在线客服:
       PVC 发泡制品
       PVC 异型材制品
       工程塑料制品
 
               您当前所在位置: > 网站首页 > 技术论坛
PVC 复合板材的研究进展
点击:258 日期:2019/3/6 15:05:06

        摘要: 随着木材资源的短缺,“以塑代木”成为一种必然的趋势。PVC 由于其价格低廉、性能优异,制品应用广泛,尤其是PVC 复合板材。PVC 复合板材因具有轻量化、功能化、结构化等优势,在工业领域和家庭应用中随处可见,具有广阔的应用前景。文章主要从共混复合、共挤复合、转印复合、夹芯复合这4 个方面介绍了国内外PVC 复合板材的研究成果,阐述了共混复合实现资源高质化利用、降低成本的途径,分析了ASA 与PVC、PMMA 与PVC 共挤复合的工艺及设备,介绍了国内外转印复合的研究进展,概述了PVC 夹心复合板材的类型、制备方法及应用。未来PVC 复合板材质量更轻,功能性更强,结构更加合理,将更适应市场发展的需求。
0 引言
        PVC 是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一,也是世界五大通用塑料之一,具有优良的阻燃、绝缘和耐腐蚀等性能,并且价格低廉,被广泛应用于管材、型材、电缆绝缘、塑料门窗等行业。目前,市场上的PVC 制品主要有下水管、楼梯扶手、防震缓冲包装材料、橱柜浴柜、展览架用版、箱体芯层、广告标示板等[1]。
        PVC 板材主要由聚氯乙烯树脂与增塑剂、稳定剂等加工助剂配合后,经挤出或压延加工而成,其中以挤出加工为主。PVC板材因其具有优异的防腐蚀性、绝缘性、耐温性、耐冲击性、强度高、二次加工方便,可锯、钻、刨,被广泛用作化工、建筑、环保、水净化处理等行业的耐酸、耐腐蚀结构材料。
        文章主要从共混复合、共挤复合、转印复合、夹芯复合4 个方面介绍了国内外PVC 板材的研究成果和发展趋势。
1 共混复合
        为实现资源高质化利用以及降低成本,现在PVC 制造业普遍采用共混复合的途径来改善产品的性能。
1. 1 共混以实现资源高质化利用
        产品“高质化”就是注重产品质量。这类共混复合主要对PVC 进行有机填充,如填充有机纤维。
        于淑娟等[2]先对剑麻纤维进行改性处理,然后与PVC 树脂、光稳定剂以及其他助剂经塑炼、模压成型制备了PVC 基木塑复合材料板材,然后使用自制的3 种光稳定剂与目前常用的紫外线吸收剂对板材进行紫外加速老化试验。结果表明,添加高分子光稳定剂的复合材料的综合耐紫外光老化性能优于常用紫外吸收剂;添加3 种高分子光稳定剂可使复合材料的表面纤维裸露程度以及微小裂纹明显少于未添加光稳定剂的复合材料。Dehennau 等[3]研究了基于PVC 和长纤维网格布制造复合片材的方法:将粉末形式的PVC 分散在所述网络布中;使分散体具有足够强度和足够时间的交变电场,以便将粉末分布在网络布中;在压力下加热分散体直到粉末形成连续的基体。
        近年来,基于天然颗粒作为填料的热塑性复合材料的生产和应用显著增加。Bahari 等[4]研究了PVC、竹颗粒和添加剂通过初始干混、热冷混合,再反向旋转挤出造粒,然后压缩成型固化的压缩模塑板。表明采用竹颗粒加工不会导致PVC 复合材料降解。艾华[5]将各种原料粉碎混合成新的木质材料,再经过挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺,得到了PVC 复合木塑板材。该PVC 复合木塑板材无毒、无刺激性气味,具有很好的加工性能,抗冲击性能好,防雨、防晒、防静电,特别适合于户外露天以及一些特种装修场合,使用寿命长,能达到15 ~ 20 年。
        沈芳等[6]用自制的搅拌球磨机作为机械活化固相反应器,PVC 作为基料,石墨为导热添加剂,将石墨与PVC 在球磨反应器中共混制备了PVC/石墨导热复合板材。研究表明,改性后的复合板材导热率明显提高,而且具有较高的软化温度和热分解温度。机械活化反应方式既可以保护环境,又具有经济效益。普通PVC 板材在火焰下生成毫无强度的粉末状残炭,而廖航[7]用添加可陶瓷化填料的方法制备了一种可陶瓷化的PVC 防火板材,该板材既能在常温下保持优良性能,也能在火焰下快速形成自支撑的多孔陶瓷结构,起到防火作用。
1. 2 共混以降低成本
        共混复合主要通过对PVC 进行无机填充以降低产品成本,例如填充碳酸钙、滑石粉、粉煤灰等。这一类无机化合物质地坚硬、来源广泛且价格低廉,在塑料加工中作为填充物,相当于改性剂,可以影响塑料材料的力学性能。
        PVC 发泡板以聚氯乙烯为主要原料,添加发泡剂、稳定剂、润滑剂等助剂,经发泡、塑化形成不同规格的板材。Hoefflin 等[8]用碳酸氢钠作为发泡剂,用滑石粉作为成核剂,挤出的塑化PVC泡沫轻质、耗材少,特别适用于管道保护用的岩石屏蔽垫。
