PVC塑钢材料

PVC塑钢材料（精选5篇）

1.PVC塑钢材料 篇一

pvc的应用

与木村、钢铁相比，PVC具有高弹性、耐寒强度高、耐磨、光洁度好等优点，因此世界PVC应用比例大致为：建筑塑料制占65%，包装8%，电气与电子7%，家俱及装饰占5%，一般消费4%，其它11%。

由于化学稳定性高，所以可用于制作防腐管道、管件、输油管、离心泵和鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛应用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，门窗结构，墙壁装饰物等建筑用材。由于电气绝缘性能优良，可在电气、电子工业中，用于制造插头、插座、开关和电缆。在日常生活中，聚氯乙烯用于制造凉鞋、雨衣、玩具和人造革等!

聚氯乙烯具有较高的机械强度和较好的耐蚀性。可用于制作化工、纺织等工业的废气排污排毒塔、气体液体输送管，还可代替其它耐蚀材料制造贮槽、离心泵、通风机和接头等。当增塑剂加入量达30%~40%时，便制得软质聚氯乙烯，其延伸率高，制品柔软，并具有良好的耐蚀性和电绝缘性，常制成薄膜，用于工业包装、农业育秧和日用雨衣、台布等，还可用于制作耐酸碱软管、电缆包皮、绝缘层等。

PVC材料用途极广，具有加工性能良好，制造成本低，耐腐蚀，绝缘等良好特点，主要用于制作：pvc卡片、pvc贴牌、pvc铁丝、pvc窗帘、pvc涂塑电焊网、pvc发泡板、pvc吊顶、pvc水管、pvc踢脚线等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋等方面。在我们的日常生活领域中处处可见到PVC产品。PVC被用来制作各种仿皮革，用于行李包，运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。还可用于制作制服和专用保护设备的皮带。

2.PVC塑钢材料 篇二

1 PVC门窗在使用过程中的优缺点

1.1具有良好的保温效果和隔音效果。PVC塑料门窗因其自身材料的优势在使用的过程中能够有很好的保温效果和隔音效果, 在进行PVC塑料门窗生产的过程中其材料的内部是空的, 因此能够达到很好保温和隔音效果, 同时在进行PVC塑料门窗设计的过程中采用材料的整体抗导热性非常好, 因此和传统的门窗形式相比有着更好的隔音效果和保温效果。这类门窗在使用过的过程中能够很好地满足用户的要求。

1.2具有良好的气密性和防尘防潮效果。PVC塑料门窗因其自身材料和设计的特点在使用的过程中有着很好地气密性, 同时能够达到很好的防尘和防潮的效果。这主要是因为在进行PVC塑料门窗设计和安装的过程中采用的密封材料性能非常好, 同时PVC塑料门窗的密封结构为双层密封结构, 能够很好地防止室外灰尘和潮气的进入。使用PVC塑料门窗能够大大提升建筑整体的舒适感。PVC塑料门窗和传统的门窗相比有着无可比拟的优点, 因此能够被广泛的应用。

1.3具有较长的使用寿命。PVC塑料门窗和传统的门窗形式相比有着更长的使用寿命, 这主要时因为PVC塑料门窗所采用的材料有着很好的抗腐蚀性, 在使用的过程中能够减少自身的变形和损害。同时因其自身材料的特点在使用的过程整体性能较为稳定, 减少外部物质对于门窗的影响。PVC塑料门窗因其自身性能的特点能够有非常广泛的应用, 同时能够发挥自身独特的效果。

1.4 PVC门窗使用过程中的缺点。PVC塑料门窗在安装和使用的过程中有着自身的缺点, 这些缺点主要包括以下三个方面, 分别是:材料的抗冲击能力较差、材料自身的热稳定性较差、材料的整体加工难度较大。这主要是因为PVC材料的自身强度较差, 在低温的情况下材料的整体强度较差, 在进行运输和安装的过程中十分容易产生损坏和脆裂。在进行加工的过程中由于PVC材料自身的粘性非常大, 因此在进行加工的过程中难度较大, 很难进行切割和组装等工作, 由此可见对PVC塑料门窗材料进行改性有着十分重要的价值和意义。

2 PVC塑料门窗材料的改性目标

2.1提升PVC塑料门窗材料的强度。对PVC塑料门窗材料进行改性的一个主要目标是提升PVC塑料门窗材料的强度, 只有提升材料的整体强度才能够在运输和安装的过程中减少对于PVC塑料门窗的损害。 同时要保证PVC塑料门窗在后期的使用过程中能够达到更好的使用效果, 减少破损现象的法发生。

