高抗冲PVC-M管的研制

梁小娟，郑元生

(佛山顾地塑胶有限公司,广东 佛山 529303)

PVC-U管材在日常的工程应用中表现抗冲性能较差，以至于在应用过程中造成不安全因素较多，间接反映出PVC-U管道的缺点是脆性大、抗开裂冲击性能差。PVC进行增韧改性的主要方法为在PVC配方中加入抗冲改性剂，以使材料具有良好的韧性，提高了管材抵抗载荷的能力。当抗冲击改性剂加入PVC到一定量时其韧性会达到跃迁，即从完全脆性断裂到不完全的韧性断裂，实现超韧，其韧性提高了很多倍[1]。而将这种超韧PVC混配料应用于塑料给水管中，制成PVC-M管(亦称PVC-A管)，其使用系数将大为提高，设计应力大为提高。然而这种超韧PVC-M管需要加入比较多的增韧改性剂，增韧改性剂的大量加入必然降低制品的刚性，同时制品的耐热性下降。在刚性填料中，纳米技术的出现为塑料的改性提供了一种全新的增韧方法和途径，可替代部分CPE[2]。本文研究了PVC、纳米碳酸钙、CPE三元体系脆-韧转变的关系及纳米碳酸钙对PVC复合材料力学性能。并制备新开高抗冲、高刚性、较高耐热性能的管材，为PVC-M管的改进提供了一种新思路。

1 实验部分

1.2 原材料

PVC：SG-5型，四川金路树脂有限公司；CPE：135A，四川自贡；ACR：201，温州；纳米碳酸钙：内蒙古蒙西纳米科技有限公司。

1.3 实验方法

首先按配方将称好的各组分在高速混合机中搅拌3min，然后将混合料在两辊开炼机上塑炼10min，辊筒温度保持在170～180℃之间，接下来在压力机先热压4min，再冷压4min，最后使用万能制样机制成试样供性能测试。

拉伸强度按GB/T1040-1992测试；缺口冲击强度按GB/T1043-1993测试；弯曲模量按GB/T 9341-2000测试。维卡软化点温度按GB 1633-2000 测试。

2 结果与讨论

2.1 CPE用量对PVC/CPE缺口冲击强度的影响

图1 CPE用量对PVC/CPE缺口冲击强度的影响

图1为CPE用量对PVC/CPE复合材料缺口冲击强度的影响。从图中可以看到，随着CPE重量分数的增加，曲线在CPE含量为8份产生了跃迁。实验现象表现为在CPE8份时，同一组10根样条中有4根为完全脆性断裂，冲击强度平均为27 kJ/m2左右； 6根为不完全韧性断裂，冲击值平均高达80kJ/m2以上。表明样品正处在体系发生脆-韧转变的跃升区，局部弹性体浓度的微小涨落亦或测试条件的细微波动，就会出现两种破坏形式的现象。这说明此时，材料发生了脆韧转变。

2.2 纳米碳酸钙对PVC/CPE冲击强度的影响

图2 纳米碳酸钙用量对PVC/CPE/纳米碳酸钙(在CPE含量保持在6份时)冲击强度的影响。从图中可以看出，曲线呈倒“U”形：随着纳米酸钙含量的增加，材料冲击强度上升，在纳米碳酸钙为5份时，材料的冲击强度发生跃迁，产生脆-韧转变，之后到增加纳米碳酸钙含量到17.5份时，材料都保持了较高的冲击强度(大于70kJ·m-2)，在20份时冲击强度急剧下降，材料发生韧-脆转变。这可能与其在量太高容易团聚有关，亦可能量太高时阻碍了CPE清晰网络的形成而不利于韧性断裂的产生。

图2 纳米碳酸钙用量对PVC/CPE/纳米 碳酸钙冲击强度的影响

2.3 弯曲模量的影响

图3 CPE用量对复合材料弯曲模量的影响

图3为CPE用量对复合材料弯曲模量的影响。从图中可以看出，复合材料的弯曲模量随CPE含量的增加而下降，加入了12份碳酸钙的体系的弯曲模量较比不加的高。这是由于CPE自身的模量较低而影响了材料的刚性；刚性无机粒子具有增强作用，有利于模量的增加。这对增加管材的环刚度是有利的。

2.4 维卡软化点的影响

维卡软化点温度对应于材料的耐热性能。图4为CPE用量对复合材料维卡软化点温度的影响，从图中可以看出，复合材料的维卡软化点随CPE含量的增加而下降，纳米碳酸钙的加入有利于复合材料维卡软化点较的提高。这是由于CPE自身的耐热性能较低；刚性无机粒子有利于提高材料的维卡软化点温度。

图4 CPE用量对复合材料维卡软化点的影响

2.5 管材制备

配方为PVC100，CPE 5-9，纳米碳酸钙10～15，加工助剂ACR、硬化酸、石蜡、PE蜡、钙-锌稳定剂等适量。然后高速混合搅拌均匀，降温冷却再搅拌，管材生产线上挤出，模具成型管胚，真空冷却定型，冷却降温，牵引，切割、扩口、检验。

管材检测结果表明： 二氯甲烷浸渍试验，15±1℃ 30min 表面无变化；高速冲击试验未发生脆性破坏。性能达到GB/T 32018.1-2015 给水用抗冲改性聚氯乙烯(PVC-M)管道系统要求。

3 结论

PVC/CPE复合材料加CPE重量8份产生了脆韧转变。纳米碳酸钙有加入，降低了材料产生脆-韧转变所需要的氯化聚乙烯，增加了刚性和耐热性。通过合适的PVC、CPE 、纳米碳酸钙及助剂等，可生产出PVC高抗冲管材。

[1] Wu S.Phase structure and adhesion in polymer blends:a criterion for rubber toughening[J].Polymer,l985,26(12):1855-1863.

[2] 郑南锋，宋 波.纳米碳酸钙在聚氯乙烯中的应用研究[J].广东化工，2015(08)：104-105.