李松 马烨红
(广东省建筑科学研究院集团股份有限公司)
硬聚氯乙烯塑料管材湿热老化性能研究
李松 马烨红
(广东省建筑科学研究院集团股份有限公司)
本文对PVC-U塑料管材进行湿热老化测试,得到其拉伸屈服强度、拉伸断裂伸长率及维卡软化温度的数据,通过分析,研究湿热老化对材料性能的影响。
聚氯乙烯;湿热老化;拉伸性能
我国塑料管道生产量超过了1000万吨,居世界第一,建立了聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)材料为主的塑料管道加工产业。据统计,2011年,塑料管道中 PVC材料占总量的55%。硬聚氯乙烯(PVC-U)管材因其优异的性能和低廉的成本,已逐步取代了铸铁管等传统管材,大量用作建筑物排水管道。2011年底,在新建住宅里使用率超过90%[1]。
PVC-U管材的自然气候老化是复杂的物理化学变化过程,PVC-U是成分最复杂的塑料之一,是由基材PVC与超过10种其他物质组成的混合物,各组分对上述一种或者多种环境因素呈现不同活性,发生化学和物理变化。由于PVC分子结构的特点,使其在加工和使用过程中光氧、热氧稳定性差。PVC-U排水管材,长期暴露于自然气候环境中,由于受到各种大气因素如光、热、氧、水汽、灰尘,以及工业大气污染物的综合作用,如酸雨、酸雾、霾等,不可避免会发生老化破坏,外观上出现变色、粉化,物理性能逐渐降低,甚至不能继续使用即失效。
本文通过在测定严酷的湿热条件下,研究其性能的变化,确定老化对其影响,能够为以后材料的使用提出意见与参考。
2.1 试验样品
选取市面上三个厂家的PVC-U塑料管材,按照规范要求制成待检样品,命名为试样1、试样2和试样3,再进行老化试验。
2.2 试验方案
⑴拉伸性能:采用国家标准GB/T 8804.2-2003《热塑性塑料管材 拉伸性能测定 第2部分:硬聚氯乙烯(PVC-U)、氯化聚氯乙烯 (PVC-C)和高抗冲聚氯乙烯(PVC-HI)管材》,拉伸试样为类型2试样[2],如图1。
图1 拉伸试验试样
⑵维卡软化温度:采用标准为国家标准GB/T 8802-2001《热塑性塑料管材、管件维卡软化温度的测定》,升温速率为50℃/h,试验力为50N的试验,测定探针深入1mm时的温度[3],如图2。
图2 维卡软化温度试样
2.3 湿热老化条件
本试验采用的温度为:(60±2)℃,相对湿度为:(95±5)%。
3.1 湿热老化试验结果
性能测试前,试样1、试样2和试验3在(23± 2)℃、(50±10)%RH的标准状态下进行调节24h,然后测定其性能。测定的时间分别为:初始状态、10d和20d时,对其拉伸屈服强度、拉伸断裂伸长率和维卡软化温度进行测试,其结果如图3~图8所示。
3.2 结果分析
⑴从图3和图4可知,试样2、试样3的20d老化以后拉伸性能、拉伸屈服强度,都表现出增加的趋势;试样1则减小,拉伸断裂伸长率,总的来说都在减小。这可能是因为试样2和试样3在这个老化周期内PVC分子链在高温环境下出现重排,试样配方中部分小分子助剂与分子链的相互作用发生改变,使得分子链刚性增大,宏观表现为试样的强度增大,伸长率下降。试样1在这个老化周期内性能已经发生老化,即表现为强度和伸长率都下降,这可能是因为部分助剂,如填料,与PVC基体相容性不佳,高温条件下发生相分离所致。
图3 三种试样拉伸屈服强度老化对比图
图4 三种材料拉伸断裂伸长率老化对比图
⑵从图5和图6和图7可知,试样2和3的拉伸断裂伸长率的单值依旧比较均匀,但试样1在以后的老化过程中,拉伸断裂伸长率变得离散比较严重。这也证明了在这个老化周期内,试样2和试样3内部结构发生变化,导致部分性能变优,而试样1在这个老化周期内性能已经发生老化现象。综合以上分析可以判断,试样2和试样3的机械性能耐老化性要优于试样3。
图5 试样1湿热老化拉伸断裂伸长率
图6 试样2湿热老化拉伸断裂伸长率
图7 试样3湿热老化拉伸断裂伸长率
⑶从图8可知,在20d的老化中,维卡软化温度都有所增加。维卡软化温度的增大可能是湿热环境下,试样分子出现不同程度的重排,使得分子链在高温下的流动性下降,从而维卡软化温度上升。
图8 三种试样老化维卡软化温度对比图
本文通过选择3种市售PVC-U管进行湿热老化试验,试验结果表明,试样2和试样3在老化周期内未发现明显的性能老化现象,试样1则出现性能老化现象。产品性能差异多由配方差异所致,不同牌号的PVC,不同的助剂以及不同生产工艺条件对PVC-U管的性能有较大影响。这也在一定程度上体现了市场上的PVC-U管性能参差不齐。尽管材料在初期性能差别不大,但从老化结果看来,在以后使用过程必然出现不同程度的老化结果,为材料质量的判定提供一定的数据支持。●
[1]朱生高,林文,等.PVC-U排水管材户外老化影响因素综述
[J].中国建材科技,2013,(02):1-3.
[2]全国塑料制品标准化委员会.GB/T 8804.2-2003热塑性塑料管材 拉伸性能测定 第2部分:硬聚氯乙烯(PVC-U)、氯化聚氯乙烯(PVC-C)和高抗冲聚氯乙烯(PVC-HI)管材[S].中国标准出版社,2003.
[3]全国塑料制品标准化委员会.GB/T 8802-2001热塑性塑料管材、管件维卡软化温度的测定[S].中国标准出版社,2002.