2.2提升PVC塑料门窗材料的热稳定性。在对PVC塑料门窗材料进行改性的过程中另外一个目标是提升PVC塑料门窗材料的热稳定性, 只有这样才能够保证PVC塑料门窗在低温下依然能够发挥自身的作用, 减少在低温环境下的损害, 提升PVC塑料门窗的整体使用寿命, 提升生产企业的经济效益和社会效益。

2.3降低PVC塑料门窗材料的加工难度。对PVC塑料门窗材料进行改性的另一个目标是降低PVC塑料门窗的加工难度这就需要在急性改造的过程提升高温环境下材料的稳定性并且要降低材料的整体黏度。 这样能够降低PVC塑料门窗的加工难度, 能够保证在进行大型工程建设的过程中能够减少加工时间, 提升建筑的整体建设效率, 达到更好的建设的效果。

3 PVC塑料门窗材料改性的主要方法

3.1加入弹性体提升PVC塑料门窗的韧性。在对PVC塑料门窗材料进行改性的过程中, 提升PVC塑料门窗材料的整体韧性主要有两种主要的方法, 分别是MBS技术和ABS技术, 这两技术能够在改性的过程中发挥非常好的效果。第一种技术形式能够采用苯乙烯进行改性工作, 这种技术形式能够和PVC材料很好的相容, 能够提升PVC塑料门窗材料的整体韧性。ABS技术在进行PVC塑料门窗材料改性的过程中能够在改性的过程中提升才能够的整体冲击强度和硬度, 目前改性效果最好的方式是在PVC塑料门窗材料中加入10%de ABS材料, 这样能够大大提升PVC塑料门窗材料的韧性。

3.2在PVC塑料门窗材料加入刚性粒子进行改性。在运用刚性粒子进行PVC塑料门窗材料改性的过程中主要采用的粒子有两种, 一种是传统的刚性粒子材料, 另一种是有机刚性粒子材料。在进行改性的过程中加入刚性粒子能够大大提升PVC塑料门窗材料自身的强度, 同时能够保证PVC塑料门窗材料在后期加工和使用的过程中有更好的轻度、刚度和耐热性, 同时能够很好地方便后期施工工作。近年来在进行PVC塑料门窗材料改性的过程中广泛使用了有机刚性粒子, 这样能够达到更好的效果。

3.3在PVC塑料门窗材料中加入NBR橡胶材料进行改性。在对PVC塑料门窗材料进行改性的过程中加入NBR橡胶材料能够大大提升PVC塑料门窗材料的韧性和抗冲击性。这主要是因为NBR橡胶材料的整体抗冲击性较好, 加入这种材料能够让PVC塑料门窗材料在后期遭受冲击的过程中保护自身的组织结构。同时这种材料有着很好的耐油性和耐老化性能够让PVC塑料门窗材料在后期的使用过程中有更长的使用寿命, 达到更好的使用效果。提升PVC塑料门窗材料生产企业的经济效益和谁效益。

3.4在PVC塑料门窗材料中加入CPE材料进行改性。利用CPE材料进行改性工作能够提升PVC塑料门窗材料自身的韧性, 减少在运输和安装过程中的脆裂。这主要是因为CPE材料加入PVC塑料门窗材料之中能够保证PVC塑料门窗材料在常温下的弹性状态, 目前在进行改性的过程中往往在PVC塑料门窗材料中加入35%的CPE材料, 这样能够达到更好的改性效果。

结束语

综上所述, PVC门窗在我国建筑建设的过程中有着十分广泛的应用, 在使用的过程中因其在使用的过程中抗腐蚀性、气密性好、隔音效果好、 使用寿命长等特点目前的使用已经被普及。但是进行生产和安装的过程中PVC门窗仍然存在着一些问题, 这些问题主要包括:加工难度大、抗冲击性差、热稳定性差等。这些问题会影响到PVC塑料门窗的整体使用效果, 因此在进行生产的过程中应当对PVC塑料门窗材料进行改性。主要的方法是在PVC塑料门窗生产的过程中加入弹性体、刚性粒子, 这样能够进一步提升PVC塑料门窗的强度和抗冲击性, 达到更好的使用效果, 促进我国PVC塑料门窗的普及和发展。

摘要：随着我国经济社会的发展和人们生活水平的不断提升, 同时在城市化不断推进的情况下, 我国对于基础设施的需求在不断增加。建筑是我国基础设施中重要的组成部分, 在进行建筑建设和装修的过程中门窗的安装必不可少。我国目前在进行门窗安装的过程中通常采用的PVC门窗, 这主要是因为PVC门窗在使用的过程中有着较好的抗腐蚀性、气密性, 整体使用寿命较长, 但是在使用的过程中也有着自身的缺点主要是加工难度大、抗冲击性差、热稳定性差。因此在使用PVC门窗的过程中应当对其材料的进行改性, 以达到更好的使用效果。

关键词：PVC门窗,应用,改性技术研究

参考文献

[1]徐建双, 刘韬, 袁桂芳, 王曦, 苏胜培.一种回收PVC门窗软硬共挤废料制备热塑性弹性体的方法[J].精细化工中间体, 2011, 1:66-69.

