填充剂对制品性能的影响

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(一)对软聚氯乙烯制品的影响

1．拉伸强度

在软聚氯乙烯中加入填充剂后，其拉伸强度的变化随加入的填充剂粒径大小和用量而有不同。粒径大于1μm时，其拉伸强度总是下降的，而且用量越大，下降也越多；粒径小于1μm时，其拉伸强度则随用量而异，起先是下降而后则上升。图2－3－1即表示这种趋势。当然，随填充剂的种类不同而有差异，但总的倾向是一样的。可以看出，影响拉伸强度的主要因素是填充剂的比表面积和其固有的表面性质。

图2－3－1 在软PVC中填充剂的配合量对拉伸强度的影响

配方：PVC树脂 60 DOP 40 氧化铅 5 硬脂酸 0．5 配料密度(g／cm³) 1．18

上述配方以体积100计配入填充剂20，40，80。

1－槽法炭黑 2－硅酸钙 3－瓷七 4－炉法炭黑 5－极微细碳酸钙 6－湿式重质碳酸钙 7－湿式氧化硅 8－白垩

图2－3－1中各种填充剂的性质见表2－3－2

图2－3－2 在软PVC中填充剂的配合量对伸长率的影响

1－硅酸钙 2－白垩 3－湿式重质碳酸钙 4－湿式氧化硅 5－炉法炭黑 6－槽法炭黑 7－极徽细碳酸钙 8－瓷土

表2－3－2 各种填充剂性质

2．伸长率

从图2－3－2 可以看出，加有填充剂的软聚氯乙烯比不加填充剂的伸长率要低，降低的比例随所用填充剂的种类、粒径大小和用量的不同而异。一般情况下，粒径细小的填充剂，因其对增塑剂吸收量大，所以伸长率下降也较大。

3．硬度

硬度是随填充剂配入量的增加而增加的，其增长趋势与伸长率下降的趋势相似。粒径小的吸收增塑剂的量大，所以硬度也大，可参见图2－3－3、2－3－4。

图2－3－3 在软PVC中碳酸钙配合量对硬度的影响

1－白艳华 2－轻质碳酸钙 3－重质碳酸钙

图2－3－4 不同填充剂对制品硬度的影响

1－硅酸钙 2－槽法炭黑 3－极微细碳酸钙 4－瓷土 5－炉法炭黑 6－湿法重质碳酸钙 7－湿法氧化硅 8－白垩

已如上述，填充剂配入软聚氯乙烯制品后，制品硬度即行增加，但如另外增补若干增塑剂仍可使其恢复到原来的柔软度。恢复到原来柔软度需加入增塑剂的量称为“增塑剂必要量”。几种填充剂的这种数值见表2－3－3。

表2－3－3 各种填充剂配合的软聚氯乙烯的增塑剂必要量

在粒径为1～10μm的沉淀碳酸钙100份(重量)配入的情况下，则必须补充14份的DOP达到硬度(肖氏)85，即填充剂加入1份，增塑剂要补加0．14份(重量)，同样，极微细碳酸钙的情况下，增塑剂要补加0．19～0．24份(重量)。

4．撕裂强度

在填充剂配入量少的情况下，软聚氯乙烯撕裂强度几乎与不加填充剂的相仿。配入量增多时则撕裂强度要降低，如图2－3－5、23－6所示(撕裂强度测定方法参阅化工部标准HG2－167－65)。

图2－3－5在软PVC中碳酸钙的配合量对撕裂强度的影响

1－轻质碳酸钙 2－重质碳酸钙 3－白艳华

图2－3－6 在软PVC中碳酸钙的配合量对撕裂强度的影响

配方 重量(份)

PVC 100

DOP 50

三盐基性硫酸铅 3

二盐基性硬脂酸铅 1

碳酸钙 0～150

5．耐寒性

配入填充剂的软聚氯乙烯，耐寒性明显降低。一般说来，控制降低量的因素是填充剂用量和填充剂对增塑剂的吸收量(吸收量大的降低量大)。其情况如图2－3－7所示。

图2－3－7 在软PVC中填充剂的配合量对耐寒性的影响(30C)

1槽法炭黑 2瓷土 3硅酸钙 4沉淀碳酸钙

配方 重量(份)

PVC 100

DOP 50

氧化铅 7

填充剂 0～60

6．吸水性

在多数情况下，加有填充剂的软聚氯乙烯，其吸水率均有所上升，但也随填充剂的用量和种类的不同而异，见图2－3－8所示。

图2－3－8 在软PVC中填充剂的配合量对吸水性的影响

1－硅酸钙 2－瓷土 3－槽法炭黑 4－沉淀碳酸钙

7．电性能

加有填充剂的软聚氯乙烯，其体积电阻率比不加的大，见图2－3－9所示。增大的数值与填充剂种类和用量有关。

图2－3－9 在软PVC中填充剂的配合量对体积电阻率的影响(30℃)

