CN105128477A - 一种耐低温高韧性硬质聚氯乙烯(upvc)复合材料 - Google Patents

一种耐低温高韧性硬质聚氯乙烯(upvc)复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料的制备，属于塑料复合材料领域。通过低温改性剂热塑性弹性体(TPE)对硬质聚氯乙烯(UPVC)进行改性，生产出一种耐低温冲击的硬质聚氯乙烯(UPVC)材料，再将发泡聚氯乙烯材料和上述硬质聚氯乙烯(UPVC)材料通过高温熔融的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)进行粘合，组成一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料，本发明采用三层结构，突破传统硬质聚氯乙烯结构单一的进行改性的缺陷，三者的优点有机的结合，同时，使用乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA材料进行粘合，替代传统的粘合剂，降低了成本和污染，同时提升产品的性能。

Description

一种耐低温高韧性硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料
技术领域
本发明涉及一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料的制备，属于塑料复合材料领域。
背景技术
聚氯乙烯十五大通用合成塑料之一，具有良好的物理及机械性能。可用于生产建筑材料、包装材料、电子材料、日常消费品等，广泛应用于工业、农业、建筑、交通运输、电力电讯和包装领域。但由于其耐寒性和低温抗冲击性能较差，硬质聚氯乙烯(UPVC)的使用温度下限一般为－15℃，限制了聚氯乙烯(PVC)材料在低温领域的应用。
一般情况下，采用增加耐寒增塑剂，添加改性剂，改变树脂分子量等方法来提升聚氯乙烯(PVC)的耐寒性，但硬质聚氯乙烯(UPVC)在生产和制作过程中，不能添加具有增塑效果的增塑剂，所以需要发明一种既可以满足低温下可以使用，又不改变产品自身其他特性的材料。
本发明通过低温改性剂热塑性弹性体(TPE)对硬质聚氯乙烯(UPVC)进行改性，生产出一种耐低温冲击的硬质聚氯乙烯(UPVC)材料，再将发泡聚氯乙烯材料和上述硬质聚氯乙烯(UPVC)材料通过高温熔融的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)进行粘合，组成一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对硬质聚氯乙烯(UPVC)在低温条件下其耐寒性和抗冲击性较差的问题，提供了一种改性硬质聚氯乙烯(UPVC)材料，并使用三层复合的结构的方法来改善其韧性和耐低温的特性，使硬质聚氯乙烯(UPVC)满足在低温环境下的使用，提升了产品特性，拓宽了产品的使用范围。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
(1)按重量份数比计称量下述各物质：
主材料：聚氯乙烯(PVC)树脂80～90份；低温改性剂：核—壳结构的丙烯酸酯类共聚物(ACR树脂)3～6份，粉末丁腈橡胶(NBR)3～8份；填充剂：1～2份纳米碳酸钙或超细碳酸钙(CaCO3)和3～4份的氯化聚乙烯(CPE)；
(2)将按上述配方称量好的物质加进高速混合机中混合，混合时间为10min；
(3)将混合完成的混合物投入进双螺杆挤出机进行挤出成型，压制得到改性的硬质聚氯乙烯(UPVC)树脂材料，作为复合材料的内层；
(4)按重量份数比计称量下述各物质：
聚氯乙烯树脂(PVC)60～70份，发泡剂偶氮二甲酰(AC发泡剂)5～8份，增塑剂20～30份，钙锌复合稳定剂2～5份；
(5)将上述物料按顺序依次投放进高速捏合机进行捏合，再冷却静置，通过注塑机进行注射成型，得到聚氯乙烯(PVC)自由发泡板，作为复合材料的外层；
