氯化聚氯乙烯(CPVC)是以PVC樹(shù)脂為原料經(jīng)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(chǎn)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(shù)情況下含氯量為66%-68%。CPVC能耐大多數(shù)的酸、堿、鹽，有很好的耐化學(xué)腐蝕性，耐熱方面明顯優(yōu)于其他塑料，作為PVC樹(shù)脂氯化改性產(chǎn)品，它在使用溫度(比PVC樹(shù)脂高35-40℃)、強(qiáng)度、耐熱、阻燃等方面比PVC有明顯提高，近年來(lái)，CPVC的需求量迅速增加。 
    鑒于CPVC獨(dú)特的性能，其在電力電纜管的應(yīng)用上有廣{TodayHot}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(dá)100℃以上，由CPVC制成的電力電纜管主要用于電力電纜的鋪設(shè)并起導(dǎo)向保護(hù)電纜作用。有關(guān)文獻(xiàn)指出，改性氯化聚氯乙烯制成的雙壁波紋電力護(hù)套管，具有耐腐蝕、耐高溫、絕緣性好、無(wú)污染、韌性好、質(zhì)量輕、成本低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
    CPVC是PVC進(jìn)一步氯化的產(chǎn)物，隨著氯原子的增加，分子之間的作用力加大，而導(dǎo)致CPVC加工流動(dòng)性差，給實(shí)際的生產(chǎn)帶來(lái)了困難，再加之CPVC脆性大，高溫易脆，低溫也易脆，因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)CPVC的改性主要是添加MBS、CPE、ACR等來(lái)提高體系的沖擊強(qiáng)度、降低熔體黏度、改善其加工流動(dòng)性。但無(wú)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(jià)的。因此就這方面存在的問(wèn)題，筆者主要從提高耐熱性著手，研究了填料對(duì)于CPVC/PVC合金體系的耐熱性能的影響。
    1實(shí)驗(yàn)部分
    1.1主要原料
    CPVC樹(shù)脂，氯含量66%，江蘇東臺(tái)九轉(zhuǎn)化工有限公司；
    PVC樹(shù)脂，S-1000型，中國(guó)石化齊魯有限公司；
    三鹽基硫酸鉛，工業(yè)級(jí)一級(jí)品，江蘇東臺(tái)化工廠；
    二鹽基亞磷酸鉛，工業(yè)級(jí)一級(jí)品，江蘇東臺(tái)化工廠；
    硬脂酸鉛，工業(yè)級(jí)一級(jí)品，江蘇東臺(tái)化工廠；
    硬脂酸鋇，工業(yè)級(jí)一級(jí)品，江蘇東臺(tái)化工廠；
    石蠟，北京燕山石化；
    ACR沖擊改性劑，201，工業(yè)級(jí)一級(jí)品，蘇州安利化工廠；{HotTag}
    復(fù)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(jí)一級(jí)品，廊坊市玻璃總廠；
    硅灰石，38μm，吉林梨樹(shù)縣大頂子山硅灰石礦粉廠；
    石墨，工業(yè)級(jí)一級(jí)品，北方鑫源電碳制品有限公司；
    EBS，工業(yè)級(jí)一級(jí)品，福建師范大學(xué)化工廠；
    鋁酸酯，工業(yè)級(jí)一級(jí)品，福建師范大學(xué)化工廠。
    1.2主要設(shè)備
    高速混合機(jī)，SGSH-2/6，青島遠(yuǎn)東塑料工程有限公司；
    轉(zhuǎn)矩流變儀，PLV-151，德國(guó)BRABENDER公司；
    雙輥開(kāi)煉機(jī)，SK-160B，上海橡膠機(jī)械廠； 
    平板硫化機(jī)，XQLB；上海1橡膠機(jī)械廠；
    萬(wàn)能制樣機(jī)，河北省承德試驗(yàn)機(jī)廠；
    電子天平，T500，美國(guó)雙杰集團(tuán)有限公司；
    維卡測(cè)試儀，XRW-300M，中實(shí)檢測(cè)設(shè)備有限公司；
    組合式數(shù)顯沖擊試驗(yàn)機(jī)，XJZ-50，承德試驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司；
    擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)數(shù)顯裝置，承德試驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司；
    拉力試驗(yàn)機(jī)，LJ-1000，廣州材料試驗(yàn)機(jī)廠。
    1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)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(zhuǎn)矩流變儀180℃、20r/min條件下，測(cè)試共混物的動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)曲線；
    研究不同填料對(duì)CPVC/PVE合金的熱性能及力學(xué)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(kāi)煉機(jī)中，180℃條件下，混合、塑煉，將塑煉好的樣片放置到平板硫化機(jī)中壓制成型，壓力10MPa，熱壓3min、冷壓至樣片冷卻。
