PVC 稻塑复合材料的性能研究

张军华 罗 亚 杨晓明

（1、江苏肯帝亚木业有限公司, 江苏 丹阳212000 2、陕西理工大学, 陕西 汉中723000）

聚氯乙烯（PVC）具有耐化学药品性高、电绝缘性良好、用途广泛等突出特点，在塑胶管道、地板基材、电线电缆包覆材料等方面具有广泛的应用。但PVC 的力学强度和耐热性能不高，使它的应用在某些方面受到限制。将秸秆粉、稻壳粉添加到PVC中进行改性，是降低PVC 材料成本、提高PVC 材料某些性能的一个有效手段[1,2]。稻壳中富含有纤维素、木质素和二氧化硅[3]，但稻壳粉与PVC 材料之间的界面结合不佳，对稻壳粉/PVC 复合材料的强度造成影响。本文对稻壳粉进行固相研磨法表面改性后添加到PVC 中制得稻塑复合材料，对改性稻壳粉/PVC 复合材料的耐热性能、硬度和力学性能等进行了测试和研究。

1 实验部分

1.1 实验原料

回收聚氯乙烯(PVC)：市售；

聚磷酸铵(APP)：市售；

硅烷偶联剂KH-550：盖州恒达化工公司；

稻壳粉：市售，过50 目筛。

1.2 实验设备与仪器

塑料注射成型机：型号是MA860/260G，海天塑机有限公司生产；

电子天平：型号是YP1002N，上海精密仪器公司生产；

数显鼓风干燥箱：型号是GZX——90761BE，上海博讯实业公司生产；

万能试验机：型号是LDS- 20N，长春智能仪器设备公司生产；

悬臂梁式冲击试验机：型号是JJ-5.5，长春智能仪器设备公司生产；

邵氏硬度计：型号是LX-D，乐清艾德堡仪器公司生产。

1.3 样品制备

1.3.1 改性稻壳粉的制备

将稻壳粉过50 目筛，然后放置在鼓风干燥箱中在80 摄氏度下干燥2 小时，再将干燥之后的稻壳粉、聚磷酸铵（APP）、KH-550 硅烷偶联剂按100:10:5 的重量配比称量后，置于研磨机研磨一段时间，得到改性稻壳粉。

1.3.2 秸秆/PVC 复合材料的制备

将PVC、改性稻壳粉、未改性的稻壳粉分别按表1 的配方组分将材料称量并混合之后，加入到挤出机中进行熔融共混，从挤出机加料口到机头的温度依次设置在160℃-170℃-180℃-180℃，熔融混合之后的挤出物经切粒和干燥后，在塑料注射机上注塑成型得到测试用的样条。

表1 稻壳粉/PVC 稻塑材料重量配比

1.4 测试与表征

1.4.1 耐热拉伸测试

将样条放入100℃烘箱中，样条上端固定，样条下端悬挂100g 砝码，样条在烘箱加热作用下变软而拉长，测量拉断的时间点、拉断时样条被拉长的长度。样条长度70mm，宽度10mm，厚度4mm。

1.4.2 室温拉伸测试

采用万能试验机（型号是LDS-20N）对材料的拉伸强度进行测试。试样标距50mm，宽度10mm，厚度4mm，拉伸速度30mm/min。

1.4.3 硬度测试

采用邵氏硬度计（型号是LX-D）对材料的硬度进行测试。压针与试样边缘12mm，测相距6mm 的不同位置点取其平均值。

1.4.4 冲击测试

采用悬臂梁式冲击试验机（型号是JJ-5.5）对材料的冲击强度进行测试。采用冲击缺口制样机（型号是ZKY-I）制样，缺口深度为2mm。

2 结果与讨论

2.1 复合材料的耐热拉伸性能

PVC 稻塑复合材料的耐热拉伸性能的测试结果见表2 所示。由表2 可知，随PVC 中改性稻壳粉的添加量从2%增大到10%，PVC 稻塑复合材料在100℃的环境下受砝码拉伸力作用时，其拉断时的时间逐渐增加，拉断时样条的长度也逐渐增加，表明改性稻壳粉的加入增加了PVC 稻塑复合材料的耐热拉伸性能。与添加未改性稻壳粉的PVC 稻塑复合材料（样品6）相比，添加改性稻壳粉的PVC 复合材料（样品3）拉断时的时间更长、拉断时样条的长度更大，表明对稻壳粉的改性使PVC 稻塑复合材料的耐热拉伸性能得到提高。

表2 稻壳粉/PVC 稻塑材料的耐热拉伸性能

2.2 复合材料的室温拉伸强度

PVC 稻塑复合材料的室温拉伸性能的测试结果见图1 所示。由图1 可知，当PVC 中改性稻壳粉的添加量从2%增大到10%，PVC 稻塑复合材料在室温环境下受拉伸力作用时的拉伸强度相差不大，表明改性稻壳粉的加入没有能有效地提高PVC稻塑复合材料在室温的拉伸强度。与添加了未改性稻壳粉的PVC 稻塑复合材料（样品6）相比，添加了改性稻壳粉的PVC 稻塑复合材料（样品3）的拉伸强度更大些，这表明对稻壳粉的改性能提高PVC 稻塑复合材料在室温下的抗拉伸强度，这归功于稻壳粉的表面有机化改性有助增加稻壳粉和PVC 基材间的界面结合力。

图1 稻壳粉/PVC 稻塑材料的拉伸强度测试结果

2.3 复合材料的硬度

PVC 稻塑复合材料的硬度测试结果见图2 所示。由图2 可知，当PVC 中改性稻壳粉的加入量从2%提高至10%时，PVC 稻塑复合材料的硬度先是有所减小而后增加，改性稻壳粉的加入量在10%时PVC 稻塑复合材料的硬度达至最大，这表明改性稻壳粉的加入量要较大时才能使PVC 稻塑复合材料具有较高的硬度。

图2 稻壳粉/PVC 稻塑材料的硬度测试结果

2.4 复合材料的冲击强度

PVC 稻塑复合材料的冲击强度测试结果见图3 中所示。由图3 可知，当PVC 中改性稻壳粉的加入量从2%增大至10%时，PVC 稻塑复合材料的冲击强度相差并不大，这表明加入改性稻壳粉没有能有效地提高PVC 稻塑复合材料的冲击强度。与添加了未改性稻壳粉的PVC 稻塑复合材料（样品6）相比较，添加了改性稻壳粉的PVC 稻塑复合材料（样品3）的冲击强度要更大，这表明对稻壳粉的改性能提高PVC 稻塑复合材料在室温下的冲击强度，这也归功于对稻壳粉的表面有机化改性有助增加稻壳粉和PVC 基体间的界面结合作用。

图3 稻壳粉/PVC 稻塑材料的冲击强度测试结果

3 结论

采用固相研磨法对稻壳粉进行了表面改性，通过熔融共混的方法制备了不同改性稻壳粉含量的PVC 稻塑复合材料。改性稻壳粉的添加入增加了PVC 稻塑复合材料的耐热拉伸性能，对稻壳粉的改性能增大PVC 稻塑复合材料的耐热拉伸性能。改性稻壳粉的加入量要比较大时才能使PVC 稻塑复合材料具有较高的硬度。改性稻壳粉的添加没有能有效提高PVC 稻塑复合材料的室温拉伸强度和冲击强度。对稻壳粉的改性能增加PVC 稻塑复合材料在室温下的抗拉强度和冲击强度。