(6)将上述得到的内外两层分别涂上2mm厚度的高温熔融的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，作为中间层，并在乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)熔融状态下(150℃)将内外两层进行粘合，冷却静置，得到一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料。
所述的挤出参数为混合机转速为800～1000r/min，双螺杆挤出机各区温度为一区：180～185℃，二区：185～190℃，三区：190～195℃，挤出机转速50r/min。
所述的钙锌复合稳定剂为液体钙锌复合稳定剂，由6～7％的2—乙基己酸钡，3～4％的2—乙基己酸镉，0.5～1％的乙基己酸锌，15～20％作为螯合剂的亚磷酸酯和少量2，6-二特丁基对甲酚、双酚A抗氧剂及紫外线吸收剂，以及液体石蜡油作溶剂，和少量高级醇消泡剂组成。
所述的注射机参数为：注射机嘴部：180℃～190℃，注射机前部：180℃～195℃，注射机中部：190℃～195℃注射机后部：190℃～195℃，熔胶温度范围：180℃～200℃，模具温度：80℃～90℃，注塑压力：78.4Mpa～127Mpa，注塑速度：中速至快速，螺杆转速：28r/min。
本发明的原理是：内层硬质聚氯乙烯(UPVC)使用低温改性剂热塑性弹性体(TPE)对硬质聚氯乙烯(UPVC)进行改性，再加入具有优良低温冲击性强度及耐候性较好的ACR树脂，用来改善硬质聚氯乙烯(UPVC)的耐寒性和韧性；通过使用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)进行粘合发泡的聚氯乙烯，由于EVA材料中引入了乙酸乙烯单体，降低了结晶度，有效地提高了产品的韧性和保温隔热性能；发泡材料自身优良的结构特性，通过材料的三维网状结构，有效地提高产品的韧性特性，同时发泡聚乙烯自身也具备优良的耐低温特性，三者有机结合，，紧密相连，层层包覆，将产品的耐低温特性发挥到最大，同时，由于复合材料内部的弹性体和发泡结构，可消除大量的冲击和弯曲力量，保证产品的强韧。
本发明与其他方法相比，有益效果是：
(1)采用三层结构，突破传统硬质聚氯乙烯结构单一的进行改性的缺陷，三者的优点有机的结合，最低使用温度可达-80℃，抗冲击强度可达130J/m；
(2)使用低温改性剂热塑性弹性体(TPE)对硬质聚氯乙烯进行改性，有效地改善了产品的耐寒性，同时用量较小，节约成本；
(3)使用EVA材料进行粘合，替代传统的粘合剂，降低了成本和污染，同时提升产品的性能。
具体实施方式
按重量份数比计称量下述各物质：主材料：聚氯乙烯(PVC)树脂80～90份；低温改性剂：核—壳结构的丙烯酸酯类共聚物(ACR树脂)3～6份，粉末丁腈橡胶(NBR)3～8份；填充剂：1～2份纳米碳酸钙或超细碳酸钙(CaCO3)和3～4份的氯化聚乙烯(CPE)；将按上述配方称量好的物质加进高速混合机中混合，混合时间为10min；再将混合完成的混合物投入进双螺杆挤出机进行挤出成型，压制得到改性的硬质聚氯乙烯(UPVC)树脂材料，作为复合材料的内层；再按重量份数比计称量下述各物质：聚氯乙烯树脂(PVC)60～70份，发泡剂偶氮二甲酰(AC发泡剂)5～8份，增塑剂20～30份，钙锌复合稳定剂2～5份；然后将上述物料按顺序依次投放进高速捏合机进行捏合，再冷却静置，通过注塑机进行注射成型，得到聚氯乙烯(PVC)自由发泡板，作为复合材料的外层；
最后将上述得到的内外两层分别涂上2mm厚度的高温熔融的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，作为中间层，并在乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)熔融状态下(150℃)将内外两层进行粘合，冷却静置，得到一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料；其中所用的挤出参数为混合机转速为800～1000r/min，双螺杆挤出机各区温度为一区：180～185℃，二区：185～190℃，三区：190～195