        为了克服无机粒子高表面能与聚合物基体低表面能的差异,两者不相容且易于脱粘,还容易产生应力集中现象。李晓萱等[9]将滑石粉表面偶联化,再将其微粒用乳液聚合甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物包覆,形成复合粒子,用该粒子填充PVC,被填充PVC 复合材料的拉伸强度、冲击强度得到了大幅提升。
        粉煤灰进行表面改性后,可与PVC 制备了增强复合的耐磨材料。周玉生等[10 - 11]研究了硅烷改性粉煤灰对PVC 复合材料性能的影响,在合适的添加量条件下,复合材料的轻度和韧性都有所提高。刘珊等[12]发现粉煤灰的添加量由0 增加至25%时,PVC 复合材料的塑化时间延长,流动性变差。马蓬杨等[13]研究了高填充粉煤灰/PVC 复合材料的流变性和力学性能,通过改变增塑剂的添加量,提高了复合体系的加工性能。闫超群等[14]用AC 发泡剂、ZnO 和NaHCO3复合体系作为发泡剂,采用模压发泡的方法制备了高填充粉煤灰/PVC 复合发泡板材,得到了满足PVC 发泡板材加工的发泡剂配比,以及达到国家硬质PVC低发泡板材的发泡剂添加份数及粉煤灰填充量。
1. 3 其他
        朱建华[15]选用高韧性ASA 树脂对PVC 进行共混改性,研究了ASA 的含量对合金力学性能及其他性能的影响。结果表明,PVC 和ASA 具有较好的相容性,在质量比为40 /60 时,综合性能最佳,实现了性能的有效叠加,经济效益显著。
1. 4 共混复合的优缺点
        共混复合原料来源广、成本低、操作方便,是目前PVC 材料中最为重要的方向之一,也是国内外学者广泛关注的对象。但是,用于PVC 共混复合的填充物大都存在与PVC 相容性差的问题,二者的胶接界面强度限制了PVC 共混复合的进一步发展,如何解决这一问题将成为PVC 共混复合研究的重要方向。
2 共挤复合
        共挤出是把不同的(或材质相同但颜色不同) 塑料用特殊的机头由两台甚至多台挤出机共同挤出成型制品的方式。共挤能够使多层具有不同特性的物料在挤出过程中彼此复合在一起,使制品兼有几种不同材料的优良特性,在性能上进行互补[16 - 19]。PVC 板材常用的共挤原料有ASA 和PMMA。
2. 1 ASA 与PVC 共挤复合
        吴郁[20]分析了ASA/PVC 不同配比对共挤加工性能、材料力学性能以及材料耐候性能的影响。研究表明,将ASA/PVC共混改性材料用作共挤层材料,可以明显提高PVC 彩色型材的耐候性和力学性能,同时能够改善共挤层材料的表面硬度。彩色PVC 波浪瓦在市场时间已久,由于其颜色不持久,易褪色等缺点,郑光明等[21]发明了一种改性ASA/PVC/PVC 三层复合共挤瓦,表面为改性的ASA 材料,中间为高填充PVC 材料,底部为高强度、高韧性彩色PVC 材料。通过平板共挤模头,使3 种材料共挤在一起。改性后的复合共挤瓦色彩持久、质量轻、节能、隔音、抗冲击、耐低温效果好、自防水性能卓越、绝缘、安装简单。
        ASA 具备饱和主链结构,耐候性优异,但ASA 生产工艺的关键技术被外企垄断,且售价较高。ACS 具有较强的耐老化性,颜色牢固不易褪色,是一种新型的耐候材料。方义红等[22]采用复合共挤技术制备了PVC/ACS 彩色共挤异型材,并与PVC/ASA 共挤异型材进行了对比。结果表明,ACS 与PVC 的相容性较好,综合性能与ASA 相近,未来能够部分替代ASA 应用于PVC 共挤型材或异型材。
2. 2 PMMA 与PVC 共挤复合
        韩继泉[23]在内层的混合料中引入少量PMMA,在外层的混合料中引入少量PVC,这样在共挤模段可以使内外层在界面处更好地接合,同时减小了复合型材内外双层的应力差。这一方法生产的PVC 产品与现有PVC 产品相比,强度得到了显著提高。
        刘蛟等[24]研究了一种全包层PMMA 共挤出PVC 木塑型材,其特征在于PMMA 层包裹在PVC 木塑型材的外表面上。这种复合材料机械强度高、化学性能稳定、耐候性好、易染色不易褪色、使用寿命长。图1 为北京化工大学自主研发的全包覆共挤板材,其内层为粉煤灰填充的PVC 材料,外层为ASA 材料。
2. 3 其他
        Yang 等[25]通过共挤出基材树脂和含有玻璃纤维的PBT 树脂制造了自增强塑性材料。自增强塑性材料具有安装简单、方便快捷、生产方便的优点。
        Zhang 等[26]通过多层共挤出技术制备了由氯化丁基橡胶(CIIR)层和聚氯乙烯( PVC) 层组成的交替多层阻尼复合材料。通过调整CIIR 层和PVC 层的层数或厚度比来控制多层结构。研究发现,随着层数的增加,扩大了有效阻尼温度范围,增强了阻燃性能。


