改性聚氯乙烯塑料及其性能特点

由于PVC有许多良好的性能，价格便宜，用途很广，但其热稳定性差，冲击强度低，耐寒性和加工性不良，所以除了配制合适的助剂来改善性能外，人们通过共聚、共混、填充和增强等改性方法更有效地来提高PVC的性能，开发了许多改性品种。下面简单介绍几个主要品种的性能。

1.交联PVC

交联PVC工艺有辐照交联和化学交联两类。品种可分为硬质交联和软质交联两种。交联后可提高PVC的耐热性、耐溶剂性、耐老化性，并改进力学及电性能。

可用挤出、注射、模压、压延、涂布、蘸塑、旋转成型方法加工制品。在加工时通常采用先成型后交联的两步法。

交联PVC广泛用于电线电缆、建筑板材、铺地材料、软管、鞋底、人造革、传送带、化工容器等方面。

2.共聚改性PVC

共聚改性PVC品种很多，这里仅介绍主要的几种。

（1）氯乙烯-丙烯类共聚物 主要品种有以下几种：

1）氯乙烯-丙烯酸酯共聚物。改性料可提高冲击强度、耐寒性、耐热性、透明度，降低熔体粘度。其拉伸强度为33～36MPa，伸长率为152%～202%，缺口冲击强度（0℃）为53～416J/m，维卡软化温度为48～56℃。

可用模塑工艺加工制品，用于制作飞机窗玻璃、仪表盘面板，也可作粘结剂、防护涂料和改性剂。

2）氯乙烯-丙烯共聚物。改性料可提高热稳定性、流动性和加工性，高温伸长率高，有利吸塑、吹塑加工，用无毒稳定剂可制作卫生级制品。

可用注射、挤出、吹塑，吸塑等工艺加工制品，加工温度比PVC低5～15℃。主要制品有食品、药品等的无毒包装容器，化学品、化妆品、电动机油等的容器、薄膜以及家具、化工设备、电插头、电动工具零件、叶轮、叶片、管件、阀门、薄片、异形制品、唱片等。

3）氯乙烯-丙烯腈共聚物。其软化温度可达140～150℃，耐溶剂性好，质地柔软，手感好，类似羊毛，保温性好，不怕虫蛀，主要用作纤维、针织品、耐寒衣料、呢料、电解槽隔膜、滤布、X射线底片、薄膜、涂料、人造革、防腐蚀材料等。

（2）氯乙烯-乙丙橡胶接枝共聚物 改性料冲击强度高，缺口冲击强度为24～51kJ/m²，耐大气老化性好，耐蚀性优良，加工性好，分解温度>135℃，乙丙橡胶含量8%～10%的硬质料，热变形温度为69～82℃，弯曲强度为47～70MPa，弯曲模量为1500～1610MPa，拉伸强度为28.8～42.5MPa，球压硬度为1.6±0.05MPa，含水率≤0.5%。

可用注射工艺加工各种电气零件外壳、显像管框架、收音机外壳、家具、窗框、汽车底板、耐蚀管道、管件、容器、球阀。软质品可用于电线电缆绝缘包覆层等。

3.PVC热塑性弹性体

PVC热塑性弹性体简称PVC-TPE，其聚合度>1600，是一种软硬兼备的弹性体。目前各厂家生产的品种很多，主要有高聚合度PVC（平均聚合度>2000）、含凝胶PVC（GPVC）-TPE、PVC/共混凝胶橡胶（PVC/R）、离子交联PVC/NBR等品种，而且新品种还不断问世。综合这些PVC-TPE的基本性能，主要包括如下方面：

1）压缩永久变形小。PVC-TPE的压缩永久变形小于SPVC，一般为25%～60%，类似于橡胶。

2）高温保形性好。PVC-TPE高温保温性远优于SPVC，其中GPVC-TPE和PVC/R-TPE更好。

3）回弹性大。PVC-TPE的回弹性大于SPVC接近一倍，可代替橡胶制作螺旋软线。

4）弯曲疲劳强度大。PVC-TPE弯曲疲劳强度10万次以上，而SPVC仅5000次，丁苯橡胶为2～4万次。

5）耐磨性好。Tabar试验PVC-TPE磨耗量仅为SPVC、丁苯或天然橡胶的1/3～1/10。

6）耐油性好。尤其是离子交联PVC-TPE耐燃料油性能更好。

7）硬度可变。硬度可在40～95H_A范围内随意调节，硬度对温度变化不敏感。

8）表面消光。PVC-TPE制品表面有良好消光手感，着色性好。

9）价格便宜。PVC-TPE是各种热塑性弹性体中价格最便宜的品种。

10）耐老化性好。PVC-TPE的耐候性、耐寒性、耐臭氧、耐热老化性都优于SPVC和橡胶，可在户外使用。

11）成型性较好。PVC-TPE可用挤出、注射、压延、中空成型等方法加工各类制品，但粘度高、流动性差，所以成型温度高（约比相同硬度的SPVC高出5～20℃）。高聚合度PVC的性能数据见表8-8。

