大口径聚氯乙烯（PVC）管道用树脂性能的研究

孙秀慧，遵倩，郑先伟

（广东联塑科技实业有限公司，广东 佛山 528318）

0 引言

在我国，聚氯乙烯（PVC）是塑料中生产量最多的品种。由于其具有阻燃和抗紫外光性能佳、力学性能优良、电绝缘性和化学稳定性好等优点，被广泛应用于农业灌溉、供排水、电线电缆和城市排污等领域。

目前PVC管道的生产一般均采用PVC树脂混合料直接挤出，但普通疏松型树脂颗粒形态不够规整，表观密度低，加工中喂料不足，易使管壁中产生气孔，严重影响产量和产品质量，不适于大口径管道的生产。因此，本文研究了三种不同牌号的大口径聚氯乙烯（PVC）树脂的100g树脂增塑剂吸收量、粒径分布、表观形貌、表观密度等性能，旨在为大口径PVC管道制品的生产提供理论依据[1]。

1 实验部分

1.1 原料

市售三种不同牌号的大口径PVC管道树脂，编号为：1#、2#、3#。

1.2 仪器及设备

激光粒度分析仪；表观密度仪；离心机；显微镜。

1.3 测试方法

1.3.1 100g树脂增塑剂吸收量

按GB/T 3400规定测定1#、2#、3#树脂的增塑剂吸收量。

1.3.2 粒径分布

采用激光粒度分析仪测定1#、2#、3#树脂的粒径分布。

1.3.3 表观形貌

用光学显微镜观察1#、2#、3#树脂的颗粒形态并拍照。

1.3.4 表观密度

按GB/T 20022规定测定1#、2#、3#树脂的表观密度。

2 结果与讨论

2.1 100g树脂增塑剂吸收量

表1 是1#、2#、3#大口径PVC管道树脂的增塑剂吸收量。从表1可以看出，2#树脂增塑剂吸收量最小，3#树脂增塑剂吸收量最大，1#与3#增塑剂吸收量接近。树脂颗粒内部空隙由粒内开孔和粒内闭孔组成。在测试树脂吸收增塑剂的条件下，增塑剂DOP仅进入并填满粒内开孔，而不能进入粒内闭孔，也不会使树脂溶胀，因此100g树脂增塑剂吸收量指标可代表粒内开孔孔隙率。因此，从表1增塑剂吸收量可以说明3#内孔开孔率最大，2#内孔开孔率最小[2-4]。

表1 三种大口径PVC管道树脂的增塑剂吸收量

在树脂增塑剂吸收量指标可代表粒内开孔孔隙率的前提下，假设树脂总体积为1，可利用下式近似计算树脂分子体积分率，结果见表2。

表2 三种大口径PVC管道树脂的粒子体积分率

式中：

AD——表观密度，g/ml；

CPA——100g树脂增塑剂吸收量，g；

ρPVC——PVC树脂密度，g/cm3；

ρDOP——增塑剂DOP密度，g/cm3。

树脂粒子体积分率可直观地反映树脂颗粒堆积密实程度情况。从表2可以看出，1#、2#、3#树脂的粒子体积分率逐渐减小，由56.0%减小至47.8%，说明1#、2#、3#树脂颗粒堆积程度逐渐疏松。

2.2 粒径分布

表3 是1#、2#、3#大口径PVC管道树脂利用激光粒度分析仪得到的粒径分布数据。从表3可以看出，1#、2#、3#树脂的粒径逐渐增大，比表面积逐渐减小，从边界粒径数据看，2#树脂粒度分布最窄，3#树脂粒度分布最宽。1#、2#、3#树脂比表面积逐渐减小，这是因为1#、2#、3#树脂粒径逐渐增大，而1#和3#树脂增塑剂吸收量相近，样品内孔开孔率相差不大的情况下，粒子较小较细的粉末比表面积更大，因此1#比3#比表面积大，而2#树脂增塑剂吸收量远小于1#，则2#树脂内开孔率小，因此2#树脂比1#树脂比表面积小。

表3 三种大口径PVC管道树脂的粒径分布数据

2.3 表观形貌

分别拍摄了1#、2#、3#树脂的光学显微镜照片，如图1所示。从图1中可以看出，1#树脂外形饱满，形状规整，大部分粒子呈圆球形，粒子大小均匀，2#树脂相比1#形状规整度欠佳，有许多粘连颗粒，3#树脂粒子形状不一，粒径大小不一，规整度最差，堆积最为疏松。在显微镜视野中，可以明显看到3#树脂粒子与粒子之间堆积最疏松，这与3#树脂的粒子体积分率最小呈现一样的趋势[5]。

图1 三种大口径PVC管道树脂粉的显微镜照片

2.4 表观密度

表4 是1#、2#、3#大口径PVC管道树脂的表观密度测试结果。从表4可以看出，1#、2#、3#树脂的表观密度逐渐下降，且下降幅度较为明显，3#相比1#，表观密度下降值为0.1g/ml。表观密度是PVC粉体未被压缩的情况下单位体积的质量。通常情况下形状规整、粒径分布窄的PVC树脂堆积孔隙少，表观密度大，此外，树脂内部孔隙率越小，表观密度也越大。综合以上数据分析，在3个样品中，1#增塑剂吸收量高，虽然颗粒内部开孔孔隙率较大，但样品粒径最小，粒度分布较窄，粒子外形饱满规整，树脂粒子体积分率最大，粒子堆积紧密，因此表观密度最大；3#树脂增塑剂吸收量高，颗粒内部开孔孔隙率最大，粒子外形不规整，粒径大，粒度分布较宽，树脂粒子体积分率最小，因此表观密度最小；2#相比1#，虽然增塑剂吸收量低，颗粒内部开孔孔隙率小以及粒度分布最窄对表观密度有促进作用，但2#外形规整度欠佳，有许多粘连颗粒，导致树脂粒子体积分率没有1#大，粒子堆积不如1#紧密，因此表观密度比1#小，但也高于3#树脂。

表4 三种大口径PVC管道树脂的表观密度

3 结语

从上述三种不同牌号的大口径聚氯乙烯（PVC）树脂的表观密度、粒径分布、100g树脂增塑剂吸收量、表观形貌研究数据发现，1#树脂增塑剂吸收量高，虽然颗粒内部开孔孔隙率大，但样品粒径最小，粒度分布较窄，粒子外形饱满规整，树脂粒子体积分率最大，粒子堆积紧密，表观密度最大，更适合生产大口径HDPE管材。