CPVC／ABS／AS与CPVC／ABS共混体系性能研究

袁茂全，王 健

（上海氯碱化工股份有限公司，上海 200241）

0 前言

CPVC是聚氯乙烯（PVC）进一步氯化的产物，是PVC重要的改性产品，CPVC的氯含量一般在61%～68%之间，由于极性元素的增加，其物理机械性能，特别是耐热变形性、耐溶剂性、阻燃性等均比PVC有较大的提高，耐热温度比PVC高30～40℃，其加工温度与ABS接近。CPVC由于含氯量的增加，使分子间的吸引力增加，使得共混体系的熔体黏度增大，加工困难，因此有报道使用甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯三元共聚物（MBS）、ABS、PVC、苯乙烯马来酸酐类共聚物［1-5］与 CPVC 共混来提高体系的流动性，降低CPVC的熔体黏度，提升共混体系加工宽度。与PVC／ABS共混体系不同，加入CPVC不会降低ABS的使用温度，从而使得CPVC／ABS的耐热性能明显优于PVC／ABS共混体系，拓宽了共混体系的应用领域。ABS与CPVC在阻燃性能上有良好的互补性，普通ABS的极限氧指数为21%，在空气中容易燃，CPVC极限氧指数为60%以上，是一种难燃材料。再者，ABS具有比CPVC更好的抗冲击性能，与CPVC形成共混体系可以大幅提高材料的抗冲击性能［6］。因此，CPVC／ABS共混体系材料在原则上将拥有各项优越的性能并具有较好的应用前景，值得深入研究。

在ABS的组合中，有一类重要的组合是利用AS与高橡胶含量的ABS进行掺混、造粒后进行再加工。该组合配方中使用的ABS为粉末状，在加工过程中容易与CPVC混合均匀。本研究针对此种组合的ABS对CPVC／ABS／AS及 CPVC／ABS共混体系力学性能、耐热性能及阻燃性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

CPVC，ZS－601，上海氯碱化工股份有限公司；

甲基硫醇锡，TM181FS，美国罗门哈斯公司；

ABS，HR－181，韩国锦湖石化有限公司；

AS，PN－138H，镇江奇美化工有限公司；

钛白粉，BA01－01，上海焦化厂；

聚乙烯蜡，WE－3，上海金山星星塑料有限公司；

硬脂酸，东莞汉维新材料科技有限公司；

硬脂酸钙，东莞汉维新材料科技有限公司。

1.2 主要设备及仪器

高速混合机，GH－10，北京市塑料机械厂；

平板硫化机，QLB－D，上海橡胶机械厂；

开放式塑炼机，SK－160B，上海橡胶机械厂；

HAKKE流变仪，RC300P，Thermo Hakke Polylab System，德国赛默飞公司；

Vicat测试仪，Ceast－6911，意大利Ceast公司；

力学性能测试仪，INSTRON 4466，美国INSTRON公司。

1.3 样品制备

按配方准确称量各物料，将CPVC、稳定剂甲基硫醇锡加入到高速混合机中进行混合，至60～70℃后再加入聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、钛白粉、ABS、AS等加热至120℃，混合均匀后出料；将开放式塑炼机升温到190℃并恒温0.5h，投入混合料，反复混炼均匀后出片；在190℃，16MPa压力下，热压6～10min，再冷却到室温，启模即可得到待测试的模板，按测试要求制成待测样品。

1.4 性能测试与结构表征

拉伸强度按GB／T 1040.2—2006进行测试，测试速率为50mm／min；

弯曲强度按GB／T 9341—2008进行测试，测试速率为10mm／min；

冲击强度按GB／T 1043.1—2008进行测试，试样类型1型，缺口为B型缺口，缺口尺寸3.2mm，冲击速度2.9m／s；

耐热性能按GB／T 1633—2000进行测试样品的测试维卡软化点，升温速率50℃／h，负载50kN；

极限氧指数按GB／T 2406—2009进行测试。

2 结果与讨论

2.1 ABS含量对共混体系力学性能的影响

在ABS的加工中，通过改变ABS与AS的含量，可以获得不同组成和不同性能的ABS／AS共混体系，再通过将该共混体系与CPVC进行共混，可以最终获得不同共混性能的CPVC／ABS／AS三元共混体系。固定ABS／AS与CPVC之间的配比为40∶60，变化ABS与AS之间的配比，得到如图1所示的三元、二元共混体系力学性能测试结果。从图1（a）可以看出，随着ABS含量的增加，CPVC／ABS／AS共混体系拉伸强度从79MPa降低到35MPa，弯曲强度从105MPa降低到40MPa，而缺口冲击强度却持续上升，相应地从11.5kJ／m2上升至39.5kJ／m2。同时，图1（b）也表明在ABS含量达到30%时，其冲击强度与含量为40%时基本接近，达到了39.3kJ／m2，这说明ABS增加到一定量时，共混体系的冲击性能就不再增加。从整体来看，考虑到力学性能及耐热性能，在ABS含量为15%时共混体系的各项指标均比较合理，其三元组分配比为CPVC∶ABS∶AS＝60∶15∶25，而此时材料具有较好的加工性能和表面光泽度。

图1 ABS含量对CPVC／ABS／AS三元共混体系力学性能的影响Fig.1 Mechanical properties of CPVC／ABS／AS blends against content of ABS component

在ABS加工中，同时还考察了CPVC／ABS二元共混体系的基本性能，并将其与前述CPVC／ABS／AS三元共混体系进行了比较，以详细评价二者之间的差别。由图2可知，随着ABS含量的增加，共混体系的拉伸强度和弯曲强度随之下降，而缺口冲击强度却持续显著上升，当ABS用量为25%时，冲击已经趋于平衡，达到了52.6kJ／m2。