        孟大平等[27]研究了PVC 共挤发泡板材,采用两台挤出机分别挤出了不发泡表层和发泡芯层的物料(图2)。可根据需要调整两层物料的品种和配方,使制品达到标准所要求的密度和尺寸。该工艺的优点是结皮层和发泡倍率容易控制,制品的质量较高。由于共挤发泡板材具有零甲醛含量的环保特性,再经表面处理后,可作为高档家具用材,逐步取代含甲醛的密度板、刨花板等。


        李远扬等[28]通过共挤技术生产了一种共挤复合石塑PVC地板,由上到下依次是耐磨层、印刷层、石塑PVC 共挤层。该生产方法不需要胶水贴合,减少了有毒物质对工作人员身体健康的影响,且生产成本低、稳定性好,同时具有隔音效果。
2. 4 共挤复合优缺点
        共挤工艺由于性价比相对较高、操作简易,是一种在生产复合塑料中普遍采用的方法。但由于共挤层和基层的挤出工艺控制还不够精确,产品性能还有待提高。
3 转印复合
3. 1 国内外转印复合的研究进展
        PVC 板材是替代木材的最佳材料,但由于其表面颜色比较单调,缺乏美感,限制了其应用范围。热转印是一种装饰塑料表面的方法,其生产效率高、装饰效果好。热转印PVC 板材具有质地好、图像丰富等优点,在材料装饰市场中的占有率较高。
        现有技术生产的木塑装饰板具有多层复合结构,层结构剥离强度差,产品耐磨性差、耐候性差、不保温隔音、花纹效果不好。因此,袁俊[29]研究了一种高耐磨隔音木塑装饰板,其结构如图3 所示。由下到上为软质木塑发泡减震隔音层、硬质木塑发泡层、热转印花纹层、挤出淋膜耐磨层、UV 涂层。该新型板材具有优异的机械性能及抗老化性能,其韧性好、耐磨、保温、隔音、防水性能好,同时环保节能,可广泛应用于装饰板材和室内外地板、墙板等。


        汪蛟等[30]将原料按比例混合后,用注塑机通过专用模具挤压出来,冷却成型后,再按所需规格锯切,然后贴木纹膜或转印木纹。该技术综合了塑料、木材及金属的优点,能够实现防水、防虫、隔热、阻燃的功能。
        李军学等[31]发明了一种木塑门套门线PVC 共挤转印设备,由木塑挤出机、PVC 挤出机、成型冷却剂、热转印机等设备组成。该木塑门套门线PVC 共挤转印设备,生产质量稳定、效率高、表面平整光滑,满足市场需求。
        Heidari 等[32]首先将石墨烯触摸传感器转印到柔性聚氯乙烯(PVC)基板上,然后将具有4 × 4 大型晶体管阵列的CMOS 芯片集成在同一块PVC 基板上。石墨烯和硅基设备在同一块柔性基板上的异构集成是一种新方法,可以扩大其应用领域,如应用于机器人的大面积电子皮肤。
3. 2 热转印技术的优缺点
        热转印技术能增加PVC 板材花色的品种、色彩逼真度,提升了PVC 板材产品档次。但会产生附着力不足、表面褶皱、图案缺损等现象。想要得到质量较高的热转印PVC 板材,需要合适的热转印机和热转印膜以及合理的热转印工艺参数。
4 夹芯复合
        复合材料夹芯结构是由上下两层高强度、高模量的薄面板和中间较厚的轻质芯材所组成的结构材料(图4)。常见的芯材有木材、蜂窝、闭孔泡沫铝或聚合物泡沫,面板材料为强而硬的金属或者纤维增强复合材料、胶合板等。
4. 1 热固性树脂面层
        传统的三明治结构面层多为连续纤维增强热固性材料。
        江大志等[33]采用了玻璃纤维增强的环氧树脂复合材料层合板作为内、外面板,以PVC 泡沫作为芯材,构造了双层夹心复合材料结构。落锤冲击实验表明,内面板的位置对双层夹芯结构的撞击力响应具有显著影响;双层夹芯结构可在一定条件下获得比单层夹芯结构优异的抗横向低速冲击性能;双层夹芯结构在特定的冲击能量下,可通过调节内面板的位置,获得具有最优抗冲击性能的夹芯结构。


