一种聚氯乙烯材料的制备加工与性能测试
0 前言
PVC是由氯乙烯单体经过加成聚合反应制得的热塑性树脂， 目前是五大通用树脂之一。PVC树脂价格低廉，不易燃，综合性 能优异，用它可以制成薄膜，硬管，纤维，人造革，它也是塑料 建材的主要原料。PVC树脂可以被制成软质或硬质制品。制品的 “软”“硬”很大程度上决定于成型配方中增塑剂的含量。 增塑 剂是一种加入到材料中以改进它们的加工性、 可塑性、 拉伸性但 不会改变被增塑材料基本化学性质的物质。 加入增塑剂， 可以降 低 PVC 分子链间的作用力，使 PVC 塑料的玻璃化温度、流动温 度与所含微晶的熔点均降低，提高树脂的可塑性和耐低温性能。 增塑剂改性 PVC 主要作用有两点： 一是降低 PVC 的熔融温度和 熔体黏度，从而降低其加工温度，二是赋予
PVC 制品以柔软性、
可分为
弹性和耐低温性能。增塑剂按其作用原理和作用方式，
内增塑剂和外增塑剂两种［1］。PVC的增塑机理主要有两种［2］， 一种是体积效应， 主要是对非极性增塑剂而言， 其作用机理是将 非极性增塑剂的分子插入树脂的分子链中间，增大分子间的距 离，从而削弱分子间的作用力，降低熔体黏度，增加分子链的柔 顺性。此类增塑剂的加入量越多，其体积效应越大。另一种是屏 蔽效应， 主要是针对极性增塑剂而言， 其作用机理是用极性增塑 剂与极性聚合物之间的相互作用代替了聚合物之间的极性引力， 从而削弱了分子间的作用
力，降低熔体黏度 [3] 。邻苯二甲酸二 辛酯（DOP是PVC塑料制品不可缺少的主要增塑剂，它与树脂 相容性好，耐各类溶剂，萃取性优良，在聚氯乙烯产品的配方组 成中稳定性好。因此了解增塑剂的用量对 PVC材料硬度的影响和 变化规律对工业生产有重要意义。
1 实验部分 1.1 原料与试剂
聚氯乙烯（PVC树脂（P2500,北京化工二厂生产）；邻苯 二甲酸二（2-乙基己）酯（DOP ;硬脂酸钙（CaSt）;硬脂酸 锌（ ZnSt
1.2 设备和器皿
设备： XJ-01 型塑料挤出机（吉林大学科教仪器厂 ；热机 分析仪（TMAQ400EM美国TA仪器公司）；电动搅拌器；油浴锅; 万能材料试验机（ Instron 3366，英斯特朗公司，美国 ；电子 天平（精确度为 0.01g
；
器皿：单口圆底烧瓶二个（ 100ml， 250ml ；两口圆底烧瓶 一个（ 100ml ；烧杯三个（ 50ml.100ml.200ml ；水银温度计 一支；玻璃吸管；试剂瓶（磨口， 100ml 一个；药匙；
1.3 配方
将DOP在 PVC中的含量分为十个梯度分别标注为 p-1至 p-10，p-0为基准物，PVC和钙锌复合稳定剂分别为 100份和5 份，p-0中DOP的含量为0份，然后每次增加10份，如p-2含 量为20份，p-
5含量为50份，（每100份实际操作中代表6g, DOP和热稳定剂的实际用量依此类推）。
1.4 实验方法
① 钙锌复合热稳定剂的准备：准确称取 23g CaSt，7g ZnSt， 先后加入至250ml单口原底烧瓶中，机械搅拌5分钟，停止搅拌， 静置十分钟后出料，装入试剂瓶中备用。
② PVC树脂的增塑剂吸收和物料混配：按照配方先将 PVC树 脂加入至100ml的圆底烧瓶中，再将 DOP滴入。烧瓶置于95摄 氏度水浴中，高速混搅 10分钟，搅拌速度 500-600 转/分，使 DOP被 PVC充分吸收。停止搅拌，静置三分钟，加入钙锌复合稳 定剂，继续混搅 5 分钟，冷却，出料，装入试剂瓶中备用。
③ PVC棒材的挤出成型：将挤出机的温度设于 180摄氏度， 预热一个小时。PVC复配物料从加料口加入，连续挤出得到棒状 制品。
④ 清洗挤出机料口和螺杆。 1.5 样品的拉伸力学性能测试
将得到的棒状PVC产品截断成140mn长的样品，每种配方取 5 个样品。用游标卡尺测量每跟样品的直径（每个样品测量五个 部位，然后取均值）。在万能材料实验机上进行拉伸实验。
拉伸实验条件：
环境温度：25 C左右，环境湿度：RH50左右，数据跟踪方 式：应力-应变，横梁速度：100mm/min传感器：1.0KN
2 结果与讨论 2.1 实验结果
根据实验所得到的 10 组数据，通过绘制应力 - 应变曲线和对 曲线前面较平滑的部分进行线性拟合可以得到弹性模量， 断裂伸 长率，拉伸强度等数据。 将每种配方得到的不同样品的数据进行 平均计算，可得到“表 1”即 十种配方与其产品所对应的弹性 模量，断裂伸长率和拉伸强度。 再将表中的数据绘制成三个散点 图，（Figi , Fig2和Fig3 ）分别表示出DOP勺用量对产品的弹 性模量，断裂伸长率和拉伸强度的影响。
2.2 结果分析
从图1第一和第三两图可知 PVC样品中DOP含量增大，拉伸 强度，弹性模量均下降，即体系的拉伸强度，撕裂强度均呈下降 趋势。其中2号样品出现了明显的屈服现象。 这是因为DOP是一 种中等粘度的液体增塑剂， 与PVC相容性较好，其增塑PVC树脂 具有较好的粘度稳定性。从结构上看，
DOP含有苯环，在高温下
与PVC昆炼时DOP分子插入到PVC分子链间，DOP的酯基偶极与 PVC的偶极相互作用并使DOP的苯环极化，于是DOP与 PVC分子 链很好地结合在一起。由于 DOP的非极化部分的亚甲基链不极 化，它夹在PVC分子链间，增大了氯原子间的距离，削弱了 PVC 分子中链段间作用力，相当于增大了 PVC链段的长度，降低了 PVC链段移动所需能量。因此随着 DOP用量增多，这种隔离作用 也越大，从而使高聚物拉伸强度，撕裂强度均下降。由图 1 第二 幅图可知，随
DOP含量的增加，断裂伸长率也增加。原因在于随 着DOP勺增加，其在破坏界面相容性和增大高分子链间距方面的 作用都在增大。
3 结论
随着DOP用量的增加，在单纯的PVC体系中，材料的加工性、 断裂伸长率都有了明显的改善。这是由于当
DOFP勺含量较高时，
高分子链间的相对运动能力增加， 高分子链的结晶性降低， 高分 子材料的塑性提高，从而致使断裂伸长率增加。但同时由于 DOP 的加入，增大了高分子链间的距离， 削弱了它们之间的范德华力， 从而使高聚物拉伸强度、撕裂强度和硬度明显下降。DOP乍为PVC 增塑剂，在聚氯乙烯材料中具有广泛的应用。
PVC材料中DOP的
加入，改变了分子结构，从而影响了其力学性能。通过微型实验 可知，PVC材料中DOP含量越高，样品的断裂伸长率越大，硬度， 拉伸强度以及弹性模量越低。 且通过相关文献得知微型实验结果 与工业生产中得到的经验以及数据相符， 说明微型实验具有代表 性。
