废旧PVC/ABS共混物的制备及其性能研究

摘要

由于聚氯乙烯(PVC)具有阻燃、电气绝缘性和软硬可调等优点，PVC大量应用于管道、板材和电缆护套中。电缆护套作为PVC应用的一个重要分支，每年大量的PVC电缆被更换，回收再利用废旧PVC电缆护套材料刻不容缓。基于废旧PVC电缆护套(R-PVC)中仍保留的大量氯元素以及PVC与ABS的部分相容性，本文通过熔融共混法制备R-PVC/ABS共混物从而实现废旧PVC电缆护套材料的回收利用。首先，通过添加新料PVC解决废旧PVC电缆护套中增塑剂对共混物的力学和阻燃性能的影响，确定共混物的最佳比例；其次，研究了氯化聚乙烯(CPE)对共混物相容性、力学性能及阻燃性能的影响；最后，加入辅助阻燃剂三氧化二锑(Sb2O3)进一步提高共混物的阻燃性能。 本课题得出的研究结果如下： (1)研究了ABS和R-PVC的含量对R-PVC/ABS共混物性能的影响。结果表明ABS为40wt%，R-PVC为35wt%，PVC为25wt%时，共混物的综合性能最佳。此时，共混物的玻璃化转变温度(Tg)仅有一个为84.6℃，玻璃化转变峰较窄，分散相的粒径较小且分散相对均匀，说明其相容性较好；共混物的拉伸强度为55.5MPa，缺口冲击强度为5.6kJ·m-2；极限氧指数为29.5%，UL-94达到V0级别，达到难燃级别。 (2)通过熔融共混法制备CPE/R-PVC/ABS共混物并对其进行了表征。结果表明，CPE的加入提高了R-PVC/ABS共混物的相容性。当CPE添加量为10wt%时，共混物的Tg上升8.4℃，分子链之间的相互作用增强，分散相的粒径明显减小且分散均匀，平均粒径从8.28μm减小至4.09μm。CPE的加入明显提高了R-PVC/ABS共混物的力学性能，但导致了其阻燃性能的下降，当CPE添加量为8wt%时，其综合性能最佳。此时，共混物的拉伸强度为61.4MPa，缺口冲击强度为10.3kJ·m-2，分别提高了10.3%和83.9%，极限氧指数下降至28%，UL-94下降至V1级别。 (3)为进一步提高阻燃性能，向共混物中加入辅助阻燃剂Sb2O3。随着Sb2O3添加量的增加，共混物的阻燃性能不断提高。当Sb2O3添加量为6wt%时，共混物氧指数为31.3%，UL-94等级为V0级别；动态燃烧性能测试结果表明，Sb2O3的加入能明显降低共混物燃烧过程中的热释放速率(HRR)、总释放热(THR)。当Sb2O3添加量为6wt%，试样的最高热释放速率峰(pHRR)峰值出现大幅度下降，由182.3kW/m2下降至168.9kW/m2，下降了16%；THR由87MJ/m2下降至73.1MJ/m2，下降了17%。环境扫描电镜结果表明，Sb2O3的加入能明显减少氯化氢气体的释放，气体减少使共混物燃烧表面破坏程度降低，表面的孔洞减少，表面更加致密，表面碳残余量增加，阻挡热量及空气的进入。力学性能测试结果表明，Sb2O3的添加量少于8wt%时，共混物的拉伸强度、弯曲强度变化不大，缺口冲击强度出现明显下降。当Sb2O3的添加量为8wt%时，缺口冲击强度由10.3kJ·m-2下降到7.2kJ·m-2，下降了30%。基于共混物的力学性能及阻燃性能的研究结果，确定Sb2O3的最佳添加量为6wt%，此时共混物拉伸强度为63.8MPa，弯曲强度为60.5MPa，缺口冲击强度为9.2kJ·m-2，氧指数达到31.3%，UL-94等级达到V0级别。

目录

声明

1 绪论

1.1 聚氯乙烯概述

1.2 聚氯乙烯老化降解研究

1.3 废旧聚氯乙烯的回收现状与处理研究

1.4 废旧聚氯乙烯回收再利用技术研究

1.4.1 废旧聚氯乙烯直接再利用技术研究

1.4.2 废旧聚氯乙烯共混改性再利用技术研究

1.4.3 废旧聚氯乙烯其他改性再利用技术研究

1.5 聚氯乙烯与ABS共混物性能研究

1.5.1 ABS简介

1.5.2 ABS阻燃性能研究现状

1.5.3 聚氯乙烯与ABS共混物性能研究

1.6 本课题研究的内容及意义

1.6.1 本课题研究的意义

1.6.2 本课题研究的内容

2 R-PVC/ABS共混物性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要实验原料

2.2.2 主要实验仪器设备

2.2.3 R-PVC/ABS共混物的制备

2.2.4 R-PVC/ABS共混物性能表征

2.3结果与讨论

2.3.1 R-PVC/ABS共混物玻璃化转变温度分析

2.3.2 R-PVC/ABS共混物刻蚀断面微观形貌分析

2.3.3 R-PVC/ABS共混物力学性能分析

2.3.4 R-PVC/ABS共混物熔体流动速率分析

2.3.5 R-PVC/ABS共混物阻燃性能分析

2.4 本章小结

3 CPE含量对R-PVC/ABS共混物性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要实验原料

3.2.2 主要实验仪器与设备

3.2.3 CPE/R-PVC/ABS共混物的制备

3.2.4 CPE/R-PVC/ABS共混物的表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 CPE含量对R-PVC/ABS共混物的相容性影响

3.3.2 CPE含量对R-PVC/ABS共混物相结构的影响

3.3.3 CPE含量对R-PVC/ABS共混物的力学性能的影响

3.3.4 CPE含量对R-PVC/ABS共混物冲击断面形貌的影响

3.3.5 CPE含量对R-PVC/ABS共混物阻燃性能的影响

3.4 本章小结

4 Sb2O3含量对CPE/R-PVC/ABS共混物性能的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要实验原料

4.2.2 主要实验仪器与设备

4.2.3 Sb2O3/CPE/R-PVC/ABS共混物的制备

4.2.4 Sb2O3/CPE/R-PVC/ABS共混物的性能表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 Sb2O3/CPE/R-PVC/ABS共混物阻燃性能分析

4.3.2 Sb2O3/CPE/R-PVC/ABS共混物的动态燃烧性能

4.3.3 Sb2O3/CPE/R-PVC/ABS共混物燃烧后的微观形貌分析

4.3.4 Sb2O3/CPE/R-PVC/ABS共混物力学性能的分析

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