活化粉煤灰填充PVC/ACR复合材料在管材中的应用研究

张友新

(新疆天业集团有限公司，石河子 832000)

活化粉煤灰填充PVC/ACR复合材料在管材中的应用研究

张友新

(新疆天业集团有限公司，石河子 832000)

介绍了活化粉煤灰(PFA)填充在PVC/ACR复合材料生产管材的力学性能和粉煤灰活化方法。探讨了活化粉煤灰对PVC/ACR复合材料的改性机理及加工应用情况。结果表明：粉煤灰经活化处理后填充在PVC/ACR复合材料生产的管材与普通管材对比界面粘结性强，物料的流动性和加工性能得到改善，产品的表面光洁度和力学性能得到提高。

活化粉煤灰；填充；改性； PVC/ACR复合材料；管材

粉煤灰(PFA)是火力发电厂燃煤锅炉排放出的废渣。其主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、Na2O等。我国电力主要以燃煤为主，每年约有近亿吨粉煤灰排放[1]。严重污染环境，破坏生态平衡，给国民经济持续发展造成了巨大压力。为了合理利用发电厂燃煤锅炉排放的废渣，变废为宝，实现资源的优化利用，开辟粉煤灰新的用途。研究者采用活化粉煤灰填充PVC/ACR复合材料生产PVC管材。通过大量的实验研究，探讨了活化粉煤灰对PVC/ACR复合材料的改性机理，并与常用填料CaCO3配方对比。得出经活化后的粉煤灰填充PVC/ACR复合材料挤出成型的PVC管材，界面粘结性强，外观手感滑腻光泽而发亮，力学性能得到显著提高。

1．实验部分

1.1 原料与助剂

P V C树脂（S G-5）,新疆天业集团天辰化工有限公司；粉煤灰（PFA），石河子开发区天业热电有限公司；轻质CaCO3，新疆天源高新材料有限公司；丙烯酸脂类抗冲型加工助剂ACR，山东日科化学有限公司；稳定剂LF-5001，江苏联盟化学有限公司；钛酸酯偶联剂TC-105，安徽省天长市宏盛精细化工厂；润滑剂、颜料为市售。

1.2 设备及仪器

高 低 混 合 机 组 ， S R L D-500/1000，张家港市联冠股份公司；研磨机CXM-500,无锡市明海粉体机械设备厂；φ90平双螺杆挤出机，德国巴顿菲尔公司；电子多功能试验机CMF-4504，天水三思新技术有限公司；低温落锤冲击试验机XJL-300C，承德金建检测仪器有限公司；维卡软化点测试仪XRW-300，承德金建检测仪器有限公司。

表1 两种填料配方对比

表3 力学性能测定结果对比

1.3 实验方法

表2 粉煤灰填充PVC/ACR配方与原配方(轻钙)填充PVC配方加工工艺对比

1.3.1 粉煤灰的研磨

电厂排放的粉煤灰颗粒一般是表面光滑而发亮的，微珠含量不高(玻璃微珠)，大部分是海绵状玻璃体，颗粒大小分布及不均匀[2]。因此，在使用前必须进行研磨和过筛处理。其粉煤灰的研磨方法:将粉煤灰加入研磨机内进行研磨，然后过筛，筛余物控制在0.5%以下。余量为颗粒均匀的合格细粉。

1.3.2 粉煤灰的活化处理

采用钛酸脂类偶联剂，对粉煤灰进行表面处理。其活化处理方法:将粉煤灰和钛酸脂偶联剂，按适量比例计量，以粉煤灰重量份的1.5%钛酸脂偶联剂投进高速混合机内捏合至温度70-75℃，时间8-10分钟排料转入冷混，冷混温度控制在45℃时放料，制备得到粉煤灰活化料。活化好的物料，应放置8小时后在使用。

2. 结果与讨论

2.1 活化粉煤灰对PVC/ACR复合材料的改性机理

偶联剂作为无机填料的表面改性剂，可使粉煤灰粒子较好的分散于树脂基体中，使填料与树脂间形成化学键，实现界面偶联作用，使界面黏结力提高。活化粉煤灰改性机理: 偶联剂分子中存在两种不同的基团；一种基团，可与无机物表面化学基团反应，形成强固的化学键。即与粉体表面微量的水分形成羟基，与偶联剂进行化学反应或物理吸附形成强有力的化学键。另一部分基团，可与有机高分子材料具有很好的相容性，能与高分子材料的长链进行物理缠绕。从而把两种性质不同的材料牢固的结合起来。也就是把无机材料与高分子材料的界面连接起来，形成网状结构，增加相互间的键合力，从而提高PVC/ACR复合材料的力学性能[3]。