由于PVC-TPE有上述优点，故目前常用其代替SPVC及橡胶，并可按普通级、耐热级、耐油级、低压缩永久变形级、易流动级、柔软级、阻燃级、无增塑剂迁移级等各种品种制作不同用途的制品，如汽车用背垫、手柄、手把、踏板、行李架、眼镜架、转向盘、油封圈、缓冲垫、防水卷材、人造革、汽车及冰箱密封条、管道接头、铺地面材料、装饰片材、传送带、家电零件、螺旋软线、电线电缆护套及各种耐热、耐油、耐寒软管、耐压管、凉鞋、鞋底等。

表8-8 高聚合度PVC的性能数据

4.氯化聚氯乙烯

氯化聚乙烯简称CPVC或过氯化乙烯，是PVC树脂经氯化后的强极性、不规整、非牛顿流体型聚合物，有溶液氯化法CPVC及悬浮氯化法CPVC等品种，后者耐热性较好。

（1）基本性能特点 主要体现在以下几个方面：

1）CPVC中含有各种助剂，且含氯量不同，各厂配方不同，性能有较大的差别。CPVC常用为硬质料，呈白色粉末状。国产CPVC一般含氯量为65%，密度为1.52g/cm³。国外产品含氯量高达70%～75%，其力学性能、耐热、耐老化、耐磨性都较高。

2）拉伸强度、抗蠕变性、耐爆破性及硬度都高于HPVC，但在高、低温时脆性较大，因此实用CPVC都需加入各类添加剂或进行改性。

3）热性能优良。热变形温度比较：CPVC>聚丁二烯（PB）>ABS>HDPE>PVC，使用温度为100～105℃，高于HPVC的，热导率低，保温性好，散热性差，线胀系数小于HPVC的，阻燃性好，自熄，低发烟。

4）耐蚀性优良。CPVC的耐蚀性与HPVC的相似耐蚀性对比：CPVC>HDPE>PB>ABS。在常温下耐各类酸、碱、盐、脂肪酸盐、氧化剂及卤素等介质。但可溶解于氨基磺酸、氯酸钠、硅酸钠、酚、甲酸、铬酸、丁酸、氯酸、氟化胺等介质。

5）耐候性好。可耐紫外线和大气老化，耐沸水，耐候性优于HPVC的。

6）加工性差。加工性比HPVC的差，其熔体粘度大，流动性低，加工温度为180～190℃，但在100～135℃就开始分解，分解时也释放HCl气体，比HPVC更易分解。但仍可用通用挤出机、注射机、压延机加工制品。加工前需要干燥处理，粒料干燥温度为80～90℃，干燥时间为2～3h；粉料干燥温度为80℃，干燥时间为2h，加工时要采取措施防止分解，如采用低螺杆转速、低速注射、严格控制加工温度及模具温度、选用较大的浇口尺寸（大于HPVC的）等。

（2）改性CPVC品种 为了增加韧性，克服CPVC脆性的缺点及改善热性能，人们采用了改性措施，主要的改性品种有下列几种：

1）增韧CPVC。在CPVC树脂中加入丙烯酸类树脂（ACR）、CPE、ABS、MABS、MRS、POE等树脂作增韧剂来降低脆性。

2）抗冲击CPVC。用CaCO₃、钛白粉、SiO₂、玻璃纤维等无机填料或增强玻璃纤维组成填充CPVC或GFCPVC，既提高了冲击强度，也可提高耐热性。(www.xing528.com)