3.PVC塑钢材料 篇三

时间：2010-1-25 9:14:12 ZZ91再生网 免费注册赢金币

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3.用四氢呋喃泡一下，PVC表面化了，与周围的粘成一个团，然后把团拿出来，手工拣一下

4.pvc熔点175度pet为257度，可以加热到200度,拣出未软化熔融的pet,即可.5.PET和PVC因为密度相似不容易分离。可有专门的分离机器。

1.手工挑选.适合于未破碎的大块PET,PVC吸塑片,瓶子等,每人每班为100-200公斤 2.pet比重1.33pvc比重1.38,可以配一个比重在1.33和1.38之间的溶液，比如氯化钙的水溶液，将粉末倒入，搅拌后，pvc就会沉底，PET浮在上面。这是误传误导,根本不可能完成的任务.3.用四氢呋喃泡一下，PVC表面化了，与周围的粘成一个团，然后把团拿出来，手工拣一下.PVC和PET搅合在一起,不可能分离.也是不可能完成的任务.4.pvc熔点175度pet为257度，可以加热到200度,拣出未软化熔融的pet,即可.每人每班为40-50公斤.5.PET和PVC因为密度相似不容易分离。可有专门的分离机器。有美国的NRT和上海的美所泰,美国的NRT分离3-5MM大小的99%,上海的美所泰为90%.6.江苏的加热法机器,适合10-20MM瓶片,每天为4吨,少于10MM的就没办法,浙江仙居铝塑制品厂塑料设备分厂的PETPVC分离机(万能塑料分离机)能分离PETPVC,瓶片吸塑片尺寸为1-50MM,分离率为100%-99.99%,每天4-6吨,同时可自动分离PPPEPS尼龙PMMAPVCPET等塑料,效率为每天4-20吨,地址在仙居城关城北西路377号,QQ631583240,电话***,陈华

1.加热法。利用PET与PVC的软化点差别进行分离，将混合料在移动的钢带上加热至180oC，此时PVC会软化并粘在钢带上，而PET则无变化，利用刮板将PVC刮除，PET则会自然跌落，这种工艺对原料要求比较严格，过细的、较杂的混合料不能进行分离，而且加料时必须单层放置，所以产量比较低。2.喷气法。喷气法是基于计算机自动识别原理加以分离的一种方法，在传送带上的混合料经过CCD后被计算机自动识别后驱动在转向辊下安装喷嘴吹掉PVC。这种设备一般是由国外进口，产量比较高，但是吹出的PVC会带出很多的PET，而且混合料要洁净净、尺寸均匀，不能过碎，也不能过大。

3.浮选法。通过改变PVC的密度后，用盐卤或氯化钙溶液进行分离，改变密度的PVC会浮在液面，PET则会下沉。最新的PET-PVC浮选分离技术，具有浸泡工序无需加热、分离后的PVC不会发粘、PET水洗即可，而且纯度更高等优点，设备投资也要较第一代技术更少，属于国内PET与PVC分离的先进工艺技术。

由于PET与PVC的外观很接近，密度相差很小，所以很容易将两者混在一起，而两者熔点相差很大，如果PET中PVC含量过高（一般要求控制在千分之一至万分之五）在纺丝等二次加工过程中无法使用，必须将PVC含量降低至合理范围。

目前，分离PET与PVC的方法大致为三种：

一、加热法，这种方法是利用PET与PVC的软化点差别进行分离，将混合料在钢带上加热至180C，此时PVC会软化并粘在钢带上，而PET则无变化，利用刮板将PVC刮除，PET则会自然跌落。这种工艺对原料要求比较严格，过细的、较杂的混合料不能进行分离，而且加料时必须单层放臵，所以产量比较低；

二、喷气法，它是基于计算机自动识别原理加以分离的，在传送带上的混合料经过CCD后被计算机自动识别后驱动在转向辊下安装喷嘴吹掉PVC。这种设备一般是由国外进口，产量比较高，但是吹出的PVC会O

