CPE、 MBS、ACR 抗冲改性效果的对比
栏目：行业动态 发布时间：2021-06-01 15:53
为了提高产品的抗冲击性能，在生产过程中要添加抗冲改性剂。用于硬质ＰＶＣ型材行业的抗冲改性剂主要有ＣＰＥ、ＭＢＳ和ＡＣＲ。其中ＣＰＥ、ＡＣＲ改性剂的分子结构中不含双...
为了提高产品的抗冲击性能，在生产过程中要添加抗冲改性剂。用于硬质ＰＶＣ型材行业的抗冲改性剂主要有ＣＰＥ、ＭＢＳ和ＡＣＲ。其中ＣＰＥ、ＡＣＲ改性剂的分子结构中不含双键，耐候性能好，广泛用于户外建筑材料。目前就ＣＰＥ和ＡＣＲ对ＰＶＣ冲击改性的效果讨论很多，国外对ＡＣＲ性能的推荐，除强调它对低温冲击强度的大幅度提高外，还强调它对耐候性、加工性能的改性，而ＣＰＥ对加工温度的敏感性也已被生产实际所证实。因此，目前在欧洲、美国以丙稀酸酯为主导来改进ＰＶＣ的抗冲击性。在我国，由于只有少数厂家生产抗冲ＡＣＲ改性剂，品种和牌号均不能满足市场需要，而且质量尚欠稳定，价格偏高。因而，目前我国绝大多数（９０％）异型材厂仍以ＣＰＥ作抗冲改性剂，ＣＰＥ依然占主导地位，丙稀酸酯应用较少，还有的厂家采用ＭＢＳ。在此，我们对ＣＰＥ与ＡＣＲ、ＭＢＳ进行一下对比试验，对它们进行全面的了解，评价各项性能孰优孰劣，以便扬长避短，合理使用。
实验部分
１、实验用主要原料、规格：
（１）树脂：聚氯乙稀ＰＶＣ ＳＧ－５型
（２）抗冲击改性剂：ＣＰＥ：型号３１３５。ＡＣＲ：ＫＭ３５５Ｐ。
（３）稀土稳定剂：型号ＲＥＣ－Ｅ。
（４）钛白粉：型号Ｒ１０５。
（５）轻质碳酸钙。
（６）加工助剂：ＡＣＲ－２０１型。
２、实验用主要设备及测试仪器：
（１）高速混合机：型号ＧＨ－１０ＤＹ，桨叶转速１２５０／２５００转／分。
（２）哈克密炼机和挤出机。
（３）万能制样机。
（４）电子拉力试验机：ＤＸＬＬ－３０００型。
（５）冲击试验机。
３、实验流程及条件：
实验流程：配料→捏合→挤出→制样→测试
ＰＶＣ中各种助剂用量如表１所示。
表１ １００份ＰＶＣ中助剂的用量
助剂ACR碳酸钙钛白粉稀土稳定剂硬脂酸钙
份数1.6543.10.06
在ＰＶＣ共混体系中，表１中各种助剂用量不变，抗冲改性剂的种类和用量是变量。
（１）捏合：将定量的ＰＶＣ与助剂倒入捏合机内，高速运转，物料温度达到１２０℃时放出物料，冷却后装袋。
（２）密炼：将定量的ＰＶＣ共混料加入哈克密炼机中进行密炼，条件为温度１８０℃，转速３０ｒｐｍ。
（３）挤出：将ＰＶＣ 共混料加入哈克双螺杆挤出机中挤出，工艺条件为：温度ＴＳ－Ｅ１ １８４℃，ＴＳ－Ｅ２ １８７℃，ＴＳ－Ｅ３ １９０℃；ＴＳ－Ｄ１ １９１℃。螺杆转速３０ｒｐｍ。
４、试样制作与性能测试：
（１）抗冲击性能：采用国标ＧＢ／Ｔ８８１４－１９９８测试。
（２）拉伸性能：采用国标ＧＢ／Ｔ８８１４－１９９８测试。
结果与讨论
１、不同改性剂对ＰＶＣ共混料的流变性能的影响：
用抗冲改性剂ＣＰＥ、ＡＣＲ、ＭＢＳ改性的ＰＶＣ共混料的流变曲线如图１所示。
图１ 改性共混料流变曲线
图１表明采用ＣＰＥ塑化稍慢，但扭矩较低。共混料流变曲线中，较大扭矩可作为加工设备所需要的传动功率大小的度量，而平衡扭矩则决定了加工设备生产时的功率消耗，它们都是极重要的流变特性参数。平衡扭矩值平稳表明配方中助剂与树脂相容性好，塑化时间长短可决定设备的一些参数。扭矩低，可使挤出功率降低。
２、各类抗冲改性剂对硬质ＰＶＣ共混料挤出加工性能的影响：
不同改性剂不同份数的挤出性能曲线如图２所示。
图２ 不同份数改性的挤出性能
由图２可见，随着改性剂份数的增加，挤出扭矩都要增加。这说明改性剂用量增加，会使物料的粘度增加，导致扭矩升高。其中ＣＰＥ挤出扭矩较低，ＭＢＳ次之，ＡＣＲ较高。这说明用ＣＰＥ作改性剂时，加工设备生产时的功率消耗低，有利于节能和降低成本。
３、各类抗冲改性剂对硬质ＰＶＣ共混料力学性能的影响：
