CN114106487B - 一种低噪声高耐磨pvc弹性体材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低噪声高耐磨PVC弹性体材料及其制备方法和应用。该低噪声高耐磨PVC弹性体材料包括聚氯乙烯、增塑剂、片状填料、润滑剂、稳定剂等。本发明提供的低噪声高耐磨PVC弹性体材料以特定K值的聚氯乙烯为基材，同时添加特定的增塑剂、片状填料、弹性体和润滑剂，不仅有效降低的材料的动静摩擦系数的差值，还具备非常低的磨耗损失，可有效解决人们新的诉求点，提升日常用品人机交互时的舒适度。
Description
技术领域
本发明属于工程塑料技术领域，具体涉及一种低噪声高耐磨PVC弹性体材料及其制备方法和应用。
背景技术
塑料已被广泛应用于农业、工业、建筑、包装以及人们日常生活等各个领域，特别是日常生活消费领域，随着生活水平的提高，人们除了对设备的基本功能要求以外，其他非功能方面的诉求也日益提高。
譬如交通领域汽车的踏板、扫地机器人的边刷、家用清洁电器刮水条等，这些产品和人们生活结合相对较为密切，在使用过程中，这些零部件与鞋底、地面等接触时偶尔会发出刺耳的异响。目前较为常用的做法包括通过产品的花纹设计来适当降低异响，或通过与泡沫复合来进行吸音降噪处理，均是通过结构或者组合的方式来部分消除异响，不是从材料本身改性的角度来解决，同时这些降噪措施的采取，对于材料的耐磨性有一定的牺牲。例如专利CN 211808259 U公开了一种具有防异响功能的汽车内饰表皮，通过复合隔音功能泡沫材料来消除外在环境带来的异响，其并未对材料本身产生的异响进行改善。
材料产生异响的倾向通常使用动静摩擦系数间的差值来表征，二者越接近，则材料产生异响的可能性越小。目前已有专利公开了一种降噪排水水管，通过选用高密度的特殊分子结构材料来降低排水噪声值，但排水噪音仅可控制在45分贝以下，仍有较大的提升空间；且其并未针对降噪排水水管的动静摩擦系数的差值进行研究，也未关注耐磨性能。
因此，开发一种低噪音且耐磨的新型材料具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷或不足，提供一种低噪声高耐磨PVC弹性体材料。本发明提供的低噪声高耐磨PVC弹性体材料以特定K值的聚氯乙烯为基材，同时添加特定的增塑剂、片状填料、弹性体和润滑剂，不仅有效降低的材料的动静摩擦系数的差值，还具备非常低的磨耗损失，可有效解决人们新的诉求点，提升日常用品人机交互时的舒适度。
本发明的另一目的在于提供上述低噪声高耐磨PVC弹性体材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述低噪声高耐磨PVC弹性体材料在制备人机交互产品中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种低噪声高耐磨PVC弹性体材料，包括如下重量份数的组分：
所述聚氯乙烯的K值不低于70；
所述增塑剂的分子量不低于400。
聚氯乙烯的K值是聚氯乙烯的平均聚合度的度量值，按照GB/T3401-2007，以聚氯乙烯稀溶液为待测样品，利用毛细管黏度计测定及计算得到。
本发明的发明人研究发现，向聚氯乙烯基材中添加弹性体和润滑剂可在一定程度上提升耐磨性和改善摩擦系数，但改善效果并不佳。其原因可能是，润滑剂虽然可以降低材料在相对光滑物体表面的摩擦系数，但在持续载荷及粗糙物体表面摩擦共同加持下无法获得较好的耐磨性，会有较大的体积磨耗量损失，且无法有效降低动静摩擦系数及改善动静摩擦系数的差值，仍具有较大的噪音。进一步研究发现，以特定K值的聚氯乙烯作为基材，并添加适宜分子量的增塑剂，可使得整体材料的粘度增加，粘弹性会较大，可有效提升持续载荷及粗糙物体表面摩擦共同加持下的耐磨性，降低体积磨耗量损失；同时，片状填料的加入可通过层间的滑移性进一步改善材料的摩擦系数，且其添加量较小，对耐磨性无大的负面影响。
如聚氯乙烯的K值较小、增塑剂的分子量较小，抵抗变形能力较弱，则在持续载荷及粗糙物体表面摩擦共同加持下会有比较大的体积磨耗量，耐磨性非常差。
即本发明通过各组分的协同配合，有效降低了动静摩擦系数及其差值，提升了耐磨性能，得到的低噪声高耐磨PVC弹性体材料具有低噪音、低磨耗损失的优点。
优选地，所述低噪声高耐磨PVC弹性体材料包括如下重量份数的组分：