带出很多的PET，而且混合料要洁净、尺寸均匀，不能过碎，也不能过大；

三、浮选，这种方法是通过改变PVC的密度后，用盐卤或氯化钙溶液进行分离，改变密度的PVC会浮在液面，PET则会下沉，2008年我们开发了第一代PVC处理剂，工艺流程是混合料在装有处理剂水溶液的卧式浸泡设备内加热搅拌浸泡1h，然后经过密度约1.25的盐卤进行浮选分离，这种工艺已经可以将PVC含量20%的混合料分离至纯度千分之八左右，并已经在浙江、广东两个企业投入生产。第一代浮选分离工艺的不足之处是必须使用卧式浸泡设备，分离后的PET需要用清洗剂进行二次清洗，为此我中心开发了第二代PET-PVC浮选分离技术，具有浸泡工序无需加热、分离后的PVC不会发粘、PET水洗即可，而且纯度更高等优点，设备投资也要较第一代技术更少，是PET与PVC分离的先进工艺技术。

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4.PVC塑钢材料 篇四

实验取规格大小相同的PVC材料板两块分别在锥形量热计中进行试验, 直至两试件分别燃烧结束。分别记下各项数值如下表1。

由表1中数据分析, 至各试件燃烧完毕, 受较小功率30k W/m2的PVC试件的总实验时间较长, 且样品点火时间较50k W/m2的长73s, 表明PVC材料在大功率热辐射下能更快的引燃, 达到最大HRR时比小功率热辐射要更早、燃烧更剧烈。在二者的平均HRR、平均M LR、平均SEA、平均CO和CO2生成率的值, 受50k W/m2较30k W/m2功率的试件要略大一些, 是由于大功率热辐射促使燃烧反应更快地进行, 使质量损失和产烟量加快。但由于小功率的试件反应时间更长, 反应更彻底, 在数据上能表现其总放热量和有效燃烧热较大。

通过观察实验过程中的各项指标曲线图, 对PVC材料在不同辐射功率下的燃烧过程进行分析, 如下图1。

图1表明, PVC材料在受热软化熔融分解后生成一定量的可燃气体, 使之在开始阶段燃烧达到一个短暂的峰值, 随后缓燃缓熄, HRR始终维持在120k W/m2一下的水平。在30k W/m2下的试件整体燃烧过程较50k W/m2的较为滞后, 且在HRR的数值大小上也略小。在整个燃烧过程中曲线较为平缓, 持续时间较长。

两试件在燃烧起始阶段的由于尚未燃烧, 处于受辐射的软化熔融和热分解阶段, 有效燃烧热表征为负值。在不同的辐射功率下, 大功率起火时间较短。随后进入稳定燃烧阶段, 两试件的HOC基本持平, 无过大差异。但在燃烧后期, 大功率下燃烧的试件由于反应过程的提前300s左右结束燃烧。

在燃烧初期, 受大功率辐射的试件的比消光面积较快达到峰值, 且保持较高的产烟量。在燃烧中期, 两试件的产烟速率基本持平。但大功率试件较早结束燃烧, 使得小功率试件的曲线关于时间轴的面积较大, 即产生了更多的烟气。由于PVC本身结构特性致使其烟气毒性也较大。

受大功率辐射的试件初期质量损失速率的较早且较快的到达峰值, 平均质量损失速率较大, 但热盛时间较短, 总质量损失与受小功率辐射的试件基本相同, 由于小功率长时间的燃烧弥补了初期质量损失速率的不足。

两试件在燃烧初期由于燃烧反应的不稳定CO、CO2生成率略有波动, 随时间增长二者气体生成率趋于平稳。CO2的生成率随时间略有上生趋势CO的生成率略有下降。受大功率辐射的试件在燃烧的总体过程上有所提前。两试件随燃烧的进行, 质量持续损失。在稳定的热辐射和通风下, 燃烧更加充分, CO与CO2的生成呈此消彼长的趋势。在末期由于可燃部分质量的减少, 反应不稳定, 其提升成率波动较大。

结果简析:PVC材料在燃烧时随辐射功率的增加, 燃烧更剧烈, 起火更加迅速, 但等量的材料燃烧时间会短。从阻燃角度, 热辐射功率越大效果越差;从毒害角度, 功率小但延长了燃烧时间一定程度上增加了烟气的总量, 毒害更大。

2 相同辐射功率下PVC、PMMA的各项指标分析

通过对相同规格的PVC材料和PMMA (有机玻璃) 材料在相同功率50k W/m2的辐射下起火的HRR和SEA曲线分析, 研究两种材料的阻燃性能和毒害性的差异。如下图2-1、2-2和表2。

从表2-1可看出, PMMA材料在相同辐射功率的实验中, 其平均热释放速率、放热量、质量损失速率等均远大于PVC材料。表明PM M A (有机玻璃) 比PVC (聚氯乙烯塑料) 更易起火, 且起火后燃烧更为剧烈和迅速, 阻燃性远不如PVC材料。

