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碳酸钙对PVC防水卷材性能的影响

发布日期:2018-09-02 作者: 点击:

PVC防水卷材具有低温柔性好,断裂伸长率高,拉伸强度高,防水效果好,耐老化,尺寸变化率小,施工简单,环保,寿命长,成本低等优势,在世界各地得到了广泛推广。目前,PVC防水卷材经过不断地生产实践,已经成为高分子防水卷材中技术较为成熟、应用更加广泛的一类,且在欧洲、美洲、亚洲等区域具有良好的发展前景。


碳酸钙作为一种无机填料,广泛应用于塑料加工行业,由于其价格便宜,填充效果良好,因此,在PVC材料中加入碳酸钙,不仅可以降低成本,还可以提高制品的尺寸稳定性,强度与表面光泽等。碳酸钙的种类繁多,主要分为重质碳酸钙,轻质碳酸钙,活性碳酸钙和纳米碳酸钙。选择碳酸钙改性PVC材料还需综合考虑其他加工助剂的影响。


为了对比两者对PVC防水卷材性能的影响,采用普通重钙与轻钙进行实验。选择增塑剂DOP为50份,改变碳酸钙的份数,即份数为0,10,20,30,40,50份。


1碳酸钙对PVC防水卷材拉伸性能的影响

随着碳酸钙含量的增加,PVC防水卷材的拉伸强度和断裂伸长率都呈下降趋势。一方面是因为碳酸钙分散在PVC粒子中,加大了PVC分子链的间距,削弱了分子间的作用力;另一方面是因为碳酸钙为无机填料,当它与PVC树脂共混时,分散并不均匀,相容性差,且随着碳酸钙加入量的增加,分散变得更加困难,使粒子的团聚现象发生,导致银纹及裂纹的出现。同时还可以看出,在加入等同量的情况下,重钙的拉伸强度和断裂伸长率均大于轻钙。这是由轻钙与重钙的结构所决定的。根据增强机理可知,粒径越小,填料的比表面积越大,与聚合物的接触面积就越大且结合力越大,增强作用就越好。其中重钙是由机械方法制得,表面粗糙,粒径较小,比表面积较大。轻钙是由化学方法制得,表面光滑,粒径较大,比表面积较小。所以,在填充量相同的情况下,与轻钙相比,重钙对PVC的拉伸性能更有效。


2碳酸钙对PVC防水卷材撕裂性能的影响


为碳酸钙加入量对PVC防水卷材撕裂强度的影响。随着轻钙和重钙含量的增加,撕裂强度均先减小后增大。这是因为碳酸钙与PVC混合,使PVC分子间的相互作用力减小,抵抗外力的能力减弱,导致撕裂强度减小。但随着碳酸钙的增加,粒子出现团聚,存在的应力集中点能有效阻止缺口撕裂。从图3中可以看出,在碳酸钙加入量为30份时,撕裂强度达到最小值,分别为60.18和62.34N/mm,均满足GB/T12592—2011对PVC防水卷材撕裂强度(≥50N/mm)的要求。当碳酸钙加入量低于30份时,重钙的撕裂强度大于轻钙的撕裂强度;高于30份时,重钙的撕裂强度小于轻钙的撕裂强度。由于不同碳酸钙的加入的同时会使PVC防水卷材的拉伸强度与断裂伸长率降低,综合考虑,优先使用20~30份的重钙。


3碳酸钙对PVC 防水卷材加工性能的影响


图4是碳酸钙加入量对PVC防水卷材加工流变性能的影响结果。由图4可知,轻钙和重钙都会使PVC的塑化转矩和平衡转矩呈现先减小后增大的趋势,在添加量为20份时,塑化转矩跟平衡转矩达到最小值。这是因为加入少量碳酸钙后,碳酸钙颗粒会对PVC树脂起到摩擦作用,促进了PVC树脂的塑化,使其黏度减小,改善了加工性能;随着碳酸钙加入量的增加,PVC颗粒与碳酸钙颗粒的结合难度更大,从而影响了PVC的塑化,使其黏度增大,给加工带来不便。同时可以看出,随着轻钙的加入,塑化时间呈下降趋势,塑化越来越容易,但是随着重钙的加入,塑化时间先减小后增大,在30份时,塑化效率最高。


通过比较轻钙与重钙的塑化转矩、平衡转矩和塑化时间可以看出,添加相同份数重钙的体系的转矩和塑化时间均比轻钙的体系大,说明重钙对PVC防水卷材加工性能的影响较大。这是因为无机填料的粒径越小,比表面积越大,吸附作用就越大,与PVC树脂在塑化过程中产生的摩擦力就越大,塑化转矩与平衡转矩增大,塑化时间增加,加工流变性能差。而重钙的粒径小于轻钙,所以填充重钙的PVC防水卷材的加工性能相对较差。但是结合力学性能,还是优先采用重钙作为PVC防水卷材的无机填料,且份数为20~30份比较合适。


(a)塑化转矩;(b)平衡转矩;(c)塑化时间。■-轻钙;■-重钙。


结论与思考


随着轻钙与重钙含量的增加,PVC防水卷材的拉伸强度和断裂伸长率降低,使PVA具有高热稳定性,熔融加工范围拓宽了121℃,显著改善了PVA的熔融加工性能。在碳酸钙含量一定的情况下,GCC 填充体系的力学性能优于PCC 填充体系,但加工性能稍差。


从实验结果可以看出,碳酸钙在塑料行业中的添加量对产品的性能有明显的影响,那么在实际生产中,碳酸钙在母料、专用料以及塑料产品中的添加量又该如何斟酌呢?


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