氯化聚氯乙烯(CPVC)是以PVC樹脂為原料經氯化制得的一種介于橡膠和塑料之間的新型高分子彈性體材料。其生產方法主要有3種，即溶液法、氣固相法.和水相懸浮法。CPVC的含氯量一般為65%-72%，但大多數情況下含氯量為66%-68%。CPVC能耐大多數的酸、堿、鹽，有很好的耐化學腐蝕性，耐熱方面明顯優(yōu)于其他塑料，作為PVC樹脂氯化改性產品，它在使用溫度(比PVC樹脂高35-40℃)、強度、耐熱、阻燃等方面比PVC有明顯提高，近年來，CPVC的需求量迅速增加。
鑒于CPVC獨特的性能，其在電力電纜管的應用上有廣泛的發(fā)展前景。一般PVC管的耐熱溫度在80℃左右，而CPVC管的耐熱溫度可達100℃以上，由CPVC制成的電力電纜管主要用于電力電纜的鋪設并起導向保護電纜作用。有關文獻指出，改性氯化聚氯乙烯制成的雙壁波紋電力護套管，具有耐腐蝕、耐高溫、絕緣性好、無污染、韌性好、質量輕、成本低、施工方便等優(yōu)點，各個工業(yè)領域應用廣泛。
CPVC是PVC進一步氯化的產物，隨著氯原子的增加，分子之間的作用力加大，而導致CPVC加工流動性差，給實際的生產帶來了困難，再加之CPVC脆性大，高溫易脆，低溫也易脆，因此，近年來國內對CPVC的改性主要是添加MBS、CPE、ACR等來提高體系的沖擊強度、降低熔體黏度、改善其加工流動性。但無論是添加MBS、CPE還是ACR都是以降低體系的熱變形溫度為代價的。因此就這方面存在的問題，筆者主要從提高耐熱性著手，研究了填料對于CPVC/PVC合金體系的耐熱性能的影響。
1實驗部分
1.1主要原料
CPVC樹脂，氯含量66%，江蘇東臺九轉化工有限公司；
PVC樹脂，S-1000型，中國石化齊魯有限公司；
三鹽基硫酸鉛，工業(yè)級一級品，江蘇東臺化工廠；
二鹽基亞磷酸鉛，工業(yè)級一級品，江蘇東臺化工廠；
硬脂酸鉛，工業(yè)級一級品，江蘇東臺化工廠；
硬脂酸鋇，工業(yè)級一級品，江蘇東臺化工廠；
石蠟，北京燕山石化；
ACR沖擊改性劑，201，工業(yè)級一級品，蘇州安利化工廠；
復合填料(絹云母+高嶺土)，38μm，江蘇徐州鼎新礦粉廠；
玻璃纖維，工業(yè)級一級品，廊坊市玻璃總廠；
硅灰石，38μm，吉林梨樹縣大頂子山硅灰石礦粉廠；
石墨，工業(yè)級一級品，北方鑫源電碳制品有限公司；
EBS，工業(yè)級一級品，福建師范大學化工廠；
鋁酸酯，工業(yè)級一級品，福建師范大學化工廠。
1.2主要設備
高速混合機，SGSH-2/6，青島遠東塑料工程有限公司；
轉矩流變儀，PLV-151，德國BRABENDER公司；
雙輥開煉機，SK-160B，上海橡膠機械廠；
平板硫化機，XQLB；上海第一橡膠機械廠；
萬能制樣機，河北省承德試驗機廠；
電子天平，T500，美國雙杰集團有限公司；
維卡測試儀，XRW-300M，中實檢測設備有限公司；
組合式數顯沖擊試驗機，XJZ-50，承德試驗機有限責任公司；
擺錘式沖擊試驗機數顯裝置，承德試驗機有限責任公司；
拉力試驗機，LJ-1000，廣州材料試驗機廠。
1.3 實驗過程
確定最佳CPVC/PVC配比：將不同配比的CPVC、PVC混合、高速攪拌、稱量，在轉矩流變儀180℃、20r/min條件下，測試共混物的動態(tài)熱穩(wěn)曲線；
研究不同填料對CPVC/PVE合金的熱性能及力學性能的影響：將不同含量的填料和CPVC/PVC合金混合、高速攪拌，然后把混合均勻的粉狀料加入二輥開煉機中，180℃條件下，混合、塑煉，將塑煉好的樣片放置到平板硫化機中壓制成型，壓力10MPa，熱壓3min、冷壓至樣片冷卻。
1.4 性能測試
拉伸性能按GB/T 1040-92測試；
沖擊強度按GB/T 1043-93測試。
2 結果與討論