另一方面, PMMA材料的SEA值远小于PVC材料, 表明PM M A在烟气上的毒害性并不很大, 但会有少量CO。反而PVC由于聚氯乙烯的分子结构中高含碳量和卤素的导致其烟气产率较高, 毒性较大。同时, PMMA材料的CO2生成率远大于PVC材料的生成率, 而CO则相反。也说明PM M A材料分子中的O原子有助于材料燃烧的充分进行, 减少烟气和有毒气体的生成。

图2-1表明, PMMA材料在燃烧初期的HRR能急速增加到800k W/m2左右, 并能长时间维持较高的热释放速率, 直至试件燃烧殆尽, HRR迅速回落。与此相比, PVC材料在初期阶段的HRR上升较为平缓, 一致维持在200k W/m2一下, 整体呈下降趋势。可见PVC材料的阻燃特性还是十分显著的。

图2-2的SEA曲线表出与2-1HRR曲线截然相反的趋势, PVC材料在燃烧初期随燃烧不剧烈, 但比消光面积增长迅速。其表征的产烟率在长时间保持在600m2/kg, 甚至达到800m2/kg。PMMA材料与之相比长期处于平稳状态, 在200m2/kg以下, 只在燃烧末期是有所增加和波动。是由于PVC的分子结构中含碳量较PMMA中高, 使之在燃烧过程中发烟量较大, 而PMMA分子结构中的含有大量的O原子, 助于材料充分燃烧。可见PVC材料虽阻燃性能优异, 其烟气生成量较大, 毒害性亦然;PMMA易燃且猛烈, 当在能见度影响上较轻。

结果简析:由于有机高聚物的PMMA为含氧高聚物, 故其易燃烧, 且利用自身的氧元素使燃烧更充分。而PVC的聚氯乙烯碳主链上无过多支链, 且氯原子的强极性使PVC材料的热稳定性和阻燃能力较强, 呈缓燃缓熄的趋势。同样, 因为PVC结构中过多的卤素原子, 使其产烟量也明显增大, 产物中的HCL有毒且溶于水后有腐蚀性。

3 总结

通过锥形量热计实验对PVC材料和PMMA材料的燃烧性能及各项指标的测量和分析, PVC材料作为阻燃材料较PMMA材料有明显的阻燃优势, 但由于自身材料结构的原因, 其发烟量和毒害性很大, 不宜用于人员流动较多的情况。PMMA相比之下, 较为洁净, 对人体的毒害性和火灾是的人员疏散影响较小, 但其易受热软化, 阻燃效果差, 可在建筑中作为挡烟垂壁使用。

摘要：本问通过使用锥形量热计对不同的木质材料和PVC800S材料的热释放速率、有效燃烧热、CO2、CO生成率等参数进行测量以研究分析各材料的燃烧性能。并分析其在不同辐射热强度下的各项指标的差异。

关键词：燃烧性能,锥形量热计

参考文献

5.PVC塑钢材料 篇五

关键词：表面活性剂,Sb2O3,PVC,复合材料,阻燃性能

三氧化二锑(Sb2O3)是一种重要的无机阻燃添加剂,广泛应用于塑料制品、橡胶、纺织物和涂料等高分子材料中[1,2]。目前,国内外对微米Sb2O3与其他阻燃剂的协同阻燃作用进行了广泛的研究,结果表明,微米级别的Sb2O3和溴系阻燃剂、膨胀型聚丙烯阻燃剂等之间协同作用可有效地提升基体材料的阻燃性能[3,4],与无机锡化物的协同作用不仅能提升PVC的氧指数,还可以有效地降低发烟量[5]。研究也表明,Sb2O3颗粒粒径对其阻燃效果有着明显的作用,当其粒径由微米级减小到纳米级时,在同等条件下纳米Sb2O3对基体材料阻燃性能的提升效果更为显著[6,7]。但是,影响Sb2O3阻燃性能的除了与其他阻燃剂的协同作用以及Sb2O3的粒径之外,纳米Sb2O3在基体材料中的分散状态也是影响其阻燃性能的要素之一。聚氯乙烯(PVC)是五大通用塑料之一,是塑料工业化生产中产量较大的一种热塑性塑料。因其具有良好的电绝缘性能、耐化学腐蚀性和阻燃性等,广泛应用于工业、农业和国防科技等领域[8,9,10,11,12]。软质PVC由于加入了大量的增塑剂往往使其阻燃性能明显降低[13]。本工作采用不同表面活性剂改性的Sb2O3粉末为添加剂,以PVC为基体材料,研究不同表面活性剂处理的纳米Sb2O3对PVC复合材料阻燃性能的影响。运用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对Sb2O3的物相组成、颗粒形貌和平均粒径进行表征,利用X射线能量色散谱仪(EDS)、极限氧指数仪以及垂直燃烧实验分别对Sb2O3/PVC复合材料的粒子分布、阻燃性能进行研究。