聚氯乙烯100份，
增塑剂120～140份，
片状填料5～15份，
弹性体5～12份，
润滑剂2～3份，
稳定剂2～4份。
优选地，所述聚氯乙烯的K值为72～92。
优选地，所述增塑剂的分子量为402～2050。
优选地，所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二(2-丙基庚基)酯、环氧大豆油、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、环己烷1,2二甲酸二异壬基酯、己二酸与1,2-丙二醇-2-乙基己酯共聚酯中的一种或几种。
应当说明的是，如增塑剂为化合物，分子量是该化合物的分子量；如增塑剂为聚合物，分子量是指数均分子量。
优选地，所述片状填料为片状的云母、滑石粉、高岭土或蒙脱土中的一种或几种。
优选地，所述弹性体为聚四氟乙烯、丙烯酸酯或聚氨酯中的一种或几种。进一步优选为聚四氟乙烯。
优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚乙烯蜡接枝物或次乙基双硬脂酰胺中的一种或几种。
优选地，所述稳定剂为钙锌稳定剂、有机锡稳定剂的一种或几种。
本领域常规的其它加工助剂也可用于本发明中。
优选地，所述其它加工助剂为改善熔体强度的加工助剂，其重量份数为0～3份，优选为1～2份。
更为优选地，所述改善熔体强度的加工助剂为丙烯酸酯类或聚α-甲基苯乙烯类的一种或几种。
上述低噪声高耐磨PVC弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：将各组分(聚氯乙烯、增塑剂、片状填料、润滑剂、稳定剂和其它加工助剂(如有))混合，塑化，挤出，造粒，即得所述低噪声高耐磨PVC弹性体材料。
优选地，所述低噪声高耐磨PVC弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：将聚氯乙烯、稳定剂在高混机中混合，然后加入增塑剂混合至85-135℃，再加入片状填料、润滑剂和其它助剂(如有)混合至90-140℃得到预混料；将预混料加入双螺杆挤出机中混合，塑化，挤出，真空造粒，即得所述低噪声高耐磨PVC弹性体材料；双螺杆挤出机的螺杆各区温度为145-165℃。
上述低噪声高耐磨PVC弹性体材料在制备人机交互产品(例如汽车的踏板、扫地机器人的边刷、家用清洁电器刮水条等)中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的低噪声高耐磨PVC弹性体材料以特定K值的聚氯乙烯为基材，同时添加特定分子量的增塑剂，片状填料和弹性体，不仅有效降低的材料的动静摩擦系数的差值，还具备非常低的磨耗损失，可有效解决人们新的诉求点，提升日常用品人机交互时的舒适度。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
本发明各实施例及对比例选用的部分试剂说明如下：
聚氯乙烯1：台塑，PVCS80，K值为80；
聚氯乙烯2：台塑，PVCS70，K值为72；
聚氯乙烯3：台塑，PVCS85，K值为92；
聚氯乙烯4：台塑，PVCS90，K值为98；
聚氯乙烯5：台塑，PVCS65，K值为65；
增塑剂1：偏苯三酸三辛酯增塑剂，联成，TOTM，分子量为547；
增塑剂2：乙酰柠檬酸三丁酯，雷蒙，ATBC，分子量为402；
增塑剂3：己二酸与1,2-丙二醇-2-乙基己酯共聚酯，DIC，W2050，数均分子量为2050；
增塑剂4：己二酸与1,2-丙二醇-2-乙基己酯共聚酯，DIC，W2370，数均分子量为2370；
增塑剂5：环己烷1,2二甲酸二异壬基酯，BASF，DINCH，分子量为425；
增塑剂6：邻苯二甲酸(2丙基庚基)酯，威联达，DPHP，分子量为445；
增塑剂7：对苯二甲酸二辛酯，联成，UN488，分子量为390；
片状填料1：滑石粉，市售；
片状填料2：高岭土，市售；
球状填料：碳酸钙，市售；
弹性体1：聚四氟乙烯微粉，市售；
弹性体2：丙烯酸酸酯弹性体，市售；
弹性体3：热塑性聚氨酯，市售；
润滑剂1：聚乙烯蜡，市售；
润滑剂2：次乙基双硬脂酰胺，市售；
稳定剂：钙锌稳定剂，市售；
其他加工助剂：丙烯酸酯类，市售。
