PVC–U管材中的PVC樹脂含量是決定制品性能的重要因素,多個產(chǎn)品標準中均對PVC樹脂含量提出了具體要求。如TB/T 3432—2016《高速鐵路預制后張法預應力混凝土簡支梁》中規(guī)定泄水管及管蓋應采用PVC材料(白色),,聚氯乙烯含量不應低于80%;GB/T 20221—2006《無壓埋地排污,、排水用硬聚氯乙烯(PVC–U)管材》中明確提出生產(chǎn)管材所用材料以聚氯乙烯為主,,其中的聚氯乙烯樹脂含量(質(zhì)量含量)應不少于80%,。然而上述標準中雖對管材管件中聚氯乙烯樹脂含量提出了具體要求,,但并未規(guī)定具體的測試方法,。EN 1905—1998 Plastics piping systems–Unplasticized poly(vinyl chloride)(PVC–U) pipes,fittings and material–Method for assessment of the PVC content based on total chlorine content中提出了一種在總的氯含量基礎上測定聚氯乙烯樹脂含量的方法;聚氯乙烯管材中聚氯乙烯樹脂含量的測定方法一文中提出利用PVC樹脂在甲醇、乙醇等有機溶劑中析出,,從而將PVC樹脂與其他有機添加劑分離以測定PVC樹脂含量,。這2種測試方法雖能測出PVC樹脂含量,但操作復雜,,耗時長,,效率低。
提出了一種利用紅外光譜法測定PVC–U管材中PVC樹脂含量的方法,,并且選取了5種不同PVC樹脂含量的PVC–U管材進行拉伸屈服應力,、密度、維卡軟化溫度性能測試和熱重分析試驗,,對比分析了不同PVC樹脂含量對PVC–U管材的性能影響,。
1 實驗部分
1.1 實驗樣品
PVC標準樣品,其制備可由純PVC粉末樣品與相應填料粉末樣品按一定比例配制后擠出成型制得,。
PVC樹脂含量分別為46.1%,、49.1%、62.5%,、76.4%,、82.4%的同規(guī)格PVC–U管材,編號分別為A,、B,、C、D,、E
1.2 主要儀器
傅立葉變換紅外光譜儀,,波數(shù)范圍4 000~400 cm–1,分辨率4 cm–1,;試樣夾,,用于夾持薄膜樣品;壓片機,,壓力不低于10 MPa,壓板加熱溫度可達到180℃,;微機控制電子萬能試驗機,,量程(0~5)k N;電子分析天平,,精度0.000 1 g,;微機控制熱變形維卡軟化點試驗機,精度±0.5℃,;數(shù)顯游標卡尺,,精度0.01 mm;熱重分析儀,量程為室溫~1 000℃,,精度0.1℃,。
1.3 試驗方案
1.3.1 紅外光譜法測定PVC–U管材中PVC樹脂含量
首先用壓片機將樣品壓制成一定厚度的薄膜。紅外光譜儀樣品倉內(nèi)不放置樣品,,進行背景掃描,;把制備好的PVC標準樣品薄膜置于樣品夾內(nèi),放于光譜儀的樣品倉中,;在與背景掃描相同的條件下,,進行掃描,得到標準樣品的紅外光譜圖,。選定用于含量測定的PVC特征吸收峰,,測定其吸光度比值。
用制備好的其他PVC標準樣品和未知含量的樣品薄膜重復上述測試步驟,,在該操作過程中,,不改變紅外光譜儀操作條件。
以標準樣品的PVC含量為縱坐標,,PVC特征峰吸光度的比值為橫坐標,,繪制校準曲線并得到線性回歸公式,校準曲線如圖1所示,。
圖1 PVC含量與吸光度比值的校準曲線 下載原圖
PVC含量以質(zhì)量分數(shù)表示,,可由試樣所測得的吸光度比值在校準曲線上讀取對應的PVC含量值而得。
1.3.2 拉伸屈服應力,、密度,、維卡軟化溫度試驗
以GB/T 8804.2—2003《熱塑性塑料管材拉伸性能測定第2部分:硬聚氯乙烯(PVC-U)、氯化聚氯乙烯(PVC-C)和高抗沖聚氯乙烯(PVC-HI)管材》規(guī)定的試驗方法進行拉伸屈服應力試驗,。取編號為A,、B、C,、D,、E的樣品,每個編號的樣品制備5個啞鈴,,試驗速度為5 mm/min,,測試結果取平均值。
根據(jù)GB/T 1033.1—2008《塑料非泡沫塑料密度的測定第1部分:浸漬法,、液體比重瓶法和滴定法》規(guī)定的試驗方法,,采用浸漬法對編號為A、B,、C,、D,、E的樣品進行密度試驗,每個編號的樣品測試3組平行數(shù)據(jù),,測試結果取平均值,。
