PVC軟管耐磨性的研究

聚氯乙烯（PVC）軟管性價(jià)比較高，因此在很多場(chǎng)合都得到廣泛應(yīng)用，但其耐磨性不太好，在一些使用場(chǎng)合就要考慮其耐磨性，比如清洗機(jī)、噴霧機(jī)等設(shè)備的高壓出水軟管會(huì)隨機(jī)器柱塞的運(yùn)動(dòng)呈周期性抖動(dòng)，與地面接觸很容易磨損。采用普通PVC的軟管很難滿足要求。但目前為PVC材料的耐磨性研究的比較少，報(bào)道也不太多。為此筆者對(duì)PVC軟管的耐磨性進(jìn)行簡(jiǎn)單的探索與研究。

一、試驗(yàn)部分

（一）主要設(shè)備、儀器和原料

高速混合機(jī)，型號(hào)GRH300；水冷PVC造粒機(jī)組，型號(hào)LDP-90；PVC纖維增強(qiáng)軟管設(shè)備，型號(hào)JX-65；橡膠專用耐磨試驗(yàn)機(jī) ，型號(hào)XJ-60， 揚(yáng)州天發(fā)試驗(yàn)機(jī)械有限公司；數(shù)顯分析天平，分度值0.005克 ，東莞順成電子有限公司；PVC1000浙江嘉化能源；PVC1300 新疆天業(yè)；PVC1800(SH-160)，PVC2500（SH-200），消光PVC G1300 上海氯堿；硬脂酸鈣，硬脂酸鋅，杭州油化；異辛酸鈣，異酸鋅，進(jìn)口；有機(jī)錫181，衢州東旭；丁腈橡膠粉(NBR)，型號(hào)Q-100 江蘇傲馳新材料；氯化聚乙烯（CPE）型號(hào)135A 山東亞星化學(xué)；鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），對(duì)苯二酸二辛酯DOTP 寧波愛(ài)敬；乙酰檸檬酸三丁酯 (ATBC)藍(lán)帆化工。

（二）基礎(chǔ)配方

PVC100份，增塑劑ATBC45份，固體鈣鋅熱穩(wěn)定劑2份，潤(rùn)滑劑適量，固體鈣鋅熱穩(wěn)定劑采用硬脂酸鈣，硬脂酸鋅等其他助劑按一定比例自配。

1.3試驗(yàn)步驟，將PVC及其助劑計(jì)量后放入高速混合機(jī)高速捏合，當(dāng)增塑劑完全吸收，整個(gè)物料成均勻粉狀時(shí)，直接放料。改性聚合物CPE，NBR等聚合物要在PVC混合好后加入，再混10~15秒放料；用造粒機(jī)組將粉料制成軟PVC粒子；把PVC粒子用軟管設(shè)備制成外徑12mm壁厚為3mm的纖維增強(qiáng)軟管；把軟管放置24小時(shí)后截取150mm長(zhǎng)的軟管，稱重、記錄，將軟管套在和軟管內(nèi)徑相同外徑的金屬芯棒上，將金屬芯棒連同軟管一起固定在耐磨試驗(yàn)機(jī)的檢測(cè)工位上，測(cè)試滑塊上固定粒度120棕剛玉砂紙，滑塊臂上方加有負(fù)重，開(kāi)始來(lái)回摩擦軟管，500次來(lái)回后，取下軟管，稱重，磨損前后的質(zhì)量差即為磨損量。

二、結(jié)果與討論

（一）PVC聚合度的影響

分別采用聚合度1000，1300，1800，2500，1300+2500（各50%）的PVC樹(shù)脂，制成軟管進(jìn)行耐磨測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表1

表1 不同聚合度PVC樹(shù)脂對(duì)耐磨性的影響

由表1可見(jiàn)隨著PVC聚合度的增加PVC軟管的耐磨性也越好，這是因?yàn)殡S著PVC分子量的增加，分子鏈的纏結(jié)程度增加，分子鏈能形成類似交聯(lián)橡膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使PVC材料顯示一定的粘彈性，在磨擦?xí)r材料不易被剝離出去；其次， PVC具有一定的結(jié)晶能力， 隨著聚合度的增加，結(jié)晶度提高，結(jié)晶作為增塑PVC的物理交聯(lián)點(diǎn) ，結(jié)晶度提高,物理纏結(jié)點(diǎn)增多 ，PVC分子間的范德華力和分子內(nèi)的氫鍵合力提高，首先破壞的是范德華力和氫鍵力受破壞，最后才破壞高分子主鏈，所以材料拉伸、 撕裂性能提高，耐磨性自然也提高。兩種不同聚合度的PVC混合使用耐磨性能類似兩者平均聚合度的單一PVC。

