PVC膜材人工加速老化力学性能试验研究

实验二十二硬质及软质PVC棒材的成型加工与力学性能测试（～20学时）一、实验目的1．了解聚合物加工成型的基本原理和过程2．掌握硬质和软质PVC材料制造的基本配方及配料方法3．掌握聚合物材料的力学性能测试方法4．了解塑料挤出机的构造和使用方法二、实验原理[1-4]PVC（聚氯乙稀）是由氯乙烯单体经过加成聚合反应而合成的热塑性树脂。

PVC塑料在1966年以前曾是塑料产量中最大的一种。

目前仍是五大通用树脂之一。

PVC树脂的应用非常广泛，用它可以制成薄膜，硬管，纤维，人造革，电线电缆的绝缘层，设备衬里以及包装涂层等。

另外PVC是塑料建材的主要原料树脂，PVC塑料建材已占塑料建材的半壁江山。

如，PVC墙板、地板、天花板、硬质泡沫、软质隔音泡沫以及塑钢门窗等，在建筑行业中有着广泛而重要的应用。

PVC分子极性较强，分子间的作用力较大，玻璃化转变温度为80～82℃。

PVC可以看成是无定形聚合物，对热敏感，极易在热的作用下脱去HCl而引起降解和交联。

PVC的热分解温度高于粘流温度，在加工成型时配料中必须加入热稳定剂。

PVC树脂可以被制成硬质或软质制品。

制品的“软”或“硬”，很大程度上决定于成型配方中增塑剂的含量。

通过调整增塑剂的用量，可以得到具有不同柔软度的PVC材料和制品。

PVC树脂价格低廉，不易燃，综合性能优异，其软硬制品在人们的生活和生产中均有广泛的应用，占有很重要的地位。

聚合物制品的获得，必须经过加工成型过程。

所谓的聚合物加工成型，即将树脂转变为有用并能保持原有性能的制品的过程。

塑料加工成型的方法包括压制成型，注射模塑，压延成型，片材的热成型及挤出成型等。

挤出成型，又称挤出模塑，它在热塑性塑料加工领域中占有非常重要的地位。

由挤出方法制成的产品都是连续的型材，如管，棒，丝，板和薄膜等。

挤出加工所用的设备有螺杆挤出机和柱塞式挤出机两类。

前者又有单螺杆挤出机和多螺杆挤出机之分。

使用较多的是单螺杆挤出机，其基本结构主要包括传动装置，加料装置，料筒，螺杆，机头和口模等五个部分。

最广泛的热塑性高分子材料，具有密度小、抗拉强度高、低温韧性好、热分解温度高的物理性能，优异的耐酸、耐碱及吸湿性小等化学性能以及良好的介电性能。

常用作薄膜、通信电缆及其防腐蚀护套材料、各种塑料制品和包装材料等。

滴灌带也是采用这种材料制造的。

聚乙烯是通过乙烯（CH2=CH2）单体聚合而成的，是一种烯烃，其化学结构可表示为[ CH2－CH2 ]n 。

但实际中的聚乙烯并没有上述化学结构那么简单，在它的分子主链上，常含有甲基支链、较长的烷基支链，甚至还可能有“十”字链。

此外，聚乙烯的长链结构中至少还含有三类碳——碳双键：链端双键、链内双键、侧链双键，并且还会因生产方法的不同而有差异[11～12]。

其结构可用树枝状图形象的表示，如图1-1。

图 1-1 聚乙烯大分子形象图[11]Fig.1-1 The greatness molecule visualized picture of PE1.2 老化因高分子材料（包括：塑料、橡胶、涂料、纤维、粘合剂等）及其制品在加工、贮存、运输和使用过程中，不可避免地要受到光、热、氧、水分、化学介质、微生物等外界环境因素的综合作用，使其化学组成、分子结构等内部因素及外在表现都会发生一系列的变化，性能逐渐变坏，以致最后丧失使用价值，这些变化和现象称为老化[13]。

对塑料制品而言，对其老化性能研究是必不可少的。

老化是确定产品的加工条件、贮存及后处理条件以及使用条件、使用寿命的合理依据，是评定高分子材料制品实用性的关键指标，也是建立新产品使用标准的依据，在高分子材料制品的研究中有着不可或缺的重要性。

1.2.1老化现象由于高分子材料制成的产品不同，贮存和使用条件也不一样，因而具有不同的老化现象和特征。

例如农用塑料薄膜经过日晒雨淋后发生变色、变脆、透明度下降；橡胶制品长久使用后弹性下降、变硬、开裂或者变软、发粘；涂料长久使用后发生失光、粉化、气泡、剥落；纤维制品在长久使用后，主要出现强力下降、褪色、断裂等特征。

人工加速老化试验方法简述罗宁张欣涂料、塑料等高分子材料在使用过程中经常出现粉化、变色、起泡、裂纹、脱落等现象，严重影响产品的机械、表观等方面的性能，因此需要了解高分子材料的光老化机理并寻找合适的人工加速光老化试验方法来客观地模拟自然使用条件，为材料的研发及应用提供快速的检测与评价方面的依据。

目前常用的人工加速老化试验方法主要有氙灯（Q-SUN）、荧光紫外灯（QUV）、碳弧灯、金属灯等。

我们对材料的人工加速老化试验方法进行简述，以提高员工对老化的深入认识，供技术人员在研发与检测中参考。

一、光老化机理涂料、塑料等高分子材料在受日光照射时，会发生一系列反应，主要是光化学反应。

根据光化学反应第一、第二定律，发生光化学反应的的物质首先要吸收太阳光，即物质的分子或原子能够吸收光能，使分子或原子处于高能状态；其次一个分子或原子吸收的能量必须大于其键能，这样才能使物质发生降解，即老化。

而涂料、塑料等高分子材料往往含有在聚合过程中残留的为量杂质，聚合物本身含有的一些不归整结构等自身化学结构的老化弱点，当这些高分子材料受太阳光照射后，材料的老化弱点首先被攻破，出现原子或分子键的切断、交联、链的移动、断裂及侧链的变化等现象的单独或同时的发生。

老化就是完全的解聚反应，使高分子的末端，从原子间键弱的部分断裂。

老化后的高分子材料即出现表面粉化、变色、起泡、裂纹、脱落等现象。

高分子材料的波长敏感性是影响老化的一个重要因素，常见的涂料材料的敏感波长见下表。

二、光老化试验方法1、碳弧灯光老化试验方法碳弧灯是一种较古老的技术，碳弧仪器最初被德国合成染料化学家用来评估被染纺织品的耐光度。

碳弧灯分为封闭式和开放式碳弧灯，无论哪种碳弧灯，其谱图与太阳光的谱图相差都比较大。

由于该项目技术的历史较长，最初的人工模拟光老化技术都是采用该设备，因此在早些的标准中还能见到该方法，尤其是在日本的早期标准中常常采用碳弧灯技术作为人工光老化试验手段。

2、紫外荧光灯光老化试验方法荧光紫外灯是波长为254nm 的低压汞灯，由于加入磷共存物使其转换成较长的波长，荧光紫外灯的能量分布取决于磷共存物产生的发射光谱和玻璃管的传扩。