        Chen 等[34]研究了一种三明治结构。这种三明治结构通过真空辅助树脂传递模塑制备,包含用2 个玻璃纤维/环氧复合面板覆盖的PVC 泡沫芯。将具有相同长度和密度的不同短切纤维(芳族聚酰胺纤维,碳纤维和玻璃纤维) 插入到面- 核界面。与没有界面增强的梁相比,在3PB 条件下,弯曲强度和能量吸收都有明显提高,使用切碎玻璃纤维的界面强化后的冲击强度提高程度明显高于其他2 种短切纤维。
        Patra 等[35]研究了玻璃环氧面层PVC 芯层夹芯复合结构,其面层材料的多壁碳纳米管对夹芯复合材料的疲劳性能具有明显的影响。结果表明,其值约在常规样品静态断裂负荷的75%或以下,样品中的裂纹起始和扩展明显延迟。
        韩修堂等[36]发明了一种重量轻、耐冲击的PVC 蜂窝板材,包括2 个面板和夹在中间的芯板,芯板为PVC 蜂窝板,该蜂窝板的上下两侧均贴覆橡胶垫层,防止模板与PVC 蜂窝板因为硬度大而导致应力过大,产生裂痕,起到了缓冲效果,还提高了防潮和隔音的效果;该面板外侧面贴覆玻璃纤维布,起到了阻燃的作用。该复合板材如图5 所示。
4. 2 热塑性塑料面层
        连续纤维增强热固性面层与芯层大多通过胶粘连接,易脱落且防水性差。而热塑性面层则是通过自身的熔融牢合,性能稳定。
        常俊虎[37]发明了PVC 面聚氨酯复合夹芯板。该夹芯板材两面层为PVC 板,芯层为聚氨酯泡沫,二者通过模压复合而成。该夹芯复合板材防火、防水、保温效果好、加工周期短。巫佳杰等[38]使用了3 种不同类型的表层,包括杨木、中密度纤维板(MDF)和PVC 角撑板分别与泡沫芯复合而成的夹芯结构。测试结果表明,PVC 作为表面层的面板,具有最好的阻燃性能和声音吸收系数。陈尚伟等[39]将硬质PVC 作为面层,发泡层作为芯层,生产出PVC 夹芯塑料模板。并通过实验得出了内层的合理配方。这种PVC 夹芯复合模板防水、防虫、周转次数高、
可以回收利用。
        Mohammadimehr 等[40]用Al 或PVC 泡沫作为芯层,用CNT增强纳米复合板作为面层,制成了夹芯结构,并研究了2 种夹心层梁的高阶屈曲和自由振动行为。
4. 3 夹芯复合的优缺点
        PVC 夹芯复合板材具有良好的防火性能和耐冲击性能,重量轻、易成型,并具有较好的刚度。复合材料芯层结构由于具有比强度高、比模量大、可设计性强、阻尼和系能等特点,被广泛应用于航空航天构件、高速列车车厢及建筑材料中。
        传统的连续纤维增强热固性面层大多通过胶粘连接,当夹芯结构受低速冲击时,会导致面板与芯材间脱粘;当外面板破坏后,水或其他物质渗入芯材导致结构失效。但随着热塑性面层的出现,通过熔融使面层与芯层牢固结合,这一缺陷得到了有效改善。PVC 夹心复合板材的应用也得到了进一步拓展。
5 结语
        综上所述,PVC 复合板材具有阻燃、防火、轻质及功能化定制等特点,并能实现“以塑代木”,其制品在工业领域中得到了广泛应用。PVC 复合板材的复合工艺具有灵活多样性,在实际应用中,可根据实际需要选择相应的工艺复合,具有重要的应用意义。PVC 复合板材的未来发展将趋于轻量化、功能化、结构化,质量更轻,功能性更强,结构更加合理,更适合市场需要,因此,PVC 复合板材的应用前景将十分广阔。

[返回上页]
版权所有:绍兴市万维塑业有限公司
14761大香蕉视频