PVC具有强度高、成本低、耐腐蚀、防潮和耐候等优点，是世界第二大通用树脂，也是性价比较高的通用树脂。但PVC热稳定性差，加工温度范围窄，某些助剂不环保，限制了其应用。随着社会的发展和科技的进步，人们逐渐地从原料、技术、经济、环保方面对PVC制品提出了更高的要求[1-12]。从安全和环保的需求考虑，需开发绿色环保且性能优良的PVC基料来适应人们对PVC制品的更高要求。笔者采用绿色环保的钙锌稳定剂作为PVC热稳定剂，不使用铅盐稳定剂，并进行正交试验优化配方[13]，开发出流变性能和力学性能良好的绿色环保硬质PVC基料。

1·试验部分

1·1　主要原料

PVC-SG5型树脂，贵州省金宏化工有限责任公司；钙锌稳定剂CL357，环绮化工(成都)有限公司；ACR(加工助剂)，四川成都迈科新材料有限公司；硬脂酸钙，四川法拉盛化工有限公司；聚乙烯蜡，成都同力助剂有限公司；DOP、硬脂酸，市售。

1·2　主要设备及仪器

锥型双螺杆挤出机，上海金纬挤出机械制造有限公司；CJ80m3V型注射成型机，震德塑料机械有限公司；ZBC-4B型液晶式摆锤冲击试验机，深圳市新三思材料检测有限公司；WDW-10C型微机控制万能试验机，上海华龙测试仪器有限公司；XSS-300型转矩流变仪，上海科创橡塑机械设备有限公司；SHR-10型高速混合机组，张家港市贝尔机械有限公司。

1·3　正交试验设计

1·4　试样制备

1.4.1　试验配方

PVC-SG5型树脂，100份；聚乙烯蜡，0.7份；硬脂酸，0.3份；DOP、钙锌稳定剂、ACR、硬脂酸钙均为变量。

1.4.2　试样制备

将PVC树脂与钙锌稳定剂低速混合均匀后再高速混合，当温度达到80℃时加入DOP，继续混合；当温度达到90℃时依次加入ACR、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硬脂酸；当温度超过100℃时，打开顶盖上的散气孔，排出水蒸气；当温度达到125℃时，出料，冷却，采用锥型双螺杆挤出机把混合后的粉料挤出造粒，粒料经注塑机注塑成型为标准样条。

1·5　性能测试

1.5.1　流变性能测试

采用XSS-300转矩流变仪对PVC共混体系进行流变性能测试，初始温度为190℃，转速为50r/min，加料量为200 g。

1.5.2　力学性能测试

拉伸和弯曲性能测试：分别按照ASTMD638—2001《塑料拉伸性能的试验方法》和ASTMD790—1992《未增强和增强塑料及电绝缘材料挠曲性能的试验方法》，在万能试验机上进行测试，温度为(23±0.5)℃，拉伸速率为50 mm/min，弯曲测试速率为2 mm/min。

缺口冲击性能测试：按照ASTM D256—1993《塑料及电绝缘材料的冲击性能的试验方法》，采用悬臂梁冲击试验机进行测试，缺口为V型，深度为(2.5±0.1) mm，温度为(23±0.5)℃。

2·结果与讨论

2·1　试验结果

正交试验结果见表3，正交极差分析见表4。

2·2　流变性能分析

图1是在不同水平下塑化时间的变化曲线。塑化时间表征物料塑化的难易程度；塑化时间越短，说明物料越易塑化[14]。从图1可以看出：随着钙锌稳定剂、DOP及ACR用量的增加，物料的塑化时间缩短；随着硬脂酸钙用量的增加，物料的塑化时间略有增加；当钙锌稳定剂为水平3(用量为5份)时，物料的塑化时间最短。从表4可以看出：在试验条件下，影响物料塑化时间的因素按照从大到小的顺序依次为：钙锌稳定剂、DOP、硬脂酸钙、ACR。

图2是不同水平下平衡转矩的变化曲线。平衡转矩越小，物料表观黏度越低，流动性越好[15]。

从图2可以看到，随着DOP和ACR用量的增加，物料的平衡转矩下降；随着硬脂酸钙用量的增加，物料的平衡转矩增加；随着钙锌稳定剂用量的增加，物料的平衡转矩先增加后减小；当DOP为水平3(用量为7份)时，物料的平衡转矩最小。从表4可以看出：在试验条件下，影响物料平衡转矩的因素按照从大到小的顺序依次为：DOP、钙锌稳定剂、硬脂酸钙、ACR。

综合分析，如不考虑因素的交互影响，则影响PVC共混体系流变性能的最主要因素是钙锌稳定剂，其次为DOP，影响最小的为ACR。DOP和ACR用量越多，PVC共混体系塑化性能越好，流动性越好；钙锌稳定剂用量越多，塑化时间越短且稳定性越好；硬脂酸钙使PVC共混体系表观黏度增大，流动性能变差。通过流变性能分析得出的配方是：钙锌稳定剂5份、DOP 7份、ACR 3份、硬脂酸钙1份。