1－煅烧陶土 2－白艳华CC 3－轻质碳酸钙 4－白艳华CCR 5－重质碳酸钙

(二)对硬聚氯乙烯制品性能的影响

1．冲击强度

硬聚氯乙烯配入各种填充剂后的冲击强度，如图2－3－10和2－3－11所示。通常表面未经偶联剂处理的填充剂使硬聚氯乙烯的冲击强度均有所下降，仅钛白粉等少数品种例外。此外，填充剂用量在某一点上可获得冲击强度的最佳值。图2－3－12系加入微细碳酸钙的硬聚氯乙烯管材和注塑制品的冲击强度的参比情况。

图2－3－10 加有填充剂的硬PVC制品的冲击强度

1－陶土 2－氧化铁 3－碳酸钙 4－槽法炭黑 5－二氧化钛

配方 重量(份)

PVC 100

铅稳定剂 10

硬脂酸钙 3

填充剂 0～40

图2－3－11 各种碳酸钙加入硬PVC中的冲击强度(30C)

1－表面处理极微细碳酸钙 2－白艳华 3－轻质碳酸钙 4－重质碳酸钙 5－ABS

配方 重量(份)

PVC 100

三盐基性硫酸铅 5

硬脂酸铅 1

填充剂 变量

图2－3－12 加入极微细碳酸钙的PVC挤出管及注塑件的冲击强度

2．拉伸强度及弯曲强度

由图2－313可知，当填充剂用量在10份以下时，硬聚氯乙烯的拉伸强度是逐渐增加的，用量超过10份时增加不大，甚至有所降低。

图2－3－13 加入填充剂后硬PVC的拉伸强度

陶土 2－氧化铁 3－槽法炭黑 1－二氧化钛 5－碳酸钙

配方 重量(份)

PVC 100

铅稳定剂 10

硬脂酸钙 3

填充剂 0～10

由图2－3－14可以看出，以氧化铁做填充剂时，其弯曲强度变化不大，可得到良好的结果，如果加入炭黑、碳酸钙等，则弯曲强度有所下降，陶土在10份以内也会下降，过此则有所增大。

图2－3－14 加入填充剂后硬PVC的弯曲强度

1－陶土 2－槽法炭黑 3－氧化铁 4－二氧化钛 5－碳酸钙

3．耐热性

从图2－3－15可见，不论用何种填充剂，硬聚氯乙烯的耐热性均有所提高。

4．硬度及密度

硬聚氯乙烯中配入填充剂后，其硬度与密度均有所提高，见图2－3－16所示。但这不是必然的倾向，它是以填充剂本身的硬度与密度均比硬度聚氯乙烯高为前提的，否则，结果可能相反。

图2－3－15 填充剂配入后硬PVC的耐热性

1－陶土 2－槽法炭黑 3－氧化铁 4－二氧化钛 5－碳酸钙

图2－3－16 加入碳酸钙后硬PVC的硬度与密度的关系

1－极微细碳酸钙(1) 2－重质碳酸钙(1) 3－重质碳酸钙(2) 4－极微细碳酸钙(2)

(三)对聚氯乙烯糊的影响

1．粘度

从图2－317，2－3－18，2－3－19可以看出，在聚氯乙烯糊中加入填充剂后，其粘度比不加的高，搁置时粘度的上升倾向也比较大。这是因为填充剂吸收增塑剂而使自由活动的增塑剂数量减少所致，颗粒越小，这种倾向越大。

图2－3－17 碳酸钙的配合量对PVC糊表观粘度的影响

1－白艳华CC 2－轻质沉淀碳酸钙 3－轻质碳酸钙(赤玉) 4－重质碳酸钙 5－白垩 6－沉淀碳酸钙

图2－3－18 加有碳酸钙的PVC糊随时间发生的粘度变化

1－不加填充剂 2－重质碳酸钙 20份 3－重质碳酸钙(处理过) 20份 4－沉淀碳酸钙 20份 5－轻质碳酸钙(赤玉) 20份 6－轻质碳酸钙 20份 7－沉淀碳酸钙 40份 8－重质碳酸钙(处理过) 40份 9－重质碳酸钙 40份

图2－3－19 加有碳酸钙的PVC糊的粘度及成熟系数

1－表观粘度 2－成熟系数

配方 重量(份)

PVC 100

DOP 65+A^*

重质碳酸钙 0～100

2．物理力学性能

在聚氯乙烯糊中加入填充剂后能提高糊制品的电性能与抗划痕性并减少粘附性等，这是好的一面，但也带来一些不利的后果，如表2－3－4和图2－3－20所示。加入填充剂后对糊制品的拉伸强度、硬度等均有所影响。值得注意的是，填充剂配合量在10份以下时的变化不大，超过此量即会发生较大的变化。其它多数物理力学性能也有类似的情况。当然，填充剂的性质、粒径大小和用量仍然是主要因素。

表2－3－4 加入填充剂的聚氯乙烯糊的粘度及物性

注：配比 PVC 100份，DOP 65份，填充剂10份。

图2－3－20 PVC糊与轻质碳酸钙的配合量和挤出流延薄膜的物理性能关系

1－拉伸强度 2－伸长率 3－硬度

配方 重量(份)

PVC 100

DOP 65

CaCO₃ 0～100