氯化聚氯乙烯(CPVC)是PVC經(jīng)氯化改性得到的熱塑性塑料，其中氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%～70% ，較普通PVC( 氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56%) 顯著提高。氯原子含量的增加使分子鏈極性增強(qiáng)，分子間作用力增大，從而賦予CPVC更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱變形溫度，同時(shí)保持了PVC優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性和 加工適應(yīng)性。將CPVC與PVC共混制備塑木復(fù)合材料，有望通過分子鏈間的偶極-偶極相互作用和內(nèi)聚能密度的提高，實(shí)現(xiàn)對材料耐熱性能的有效改善。
目前，國內(nèi)外學(xué)者對塑木復(fù)合材料的改性研究主要集中在偶聯(lián)劑處理、納米填料增強(qiáng)、纖維復(fù)合等方面，而關(guān)于CPVC改性PVC基塑木復(fù)合材料的研究報(bào)道相對較少。CPVC與PVC同屬氯系聚合物，二者具有良好的相容性，理論上可通過共混形成性能互補(bǔ)的復(fù)合材料體系。然而，CPVC含量對PVC塑木復(fù)合材料力學(xué)性能、熱性能的影響規(guī)律，以及CPVC剛性分子鏈對材料韌性的作用機(jī)制尚缺乏系統(tǒng)研究，特別是如何在提升材料耐熱性的同時(shí)兼顧力學(xué)性能的平衡，仍是需要深入探討的問題。因此，有文章以CPVC為改性劑，通過共混模壓成型工藝制備CPVC/PVC塑木復(fù)合材料，系統(tǒng)研究CPVC含量(PVC/CPVC質(zhì)量比)對復(fù)合材料 熱變形溫度、拉伸性能、彎曲性能的影響規(guī)律，探討CPVC對PVC塑木復(fù)合材料的改性機(jī)理，旨在為高性能耐熱塑木復(fù)合材料的配方設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。
CPVC是由PVC樹脂通過水相懸浮法或氣相法氯化反應(yīng)制得的改性聚合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與PVC基本相似，差異在于分子鏈上的氯原子取代度顯著提高。氯含量的增加使分子鏈極性增強(qiáng)，分子間范德華力明顯增大，有效限制了高分子鏈段的熱運(yùn)動(dòng)能力，從而使CPVC具備更優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和力學(xué)剛性。與PVC相比，CPVC的維卡溫度提高至30～40℃，熱變形溫度可達(dá)90～110℃，顯著改善了材料的耐熱性能。同時(shí)，CPVC保留了PVC良好的耐化學(xué)腐蝕性和加工適應(yīng)性，在提高使用溫度范圍的同時(shí)未犧牲其原有優(yōu)勢。
CPVC/PVC共混體系CPVC與PVC分子結(jié)構(gòu)相似，二者具有良好的相容性，共混后可形成性能互補(bǔ)的復(fù)合材料體系。
PVC對PVC塑木復(fù)合材料的改性作用主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面: (1)CPVC分子鏈上的氯原子與PVC分子鏈形成較強(qiáng)的偶極-偶極相互作用，提高了共混體系的內(nèi)聚能密度，有效抑制高溫環(huán)境下分子鏈的滑移和松弛，從而提升材料的熱變形溫度和耐熱老化性能。(2)CPVC的剛性分子鏈結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)共混體系的力學(xué)強(qiáng)度。CPVC分子鏈的空間位阻效應(yīng)有助于提高共混物的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，但同時(shí)會(huì)降低分子鏈的柔韌性，表現(xiàn)為沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率下降。因此，通過優(yōu)化CPVC的添加比例，可在耐熱性能與力學(xué)性能之間實(shí)現(xiàn)有效平衡。CPVC是一種有效的耐熱改性劑，能夠顯著提升PVC基塑木復(fù)合材料的熱變形溫度、彎曲性能和拉伸強(qiáng)度。綜合考慮耐熱性與力學(xué)性能的平衡，建議CPVC的適宜添加質(zhì)量份數(shù)為50(即PVC/CPVC質(zhì)量比為50/50) ，此時(shí)復(fù)合材料在保持較好力學(xué)性能的同時(shí)，熱變形溫度提升至78.6℃，能夠滿足中高溫環(huán)境下的使用要求。本研究為高性能耐熱塑木復(fù)合材料的配方設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。未來可進(jìn)一步探索CPVC 與其他功能填料(如納米材料、阻燃劑等) 的協(xié)同改性效果，以拓展其在汽車內(nèi)飾、工業(yè)管道、高溫地板等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
摘編自:《CPVC改性PVC塑木復(fù)合材料的性能研究》哈麗旦·塔什等