2·3　力学性能分析

图3是不同水平下拉伸强度的变化曲线。从图3可以看出：随着DOP和ACR用量的增加，试样的拉伸强度减小；而随着钙锌稳定剂用量的增加，试样的拉伸强度增大；随着硬脂酸钙用量的增加，试样的拉伸强度先减小后增大。从表4可以看出：在试验条件下，影响试样拉伸强度的因素按照从大到小的顺序依次为：DOP、钙锌稳定剂、硬脂酸钙>ACR。

图4是不同水平下弯曲强度的变化曲线。从图4可以看出：随着ACR和硬脂酸钙用量的增加，试样的弯曲强度下降；随着钙锌稳定剂和DOP用量的增加，试样的弯曲强度先增大后减小；当钙锌稳定剂为水平2(用量为4份)时，试样的弯曲强度较大。从表4可以得出，在试验条件下，影响试样弯曲强度的因素按照从大到小的顺序依次为：钙锌稳定剂、DOP、ACR、硬脂酸钙。

图5是不同水平下弯曲模量的变化曲线。从图5可以看出：随着ACR用量的增加，试样的弯曲模量下降；随着钙锌稳定剂用量的增加，试样的弯曲模量增加；随着DOP用量的增加，试样的弯曲模量先增大后减小；随着硬脂酸钙用量的增加，试样的弯曲模量先减小后增大。从表4可以得出，在试验条件下影响试样弯曲模量的因素按照从大到小的顺序依次为：DOP、ACR/硬脂酸钙、钙锌稳定剂。

图6是不同水平下缺口冲击强度的变化曲线。

从图6可以看出：随着DOP用量的增加，试样的缺口冲击强度下降；随着ACR和硬脂酸钙用量的增加，试样的缺口冲击强度先增大后减小；随着钙锌稳定剂用量的增加，试样的冲击强度先减小后增大；当硬脂酸钙为水平2(用量为1份)时，试样的缺口冲击强度最大。从表4可以看出：在试验条件下，影响试样缺口冲击强度的因素按照从大到小的顺序依次为：DOP、钙锌稳定剂、硬脂酸钙、ACR。图7是不同水平下断裂伸长率的变化曲线。从图7可以看到，随着钙锌稳定剂用量增加，试样的断裂伸长率下降；随着DOP用量的增加，试样的断裂伸长率增加；随着硬脂酸钙和ACR用量的增加，试样的断裂伸长率先增大后减小；当钙锌稳定剂为水平1(用量为3份)时，试样的断裂伸长率最高。从表4可以看出：在试验条件下，影响试样断裂伸长率的因素按照从大到小的顺序依次为：钙锌稳定剂、DOP、ACR、硬脂酸钙。

通过力学性能分析可以看出：影响试样力学性能的最主要因素是DOP，其次是钙锌稳定剂，影响最小的是ACR。DOP使试样的强度下降，韧性提高。通过力学性能试验最后得到的优化配方为：钙锌稳定剂5份、DOP 3份、硬脂酸钙0.5份、ACR 2份。综合考虑力学性能和流变性能，得出的最佳配方为：PVC 100份、钙锌稳定剂5份、DOP 5份、硬脂酸钙0.5份、ACR 2份、PE蜡0.7份、硬脂酸0.3份。

2·4　正交试验验证

(1)力学性能验证。

采用上述最佳配方制备的试样的力学性能测试结果为：拉伸强度61.3 MPa，断裂伸长率14.6%，弯曲强度92.5 MPa，弯曲模量2.93 GPa，缺口冲击强度5.02 kJ/m2。拉伸强度、弯曲强度均比表3中的9组试样高；而弯曲模量和缺口冲击强度与表3中的9组试样相比，排名第3；只有断裂伸长率有所降低。验证试验说明：采用最佳配方制得的试样的力学性能优良，验证试验与正交试验结果相符。

(2)流变性能验证。

采用上述最佳配方制备的试样的流变性能测试结果为：塑化时间72 s，平衡转矩40.5 N·m。与表3中的9组试样相比，试样的流变性能处于中上水平，可以满足注塑成型的要求，也验证了正交试验结果的可靠。

3·应用前景

试验开发的硬质PVC基料具有优良的力学性能和流变性能，适用于挤出、注塑等加工工艺，可满足不同制品的成型要求。同时，可根据制品的不同性能要求，在硬质PVC基料里添加其他树脂(如MBS树脂、EVA树脂、丙烯酸酯类、ABS高胶粉等)来制备高性能PVC合金，也可以添加碳酸钙、滑石粉、硅藻土、蒙脱土等填料来降低成本，用于生产PVC型材、PVC管材和PVC板材等，也适用于生产仪表外壳、电器外壳等。

4·结论

(1)研发的硬质PVC基料的最佳配方为：PVC100份、钙锌稳定剂5份、DOP 4份、硬脂酸钙0.5份、ACR 2份、PE蜡0.7份、硬脂酸0.3份。

(2)影响PVC共混体系流变性能的最主要因素是钙锌稳定剂，其次为DOP，影响最小的是ACR；影响试样力学性能的最主要因素是DOP，其次是钙锌稳定剂，影响最小的是ACR。