℃，挤出机转速50r/min；使用的钙锌复合稳定剂为液体钙锌复合稳定剂，由6～7％的2—乙基己酸钡，3～4％的2—乙基己酸镉，0.5～1％的乙基己酸锌，15～20％作为螯合剂的亚磷酸酯和少量2，6-二特丁基对甲酚、双酚A抗氧剂及紫外线吸收剂，以及液体石蜡油作溶剂，和少量高级醇消泡剂组成；使用的注射机参数为：注射机嘴部：180℃～190℃，注射机前部：180℃～195℃，注射机中部：190℃～195℃注射机后部：190℃～195℃，熔胶温度范围：180℃～200℃，模具温度：80℃～90℃，注塑压力：78.4Mpa～127Mpa，注塑速度：中速至快速，螺杆转速：28r/min。
实例1
按重量份数比计称量下述各物质：主材料：聚氯乙烯(PVC)树脂80份；低温改性剂：核—壳结构的丙烯酸酯类共聚物(ACR树脂)6份，粉末丁腈橡胶(NBR)8份；填充剂：2份纳米碳酸钙或超细碳酸钙(CaCO3)和4份的氯化聚乙烯(CPE)；将按上述配方称量好的物质加进高速混合机中混合，混合时间为10min；再将混合完成的混合物投入进双螺杆挤出机进行挤出成型，压制得到改性的硬质聚氯乙烯(UPVC)树脂材料，作为复合材料的内层；再按重量份数比计称量下述各物质：聚氯乙烯树脂(PVC)60份，发泡剂偶氮二甲酰(AC发泡剂)8份，增塑剂30份，钙锌复合稳定剂5份；然后将上述物料按顺序依次投放进高速捏合机进行捏合，再冷却静置，通过注塑机进行注射成型，得到聚氯乙烯(PVC)自由发泡板，作为复合材料的外层；
最后将上述得到的内外两层分别涂上2mm厚度的高温熔融的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，作为中间层，并在乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)熔融状态下(150℃)将内外两层进行粘合，冷却静置，得到一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料；通过产品所采用三层结构，突破传统硬质聚氯乙烯结构单一的进行改性的缺陷，三者的优点有机的结合，同时，使用EVA材料进行粘合，替代传统的粘合剂，降低了成本和污染，同时提升产品的性能。
实例2
按重量份数比计称量下述各物质：主材料：聚氯乙烯(PVC)树脂85份；低温改性剂：核—壳结构的丙烯酸酯类共聚物(ACR树脂)5份，粉末丁腈橡胶(NBR)5份；填充剂：1份纳米碳酸钙或超细碳酸钙(CaCO3)和4份的氯化聚乙烯(CPE)；将按上述配方称量好的物质加进高速混合机中混合，混合时间为10min；再将混合完成的混合物投入进双螺杆挤出机进行挤出成型，压制得到改性的硬质聚氯乙烯(UPVC)树脂材料，作为复合材料的内层；再按重量份数比计称量下述各物质：聚氯乙烯树脂(PVC)65份，发泡剂偶氮二甲酰(AC发泡剂)5份，增塑剂25份，钙锌复合稳定剂5份；然后将上述物料按顺序依次投放进高速捏合机进行捏合，再冷却静置，通过注塑机进行注射成型，得到聚氯乙烯(PVC)自由发泡板，作为复合材料的外层；
最后将上述得到的内外两层分别涂上2mm厚度的高温熔融的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，作为中间层，并在乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)熔融状态下(150℃)将内外两层进行粘合，冷却静置，得到一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料；通过产品所采用三层结构，突破传统硬质聚氯乙烯结构单一的进行改性的缺陷，三者的优点有机的结合，同时，使用EVA材料进行粘合，替代传统的粘合剂，降低了成本和污染，同时提升产品的性能。
实例3