各类抗冲改性剂改性硬质ＰＶＣ共混料的力学性能对比如表２所示。
表2 三种改性剂挤出片材的力学性能比较
改性剂
测试项目
6份8份10份
CPEACRMBSCPEACRMBSCPEACRMBS
23℃冲击强度KJ/m2403238444947未断未断未断
-10℃冲击强度KJ/m2211717261723311832
屈服强度（Mpa）474343453943453842
由表２可见，三种改性剂均随着用量的增加，其冲击强度增加，拉伸强度下降。三种改性剂达到８份时都能满足ＧＢ／Ｔ８８１４－１９９８的要求。但ＣＰＥ具有较佳低温抗冲性能，而且价格较低。因此，采用ＣＰＥ对ＰＶＣ改性，将使制品的成本大幅下降。
４、我国硬质ＰＶＣ异型材抗冲改性剂的应用技术：
据资料介绍，目前学术上将改性剂的增韧理论分为两大类：一类网络聚合物：是指抗冲改性剂在ＰＶＣ基体材料中形成抵御外界冲击的弹性网，这类弹性体改性机理是在ＰＶＣ材料中形成网络。另一类“核—壳”结构共聚物：这类聚合物由两部分组成，构成通常所称的“核—壳”结构，其核是一类低度交联的弹性体，壳是具有较高玻璃化温度的高聚物，粒子之间容易分离，可均匀地分散至ＰＶＣ基体中，并能和ＰＶＣ基体相互作用，因而可改进ＰＶＣ抗冲击性能。ＣＰＥ、ＭＢＳ、ＡＣＲ抗冲改性剂改性ＰＶＣ的性能比较如表３所示。
表3 抗冲改性剂性能比较
性能指标纯PVCCPEMBSACR
耐腐蚀性优优好好
耐气候性好好-优差好-优
低温韧性差好好-优差-好
缺口敏感性高低-中低中
弯曲变形温度中中低-中低-中
透明性优差好-优差
应力白化低高中高
加工性能熔融速率中低高中-高
熔体拉伸强度差差优优
熔体弹性中-高中中低
由表３可见，ＣＰＥ与ＡＣＲ相比较：除了加工性能ＡＣＲ比ＣＰＥ优越外，其它性能指标ＣＰＥ均优于或等于ＡＣＲ。因此只要确定好成型工艺条件，并在生产实践中严格执行，所制得的制品性能价格比就是较优的。而且，目前国内的ＣＰＥ厂也在大力开发ＣＰＥ新品种新牌号，使其具有塑化快、热稳定性好的特性，以适应ＰＶＣ型材高速挤出的要求。
结 论
（１）采用ＣＰＥ作ＰＶＣ抗冲改性剂时塑化稍慢，但扭矩较低，有利于节能。
（２）随着改性剂用量的增加，挤出扭矩均增加，但ＣＰＥ的挤出扭矩较低，表明功率消耗低。
（３）三种改性剂达到８份时均能满足国标要求，但ＣＰＥ价格较低。
（４）通过对各种抗冲改性剂改性性能的比较，除了ＡＣＲ在加工方面略占优势外，ＣＰＥ和ＡＣＲ均能满足ＰＶＣ型材的性能要求。
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实验部分
１、实验用主要原料、规格：
（１）树脂：聚氯乙稀ＰＶＣ ＳＧ－５型
（２）抗冲击改性剂：ＣＰＥ：型号３１３５。ＡＣＲ：ＫＭ３５５Ｐ。
（３）稀土稳定剂：型号ＲＥＣ－Ｅ。
（４）钛白粉：型号Ｒ１０５。
（５）轻质碳酸钙。
（６）加工助剂：ＡＣＲ－２０１型。
２、实验用主要设备及测试仪器：
（１）高速混合机：型号ＧＨ－１０ＤＹ，桨叶转速１２５０／２５００转／分。
（２）哈克密炼机和挤出机。
（３）万能制样机。
（４）电子拉力试验机：ＤＸＬＬ－３０００型。
（５）冲击试验机。
３、实验流程及条件：
实验流程：配料→捏合→挤出→制样→测试
ＰＶＣ中各种助剂用量如表１所示。
表１ １００份ＰＶＣ中助剂的用量
助剂ACR碳酸钙钛白粉稀土稳定剂硬脂酸钙
份数1.6543.10.06
在ＰＶＣ共混体系中，表１中各种助剂用量不变，抗冲改性剂的种类和用量是变量。
（１）捏合：将定量的ＰＶＣ与助剂倒入捏合机内，高速运转，物料温度达到１２０℃时放出物料，冷却后装袋。
（２）密炼：将定量的ＰＶＣ共混料加入哈克密炼机中进行密炼，条件为温度１８０℃，转速３０ｒｐｍ。
（３）挤出：将ＰＶＣ 共混料加入哈克双螺杆挤出机中挤出，工艺条件为：温度ＴＳ－Ｅ１ １８４℃，ＴＳ－Ｅ２ １８７℃，ＴＳ－Ｅ３ １９０℃；ＴＳ－Ｄ１ １９１℃。螺杆转速３０ｒｐｍ。