1 实验材料与方法

1.1 实验原料及设备

实验原料:60目Sb粉(平均粒径为250μm,纯度≥99.9%)、双氧水、聚乙二醇-6000(PEG-6000)、十二烷基硫酸钠(SDS)、OP-10、聚氯乙烯糊树脂(PSM-31)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)。

采用QM-3SP04型行星式球磨机制备Sb2O3粉末;采用JEOL2100透射电子显微镜观察Sb2O3粉末形貌;用配有X射线能量色散谱仪的JSM-5600LV扫描电子显微镜观察复合材料的微观组织,并对微区成分进行分析;用SJZS-10A微型锥形双螺杆挤出机制备复合材料;用SZS-20微型注射机获得实验所用的标准试样;用JF-3型氧指数测定仪测定样品的氧指数。

1.2 样品制备

将5g的Sb粉放入球磨罐中,依次加入双氧水(球磨氧化剂)和表面活性剂,按球料比40∶1放入磨球(大小球个数比为40∶20),最后将球磨罐放入球磨机中,球磨转速为500r/min,连续转10h,持续3个循环。球磨结束后经过滤、干燥得到Sb2O3粉末[14]。其中,样品1所用表面活性剂为0.2g的PEG-6000;样品2所用表面活性剂为0.2g的SDS;样品3所用表面活性剂为0.2g的OP-10。

分别将1.85g样品1、样品2和样品3与100g的PSM-31以及45g的DOP机械混合,混合均匀后放入挤出机中在140~160℃温度范围内进行熔融共混,然后在145℃/15MPa的压力下在SZS-20微型注射机中注射成型,制备出Sb2O3质量分数为1.26%的Sb2O3/PVC复合材料,最后将所得到的材料切割成实验要求的试样。

1.3 阻燃性能测试

采用氧指数(OI)和垂直燃烧实验来测试Sb2O3/PVC复合材料的阻燃性能。氧指数测试按照GB/T2406-1993进行,试样尺寸为120mm×7mm×3mm,在通风橱柜中用点火器点燃试样顶部中间部位后立即开始计时,通过多次反复实验,观察试样的燃烧长度和燃烧行为确定试样的氧指数。垂直燃烧实验按照UL-94等级标准进行,试样尺寸为125mm×13mm×3mm,在试样下方10mm处用喷灯施加明火点燃10s,喷灯移开后观察试样的燃烧行为确定阻燃等级。

2 结果与分析

2.1 Sb2O3物相分析

图1为样品1、样品2和样品3的X射线衍射图谱。可见,3个样品的谱线中均出现了Sb2O3的三强衍射峰,经全谱拟合法计算[15]可知,样品1、样品2和样品3的Sb2O3含量分别为96.4%,93.46%和90.56%,结晶度分别为94%,87.57%和3.47%。这表明3个样品的主要物相组成均为Sb2O3,且在晶粒细化的过程中,样品3晶格内部发生了比较严重的晶格畸变,出现了大量的非晶相。

2.2 Sb2O3形貌分析

图2为实验用Sb2O3粉末的TEM照片。图2(a)为样品1的TEM照片,Sb2O3颗粒形貌不太规则,颗粒大小较均匀,平均粒径约为40nm,粒径分布在30~50nm之间,且分散性良好;图2(b)为样品2的TEM照片,Sb2O3粉末颗粒形貌近似为球状,颗粒大小较为均匀,平均粒径约为150nm,颗粒存在一定的团聚现象;图2(c)为样品3的TEM照片,Sb2O3颗粒形貌不规则,一些颗粒呈多边形形态。颗粒大小不一,粒径分布不均匀,在50~150nm之间,平均粒径为100nm左右。图2表明,在球磨法制备Sb2O3粉末时,采用聚乙二醇-6000对Sb2O3进行改性,获得的粉体粒径约为40nm,粒径分布较均匀,且分散性良好。

(a)样品1;(b)样品2;(c)样品3(a)sample 1;(b)sample 2;(c)sample 3

(a)样品1;(b)样品2;(c)样品3(a)sample 1;(b)sample 2;(c)sample 3

2.3 Sb2O3在PVC复合材料中的分布状态

图3为Sb2O3/PVC复合材料采用X射线能量色散谱仪进行面扫描所得到的EDS图片。可知,经PEG-6000改性过纳米Sb2O3可均匀分散在PVC基体中,仅有少量粒子出现了团聚的现象(图3(a));由SDS改性过的Sb2O3在PVC基体中分布十分不均匀,大量的粒子团聚在一起(图3(b));Sb2O3被OP-10改性后,其在PVC基体中分布也不均匀,存在着颗粒团聚的现象(图3(c))。总的来说,经过聚乙二醇-6000改性过的纳米Sb2O3在PVC基体中呈现出优良的分散性。

