌的SEM照片.由圖4可以看出:與2200目活性CaC03相比，活性納米CaC03在PVC基體分散更均勻，但有聚集現(xiàn)象，其粒徑為1}.m左右.CaC03粒子與PVC界面邊緣呈塑性變形狀，且斷面粗糙，為韌性斷裂(圖4(b)).而在圖4(a)中，重質(zhì)CaC03的粒徑大約(3-4)um,粒徑分布寬，兩相界面清晰，其斷面光滑，為脆性斷裂.由此可說(shuō)明，納米CaCO3對(duì)PVC右轉(zhuǎn)桿增韌作用.

2.3復(fù)合材料微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)分析通過(guò)考察PVC/新型磷酸醋處理Caco:復(fù)合材料的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)，筆者可以得出如下結(jié)論.1)重質(zhì)CaCO,經(jīng)活化處理填充PVC，其力學(xué)性能改善，CaCO:的粒徑越小，其力學(xué)性能越好.2)活性納米C