PVC硬制品加工行業對碳酸鈣的需求量非常大, 不論是管材?型材還是板材, 碳酸鈣是必不可少的填充劑?碳酸鈣可以提高PVC 制品的尺寸穩定性?剛度, 納米碳酸鈣還可以改善PV C 制品的韌性?然而, 良秀不齊的碳酸鈣質量對制品性能帶來的不利影響也是不容忽視的?因此, 選擇高品質的碳酸鈣對PVC 硬制品生產廠家是至關重要的?
筆者通過對碳酸鈣顆粒形態的微觀分析和宏觀表征,分析了碳酸鈣顆粒形態對PVC 硬制品性能的影響,為碳酸鈣的選用和檢測提供了參考依據?筆者研究的輕質碳酸鈣的顆粒形態包括: ①一次結構, 即初級粒子的形狀和尺寸; ② 二次結構, 即初級粒子團聚之后的聚集體的形狀和尺寸?采用沉降體積?吸油量和掃描電子顯微鏡( SEM ) 來表征碳酸鈣的顆粒形態?采用SEM 可以直接觀測碳酸鈣顆粒的形狀和尺寸, 主要在科研中使用; 而沉降體積和吸油量可間接表征顆粒形態, 在工業中應用較多?沉降體積基本與粒徑大小成反比, 而吸油量表征的是粒子的團聚狀態, 主要與粒子間隙有關?試驗中的試驗樣品, 主要針對一些沉降體積較為典型的批號, 通過SEM 觀察其形狀和尺寸, 分析與沉降體積?吸油量表現出來的性能是否一致?
1 試驗部分
1.1 試驗儀器
浙江大學分析測試中心場發射掃描電子顯微鏡, SIRION100 , 美國FEI公司; 高速混合機,SHR10型, 張家港市輕工機械廠; 雙輥筒混合試驗機,BL-6175型, 寶輪精密檢測儀器有限公司; 平板硫化機, QLB-25 D/Q , 無錫新銳橡塑機械廠; 電子拉力試驗機,XLD-20 型, 承德金建檢測儀器有限公司。
1.2 試驗原料
輕質碳酸鈣, 廠家A ( 蘇州)、廠家B ( 常山)、廠家C ( 衙州)、廠家D ( 湖州)、廠家E ( 河北) ; PVC,M-800 , 宜賓天原集團股份有限公司; 復合鉛鹽穩定劑, 德國熊牌。
1.3 試驗過程
1.3.1 顆粒形態的測試
按照GB/T19281-2003( 碳酸鈣分析方法》的規定測試樣品的沉降體積和吸油量, 采用95 % 的乙醇溶液測試活性輕質碳酸鈣的沉降體積。相應樣品送浙江大學分析測試中心進行SEM 測試。樣品類型及主要性能如表1 所示。
1.3.2 試樣力學性能的測試
試驗配方為。m:( PVC ):m( 復合穩定劑:)m (碳酸鈣) = 100 : 5 : 8 , 按此稱取2kg PVC 和相應的碳酸鈣及穩定劑, 在高速混合機中混合至120 ℃ , 下料冷卻, 開煉、壓片, 在23 ℃ 下恒溫放置24 h, 然后按照GB/T104.02-2006( 塑料拉伸性能的測定第2 部分: 模塑和擠塑塑料的試驗條件》規定的條件測試力學性能。
2 結果與討論
2.1 碳酸鈣形態的研究
2.1.1 比較沉降體積相近的4 種活性輕質碳酸鈣的顆粒形態
1# 、2 # 、3# 、4#的沉降體積在2.2-2.3mL/g ,其分別放大1250倍和10000倍時的SEM 照片見圖1、圖2。
由圖1 可見, 相同放大倍數時, 2# 和3#的顆粒大小相對比較均勻, 而1#和4# 的顆粒大小則相對不均勻。從圖2 可清晰地看出碳酸鈣顆粒的初級形態和團聚形態。初級粒子的形狀為紡錘形, 長度小于3μm; 團聚粒子的形狀為不規則的球形, 直徑小于5μm。其中2#和3# 的初級粒子團聚得相對松散, 而1#和4 # 團聚得則比較密實, 即初級粒子的間隙較小, 吸油量偏低, 這與測試結果是相符的。
2.1.2 比較廠家E 與其他廠家活性輕質碳酸鈣顆粒形態的差異
