3.1.3 結構特性

A、PVC的結構

圖3.5 PVC結構圖

圖3.5（a）為氯乙烯單體聚合成PVC過程分子式，（b）為PVC空間結構模型。（c）圖為PVC平面結構式。

在PVC結構中，碳原子為鋸齒形排列，所有原子均以σ鍵相連。所有碳原子均為sp3雜化。

我們一般認為，PVC是無定型結構，但研究發現：PVC分子鍊中含有短程的間規立構結構，其它的部分我們可以視為無規結構。正是這短程間規立構結構，使聚合物含有5-10%的薄片微晶存在，大家不要小看這5-10%微晶的存在。正是這少量微晶的存在，才使PVC表現出不同于其它塑料的特性。PVC之所以具有能夠吸收大量增塑劑的特性，并且在吸收大量增塑劑後還能保持一定程度的使用強度，與這少量微晶存在不無關系。這些微晶像起交聯作用一樣把聚合物網絡在一起，這種特性使得PVC具有異常好的蠕變回複性和增塑物具有“橡膠狀”特性的原因。

B、PVC分類

由于懸浮法生産的PVC占據市場的80%，并且随着聚合技術的發展，PVC的聚合度向下及向上進行了延伸，因此國标GB/T5761-2006《懸浮法通用型聚氯乙烯樹脂》将原有的六大類分類方法擴大到10大類分類方法。由于市場使用的PVC樹脂基本都是疏松型PVC樹脂，因此，後面我們談的都是疏松型PVC樹脂。

根據不同分類樹脂的黏數（或K值、平均聚合度）不同，其不同型号間用途也不同，其中SG0為超高分子量聚氯乙烯，一般場合用不到，大都作為改性添加劑使用或特種場合使用，SG9的相關信息未見報道，因此，僅就SG1-8主要用途進行描述，主要分類應用見表3.2。

表3.2 SG1-8主要用途

上述用途隻是根據PVC的特征黏度做的一個大概分類，具體應用中用戶要根據自己産品的具體要求選擇合适等級牌号樹脂使用為好。

C、PVC特性

PVC是通用塑料中産量最大的品種之一，其用途極其廣泛，自然有其不可替代的特性存在。

（a）PVC化學特性

PVC的由于含Cl量高達58%，所以具有極高的阻燃性（其氧指數高達43.6），不溶于水、酒精、汽油，氣體，水汽滲漏性低；在常溫下可耐任何濃度的鹽酸、90%以下的硫酸、50-60%的硝酸和20%以下的燒堿溶液，具有一定的抗化學腐蝕性；對鹽類相當穩定，但能夠溶解于醚、酮、氯化脂肪烴和芳香烴等有機溶劑。此外，由于側基Cl的存在，導緻PVC的光、熱穩定性較差，在100℃以上或經長時間陽光暴曬，就會分解産生氯化氫，并進一步自動催化分解、變色，導緻物理機械性能迅速下降。

工業上PVC樹脂主要是非晶态結構即無定型結構，但也包含一些結晶區域（約5％-10%），所以PVC沒有明顯的熔點 。

（b）PVC物理特性

密度 1380kg/m3

楊氏模量 2900-3400MPa

拉伸強度 50-80MPa

斷裂伸長率 20-40%

缺口沖擊強度 2-5KJ/m2

玻璃化轉變溫度 87℃

維卡軟化點 85℃

導熱率 0.16W/mK

熱膨脹系數 10-5/k

熱容 0.9kj/（kg.K）

吸水率 0.04-0.4（%）

從PVC的化學性能和物理性能我們可以看出，雖然PVC具有高強度的優點，但其缺點同樣明顯，特别是PVC的熱分解溫度遠低于加工溫度阻礙了PVC的使用，因此說，沒有改性的PVC基本沒有什麼使用價值。

（c）PVC的力學性能

（1）不同分子量對性能的影響

PVC 具有較好的力學性能、耐化學腐蝕性和難燃性等特點， 廣泛地應用于塑料制品的各個領域。針對塑料制品提出種種要求，往往僅靠改性滿足不了要求，促使PVC 生産企業開發不同分子量（聚合度）的 PVC 樹脂以滿足市場的需求。而不同聚合度的樹脂往往具有不同的性能，是影響加工和使用特性的最基本因素。對于不同分子量PVC 對性能的影響，研究發現：随着 P VC 樹脂聚合度的增加度、 沖擊強度、斷裂強度、 斷裂伸長率等力性能提高, 屈服強度降低。具體影響見圖3.6。