    1.4 性能測(cè)試
    拉伸性能按GB/T 1040-92測(cè)試；
    沖擊強(qiáng)度按GB/T 1043-93測(cè)試。
    2 結(jié)果與討論
    2.1 PVC含量對(duì)CPVC/PVC合金動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定性的影響
    由表1可知，動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定時(shí)間(DTS)隨PVC含量的增加而延長(zhǎng)，對(duì)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(shuō)明CPVC的動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定性比PVC要差得多。這可能是因?yàn)镃PVC中的氯含量高于PVC，使得分子鏈變得剛硬，同時(shí)分子間作用力加大，在加工過(guò)程中受到剪切，分子間內(nèi)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(duì)CPVC/PVC合金加工性能的影響
    由表2可以看出，無(wú)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(shuō)，隨著PVC含量增加，一方面，共混體系塑化時(shí)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(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定時(shí)間比A1、A2提高了很多；當(dāng)PVC含量超過(guò)50份時(shí)，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(shí)驗(yàn)中我們選用CPVC：PVC=50：50作相關(guān)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
    2.3 不同填料對(duì)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(fù)合填料來(lái)研究填料對(duì)CPVC/PVC(50/50)合金熱性能的影響，測(cè)得維卡軟化溫度見(jiàn)圖1(略)。
    由圖1可以看出，玻璃纖維對(duì)體系的熱性能改進(jìn)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(fù)合填料和硅灰石對(duì)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?yàn)樗c體系的接觸界面很大，降低了體系的柔順性。次要是因?yàn)樗谠嚇又行纬煽臻g網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在溫度升高塑料開(kāi)始軟化時(shí)，它就像人體的骨骼一樣對(duì)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(wèn)題。它在雙輥開(kāi)煉機(jī)上塑化時(shí)，雖然玻璃纖維與CPVC/PVC的質(zhì)量比不是很高，但是在塑化過(guò)程中形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使玻璃纖維變得蓬松，相對(duì)體積增大，導(dǎo)致玻璃纖維與CPVC/PVC的體積比變得很高。在雙輥開(kāi)煉機(jī)上很難被制成片，當(dāng)玻璃纖維含量為15份時(shí)基本上成片，含量為30份時(shí)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(chǎn)過(guò)程中玻璃纖維的含量不能過(guò)高。
    石墨對(duì)CPVC/PVC體系的耐熱性提高非常明顯。這主要是因?yàn)槭怯商荚油ㄟ^(guò)π鍵組成的以六邊形為單元的片層結(jié)構(gòu)，CPVC/PVC體系的分子鏈?zhǔn)翘兼?，兩者都是以碳為基礎(chǔ)，相容性比較好，體系柔順性很低，對(duì)體系耐熱性的提高比較多。
    雖然復(fù)合填料和石墨的粒徑大小相同，微粒的結(jié)構(gòu)也都是片狀的，但是，復(fù)合填料對(duì)CPVC/PVC體系的耐熱性提高不是很明顯，原因如下：復(fù)合填料粉的粒徑大小一般，與體系的相對(duì)界面不是很大，體系的柔順性下降的不是很多；另外，復(fù)合填料粉主要含有硅，合金體系主要含碳，復(fù)合填料粉與體系的相容性一般，雖然加入了偶聯(lián)劑，但是效果不是很明顯。
    硅灰石對(duì)CPVC/PVC體系的耐熱性提高不是很明顯。原因和復(fù)合填料粉的情況差不多，所以耐熱性提高的情況和復(fù)合填料粉差不多。
    2.4 不同填料對(duì)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(fù)合填料添加到CPVC/PVC(50/50)體系中，測(cè)得拉伸性能見(jiàn)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(qiáng)度有不同程度的下降。玻璃纖維15份時(shí)拉伸強(qiáng)度提高，30份時(shí)拉伸強(qiáng)度下降。石墨雖然也使拉伸強(qiáng)度下降，但下降得比較少。復(fù)合填料和硅灰石使拉伸強(qiáng)度大幅下降。
