活化纳米材料在PVC多孔管材中的应用研究

作者：新疆天业（集团）有限公司 张友新

欢迎访问e展厅 展厅 11 纳米材料/工业陶瓷展厅 空心微珠, 金刚石微粉, 纳米金, 纳米铂金, 纳米铜, ... 随着通讯事业的快速发展，中国对地下埋设的通讯光缆、电缆所需护套管的形式和数量都有很大提高，宽带网的发展也迫使护套管的形式和产品质量要有更进一步的提高。为了进一步降低生产成本和提高产品质量，本文研究以活化纳米CaCO3改性增韧PVC/ACR复合材料生产多孔管材的工艺技术，同时探讨活化纳米CaCO3对PVC/ACR复合材料的改性机理和纳米CaCO3的活化方法。 大量的生产实验与普通多孔管材配方对比表明，以活化纳米CaCO3改性PVC/ACR复合材料生产的多孔管材在韧性、钢性、表面光洁度等性能方面得到了显著提高。 实验部分 原料与助剂 PVC树脂（SG-5），新疆天业集团天辰化工有限公司；纳米级轻质CaCO3，内蒙古蒙西高新材料股份有限公司；轻质CaCO3，新疆天源高新材料有限公司；丙烯酸脂类抗冲型加工助剂ACR，山东日科化学有限公司；氯化聚乙烯CPE-135A，山东潍坊亚星化学公司；稳定剂LF-5001，江苏联盟化学有限公司；铝酸酯偶联剂LS-62，安徽省天长市绿色化工助剂厂；润滑剂，市售。 设备与仪器 高低混合机组，HL-800/2500，张家港市联冠股份公司；双螺杆挤出机，SJ-65/132，张家港市华顺机械制造有限公司；环刚度试验机CMF-4504，中国天水三思新技术有限公司；低温落锤冲击试验机XJL-300C，承德金建检测仪器有限公司。 活化纳米CaCO3的制备 将轻质纳米CaCO3为100份，铝酸脂偶联剂用量为纳米CaCO3重量份的1.5%投入高速混合机内捏合至75-80℃，时间8-10分钟排料转入冷混，冷混温度控制在40℃时放料，制备得到纳米CaCO3活化料。 配方及工艺条件 经过大量的试验和普通配方的对比，优选确定了最佳生产配方。 工艺条件 混合工艺：将活化纳米CaCO3按配比称量好后，投放到PVC配方体系中进行高速混合。热混时间约10分钟，温度达到115℃时，即可放料至冷混机内冷混8-10分钟，温度达到45℃时，放料至储料仓。将混配好的纳米改性复合材料，放置12小时后使用。 生产工艺：在挤出机中加入活化纳米CaCO3的实验配方，塑化时间要比普通配方长一些，这可能是经铝酸酯偶联剂对纳米CaCO3表面处理后，使偶联剂在配方体系中延缓了物料的塑化时间。但是，不影响正常生产。 结果与讨论 纳米CaCO3的分散性 对纳米材料的使用，关键技术是如何提高纳米粒子在PVC基体中的分散性。较好的分散方法是采用偶联剂进行表面处理，由于纳米粒子的表面能很高，若将未经处理的纳米CaCO3直接加入PVC基体中，纳米粒子极易聚集成团，无法发挥增韧作用。因此，纳米材料分散性的好坏，是关系到物料改性的关键。本文采用的是重力分散法，就是利用机械力把粒体聚集团进行分散，使纳米粒子均匀地分散在PVC基体中。此方法操作简单，分散效果好。 活化纳米CaCO3对复合材料的改性机理 偶联剂作为无机填料的表面改性剂，能使粉体纳米CaCO3粒子较好的分散于树脂基体中，使填料与树脂间形成化学键，实现界面偶联作用，增强界面黏结强度。其活化纳米CaCO3的改性机理：偶联剂分子中存在两种不同的基团。一种基团，可与无机物表面化学基团反应，形成强固的化学键，即与粉体表面微量的水分形成羟基，与偶联剂进行化学反应或物理吸附形成强有力的化学键；另一部分基团，可与有机高分子材料具有很好的相容性，能与高分子材料的长链进行物理缠绕，从而把两种性质不同的材料牢固的结合起来，也就是把无机材料与高分子材料的界面连接起来，形成网状结构，增加相互间的键合力，从而提高PVC多孔管材的力学性能。 多孔管材的力学性能 通常，直接加入纳米CaCO3生产的多孔管材，往往会使产品的力学性能下降，由于纳米粉体粒径很小，比表面积大，表面能高，分散差，易聚集成团。因此，使生产的产品在拉伸强度和抗冲击性能有所下降。 结论 活化纳米CaCO3可有效的改善PVC配方体系的相容性，能把无机材料与高分子材料的界面连接起来，形成网状结构，增加相互间的键合力，使界面黏结强度得到提高。 偶联剂作为无机粉体的表面改性剂，能使纳米CaCO3粒子较好的分散于树脂基体中，并对PVC/ACR复合材料具有良好的加工性能和挤出稳定性。可进一步提高多孔管的抗冲击强度和表面光泽度。(end)

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