圖3.6 不同分子量PVC性能關系

（2）填充料填充的PVC力學性能

圖3.7 碳酸鈣填充PVC力學性能

填充改性是PVC改性的最基本手段，諸如滑石粉、碳酸鈣、煅燒高嶺土、硫酸鋇、白炭黑、煤粉灰、赤泥等都可以做PVC的填充改性劑。筆者使用PVC最常用的碳酸鈣進行測試（1750目，硬脂酸處理）（見圖3.7）。其它填料對PVC的填充影響大同小異。

（3）增韌劑增韌的PVC力學性能

PVC常用增韌劑包括ABS、CPE、MBS、EVA、ACR、NBR等，在這些常用增韌劑中，筆者對生産最常用的CPE增韌PVC相關性能進行應用研究（圖3.8）。其它增韌劑共混PVC，其效果一緻，都是在提高PVC基體韌性的同時，導緻拉伸強度明顯下降。

圖3.8 CPE改性PVC力學性能

3.1.4 流變性

作為高分子材料，流變性是加工工藝選擇最重要的參考。PVC作為高分子材料也不例外。那麼下面我們談一談PVC的加工流變性。

對不同聚合度PVC流變性的研究發現，随着PVC樹脂聚合度的增加度、沖擊強度、斷裂強度、 斷裂伸長率等力性能提高, 屈服強度降低；随着PVC樹脂聚合度的增加, 物料的塑化時間逐漸延

長，平衡扭矩逐漸增大。并且物料表觀粘度表現為一種假塑性流體的特征,随剪切速率的增加而降低,剪切應力随剪切速率的增加而升高；在低剪切速率下, PVC樹脂的聚合度對剪切黏度和剪切應力的影響較大；在高剪切速率下，PVC樹脂的聚合度對剪切黏度和剪切應力的影響變小；在相同的剪切速率下，剪切黏度和剪切應力随着PVC聚合度的降低而減小。相關關系可以通過圖3.9表示。

圖3.9 不同聚合度PVC毛細管流變曲線

筆者曾對包括PVC及其不同共混體系硬質PVC進行的研究（見圖3. 10、3. 11），從圖我們能夠看出，随着切變速率的增加和溫度的升高，任何PVC共混體系的表觀粘度都存在不同程度的下降。其中，剪切速率增加，表觀粘度的下降幅度遠高于溫度增加帶來的表觀粘度下降。就是說，PVC共混體系是一個剪敏性材料；由于PVC的大量分解溫度與加工溫度接近 ，因此這點對PVC的加工非常重要，是設定PVC材料加工設備及工藝選擇的一個非常重要的參考依據。

圖3. 10、切變速率與表觀粘度的關系

圖3. 11、溫度與表觀粘度的關系

對軟PVC的流變性研究表明：增塑PVC樹脂熔體為非牛頓型假塑性流體, 樹脂的顆粒結構越疏松, 切敏性越大; 該體系流動活化能較大，随剪切速率的增加, 活化能逐漸減小, 随增塑劑用量的增加, 體系表觀粘度降低, 随填充劑用量的增加, 體系表觀粘度增加, 高剪切速率時, 填充劑用量對表觀粘度的影響越來越小。圖3.12是添加填料碳酸鈣後的表觀粘度随切變速率的變化關系。

圖3. 12、添加填料碳酸鈣後的軟PVC體系表觀粘度随切變速率變化關系

對各種添加劑添加到PVC中的研究表明： 加工助劑和内潤滑劑能促進PVC的塑化, 外潤滑劑卻延長塑化時間，以内潤滑為主的金屬皂類穩定劑用量的增加, 塑化時間縮短，以外潤滑為主的金屬皂類穩定劑用量的增加, 塑化時間延長。

由于在PVC加工過程中，根據不同要求，主穩定劑一般選擇三鹽、二鹽體系或有機錫體系，因此，不同穩定體系的加工流變性也顯得非常重要，筆者曾對兩者穩定體系的流變性進行過研究，研究發現：有機錫類穩定劑相對于鉛鹽類穩定劑來所穩定的PVC共混體粘度要高（見圖3.13），也就是說，在同等情況下加工有機錫類穩定劑穩定的PVC的加工難度要高于鉛鹽類穩定劑穩定的PVC，因此，非必要場合，盡量不選用有機錫類穩定劑。

圖3.13、不同穩定體系剪切速率和表觀粘度關系

上述對PVC加工流變學的分析，對實際加工生産中根據客戶要求，選擇不同聚合度PVC，采用最佳加工工藝，設計出最合适要求、最低材料成本的配方具有非常重要的指導意義。

來源：《橡塑技術實戰指南》

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