（二）增塑劑的影響

有文獻(xiàn)報(bào)到，在一定的添加范圍內(nèi)增塑劑對(duì)PVC的耐磨性影響隨著增塑劑的增加有下降趨勢(shì)， 但并不明顯，總體平穩(wěn)。鑒于管理和成本的因素，增塑劑用量的多少對(duì)耐磨性的影響這里就不再做對(duì)比試驗(yàn)了，只討論不同種類增塑劑對(duì)PVC耐磨性的影響。采用PVC 2500增塑劑分別用DOP，DOTP， ATBC制成軟管進(jìn)行耐磨測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表2

表2 不同增塑劑對(duì)PVC耐磨性的影響

由表2可以看出DOTP耐磨性最好，DOP次之，ATBC最差，但差別不大。這與增塑效率有關(guān)，用相同份數(shù)增塑劑的軟PVC，DOTP最硬，DOP次之，ATBC最軟。 用PVC的增塑原理中的潤(rùn)滑性理論可來(lái)解釋這一現(xiàn)象，增塑劑分子中的一部分結(jié)構(gòu)會(huì)緊密地和聚合物吸引在一起，起聚合物溶劑的作用，另一部分結(jié)構(gòu)則會(huì)在聚合物分子間起潤(rùn)滑劑的作用，這樣PVC分子鏈間的糾纏部分被破壞，導(dǎo)致PVC材料變軟，耐磨性下降，增塑效率越高的增塑劑的溶劑作用越差，而潤(rùn)潤(rùn)滑作用越強(qiáng)，做出的增塑PVC也越軟，耐磨性也會(huì)下降得越多。

（三）改性聚合物的影響

在基礎(chǔ)配方中加入30%的改性高聚物，NBR，CPE,消光PVC G1300，制成軟管進(jìn)行耐磨測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3

表3不同高聚物改性劑對(duì)PVC耐磨性的影響

由表3可以看出添加CPE的PVC管耐磨性稍有增加，添加NBR的PVC管耐磨性變化不大略有下降，添加消光PVC G1300的PVC軟管耐磨性大幅下降。出現(xiàn)如此差別的具體原因目前尚不清楚，有待進(jìn)一步的研究加以闡明。但下述機(jī)理解釋可能是合理的：CPE與PVC結(jié)構(gòu)相似相溶性好，CPE的加入，增塑劑沒(méi)有相應(yīng)增加，變相減少了增塑劑的用量，所以耐磨性稍好；NBR與PVC相容性稍差，NBR顆粒容易整團(tuán)拉扯掉，導(dǎo)致耐磨性下降抵消了橡膠本身的高耐磨性；而消光PVC的表現(xiàn)令人詫異，可能是消光PVC中有大量的凝膠顆粒，這些顆粒鑲嵌在普通的PVC2500中,并且兩者結(jié)合不是很牢固，做耐磨測(cè)試時(shí)容易整個(gè)顆粒從PVC表面拉扯出來(lái)的緣故。

（四）熱穩(wěn)定劑種類的影響

用固體鈣鋅熱穩(wěn)定劑、液體鈣鋅熱穩(wěn)定劑、有機(jī)錫181熱穩(wěn)定劑的基礎(chǔ)配方制成軟管進(jìn)行耐磨測(cè)試。液體鈣鋅熱穩(wěn)定劑采用異辛酸鈣鈣，異辛酸鋅等其他助劑按一定比例自配。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4

表4不同熱穩(wěn)定劑對(duì)PVC耐磨性的影響

由表4可以看出不同熱穩(wěn)定劑生產(chǎn)的軟管耐磨性性，固體鈣鋅最好的，液體鈣鋅和有機(jī)錫181耐磨性要差好多，其中有機(jī)錫最差，這是因?yàn)楣腆w鈣鋅熱穩(wěn)定劑中的硬脂酸鈣和硬脂酸鋅具有很強(qiáng)的滑爽性，在做耐磨測(cè)試中起到了自潤(rùn)滑作用，所以用固體鈣鋅穩(wěn)定劑軟PVC耐磨性最好，液體鈣鋅滑爽性較小，有機(jī)錫181幾乎沒(méi)有滑爽性，所以沒(méi)有潤(rùn)滑效果，耐磨性變差，同時(shí)液體鈣鋅熱穩(wěn)定劑和有機(jī)錫181都是液體他們的加入對(duì)PVC有增塑劑的作用，好比增加了增塑劑的用量，所以耐磨性也會(huì)相應(yīng)的下降。

三、結(jié)語(yǔ)

PVC軟管的耐磨性跟PVC聚合度、增塑劑用量和種類、熱穩(wěn)定劑種類關(guān)系比較密切，耐磨性與聚合度正相關(guān)，與增塑劑增塑效率負(fù)相關(guān)，與熱穩(wěn)定劑的潤(rùn)滑性正相關(guān)，而通常用的PVC改性聚合物NBR、CPE、消光PVC等對(duì)軟PVC管的耐磨性并無(wú)益處。

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