廠家E 的活性輕質碳酸鈣放大1000 倍時的S E M 照片見圖3。比較圖2 和圖3 , 可以清晰地看到廠家E 的活性輕質碳酸鈣與其他廠家的活性輕質碳酸鈣的差異: 前者初級粒子為細長、規則的紡錘形, 尺寸均勻、粒子聚集松散、間隙大, 這正是其吸油量和沉降體積高的根本原因。這種結構的碳酸鈣在與PVC共混時分散較快。
2.1.3 比較沉降體積相同的3種輕質碳酸鈣的顆粒形態
7 # 、8#、9 # 的沉降體積均為3.0mL/g, 分別放大1250倍和10000的SEM 照片見圖4、圖5。由圖4 、圖5 可見,相同沉降體積時, 7 # 、8 # 的顆粒形狀和尺寸比較均勻, 粒子團聚相對松散; 9# 的顆粒尺寸相對較大, 形態不規則度大, 粒徑不均勻。顆粒尺寸大則沉降體積小, 形態不規則度大則沉降體積大, 兩種因素抵消, 則使9# 與7# 、8#能達到相同大小的沉降體積。
2.1.4 比較同一廠家不同沉降體積輕質碳酸鈣的顆粒形態
9 # 、10#為廠家A的輕質碳酸鈣 , 沉降體積分別為3.0mL/g 和2.5 mL/g。圖6、圖7 分別為放大1250 倍和10000 倍時的SEM 照片。從圖6 、圖7 可見,10 #顆粒尺寸大、不均勻, 且摻有一定數量的重質碳酸鈣大粒子, 這是其沉降體積較小的根本原因。
2.1.5 比較同一廠家不同沉降體積活性輕質碳酸鈣的顆粒形態
3#、6#為廠家B的活性輕質碳酸鈣, 沉降體積分別為2.2mL/g 和1.7mL/g , 8 圖9 分別為放大1250 倍和10000倍時的SEM 照片。由圖8、圖9 可見, 3 #顆粒尺寸均勻, 呈比較規則的球形, 沉降體積較大。6# 顆粒較大, 沉降體積較小。
2.2 輕質碳酸鈣沉降體積對試樣力學性能的影響
輕質碳酸鈣沉降體積對試樣力學性能的影響如表2 、圖10 和圖1 所示。由圖10 可見, 輕質碳酸鈣沉降體積增大, PVC 制品屈服強度變化趨勢不明顯, 但斷裂強度則明顯增大。廠家E 和廠家C 的沉降體積分別為3.1、2.9m L/ g 時, 二者對試樣強度的影響相近。
由圖11 可見, 隨著沉降體積的增大, 斷裂伸長率明顯增大; 當沉降體積大于2.7mL/g 時, 斷裂伸長率高于基準樣, 表明對制品韌性有所提高。廠家E 的輕質碳酸鈣沉降體積為3.1 m L / g, 增韌效果最好。
由表2 、圖l0 和圖11 可見, 輕質碳酸鈣沉降體積大于2.7mL/g 時, 試樣的綜合力學性能較好。
3 結論
(1) 廠家E 的碳酸鈣與其他廠家的碳酸鈣顆粒形態相差較大。廠家E 的碳酸鈣初級粒子呈細長的紡錘形, 尺寸均勻, 粒子團聚松散, 間隙大; 團聚粒子呈規則的球形, 尺寸均勻, 屬于高結構形態, 因此沉降體積和吸油量較高。
(2) 廠家A、廠家B、廠家C、廠家D 的碳酸鈣沉降體積在2.2-2.3mL/g 時, 其初級粒子呈紡錘形;廠家B 和廠家C 的碳酸鈣粒子團聚相對松散, 間隙較大, 因此吸油量較大; 廠家A 和廠家D 的碳酸鈣粒子團聚密實, 團聚粒子尺寸不均勻, 所以吸油量較小。
(3) 當采用同一廠家生產的碳酸鈣時, 隨著碳酸鈣沉降體積的增大, 試樣的力學性能提高, 當輕質碳酸鈣沉降體積大于.7mL/g 時, 試樣綜合力學性能較好。
作者:張玉瑾 , 賈永明, 王輝(浙江中財管道科技股份有限公司)
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