应当理解的是，如未特别说明，各实施例或对比例中的某一组分(例如片状填料1、片状填料2、球状填料、弹性体1、弹性体2、弹性体3、润滑剂1、润滑剂2、稳定剂、其它加工助剂)均为相同的市售产品。
本发明实施例以及对比例中PVC弹性体材料通过如下过程制备得到：
(1)按照配方含量称量各组分，首先往高速混合机里添加聚氯乙烯和稳定剂，启动高混机，然后加入增塑剂，混至100℃，再加入片状填料、润滑剂和其它助剂(如有)，高速混合至130℃，得到混合好的半成品材料；
(2)将上述的混合半成品材料通过挤出机塑化混合，各区温度依次设定为145℃150℃155℃160℃165℃160℃，造粒，包装，得到产品。
将各实施例和对比例制得的低噪声高耐磨PVC弹性体材料注塑成100mm*100mm*2mm样片，进行如下测试。
动摩擦系数、静摩擦系数及动静摩擦系数的差值测试：按照GB10006-1988塑料和薄片摩擦系数测定方法测试动静摩擦系数，根据动静摩擦系数测定两者的差值：静摩擦系数-动摩擦系数，差值越小表明产生噪音的倾向越小；动静摩擦系数和静摩擦系数<0.5，差值<0.1时表明具有低噪音效果。
耐磨性能测试：按照GB 9867-2008硫化橡胶或热塑性橡胶耐磨性能的测定测试体积磨损量，体积磨损量<200mm3，表明耐磨性能较好。
实施例1～16
本实施例提供一系列低噪声高耐磨PVC弹性体材料，其配方中各组分的重量份数及性能测试结果如表1和表2。
表1实施例1～8的配方(份)及性能测试结果
表2实施例9～16的配方(份)及性能测试结果
对比例1～6
本对比例提供一系列低PVC弹性体材料，其配方中各组分的重量份数及性能测试结果如表3。
表3对比例1～6的配方(份)及性能测试结果
由上述测试结果可知，实施例1～16提供的低噪声高耐磨PVC弹性体材料具有低噪音、低磨耗损失的优异性能，其中以实施例1的性能最佳。对比例1未添加增塑剂和片状填料，材料在受到外界载荷时无法提供有效的弹性变形，在物体表面也不能形成有效的润滑，导致材料的在粗糙物体表面有比较大的噪音异响和体积磨耗量；对比例2未添加增塑剂，虽然材料在受到外界载荷时无法提供有效的弹性变形，但因为引入了片状填料，在载荷下会形成部分有效的滑移变形，使材料在粗糙物体表面噪音异响相对减小，而体积磨耗量无太大改变；对比例3中添加了分子量在400以下的增塑剂，使得材料在受到外界载荷时可以提供有效的弹性变形，但增塑剂与聚乙烯间的作用力不是特别大，从而使材料在粗糙物体表面获得相对略低的噪音异响和体积磨耗量，但未达到最优情况；对比例4未添加片状填料，在物体表面不能形成足够有效的润滑，使材料在粗糙物体表面有相对较大的噪音异响和体积磨耗量；对比例5添加的是球状填料，润滑效果更一步降低，造成更大的噪音异响和体积磨耗量的；对比例6添加的聚氯乙烯的K值过小，在受到外界载荷时无法提供有效的弹性变形，从而导致了较大的噪音异响和体积磨耗量。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种低噪声高耐磨PVC弹性体材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
聚氯乙烯100份，
增塑剂70~150份，
片状填料1~30份，
弹性体2~15份，
润滑剂1~5份，
稳定剂1~5份，
所述聚氯乙烯的K值为72~92；
所述片状填料为滑石粉；
所述弹性体为聚四氟乙烯；
所述润滑剂为聚乙烯蜡；
所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯和乙酰柠檬酸三丁酯。
2.根据权利要求1所述低噪声高耐磨PVC弹性体材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
聚氯乙烯100份，
增塑剂120~140份，
片状填料5~15份，
弹性体5~12份，
润滑剂2~3份，
稳定剂2~4份。
3.权利要求1~2任一所述低噪声高耐磨PVC弹性体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分混合，塑化，挤出，造粒，即得所述低噪声高耐磨PVC弹性体材料。
4.权利要求1~2任一所述低噪声高耐磨PVC弹性体材料在制备人机交互产品中的应用。
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