2.1 PVC含量對CPVC/PVC合金動態(tài)熱穩(wěn)定性的影響
由表1可知，動態(tài)熱穩(wěn)定時間(DTS)隨PVC含量的增加而延長，對比A1和A5，都是同樣的穩(wěn)定劑，PVC體系的DTS約為CPVC體系的5倍，說明CPVC的動態(tài)熱穩(wěn)定性比PVC要差得多。這可能是因為CPVC中的氯含量高于PVC，使得分子鏈變得剛硬，同時分子間作用力加大，在加工過程中受到剪切，分子間內摩擦生熱使得物料的溫度迅速上升，從而加速了CPVC的分解。
2.2 PVC含量對CPVC/PVC合金加工性能的影響
由表2可以看出，無論是最大扭矩還是平衡扭矩，均隨PVC含量的增加而降低。也就是說，隨著PVC含量增加，一方面，共混體系塑化時功耗減少；另一方面，體系的熔融黏度降低。后一規(guī)律表明PVC的后期加工性能優(yōu)于CPVC。
A3中PVC含量為50份，動態(tài)熱穩(wěn)定時間比A1、A2提高了很多；當PVC含量超過50份時，DTS雖然增大，但最大扭矩與平衡扭矩相差不多，所以不利于加工。在下面的實驗中我們選用CPVC：PVC=50：50作相關的對比實驗。
2.3 不同填料對CPVC/PVC合金熱性能的影響
考察不同含量的填料——石墨、玻璃纖維、硅灰石、復合填料來研究填料對CPVC/PVC(50/50)合金熱性能的影響，測得維卡軟化溫度見圖1(略)。
由圖1可以看出，玻璃纖維對體系的熱性能改進效果非常好，差不多每15份玻璃纖維提高13℃左右。其次是石墨，每15份石墨提高3℃左右。復合填料和硅灰石對體系的熱性能只有微小的提高。
玻璃纖維在CPVC/PVC體系中能如此明顯地提高耐熱性，主要是因為它與體系的接觸界面很大，降低了體系的柔順性。次要是因為它在試樣中形成空間網狀結構。在溫度升高塑料開始軟化時，它就像人體的骨骼一樣對塑料起到骨架的作用，保持試樣的形狀不發(fā)生改變。
但是，玻璃纖維也存在著一些問題。它在雙輥開煉機上塑化時，雖然玻璃纖維與CPVC/PVC的質量比不是很高，但是在塑化過程中形成空間網狀結構使玻璃纖維變得蓬松，相對體積增大，導致玻璃纖維與CPVC/PVC的體積比變得很高。在雙輥開煉機上很難被制成片，當玻璃纖維含量為15份時基本上成片，含量為30份時呈斷斷續(xù)續(xù)的片，而含量為45份則根本不能成片，因此在生產過程中玻璃纖維的含量不能過高。
石墨對CPVC/PVC體系的耐熱性提高非常明顯。這主要是因為石墨是由碳原子通過π鍵組成的以六邊形為單元的片層結構，CPVC/PVC體系的分子鏈是碳鏈，兩者都是以碳為基礎，相容性比較好，體系柔順性很低，對體系耐熱性的提高比較多。
雖然復合填料和石墨的粒徑大小相同，微粒的結構也都是片狀的，但是，復合填料對CPVC/PVC體系的耐熱性提高不是很明顯，原因如下：復合填料粉的粒徑大小一般，與體系的相對界面不是很大，體系的柔順性下降的不是很多；另外，復合填料粉主要含有硅，合金體系主要含碳，復合填料粉與體系的相容性一般，雖然加入了偶聯劑，但是效果不是很明顯。
硅灰石對CPVC/PVC體系的耐熱性提高不是很明顯。原因和復合填料粉的情況差不多，所以耐熱性提高的情況和復合填料粉差不多。
2.4 不同填料對CPVC/PVC合金拉伸性能的影響
將不同含量的石墨、玻璃纖維、硅灰石、復合填料添加到CPVC/PVC(50/50)體系中，測得拉伸性能見圖2(略)所示。
由圖2可以看出，除玻璃纖維外其他填料都使CPVC/PVC合金拉伸強度有不同程度的下降。玻璃纖維15份時拉伸強度提高，30份時拉伸強度下降。石墨雖然也使拉伸強度下降，但下降得比較少。復合填料和硅灰石使拉伸強度大幅下降。