    共混體系中玻璃纖維含量15份時(shí)拉伸強(qiáng)度有一定程度的升高，而玻璃纖維含量30份時(shí)拉伸強(qiáng)度又有一定程度的下降。表明少量玻璃纖維對(duì)CPVC/PVC體系的力學(xué)性能有一定的提高，玻璃纖維含量15份時(shí)拉伸強(qiáng)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(shù)脂的連續(xù)相比較高，而且玻璃纖維的長(zhǎng)徑比很大，充分發(fā)揮了纖維增強(qiáng)的作用，提高了拉伸強(qiáng)度。
    隨著共混體系中復(fù)合填料含量的增加，拉伸強(qiáng)度有一定程度的下降，表明復(fù)合填料不但沒(méi)有提高CPVC/PVC體系的力學(xué)性能，反而使其明顯下降，主要原因如下：復(fù)合填料粉的顆粒呈光滑的片狀結(jié)構(gòu)，而且與體系相容性一般，當(dāng)受到拉伸時(shí)，復(fù)合填料顆粒與體系的連接斷裂，使樣條中產(chǎn)生很多的縫隙，很容易出現(xiàn)裂紋，而CPVC/PVC體系是硬而脆的塑料，不會(huì)出現(xiàn)吸收能量的銀紋，而是在很快的時(shí)間內(nèi)形成斷裂帶，發(fā)生脆性斷裂。
    硅灰石的添加使拉伸強(qiáng)度降低，但是它不同于復(fù)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(huì)出現(xiàn)很多的銀紋，拉伸樣條還有輕微的伸長(zhǎng)率，不是脆性斷裂。這主要是因?yàn)楣杌沂L(zhǎng)徑比較大，而且與CPVC/PVC體系的相容性比較好，偶聯(lián)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(chǎn)生了黏性拖滯作用，雖然沒(méi)有改進(jìn)強(qiáng)度和韌性，但是提高了極限伸長(zhǎng)率。
    隨著共混體系中石墨含量的增加，拉伸強(qiáng)度有一定程度的下降，表明石墨不但沒(méi)有提高CPVC/PVC體系的力學(xué)性能，反而使其明顯下降。
    2.5 不同填料對(duì)CPVC/PVC合金沖擊強(qiáng)度的影響
    由圖3可以看出，四種填充劑都使沖擊強(qiáng)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(xiàn)。
    玻璃纖維體系力學(xué)性能下降主要有兩個(gè)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(chǎn)生脆性斷裂；其次，玻璃纖維在雙輥開(kāi)煉機(jī)上塑化時(shí)，雖然玻璃纖維與CPVC/PVC的質(zhì)量比不是很高，但是它在塑化過(guò)程中形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，玻璃纖維變的蓬松，相對(duì)體積增大，使玻纖與CPVC/PVC的體積比變得很高。在雙輥開(kāi)煉機(jī)上很難被制成片，當(dāng)玻璃纖維含量為45份時(shí)根本無(wú)法制樣。對(duì)比玻璃纖維拉伸性能的測(cè)試結(jié)果，玻璃纖維只有在含量較低的時(shí)候，才不會(huì)因加工困難而導(dǎo)致制品產(chǎn)生缺陷，降低力學(xué)性能。
    石墨的沖擊強(qiáng)度的變化情況基本和復(fù)合填料一樣，但是沖擊強(qiáng)度下降得更多。這主要是因?yàn)槭酆蛷?fù)合填料粉的顆粒大小基本相同，而且石墨的原子結(jié)構(gòu)也是片層結(jié)構(gòu)，惟一的不同是石墨粉是由碳原子組成，復(fù)合填料粉主要是由SiO2和Al2O3分子組成，而CPVC/PVC體系是碳鏈結(jié)構(gòu)，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(xiàn)一條裂紋，就會(huì)在很快的時(shí)間內(nèi)形成斷裂帶，發(fā)生脆性斷裂。
    此外，由于整個(gè)試樣是通過(guò)雙輥開(kāi)煉機(jī)塑化和模壓成型工藝制備的，不能形成自動(dòng)化生產(chǎn)，必須用手動(dòng)生產(chǎn)，產(chǎn)生氣泡是不可避免的事情，并且由于CPVC/PVC硬而脆，在萬(wàn)能制樣機(jī)上切割極容易使試樣出現(xiàn)裂紋，影響到體系力學(xué)性能。
    3 結(jié)論
    (1)DTS隨著PVC含量的增加而延長(zhǎng)，當(dāng)CPVC/PVC含量為50/50時(shí)，合金的加工性能最好；
    (2)玻璃纖維、石墨、硅灰石、復(fù)合填料添加到CPVC/PVC(50/50)體系中，均會(huì)不同程度的提高體系的耐熱性；
    (3)玻璃纖維對(duì)體系的熱性能改進(jìn)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(fù)合填料和硅灰石對(duì)體系的熱性能只有微小的提高；
    (4)四種填料的添加會(huì)導(dǎo)致體系沖擊強(qiáng)度的大幅下降；其中，硅灰石使CPVC/PVC體系下降幅度最??；
    (5)除玻璃纖維外，其他三種填料均會(huì)不同程度地降低體系的拉伸強(qiáng)度，玻璃纖維含量為15份時(shí)，體系的拉伸強(qiáng)度有一定的提高，而含量為30份時(shí)，拉伸強(qiáng)度有明顯下降。