氯化聚氯乙烯(CPVC)是以PVC树脂为原料经氯化制得的一种介于橡胶和塑料之间的新型高分子弹性体材料。其生产方法主要有3种即溶液法、气固相法和水相悬浮法。［1］CPVC的含氯量一般为65％～72％，但大多数情况下含氯量为66％～68％。CPVC能耐大多数的酸、碱、盐，有很好的耐化学腐蚀性、耐热方面明显优于其它塑料，并且作为PVC树脂氯化改性产品，它在使用温度(比PVC树脂高35～40℃)、强度、耐热、阻燃等方面比PVC有明显提高，近年来，CPVC的需求量迅速增加。

鉴于CPVC独特的性能，其在电力电缆管的应用上有广泛的发展前景。由于电力电缆通电后会释放出一定的热量，因此要求电缆护套管耐热性能较好，而普通PVC管材由于材质性能上的不足，无法满足电力电缆护套管使用条件的要求。一般PVC管的耐热温度在80℃左右，而CPVC管的耐热温度可达100℃以上，由CPVC制成的电力电缆管主要用于电力电缆的铺设并起导向保护电缆作用。与传统的石棉管加水泥的形式相比，具有柔性好、耐高温、不易断裂和老化，使用寿命长，无污染等特点，产品在扩口承插处加耐高温橡胶圈，起到防止热胀冷缩的作用，且无需在施工现场浇混凝土及保护层。据有关文献指出改性氯化聚氯乙烯制成的双壁波纹电力护套管［2］，具有耐腐蚀、耐高温、绝缘性好、无污染、抗压强度高、韧性好、质量轻、成本低、施工方便等优点，不仅适于电力部门作电力、电缆护套管，也可以用于邮电、铁路、高速公路、隧道、通信电缆的护套管以及建筑工程用的排水排污管、农业排灌用管和工矿通风xx排气、化工医药用管。

由于CPVC是PVC进一步氯化的产物，随着氯原子的增加，分子之间的作用力加大，因而导致了CPVC加工流动性不好，给实际的生产加工带来了困难，再加上CPVC脆性大，高温易脆，低温也脆，因此，近年来国内对于CPVC的改性主要是从添加MBS、CPE、ACR等来提高体系的冲击强度、降低熔体粘度、改善加工流动性方面进行研究的[3]-[4]。但是无论是添加MBS、CPE还是ACR都是以降低体系的热变形温度为代价的。因此就这方面存在的问题，笔者主要从提高耐热性着手，研究了填料对于CPVC/PVC合金体系的热性能的影响以及CPVC/PVC合金的{zj0}配比。

1 实验部分

1.1 主要原料

CPVC树脂，氯含量66％，江苏东台九转化工有限公司；

PVC树脂，S-1000型，中国石化齐鲁有限公司；

三盐基硫酸铅， 工业级一级品，江苏东台化工厂；

二盐基亚磷酸铅，工业级一级品，江苏东台化工厂；

硬脂酸铅，工业级一级品，江苏东台化工厂；

硬脂酸钡，工业级一级品，江苏东台化工厂；

石蜡，56度，北京燕山石化；

ACR201冲击改性剂，工业级一级品，苏州安利化工厂；

复合填料（绢云母+高岭土），38 ，江苏徐州鼎新矿粉厂；

玻璃纤维，工业级一级品，廊坊市玻璃总厂；

硅灰石，38 ，吉林梨树县大顶子山硅灰石矿粉厂；

石墨，工业级一级品，北方鑫源电碳制品有限公司；

EBS，工业级一级品，福建师范大学化工厂；

铝酸酯，工业级一级品，福建师范大学化工厂。

1.2 主要设备

高速混合机，SGSH-2/6，青岛远东塑料工程有限公司；

BRABENDER转矩流变仪，PLV-151，西德BRABENDER公司；

双辊开炼机，SK-160B，上海橡胶机械厂；

平板硫化机，XQLB，上海{dy}橡胶机械厂；

{wn}制样机，河北省承德试验机厂；

电子天平，T500，美国双杰集团有限公司；

维卡测试仪，XRW-300M，中实检测设备有限公司；

组合式数显冲击试验机，XJZ-50，承德试验机有限责任公司；

摆锤式冲击试验机数显装置，承德试验机有限责任公司；

拉力试验机，LJ-1000，广州材料试验机厂。

1.3实验工艺过程

① 确定{zj0}CPVC/PVC配比

将不同配比的CPVC、PVC混合、高速搅拌、称量，然后在BRABENDER转矩流变仪180℃、20转/min条件下，测得共混物的动态热稳曲线。

② 研究不同填料对CPVC/PVC合金的热性能及力学性能的影响

将不同含量的填料和CPVC/PVC合金混合、高速搅拌，然后把混合均匀的粉状料加入二辊开炼机中，180℃条件下，混合、塑炼，将塑炼好的样片放置到平板硫化机中压制成型，压力10MPa，热压3min、冷压至样片冷却。