共混體系中玻璃纖維含量15份時拉伸強度有一定程度的升高，而玻璃纖維含量30份時拉伸強度又有一定程度的下降。表明少量玻璃纖維對CPVC/PVC體系的力學性能有一定的提高，玻璃纖維含量15份時拉伸強度有一定程度的升高，原因是玻璃纖維的含量比較低，基體樹脂的連續(xù)相比較高，而且玻璃纖維的長徑比很大，充分發(fā)揮了纖維增強的作用，提高了拉伸強度。
隨著共混體系中復合填料含量的增加，拉伸強度有一定程度的下降，表明復合填料不但沒有提高CPVC/PVC體系的力學性能，反而使其明顯下降，主要原因如下：復合填料粉的顆粒呈光滑的片狀結構，而且與體系相容性一般，當受到拉伸時，復合填料顆粒與體系的連接斷裂，使樣條中產生很多的縫隙，很容易出現裂紋，而CPVC/PVC體系是硬而脆的塑料，不會出現吸收能量的銀紋，而是在很快的時間內形成斷裂帶，發(fā)生脆性斷裂。
硅灰石的添加使拉伸強度降低，但是它不同于復合填料的斷裂情況：含有硅灰石的CPVC/PVC合金斷裂樣條的斷口處會出現很多的銀紋，拉伸樣條還有輕微的伸長率，不是脆性斷裂。這主要是因為硅灰石長徑比較大，而且與CPVC/PVC體系的相容性比較好，偶聯劑充分發(fā)揮了作用。硅灰石的小顆粒與CPVC/PVC體系黏合良好，產生了黏性拖滯作用，雖然沒有改進強度和韌性，但是提高了極限伸長率。
隨著共混體系中石墨含量的增加，拉伸強度有一定程度的下降，表明石墨不但沒有提高CPVC/PVC體系的力學性能，反而使其明顯下降。
2.5 不同填料對CPVC/PVC合金沖擊強度的影響
由圖3可以看出，四種填充劑都使沖擊強度明顯下降，其中硅灰石使CPVC/PVC體系下降幅度最小，而且有銀紋出現。
玻璃纖維體系力學性能下降主要有兩個原因：首先，玻璃纖維與CPVC/'PVC體系的接觸面非常大，使體系的連續(xù)相變的更接近分散相，雖然硬度大大提高了，但是變得很脆，所以很容易產生脆性斷裂；其次，玻璃纖維在雙輥開煉機上塑化時，雖然玻璃纖維與CPVC/PVC的質量比不是很高，但是它在塑化過程中形成空間網狀結構，玻璃纖維變的蓬松，相對體積增大，使玻纖與CPVC/PVC的體積比變得很高。在雙輥開煉機上很難被制成片，當玻璃纖維含量為45份時根本無法制樣。對比玻璃纖維拉伸性能的測試結果，玻璃纖維只有在含量較低的時候，才不會因加工困難而導致制品產生缺陷，降低力學性能。
石墨的沖擊強度的變化情況基本和復合填料一樣，但是沖擊強度下降得更多。這主要是因為石墨粉和復合填料粉的顆粒大小基本相同，而且石墨的原子結構也是片層結構，惟一的不同是石墨粉是由碳原子組成，復合填料粉主要是由SiO2和Al2O3分子組成，而CPVC/PVC體系是碳鏈結構，石墨粉與CPVC/PVC體系相容性更好，但是由于樣條的脆性很高，只要出現一條裂紋，就會在很快的時間內形成斷裂帶，發(fā)生脆性斷裂。
此外，由于整個試樣是通過雙輥開煉機塑化和模壓成型工藝制備的，不能形成自動化生產，必須用手動生產，產生氣泡是不可避免的事情，并且由于CPVC/PVC硬而脆，在萬能制樣機上切割極容易使試樣出現裂紋，影響到體系力學性能。
3 結論
(1)DTS隨著PVC含量的增加而延長，當CPVC/PVC含量為50/50時，合金的加工性能最好；
(2)玻璃纖維、石墨、硅灰石、復合填料添加到CPVC/PVC(50/50)體系中，均會不同程度的提高體系的耐熱性；
(3)玻璃纖維對體系的熱性能改進效果非常好，差不多每15份玻璃纖維提高13℃左右。其次是石墨，每15份石墨提高3℃左右。復合填料和硅灰石對體系的熱性能只有微小的提高；
(4)四種填料的添加會導致體系沖擊強度的大幅下降；其中，硅灰石使CPVC/PVC體系下降幅度最小；
(5)除玻璃纖維外，其他三種填料均會不同程度地降低體系的拉伸強度，玻璃纖維含量為15份時，體系的拉伸強度有一定的提高，而含量為30份時，拉伸強度有明顯下降。
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