(a)样品1;(b)样品2;(c)样品3(a)sample 1;(b)sample 2;(c)sample 3

2.4 Sb2O3/PVC复合材料的阻燃性能

表1为添加不同种类的Sb2O3所制备的实验用Sb2O3/PVC复合材料所测得的氧指数和UL-94等级。样品1中加入了质量分数为1.26%被PEG-6000改性过的纳米Sb2O3,对应的纳米Sb2O3/PVC复合材料的氧指数为27.1%,即复合材料达到了难燃级别。在垂直燃烧实验时,复合材料在火焰移除后自熄时间较短,有熔体滴落,但不能点燃棉花,即复合材料处于V-1级别;样品2中加入了质量分数为1.26%被SDS改性过的Sb2O3,Sb2O3/PVC复合材料的氧指数为24.7%,此时的复合材料并未达到难燃级别。该复合材料在垂直燃烧实验时,火焰移除后材料自熄时间较长,有熔体落下并能点燃棉花垫,材料为V-2级别;样品3中加入了质量分数为1.26%被OP-10改性过的Sb2O3,对应的Sb2O3/PVC复合材料的氧指数为26.3%,材料并未达到难燃级别。在垂直燃烧实验时,复合材料在火焰移除后自熄时间较长,有熔体落下并能点燃棉花垫,材料处于V-2级别。表1表明,采用PEG-6000改性的纳米Sb2O3为阻燃添加剂时,Sb2O3/PVC复合材料的阻燃性能得到明显提升,复合材料达到难燃级别。

2.5 讨论

纳米Sb2O3由于极性高、比表面积和表面能大,当其加入到PVC基体中时很容易发生团聚现象,最终使其丧失纳米粒子所具有的优良性能[2],因此,Sb2O3的粒径和其在基体中的分散状况是影响PVC复合材料阻燃性能的重要条件,而表面活性剂则是决定Sb2O3粒径和分散性的一个主导因素。本研究采用的表面活性剂主要有两类,一类是非离子型表面活性剂,包括PEG-6000和OP-10两种。另一类为离子型表面活性剂,既SDS。非离子型表面活性剂在水溶液中不会电离产生离子,因具有强亲水性的官能团而容易溶解于水。离子型表面活性剂在水溶液中可以电离产生离子。

聚乙二醇-6000分子式为H(—O—CH2—CH2—)nOH,其结构中含有羟基(—OH)和醚键(H—O—R)两种亲水基,不存在疏水基[16]。因此它的水溶性以及在水中的稳定性都极好,并且不易受电介质、酸和碱的影响。采用PEG-6000对颗粒Sb2O3进行表面改性时,PEG-6000结构中的H会迅速和Sb2O3中的O形成氢键,使得PEG-6000比较容易吸附于Sb2O3粒子的表面,并形成一层高分子薄膜[17]。包覆于Sb2O3粒子表面的PEG-6000薄膜可阻止Sb2O3粒子的生长,从而可获得粒径约为40nm的Sb2O3,同时还可有效地防止团聚现象的发生,最终获得分散性良好的纳米Sb2O3(图2(a))。当该纳米Sb2O3加入到PVC基体中,由于PEG-6000与Sb2O3形成氢键后,只剩—OH裸露在外面,一旦纳米Sb2O3粒子相互靠近时,相邻的—OH就会形成重叠的电子元,表现为斥力,即存在空间位阻效应[16]。这一斥力减弱了纳米粒子之间的相互吸引力,相对增强了纳米Sb2O3粒子与PVC基体间的相互作用力,使其在PVC基体中分布均匀(图3(a))。在Sb2O3/PVC复合材料燃烧时,由于纳米Sb2O3的粒径小,可促进SbCl3及SbOCl的生成反应和自由基捕获反应的进行[6,7],提高Sb2O3/PVC复合材料的阻燃性能。因此,采用PEG-6000处理的纳米Sb2O3所制备的Sb2O3/PVC复合材料,其阻燃性能明显优于实验中其他Sb2O3颗粒所制备的Sb2O3/PVC复合材料(表1)。