2.2 实验配方及混合工艺控制

本配方与原配方不同的是:粉煤灰填充物是经过钛酸酯偶联剂活化处理过的，而轻质CaCO3未经活化处理，而直接填充PVC配方体系中加工管材。经过大量的实验和分析研究了粉煤灰对PVC管材在加工时的变化情况。其中优选了一种最佳配方。其配方实验对比见(表1)。

混合工艺控制：将活化粉煤灰按配方比例称量好后，投放到PVC/ACR配方体系中进行高速混合。热混时间约10分钟，温度达到115℃时即可放料至冷混机内冷混约8分钟，温度达到40—45℃时，放料至储料仓。

2.3 挤出成型工艺

挤出机的各段加工温度控制，对PVC管材的成型及制品的内在质量起到重要作用。在调整粉煤灰填充PVC/ ACR的配方体系的工艺条件时，最好还使用原配方的挤出工艺控制条件。也就是说，在不变动原配方工艺控制条件下，活化粉煤灰填充PVC/ACR配方体系的成型工艺条件与原配方应基本一致，这样生产的PVC管材，通过测试的结果才有对比性。才能给下一步提供调整配方的分析依据。在粉煤灰填充PVC/ACR配方体系试验中，先以添加加工助剂ACR为1份进行试验。在工艺条件基本不变的情况下，发现物料挤出不稳定。同时取样通过物理机械性能检测。结果落锤冲击试验不合格。再调整PVC配方中的加工助剂ACR—401增加到1.5份时，其它助剂不变进行试验，发现与原配方相比，螺杆的扭矩和熔压值在下降，熔温基本不变。这可能是ACR—401的增加，进一步改善了与PVC的相容剂和加工性，而造成扭矩和熔压下降。但不影响挤出成型，产品经检测，落锤冲击试验合格。其生产工艺控制与原配方对比见表2。

2.4 活化粉煤灰填充P V C/ ACR管材的力学性能

粉煤灰填充PVC/ACR配方体系生产的管材与原配方(轻质CaCO3填充PVC)生产的管材力学性能测试结果对比见表3。

通过力学性能测试结果来看，活化粉煤灰填充物比CaCO3填充PVC生产的管材，在拉伸和耐压方面得到了提高。由于增加了抗冲型加工助剂ACR含量，使管材的韧性得到提高。

3 结论

(1) 粉煤灰经偶联剂表面活化处理后，可与PVC基体有良好的相容性，使PVC/ACR体系的物料界面结合得到改善。产品的力学性能得到提高。

(2) 偶联剂能把无机材料与高分子材料的界面连接起来，形成网状结构，增加相互间的键合力，提高PVC/ ACR复合材料的力学性能。

(3) 粉煤灰经偶联剂表面处理后，填充PVC管材中，可进一步改善物料的加工性能和稳定性，使产品表面更光滑。

[1]张云怀，张丙怀. 钛酸酯活化粉煤灰微球填充PVC板材的研究 [J].工程塑料应用. 2001(03)： 31-32.

[2] 吕瑶姣，张秀爽. 粉煤灰表面改性的研究[J].

环境科学，1992(04)：22-24

Activated PFA fill in PVC / ACR composite materials in the application of pipe

Zhang Youxin
(Xinjiang Tianye Group Co., Ltd., Shihezi 832000)

The paper introduced the method of Activated PFA fi lled in the PVC / ACR composite pipe production to improve the mechanical properties. Discussed the way of PFA modify works and produce application.The result indicated that it improved the composite pipe’s adhibit and the material’s fl ow and production.Also,the fi nish surface and mechanical are improved.

Activated PFA； Filling；Modification；PVC / ACR composite；Pipe

张友新，男，高级工程师，中国塑料加工工业协会专家，新疆节能减排专家，主要从事塑料加工及材料改性研发工作。