图2 ABS含量对CPVC／ABS二元共混体系力学性能的影响Fig.2 Mechanical properties of CPVC／ABS blends against content of ABS component

对比图1和图2可以看出，单纯使用ABS与CPVC共混，此二元共混体系在初始点，即ABS含量为零时的拉伸强度与弯曲强度并没有CPVC／ABS／AS三元共混体系的高，说明AS的存在对提高共混体系的拉伸强度与弯曲强度是有好处的。在没有AS时，随着ABS含量逐渐增加，CPVC／ABS二元共混体系的拉伸强度和弯曲强度的下降也比较快。当ABS含量为10%时，二元共混体系体系的缺口冲击强度达到了30kJ／m2，已经明显高于相同ABS含量三元共混体系的25kJ／m2，说明AS的加入会降低材料的缺口冲击强度。AS是由丙烯腈和苯乙烯共聚而成，本身不含柔性链段，因此其冲击性能不如ABS高。

2.2 ABS含量对共混体系耐热性能的影响

从图3可以看出，随着ABS含量的增加，维卡软化点从103.4℃下降到了92.9℃，说明ABS含量的增加对CPVC／ABS／AS三元共混体系的耐热性能具有负面影响，因为ABS会削弱CPVC大分子链间的相互作用力，使得材料的内聚能下降［7］。进一步分析表明，随着ABS含量的逐渐增加，在ABS组分含量较少时体系耐热性能的下降幅度较小。如图3显示，当ABS含量在20%以下时，维卡软化点的下降幅度相对较小，而当ABS含量达到20%以上时，其下降幅度却随之迅速增大。

图3 ABS含量对CPVC／ABS／AS三元共混体系维卡软化点的影响Fig.3 Vicat softening point of CPVC／ABS／AS blends against content of ABS component

从图4可以看出，随着ABS的加入，二元共混体系的维卡软化点也下降，但是在ABS含量10%以下时，共混体系的维卡软化点下降趋势不特别明显，当ABS含量达到10%以上之后下降趋势愈渐明显，说明维卡软化点的下降跟共混体系中ABS的含量有着紧密的联系。分析可知，由于ABS结构中含有丁二烯橡胶，而丁二烯的玻璃化转变温度在－50℃左右，从而导致随着ABS用量的增加共混体系会变得更加柔软。上述结果表明，ABS的加入对共混体系的耐热性能有较大的负面影响。

2.3 ABS含量对共混体系阻燃性能的影响

图4 ABS含量对CPVC／ABS二元共混体系维卡软化点的影响Fig.4 Vicat softening point of CPVC／ABS blends against content of ABS component

分别对CPVC／ABS／AS和CPVC／ABS共混体系的极限氧指数进行了测定，实验结果如表1所示。可以看出，当CPVC与ABS／AS的总体配比保持在6∶4时，其共混体系的极限氧指数基本恒定，维持在31%左右，属于难燃级别，因此该共混体系还具有一定的阻燃性能，同时也说明共混体系的阻燃性能主要取决于CPVC组分的含量。CPVC／ABS共混体系中，随着ABS含量的增多，共混体系的极限氧指数下降较为显著。当ABS的含量在15%以下时，该共混体系的极限氧指数达到了41.8%以上，可用于开发高阻燃及高韧性能材料。

表1 CPVC／ABS／AS及CPVC／ABS共混体系的极限氧指数Tab.1 The limited oxygen index of CPVC／ABS／AS and CPVC／ABS blends

3 结论

（1）ABS改善了CPVC共混体系的韧性，随着其含量的增加共混体系的拉伸强度、弯曲强度和维卡软化点均有所降低；

（2）在 CPVC／ABS／AS三元共混体系中，当 ABS含量达30%时，缺口冲击强度最佳，达到39.3kJ／m2，而在CPVC／ABS二元共混体系中，ABS用量在25%时，缺口冲击强度最佳，达到52.6kJ／m2；

（3）CPVC／ABS／AS、CPVC／ABS共混体系的极限氧指数与CPVC的用量有最密切的关联，而与ABS和AS二者的配比基本无关。

［1］Lehr M H，Nicholas P P.Chlorinated Polyvinyl Chloride Blends Having Low Melt Viscosities：US，4868247［P］.1989－09－19.

［2］Lehr M H.Method and Composition for Improved Melt Processability of Chlorinated Polyvinyl Chloride：US，4847331［P］.1989－07－11.

［3］Bourland L G.Compatible Blends of Chlorinated Polyvinyl Chloride Resins and Styrene－maleic Anhydride Resins：US，4371666［P］.1983－02－01.

［4］Neuman R C. Melt Processable CPVC Blends：US，4710533［P］.1987－12－01.

［5］Backman A L，Cinadr B F.Chlorinated Polyvinyl Chloride Compound Having Excellent Physical，Chemical Resistance and Processing Properties：US，5981663［P］.1999－11－09.

［6］马 军，袁茂全，牟南翔，等.CPVC／ABS／CPE三元共混体系的组成与性能关系研究［J］.中国塑料，2010，24（7）：24－27.Ma Jun，Yuan Maoquan，Mu Nanxiang，et al.Study on the Relationship Between Compositions and Properties of CPVC／ABS／CPE Ternary Blends ［J］.China Plastics，2010，24（7）：24－27.

［7］皮 红，杨 涛，张风顺，等.CPVC／PVC与 CPVC／ABS合金加工性能研究［J］.塑料工业，2008，36（8）：33－35.Pi Hong，Yang Tao，Zhang Fengshun，et al.Study on Processability of CPVC／PVC and CPVC／ABS Blends［J］.China Plastics Industry，2008，36（8）：33－35.