硬聚氯乙烯制品熔合度的测定研究

王万卷，王文治，余巧玲，徐运祺

(1. 国家高分子工程材料及制品质量监督检验中心（广东），广东 广州 511447；2. 广州质量监督检测研究院，广东 广州 511447；3. 佛山顾地塑胶有限公司，广东 佛山 528000)

硬聚氯乙烯制品熔合度的测定研究

Determination of fusion degree of rigid PVC products

王万卷1,2*，王文治3，余巧玲1,2，徐运祺1,2

(1. 国家高分子工程材料及制品质量监督检验中心（广东），广东 广州 511447；2. 广州质量监督检测研究院，广东 广州 511447；3. 佛山顾地塑胶有限公司，广东 佛山 528000)

应用转矩流变仪测定3种硬聚氯乙烯(PVC-U)制品的熔合度，研究了转速对结果的影响，同时进行了实验室内部重复性试验的研究。研究发现，转速对熔合度的影响不明显，而使用转矩流变仪测试PVC熔合度的方法具有较高的实验室内精密度。

硬聚氯乙烯；熔合度；转矩流变仪

硬聚氯乙烯(PVC-U)由于其优良的综合性能而被广泛用于建材、包装材料和日用制品等领域。PVC-U在加工成型时，发生了PVC树脂颗粒的多层次结构渐次解构，大部份微晶熔化，随后冷却生成次级微晶，形成以次级微晶为交联点的三维网络结构的独特过程，称为熔合过程（也可称之为凝胶化过程）。PVC加工成型过程中，由于配方、设备、工艺参数等因素的影响，使其制品有不同的熔合度，熔合度的高低，会对PVC制品性能和质量产生重要影响。现行的国家标准GB/T 13526—2007《硬聚氯乙烯(PVC-U)管材二氯甲烷浸渍试验方法》不能定量测定熔合度，而且当样品的熔合度高于70%时，用这种方法则难以区别各样品之间熔合度的差别[1]。ISO 18373-2∶2008中采用的差示扫描量热法(DSC)亦不能直接用于熔合度的评价，而且因微量取样难以代表整体制品性能的难题而制约其应用[2]。

转矩流变仪已被科研单位和规模化的PVC制品企业广泛应用于对PVC加工特性的研究、配方优化和产品研发，我们的研究表明，通过对转矩流变仪试验程序的创新设计和数据处理，可以对PVC-U的熔合过程和熔合度进行表征和评价。

本工作基于转矩流变仪法测定PVC的熔合度（凝胶化度），测定3种硬聚氯乙烯(PVC-U)制品的熔合度，研究了转速对结果的影响，同时进行了实验室内部精密度试验的研究。本工作所得的结果能够简单快速地评价PVC的熔合度，为PVC产品开发研究、性能评价和质量控制提供了一种很好的技术手段。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

PVC制品1参比配混料和破碎料、PVC线管参比配混料和破碎料、PVC排水管参比配混料和破碎料、PVC给水管参比配混料和破碎料：由佛山顾地塑胶有限公司制备并提供，其中参比配混料的配方组成与对应的破碎料完全相同。

转矩流变仪：广州市普同实验分析仪器有限公司，型号KTOI-55-20。

1.2 试验步骤

待转矩流变仪混炼器的温度达到设定值并恒定10 min之后，启动转速。称取参比配混料约62 g并加入到加料撮中。将加料撮中的试料全部加入混炼器上方的加料器中，使用加料器上的压料杆快速、均匀地将试料压入混炼室中。记录转矩流变曲线，到出现熔体转矩时停止混炼，读取最小转矩值（Tmin）和最大转矩值（Tmax）。打开混炼器，取出试料，用铜清料刀

和铜刷清理混炼室和转子。重新装好混炼器，准备对被测试样（破碎料）的测试。重复上述步骤进行被测试样（破碎料）的转矩流变测试。

2 结果与讨论

2.1 参比配混料和破碎料的典型的转矩流变曲线

与其它热塑性树脂不同，PVC的熔合行为使得在其转矩流变曲线的加料峰之后又出现另一个峰，即所谓熔合峰，这是PVC熔合行为的特征峰，如图1所示。图1下方的曲线为试料的转矩曲线，上方为试料的温度曲线。转矩曲线左边尖锐的峰为加料峰，加料峰右边的峰称为熔合峰，其转矩值称为熔合转矩值或最大转矩值(Tmax)，加料峰与熔合峰之间的转矩最低点称为最小转矩，其值称为最小转矩值(Tmin)。熔合峰之后的平稳部称为熔体转矩。

图1 参比配混料和破碎料的典型的转矩流变曲线

2.2 熔合度的计算

被测试样（破碎料）的熔合度Df按下式计算：

Df=1-[(Tsmax-Tsmin)/(Trmax–Trmin)]

式中：Tsmax——样品（破碎料）的最大转矩值；

Tsmin——样品（破碎料）的最小转矩值；

Trmax——参比配混料的最大转矩值；

Trmin——参比配混料的最小转矩值。

2.3 转速对熔合度的影响

保持其他程序不变（样品质量62 g，试验温度190℃），改变转速（40 r/min、45 r/min、50 r/min），测试PVC制品1参比配混料和破碎料的转矩流变曲线，研究不同转速对熔合度的影响。表1为PVC制品1参比配混料和破碎料在不同转速下的熔合度数据。

转速增加，Df似略有增加，但以转矩差分析，其变动与转速不呈相关性，所以可认为，Df的变动主要是破碎料本身的分散性造成的。

表1 不同转速下PVC制品1参比配混料和破碎料的熔合度数据

2.4 实验室内部重复性试验

确定样品质量62 g，试验温度190℃，转速45 r/min，研究了PVC线管参比配混料和破碎料、PVC排水管参比配混料和破碎料、PVC给水管参比配混料和破碎料这3组试样的实验室内部重复性试验，其中每组样品重复3次，试验结果如表2。

从表2中我们可以看出，同一组样品3次重复试验的结果相差很小，证明使用转矩流变仪测试PVC熔合度的方法具有较高的精密度。

表2 实验室内部重复性试验数据

3 结论

（1）转速对熔合度的影响不明显，转速在一定范围内变化时，熔合度的结果改变不大。

（2）在样品质量、试验温度、转速等关键条件确定的情况下，同一组样品多次重复试验的结果相差很小，证明使用转矩流变仪测试PVC熔合度的方法具有较高的实验室内精密度。

∶

[1] M.Gilbert,D.A.Hemsley and A.Miadonye, Assessment offusion in PVC compounds, Plast. and Rubber Proces.and Appl., 3(4), 343～351(1983).

[2] James W. Summers, The Melting Temperature (or not Melting) of Poly(vinyl chloride), J. Vinyl & Addi. ITECH., 105～109(2008).

(R-03)

TQ325.3

1009-797X(2016)22-0001-02

B DOI∶10.13520/j.cnki.rpte.2016.22.001

王万卷，男，博士，高级工程师，主要从事高分子材料及产品的检验检测和测试方法开发。

2016-10-25

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