按重量份数比计称量下述各物质：主材料：聚氯乙烯(PVC)树脂90份；低温改性剂：核—壳结构的丙烯酸酯类共聚物(ACR树脂)3份，粉末丁腈橡胶(NBR)3份；填充剂：1份纳米碳酸钙或超细碳酸钙(CaCO3)和3份的氯化聚乙烯(CPE)；将按上述配方称量好的物质加进高速混合机中混合，混合时间为10min；再将混合完成的混合物投入进双螺杆挤出机进行挤出成型，压制得到改性的硬质聚氯乙烯(UPVC)树脂材料，作为复合材料的内层；再按重量份数比计称量下述各物质：聚氯乙烯树脂(PVC)70份，发泡剂偶氮二甲酰(AC发泡剂)5份，增塑剂20～30份，钙锌复合稳定剂5份；然后将上述物料按顺序依次投放进高速捏合机进行捏合，再冷却静置，通过注塑机进行注射成型，得到聚氯乙烯(PVC)自由发泡板，作为复合材料的外层；
最后将上述得到的内外两层分别涂上2mm厚度的高温熔融的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，作为中间层，并在乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)熔融状态下(150℃)将内外两层进行粘合，冷却静置，得到一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料；通过产品所采用三层结构，突破传统硬质聚氯乙烯结构单一的进行改性的缺陷，三者的优点有机的结合，同时，使用EVA材料进行粘合，替代传统的粘合剂，降低了成本和污染，同时提升产品的性能。

Claims (4)

1.一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料，其特点在于具体制备方法为：
(1)按重量份数比计称量下述各物质：
主材料：聚氯乙烯(PVC)树脂80～90份；低温改性剂：核—壳结构的丙烯酸酯类共聚物(ACR)树脂3～6份，粉末丁腈橡胶(NBR)3～8份；填充剂：1～2份纳米碳酸钙或超细碳酸钙(CaCO3)和3～4份的氯化聚乙烯(CPE)；
(2)将按上述配方称量好的物质加进高速混合机中混合，混合时间为10min；
(3)将混合完成的混合物投入进双螺杆挤出机进行挤出成型，压制得到改性的硬质聚氯乙烯(UPVC)树脂材料，作为复合材料的内层；
(4)按重量份数比计称量下述各物质：
聚氯乙烯树脂(PVC)60～70份，发泡剂偶氮二甲酰(AC发泡剂)5～8份，增塑剂20～30份，钙锌复合稳定剂2～5份；
(5)将上述物料按顺序依次投放进高速捏合机进行捏合，再冷却静置，通过注塑机进行注射成型，得到聚氯乙烯(PVC)自由发泡板，作为复合材料的外层；
(6)将上述得到的内外两层分别涂上2mm厚度的高温熔融的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，作为中间层，并在乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)熔融状态下(150℃)将内外两层进行粘合，冷却静置，得到一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料，其特征在于：所述的挤出参数为混合机转速为800～1000r/min，双螺杆挤出机各区温度为一区：180～185℃，二区：185～190℃，三区：190～195℃，挤出机转速50r/min。
3.根据权利要求1所述的一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料，其特征在于：所述的钙锌复合稳定剂为液体钙锌复合稳定剂，由6～7％的2—乙基己酸钡，3～4％的2—乙基己酸镉，0.5～1％的乙基己酸锌，15～20％作为螯合剂的亚磷酸酯和少量2，6-二特丁基对甲酚、双酚A抗氧剂及紫外线吸收剂，以及液体石蜡油作溶剂，和少量高级醇消泡剂组成。
4.根据权利要求1所述的一种耐低温高韧性的硬质聚氯乙烯(UPVC)复合材料，其特征在于：所述的注射机参数为：注射机嘴部：180℃～190℃，注射机前部：180℃～195℃，注射机中部：190℃～195℃注射机后部：190℃～195℃，熔胶温度范围：180℃～200℃，模具温度：80℃～90℃，注塑压力：78.4Mpa～127Mpa，注塑速度：中速至快速，螺杆转速：28r/min。
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