1.4性能测试

动态热稳定性；热性能测试；拉伸性能    GB/T  1040-92；冲击强度  GB/T  1043-93

2 结果与讨论

2．1PVC含量对CPVC/PVC合金动态热稳定性的影响

表1 PVC含量对CPVC/PVC合金动态热稳定性的影响

Tab.1

由表1可知动态热稳定时间DTS是随PVC含量的增加而增大，对比A1和A5，都是同样的稳定剂，PVC体系的DTS约为CPVC体系的5倍，说明CPVC的动态热稳定性比PVC要差得多。这可能是因为CPVC中的氯含量高于PVC，使得分子链变得刚硬，同时分子间作用力加大，在加工过程中受到剪切，分子间内摩擦生热使得物料的温度迅速上升，从而加速了CPVC的分解。

2．2 PVC含量对CPVC/PVC合金加工性能的影响

表2 PVC含量对CPVC/PVC合金加工性能的影响

Tab.2 Influences of PVC content on process performance of CPVC/PVC blends

由表2可以看出，无论是{zd0}扭矩还是平衡扭矩，均随PVC含量的增加而降低。也就是说，随着PVC含量增加，一方面，共混体系塑化时功耗减少；另一方面，体系的熔融粘度降低。后一规律表明PVC的后期加工性能优于CPVC。

A3中PVC含量为50份，动态热稳定时间比A1、A2提高了很多；当PVC含量超过50份时，DTS虽然增大，但{zd0}扭矩与平衡扭矩相差不多，所以不利于加工。所以在下面的实验中我们选用CPVC：PVC=50：50作相关的对比实验。

2．3不同填料对CPVC/PVC合金热性能的影响

这部分中笔者主要通过在CPVC/PVC（50/50）合金体系中添加不同含量的填料--石墨、玻璃纤维、硅灰石、复合填料来研究填料对CPVC/PVC合金热性能的影响.测得维卡软化温度见图1。

1－石墨 2－玻璃纤维 3－硅灰石 4－复合填料

图1 填料对CPVC/PVC体系热性能影响

Fig.1 Influences of different fillings on heating performance of CPVC/PVC

由图1可以看出，玻璃纤维对体系的热性能改进非常好，差不多每15份玻璃纤维提高13℃左右。其次是石墨，每15份石墨提高3℃左右。复合填料和硅灰石对体系的热性能只有微小的提高。

玻璃纤维在CPVC/PVC体系中能如此明显的提高耐热性，主要是因为它与体系的接触界面很大，降低了体系的柔顺性。次要是因为它在试样中形成空间网状结构。在温度升高塑料开始软化时，它就像人体的骨骼一样对塑料起到骨架的作用，保持试样的形状不发生改变。

但是，玻璃纤维也存在着一些问题。它在双辊开炼机上塑化时，虽然玻璃纤维与CPVC/PVC的质量比不是很高，但是在塑化过程中形成空间网状结构使玻璃纤维变的蓬松，相对体积增大，导致玻璃纤维与CPVC/PVC的体积比变的得很高。在双辊开炼机上很难被制成片，当玻纤含量为15份时基本上成片，含量为30份时呈断断续续的片，而含量为45份则根本不能成片，因此在生产过程中玻璃纤维的含量不能过高。

石墨对CPVC/PVC体系的耐热性提高明显的多。这主要是因为石墨是由碳原子通过π键组成的以六边形为单元的片层结构，CPVC/PVC体系的分子链是碳链，两者都是以碳为基础，相容性比较好，体系柔顺性很低，对体系耐热性的提高比较多。

虽然复合填料和石墨的粒径大小相同，微粒的结构也都是片状的，但是，复合填料对CPVC/PVC体系的耐热性提高不是很明显，是因为以下几点原因。首先复合填料粉的粒径大小一般，与体系的相对界面不是很大，体系的柔顺性下降的不是很多。其次复合填料粉主要含有硅，合金体系主要含碳，复合填料粉与体系的相容性一般，虽然加入了偶联剂，但是效果不是很明显。

硅灰石对CPVC/PVC体系的耐热性提高不是很明显。原因和复合填料粉的情况差不多，所以耐热性提高的情况和复合填料粉差不多。

2．4不同填料对CPVC/PVC合金拉伸性能的影响

将不同含量的石墨、玻璃纤维、硅灰石、复合填料添加到CPVC/PVC（50/50）体系中，测得拉伸性能见图2所示。

1－石墨 2－玻璃纤维 3－硅灰石 4－复合填料

图2不同填料对CPVC/PVC合金拉伸强度影响

Fig.2 Influences of different fillings on tensile strength of CPVC/PVC

由图2可以看出，除玻璃纤维外其它填料都使CPVC/PVC合金拉伸强度有不同程度的下降。玻璃纤维15份时拉伸强度提高，30份时拉伸强度下降。石墨虽然也使拉伸强度下降，但下降得比较少。复合填料和硅灰石使拉伸强度大幅下降。下面逐一分析。