４、试样制作与性能测试：
（１）抗冲击性能：采用国标ＧＢ／Ｔ８８１４－１９９８测试。
（２）拉伸性能：采用国标ＧＢ／Ｔ８８１４－１９９８测试。
结果与讨论
１、不同改性剂对ＰＶＣ共混料的流变性能的影响：
用抗冲改性剂ＣＰＥ、ＡＣＲ、ＭＢＳ改性的ＰＶＣ共混料的流变曲线如图１所示。
图１ 改性共混料流变曲线
图１表明采用ＣＰＥ塑化稍慢，但扭矩较低。共混料流变曲线中，较大扭矩可作为加工设备所需要的传动功率大小的度量，而平衡扭矩则决定了加工设备生产时的功率消耗，它们都是极重要的流变特性参数。平衡扭矩值平稳表明配方中助剂与树脂相容性好，塑化时间长短可决定设备的一些参数。扭矩低，可使挤出功率降低。
２、各类抗冲改性剂对硬质ＰＶＣ共混料挤出加工性能的影响：
不同改性剂不同份数的挤出性能曲线如图２所示。
图２ 不同份数改性的挤出性能
由图２可见，随着改性剂份数的增加，挤出扭矩都要增加。这说明改性剂用量增加，会使物料的粘度增加，导致扭矩升高。其中ＣＰＥ挤出扭矩较低，ＭＢＳ次之，ＡＣＲ较高。这说明用ＣＰＥ作改性剂时，加工设备生产时的功率消耗低，有利于节能和降低成本。
３、各类抗冲改性剂对硬质ＰＶＣ共混料力学性能的影响：
各类抗冲改性剂改性硬质ＰＶＣ共混料的力学性能对比如表２所示。
表2 三种改性剂挤出片材的力学性能比较
改性剂
测试项目
6份8份10份
CPEACRMBSCPEACRMBSCPEACRMBS
23℃冲击强度KJ/m2403238444947未断未断未断
-10℃冲击强度KJ/m2211717261723311832
屈服强度（Mpa）474343453943453842
由表２可见，三种改性剂均随着用量的增加，其冲击强度增加，拉伸强度下降。三种改性剂达到８份时都能满足ＧＢ／Ｔ８８１４－１９９８的要求。但ＣＰＥ具有较佳低温抗冲性能，而且价格较低。因此，采用ＣＰＥ对ＰＶＣ改性，将使制品的成本大幅下降。
４、我国硬质ＰＶＣ异型材抗冲改性剂的应用技术：
据资料介绍，目前学术上将改性剂的增韧理论分为两大类：一类网络聚合物：是指抗冲改性剂在ＰＶＣ基体材料中形成抵御外界冲击的弹性网，这类弹性体改性机理是在ＰＶＣ材料中形成网络。另一类“核—壳”结构共聚物：这类聚合物由两部分组成，构成通常所称的“核—壳”结构，其核是一类低度交联的弹性体，壳是具有较高玻璃化温度的高聚物，粒子之间容易分离，可均匀地分散至ＰＶＣ基体中，并能和ＰＶＣ基体相互作用，因而可改进ＰＶＣ抗冲击性能。ＣＰＥ、ＭＢＳ、ＡＣＲ抗冲改性剂改性ＰＶＣ的性能比较如表３所示。
表3 抗冲改性剂性能比较
性能指标纯PVCCPEMBSACR
耐腐蚀性优优好好
耐气候性好好-优差好-优
低温韧性差好好-优差-好
缺口敏感性高低-中低中
弯曲变形温度中中低-中低-中
透明性优差好-优差
应力白化低高中高
加工性能熔融速率中低高中-高
熔体拉伸强度差差优优
熔体弹性中-高中中低
由表３可见，ＣＰＥ与ＡＣＲ相比较：除了加工性能ＡＣＲ比ＣＰＥ优越外，其它性能指标ＣＰＥ均优于或等于ＡＣＲ。因此只要确定好成型工艺条件，并在生产实践中严格执行，所制得的制品性能价格比就是较优的。而且，目前国内的ＣＰＥ厂也在大力开发ＣＰＥ新品种新牌号，使其具有塑化快、热稳定性好的特性，以适应ＰＶＣ型材高速挤出的要求。
结 论
（１）采用ＣＰＥ作ＰＶＣ抗冲改性剂时塑化稍慢，但扭矩较低，有利于节能。
（２）随着改性剂用量的增加，挤出扭矩均增加，但ＣＰＥ的挤出扭矩较低，表明功率消耗低。
（３）三种改性剂达到８份时均能满足国标要求，但ＣＰＥ价格较低。
（４）通过对各种抗冲改性剂改性性能的比较，除了ＡＣＲ在加工方面略占优势外，ＣＰＥ和ＡＣＲ均能满足ＰＶＣ型材的性能要求。
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