根據(jù)GB/T 8802—2001《塑料管件軟化溫度測定》規(guī)定的試驗方法對編號為A、B,、C,、D、E的樣品進行維卡軟化溫度試驗,,每個編號的樣品測試2組平行數(shù)據(jù),,測試結果取平均值。
1.3.3 PVC-U管材的熱重分析試驗
PVC樹脂的熱分解主要分為2個階段:第1階段主要是脫HCl生成共軛雙鍵的過程,,到400℃左右脫除HCl,;第2階段是共軛結構環(huán)化分解成苯環(huán)等結構的過程。因此,,熱重分析設定程序為從30℃升至400℃,,升溫速率為10℃/min,自動生成不同PVC樹脂含量的樣品重量和溫度的變化曲線,。
2 試驗結果與討論
2.1 PVC–U管材的紅外光譜圖
按1.3.1的試驗方案測試樣品編號為A,、B、C,、D,、E的PVC–U管材的PVC樹脂含量,選取樣品編號為E的PVC–U管材的紅外光譜圖進行說明,,如圖2所示,。
圖2 樣品編號為E的PVC-U管材的紅外光譜
從圖2中可讀出PVC樹脂特征峰吸光度的比值,將該值代入校準曲線,,即可得出樣品E的PVC含量,。紅外光譜法可快速測定PVC–U管材中的PVC樹脂含量,可用于指導產(chǎn)品配方改進,,防止不法廠家為壓縮成本在產(chǎn)品配方中添加大量廉價的碳酸鈣粉末等無機填料,。
2.2 不同PVC樹脂含量的PVC–U管材的性能測試結果
按1.3.2的試驗方案對編號為A、B,、C,、D、E的樣品進行拉伸屈服應力,、密度、維卡軟化溫度試驗,,試驗結果見表1,。
表1 不同PVC樹脂含量的PVC–U管材的性能測試結果
從表1可知,,隨著PVC樹脂含量的增加,PVC–U管材的拉伸屈服應力變大,,密度逐漸降低,,維卡軟化溫度也緩慢降低。顯然,,PVC樹脂用量的增加對于PVC復合材料的耐熱性是不利的,,這與PVC樹脂本身模量低、熔體粘度高,、耐熱性差有關,。
2.3 不同PVC樹脂含量的PVC–U管材的熱重分析結果
按照1.3.3規(guī)定的試驗方案對樣品編號為A、B,、C,、D、E的樣品進行熱重分析試驗,,圖3給出了樣品編號為E的PV–-U管材的熱重時間曲線和溫度時間曲線,,表2給出了5個不同PVC樹脂含量的PVC–U管材的熱重分析試驗結果。
圖3 樣品編號為E的PVC-U管材的熱重時間曲線和溫度時間曲線 下載原圖
由圖3可知,,樣品E的開始失重溫度為273.90℃,,恒重溫度為303.15℃,重量損失為4.97 mg,,質(zhì)量損失率為49.01%,。
從表2可以看出:隨著PVC-U管材中PVC樹脂含量的增加,PVC–U管材的開始失重溫度和恒重溫度均降低,,重量損失增加,,這一試驗結果與維卡軟化溫度表明的試驗結果一致,均表明PVC樹脂含量的增加對PVC–U管材的熱穩(wěn)定性是不利的,。由于PVC–U管材在擠出成型時的料溫與PVC樹脂的開始失重溫度較為接近,,因此,PVC–U管材生產(chǎn)過程中料溫的控制是尤為重要的,。
表2 不同PVC樹脂含量的PVC–U管材的熱重分析試驗結果
料溫過低或過高均會導致PVC–U管材塑化不良,、外觀無光澤且發(fā)黃、表面粗糙,,物理性能檢測不通過,。由此可見,不同PVC樹脂含量的PVC–U管材的熱重分析可對PVC–U管材生產(chǎn)過程中的料溫提供指導,。
4 結束語
(1)建立了紅外光譜法測試PVC–U管材中PVC樹脂的含量,,此法方便快捷,對于準確評價產(chǎn)品品質(zhì),,指導生產(chǎn)配方的改進有重要的現(xiàn)實意義,。
(2)隨著PVC樹脂含量的增加,,PVC-U管材的拉伸屈服應力變大,密度逐漸降低,,維卡軟化溫度也緩慢降低,。顯然,PVC樹脂用量的增加對于PVC復合材料的耐熱性是不利的,,這與PVC樹脂本身模量低,、熔體粘度高、耐熱性差有關,。
(3)PVC–U管材的熱重分析結果也表明PVC樹脂含量的增加對PVC–U管材的熱穩(wěn)定性是不利的,。同時,PVC–U管材的熱重分析可對PVC–U管材生產(chǎn)過程中的料溫提供指導,。
提出的紅外光譜法可快速準確地測試出樣品中的PVC樹脂含量,,不同PVC樹脂含量的PVC–U管材的性能分析和熱重分析對產(chǎn)品的配方改進和生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供了指導意義。
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