共混体系中玻璃纤维含量15份时拉伸强度有一定程度的升高，而玻纤含量30份时拉伸强度又有一定程度的下降。表明少量玻璃纤维对CPVC/PVC体系的力学性能有一定的提高，玻璃纤维含量15份时拉伸强度有一定程度的升高，原因是玻璃纤维的含量比较低，基体树脂的连续相比较高，而且玻璃纤维的长径比很大，充分发挥了纤维增强的作用，提高了拉伸强度。

随着共混体系中复合填料含量的增加，拉伸强度有一定程度的下降，表明复合填料对CPVC/PVC体系的力学性能不但没有提高，反而还有很明显的下降，主要原因如下：复合填料粉的颗粒呈光滑的片状结构，而且与体系相容性一般，当受到拉伸时，复合填料颗粒与体系的连接断裂，使样条中产生很多的缝隙，很容易出现裂纹，而CPVC/PVC体系是硬而脆的塑料，不会出现吸收能量的银纹，而是在很快的时间内形成断裂带，发生脆性断裂。

硅灰石的添加使拉伸强度降低，但是它不同于复合填料的断裂情况：含有硅灰石的CPVC/PVC合金断裂的样条的断口处会出现很多的银纹，拉伸样条还有轻微的伸长率，不是脆性断裂。这主要是因为硅灰石长径比较大，而且与CPVC/PVC体系的相容性比较好，偶联剂充分发挥了作用。硅灰石的小颗粒与CPVC/PVC体系粘合良好，产生了粘性拖滞作用，虽然没有改进强度和韧性，但是提高了极限伸长率。

随着共混体系中石墨含量的增加，拉伸强度有一定程度的下降，表明石墨对CPVC/PVC体系的力学性能不但没有提高，反而还有很明显的下降。

2．5不同填料对CPVC/PVC合金冲击强度的影响

1－石墨 2－玻璃纤维 3－硅灰石 4－复合填料

图3 不同填料对CPVC/PVC合金冲击强度的影响

Fig.3 Influences of different fillings on impact strength of CPVC/PVC

由图3可以看出，四种填充剂都使冲击强度明显下降，其中硅灰石使CPVC/PVC体系下降幅度最小，而且有银纹出现。

对于玻纤体系力学性能的下降主要有两个原因：1、玻璃纤维与CPVC/PVC体系的接触面非常大，使体系的连续相变的更接近分散相，虽然硬度大大提高了，但是变的很脆，所以很容易产生脆性断裂。2、玻璃纤维在双辊开炼机上塑化时，虽然玻纤与CPVC/PVC的质量比不是很高，但是它在塑化过程中形成空间网状结构，玻璃纤维变的蓬松，相对体积增大，使玻纤与CPVC/PVC的体积比变得很高。在双辊开炼机上很难被制成片，当玻纤含量为45份时根本无法制样。对比玻璃纤维拉伸性能的测试结果，玻璃纤维只有在含量较低的时候，才不会因加工困难而导致制品产生缺陷，降低力学性能。

石墨的冲击强度的变化情况基本和复合填料一样，但是冲击强度下降的更多。这主要是因为石墨粉和复合填料粉的颗粒大小基本相同，而且石墨的原子结构也是片层结构，{wy}的不同是石墨粉是由碳原子组成，复合填料粉主要是由SiO2和Al2O3分子组成，而CPVC/PVC体系是碳链结构，石墨粉与CPVC/PVC体系相容性更好，但是由于样条的脆性很高，只要出现一条裂纹，就会在很快的时间内形成断裂带，发生脆性断裂。

此外，由于整个试样的制造是通过双辊开炼机塑化和模压成型的成型工艺而制造出来的，不能形成自动化生产，必须用手动生产，产生气泡是不可避免的事情，并且由于CPVC/PVC硬而脆，在{wn}制样机上切割极容易使试样出现裂纹，加工条件的限制也必然会影响到体系力学性能的缺陷。

3 结  论

(1) DTS随着PVC含量的增加而增长，当CPVC/PVC含量为50/50时，合金的加工性能{zh0}

(2) 玻璃纤维、石墨、硅灰石、复合填料添加到CPVC/PVC（50/50）体系中，均会不同程度的提高体系的耐热性；

(3) 玻璃纤维对体系的热性能改进非常好，差不多每15份玻璃纤维提高13℃左右。其次是石墨，每15份石墨提高3℃左右。复合填料和硅灰石对体系的热性能只有微小的提高；

(4) 四种填料的添加会导致体系冲击强度的大幅下降；其中，硅灰石使CPVC/PVC体系下降幅度最小；

(5) 除玻纤外，其他三种填料均会不同程度的降低体系的拉伸强度，玻纤含量为15份时，体系的拉伸强度有一定的提高，而含量为30份时，拉伸强度有明显下降；