3）耐热CPVC。是在CPVC中加入钙镁氧化物等稳定剂组成的耐热CPVC，可提高热变形温度10～15℃。

4）CPVC合金。如CPVC/PVC，可组成相容性好，性能互补的合金材料。

（3）制品的应用利用CPVC各种特性制作的制品，主要应用场合如下：

1）耐蚀制品。包括油田，化工用输送管道，化工设备的耐蚀零件（如反应塔、阀门）等。

2）消防制品。包括电气、建材、包装、航空、交通设备用阻燃低发烟材料及制品。

3）耐热制品。如输送高温流体、热水、电力电缆用耐热、保温、耐压管道及护套、管件等。

4）绝缘制品。如电气及电子零件、电线槽、绝缘层、开关、熔断器盖等。

5）发泡塑料制品。如热水管、蒸气管等保温材料及微孔发泡塑料制品等。

6）复合材料。CPVC与有机或无机纤维组成的复合材料，制作耐热、抗冲击板材、管材、波纹板、异型材等。

7）CPVC合金制品。CPVC与热塑性或热固性塑料共混合金，用以制作耐热、高强度、抗冲击、透明的制品，如光盘、声像制品等。

8）其他。如耐蚀压延薄板，纤维，如耐热低缩水率氯纶纤维、粘结剂、涂料等。

5.PVC合金

PVC可以与多种热塑性塑料橡胶、弹性体组成二元或多元共混物，以改善各种性能，如与EVA、CPE、ABS、MBS、PU、PE、ACR、NBR、PTFE等聚合物都能组成PVC合金。举例简述如下：

（1）PVC/橡胶合金 常用共混橡胶有天然橡胶（NR）、氯醇橡胶（CHR）、丁腈橡胶（NBR）、顺丁橡胶（BR）、丁苯橡胶（SBR）及PVC/NBR/BR等。按不同的配方，橡胶共混的合金都能在不同程度的范围内改善抗冲击性、硬度、抗撕裂性、压缩永久变形及耐蚀，耐油、耐老化、耐磨损、耐寒等性能。但拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率会下降。

PVC/橡胶合金可用模压、注射、挤出、压延等方法加工板材、型材、机械挡板、电缆料、运动鞋、密封件、阻尼减振材料及制品、床垫等。

（2）PVC/热塑性塑料 其主要品种举例如下：

1）PVC/ABS。在合金中ABS作为改性剂，一般含量为5%～15%（质量分数）。按拉伸弹性模量ABS可分为三类，高模量ABS可作为改善加工性助剂，对提高抗冲击性效果小；中模量ABS具有改善加工性和抗冲击性兼备作用，其薄板适用于热成型；低模量ABS可显著提高抗冲击性能和耐热性。综合PVC/ABS合金的基本性能，它具有ABS的耐热、抗冲击、易加工、外观光泽、着色性好的特点，也具有PVC阻燃、耐蚀，常温力学性能好的特点。但制品的透明性、耐候性差，不宜在户外使用。

PVC/ABS塑料可用挤出、注射、压延、模压等工艺加工各种制品，主要用于制作兼有阻燃、抗冲击场合所用的制品，如电视机、计算机、电话、办公设备、仪表等的壳体，汽车仪表盘，电子接插件，板材，片材，冰箱内衬，管材等。

2）PVC/MBS合金。该品种具有良好的强度及流动性，可改善热稳定性，提高透明度，透光率可达87%以上，浊度为3.12%，可注射、挤出、压延片材、异型材、透明容器、食品包装、家电零件等。

3）PVC/ACR合金。用丙烯酸酯类树脂（ACR）共混的合金具有优良的耐候性、较高的冲击强度、良好的流动性，其着色稳定，耐热性好。ACR含量为15%时击强度可达80kJ/m²，拉伸强度为45MPa，球压硬度为105.2MPa。加入CaCO₃等填料时热变形温度达73～82℃。可用注射、挤出、压延等工艺加工硬质或半硬质板材、管材、透明耐折制品、异型材及高抗冲发泡塑料和抗冲击耐候性户外用制品。

4）PVC/PU弹性体。PVC可用PU、其他弹性体和填料组成共混合金，拉伸强度为10～28MPa，伸长率为108%～563%，硬度为78～98H_A，撕裂强度为73～112kN/m。有硬质及软质料。制品光泽，无毒，可用作医疗器械、人工心脏和辅助装置，假肢，人造软骨、医用分离膜等。

5）其他。其他品种还有很多，如PVC/AAS、PVC/SMA合金具有很好的耐候、耐热、抗冲击性；PVC/PTFE具有优良的耐磨性；PVC/ABS/SAN具有很好耐蚀性、抗冲击性、耐热性等性能。