OP-10属于非离子型表面活性剂,主要成分为烷基酚聚氧乙烯醚,分子式为C8H17—C6H4—O—(CH2CH2O)10H,其结构中含有一个烷基(C8H17)和一个醚键(R—O—H)[16]。采用OP-10作为表面活性剂时,在球磨过程中OP-10结构中的H会与Sb2O3中的O形成氢键,使OP-10吸附在Sb2O3颗粒的表面形成一层有机高分子薄膜。该薄膜可阻止Sb2O3粒子的长大,一定程度上抑制粒子的团聚,最终可获得粒径约100nm、分散性良好的Sb2O3颗粒(图2(c)),但OP-10包覆Sb2O3颗粒的效果并不理想。OP-10在球磨过程中会产生大量的气泡吸附在Sb颗粒的表面,这在一定程度上会阻止Sb颗粒与双氧水的接触[14],导致Sb单质不能被完全氧化(图1(c))。当将OP-10改性处理后的Sb2O3粒子加入到PVC基体中后,尽管Sb2O3表面的OP-10吸附膜可在一定程度上阻止颗粒产生团聚,但仍有部分颗粒发生了团聚现象(图3(c))。发生该现象的原因与OP-10具有长的碳链结构有关,既分子间存在较大的空隙,使得Sb2O3颗粒表面包覆的OP-10薄膜不够致密,包覆效果较差。当Sb2O3颗粒添加到PVC基体中,颗粒间相互接触时则会发生团聚。总之,经OP-10改性处理后的Sb2O3颗粒不仅粒径增大,而且加入到PVC基体中产生了部分团聚现象。当纳米颗粒粒径增大时,其粒子的活性会降低,参与化学反应的能力也相应减弱[18]。在Sb2O3/PVC复合材料燃烧时,经OP-10改性处理后Sb2O3颗粒参与SbCl3及SbOCl的生成反应和自由基捕获反应能力降低,尤其是团聚体的作用更弱,该PVC复合材料的阻燃性能低于纳米Sb2O3/PVC复合材料的阻燃性能(表1)。

SDS分子式为C12H25—SO3—O—Na,其在水中会迅速发生解离,生成C12H25—SO3—O-和Na+。球磨制备Sb2O3颗粒时,在氧化剂H2O2的作用下Sb颗粒的表面被氧化,形成Sb—OH2键,使颗粒表面带正电荷[14]。当采用SDS表面活性剂时,其解离出的C12H25—SO3—O-会迅速吸附于Sb2O3粒子表面,并通过静电位阻作用使颗粒间的斥力增大,达到一定的分散目的。但是,C12H25—SO3—O-不仅会吸附于Sb2O3粒子的表面,还会吸附于反应中产生的Sb3+的表面,即C12H25—SO3—O-会和OH-竞争与Sb3+吸附的机会,这与合成羟基磷灰石粉体中C12H25—SO3—O-和OH-竞争与Ca2+的吸附现象类似[19]。C12H25—SO3—O-与Sb3+的吸附不仅会阻碍Sb2O3的生成(图1(b)所示),而且会削弱其与Sb2O3的吸附作用,从而导致Sb2O3颗粒的分散性降低、粒径增大(约为150nm),并出现团聚现象(图2(b))。当将SDS改性处理后的Sb2O3粒子加入到PVC基体中后,这些分散性较差的Sb2O3颗粒会因接触而进一步团聚,使得Sb2O3/PVC复合材料中部分区域出现Sb2O3的团聚区,而其他区域没有Sb2O3(图3(b))。当该PVC复合材料燃烧时,在不含Sb2O3的区域由于没有Sb2O3粒子参与阻燃反应而无法实现阻燃效果。而在Sb2O3的团聚区,尽管有Sb2O3颗粒参与了阻燃作用,但因Sb2O3颗粒的团聚导致其颗粒粒径增大,使其失去了优良的阻燃效果,因此,该PVC复合材料的整体阻燃性能下降(表1)。

3 结论

(1)表面活性剂对Sb2O3颗粒的粒径及其在PVC基体的分散性有着明显影响,进而影响着Sb2O3/PVC复合材料的阻燃性能;Sb2O3颗粒的粒径越小,其在PVC复合材料中的分散性越好,复合材料的阻燃性越好。

(2)采用PEG-6000作为表面活性剂改性Sb2O3时,Sb2O3表面吸附膜空间位阻作用较大,Sb2O3颗粒粒径约为40nm,在PVC复合材料中具有优良的分散性。含有质量分数为1.26%的Sb2O3的PVC复合材料的氧指数为27.1%,UL-94等级为V-1级,材料处于难燃级别。

(3)采用OP-10作为表面活性剂改性Sb2O3时,Sb2O3表面包覆膜结构不致密,Sb2O3颗粒粒径约为100nm,在PVC复合材料中具有一定的分散性,制备的Sb2O3/PVC复合材料的氧指数为26.3%,UL-94等级为V-2级,材料未达到难燃级别。