6.填充改性PVC

PVC及其共聚、共混改性料都可与无机或有机填料组成填充改性料。常用填料有：CaCO₃、炭黑、硅酸、粘土、硅酸盐（如高岭土、煅烧粘土）、滑石粉、石棉、云母、硅酸钙、硫酸盐（如硫酸钡、硫酸钙）、金属粉及木粉、果壳粉、纤维素等有机物。

填充PVC有下列优点：降低塑料价格；提高刚性、耐热性、尺寸稳定性、耐候性；改善粘度流动性；提高介电性能，导热性能、耐水耐溶剂性；赋予不粘性或高粘结性；改善物理、力学性能；调节制品光泽性；赋予电镀性、印刷性；防止龟裂；有阻燃性。不同配方填充效果不同，但加入填料后也会导致某些性能下降，如伸长率、韧性等。

填充PVC按不同品种可用挤出、压延等工艺加工软、硬制品，主要制品既有地板砖、板、管、异型材等硬质品，只有薄膜、人造革、片材等软制品，可代替钢材、木材用于建筑、交通运输和家具等行业。

此外，PVC与ABS或CPE或MBS共混物加入TiO₂、CaCO₃、ZnSO₄、ZnO等无机填料还可制成高韧性、可电镀的电镀级塑料，经注射或挤出加工后制成电镀制品。其电镀工艺及镀层质量与ABS相仿，但成本较低。

7.增加PVC

常用短切玻璃纤维与PVC组成硬质GFPVC，玻璃纤维含量约为25%，与HPVC相比弯曲强度提高1倍，常温冲击强度高14～20倍，线胀系数约为其1/3，热变形温度达96～120℃，其他如拉伸强度、压缩强度、硬度、抗疲劳及抗蠕变性都有大幅度的提高。

常用挤出、注射成型加工化工装置（如容器、储罐）、风机、泵、管道、管件、建材、窗框、家具等。

8.阻燃PVC

由于PVC在燃烧时会释放HCl气体及大量烟雾，所以尽管它自身已具有阻燃性，但在电线电缆、建材、交通工具中要求阻燃性较高的场合，仍应选用阻燃PVC。阻燃PVC是在PVC中加入了三氧化二锑、锑酸盐等阻燃剂后配制成的塑料，它具有更高的阻燃性和消烟性能。

9.透明PVC

PVC树脂本身为无定形透明聚合物，但加入了一系列助剂后成为不透明材料，所以加入适当的透明助剂，则即可制成无毒透明PVC（R-PVC），可制作透明薄膜，片（板）材、管材、中空制品、热成型制品等。透明PVC多数采用悬浮法合成的PVC树脂配制而成，按加入增塑剂量的大小，可分为硬质、半硬质、软质三种品种。其基本性能特点如下：

1）结晶度<5%，密度为1.15～2.0g/cm³；为无色、无味、无臭粉末；可制成氯乙烯单体残余量VCM值<10^-6级的无毒PVC，它符合国家卫生药品管理标准，用于制作接触食品、药品的包装，对食品和药品的储存保持性能优于PET。

2）透光率大于90%，折射率为1.54～1.55，着色性好，可配制成五光十色的制品，制品表面光亮。

3）透明HPVC对O₂、CO₂的阻隔性与PET相似，对水蒸气的阻隔性略逊于PET。

4）力学性能、介电性能、耐蚀性、阻燃性、防潮性、耐寒性、耐候性良好，但热稳定性差，物性随相对分子质量、增塑剂、填料含量的变化而变化。

5）耐热性差。其玻璃化温度为80～85℃，热变形温度为66～79℃，80℃以上开始软化，130℃时有可塑性，170℃以上有流动性，但在140℃开始分解，190℃快速分解，释放HCl气体，故热稳定性差。长期使用温度为-15～55℃，阻燃性达UL94V-0级，OI值>45%。R-PVC板（片）与PMMA板（片）性能的比较见表8-9。

表8-9 R-PVC板（片）与PMMA板（片）性能的比较

6）PVC料价格便宜可加工成透明板（片）材、软硬管材、薄膜、单丝，并且二次加工性很好，可切削加工、粘接、焊接；其中，板（片）材的综合性能优良，是各种塑料片中热成型性最好的品种，可制成杯、盘、碟、盒，还可吹塑各种中空容器。其板材由于透光率高，耐蚀性及耐候性好，阻燃性好，着色性好，故被广泛适用于车船、宾馆、运动场、办公楼、游乐厅等建筑物作门窗玻璃，代替PMMA作装饰、采光材料，也用于制作家具、玩具、透明面板及包装材料。