本文是由赛诺聚乙烯蜡小编摘自《塑料助剂》，由于篇幅较长，本文分为三篇文章进行阐述，本篇为第一篇。

《塑料助剂》 2015年第4期

王文治^1,2，关龙龙¹，梁小娟²，李均立²，李  染¹

0 引言

PVC-U的凝胶化度Dg(Degree of gelation)，也称熔合度( Fusion level)是影响其使用性能，尤其是影响PVC-U管材长期静液压强度的重要因素。ISO 1452-2: 2009 [给水和埋地及地面上加压排水、排污的塑料管道系统----笫2部分：管材]除使用传统的二氯甲烷浸渍法(DCMT)评价Dg之外，还增加了纵向拉伸强度(ISO 6259)和差示扫描量热法(DSC )测定PVC-U管材的最高加工温度Tp (ISO 18373-1) 两种方法作为评价Dg的方法，分别从管材的耐溶剂性、力学性能和加工工艺的控制三个方面进行Dg的评价，由此可见Dg的评价对PVC-U压力管道的重要性。

评价PVC-U的Dg的主要方法有溶剂吸收法、毛细管流变仪法、DSC法和显微分析法等，这些方法从不同层面和不同角度表征和评价PVC-U的Dg。

溶剂吸收法所表征的是溶剂对三维大分子网络的溶胀程度，这种方法简便、经济，其最常用的二氯甲烷浸渍法已成为标准化方法。但这种方法难以定量评价且不够环保。

毛细管流变仪法于1971年由A.Gonze提出，所表征的是熔体弹性与Dg的关系，这是评价PVC-U的Dg各种方法中定量地揭示材料结构与性能相关性的好方法。但此法需通过测试五个以上不同加工温度的样品的毛细管入口压力降并作出参考曲线，过程较繁复，不适合生产企业的生产控制和质量控制。

DSC法是通过测试样品的次生微晶的熔融焓(A峰熔融焓)与全部微晶的熔融焓(A峰和B峰的熔融焓之和)的比值来计算Dg，于上世纪八十年代由M.Gilbert 提出。此法可对样品的局部区域进行精准测试。但由于PVC-U微晶熔程的终点温度至今仍无定论，影响了实验室间测试结果的精密度，因此，国际标准ISO 18373-1：2007和ISO 18373-2：2008分别以最高加工温度Tp和A峰熔融焓间接评价PVC-U制品的Dg  。  

显微分析法常与转矩流变仪并用，用光学显微镜或扫描电子显微镜观察转矩流变仪实验过程中聚氯乙烯(PVC)树脂粉的形貌变化，这种方法直观但难以量化。这种方法的研究结果已有不少报导，本文在参考文献的研究结果基础之上，探讨一种使用转矩流变仪评价PVC-U凝胶化度的方法。

1 实验部分

1.1主要原料

PVC树脂粉，SG-5，宜昌宜化太平洋化工有限公司；

钙锌稳定剂，JX -W-01-D6, 河北精信化工集团有限公司；

轻质碳酸钙，BT-3，广东恩平匯雄化工有限公司；

合成蜡，SPC105，珠海斯贝克石油化工有限公司；

硬脂酸，1801-1，印尼斯文化工油脂集团。

1.2 主要仪器

转矩流变仪，XSS-300，上海科创橡胶机械设备有限公司；

扫描电子显微镜(SEM)，KYKY-EM6200，中科科仪股份有限公司；

小型离子溅射仪， SBC-12，中科科仪股份有限公司；

高速混合机，GH 10，北京泽岛机械有限公司。

1.3 实验操作

1.3.1 配混料的制备

配混料的配方为PVC，100份(重量)；稳定剂，3份；碳酸钙，10份；硬酯酸，0.3份；合成蜡，0.2份。

用GH-10高速混合机进行搅拌混合，转速1000 r/min，混料时间5min。

1.4性能测试与结构表征

1.4.1 转矩流变曲线的测试

加料量70g，测试温度190℃，转速50 r/min。

1.4.2 SEM表征样品的表面形貌

将从转矩流变仪的混炼室取出的试样快速扔入冰水中冷却，凉干后从试样表面上刮取样品，样品表面采用小型离子溅射仪进行喷金，喷金时间为4min，电流为6-8mA。

2 结果和讨论

2.1 PVC-U的凝胶化行为

由于PVC聚合物不溶解于单体中，而且PVC聚合物中含有间规立构链段所构成的微晶，因此，PVC树脂颗粒具有以微晶、初级粒子、树脂颗粒为基本层次的多层次结构(Hierarchical Structure)。表1列出了PVC-U制品所广为使用的悬浮聚合的PVC颗粒的层次结构。

表1 悬浮聚合PVC颗粒的层次结构

Tab.1  Hierarchical structure of Suspension PVC particles

与热固性树脂的凝胶化不同，所谓PVC的凝胶化行为，是指在热能和机械能作用下，PVC颗粒的层次结构逐步发生变化，直至生成初级粒子流动单元，原生微晶中的低熔点群开始熔化。随着剪切和温度进一步增加，初级粒子破裂，更多原生微晶熔化，原先有序排列的PVC分子松驰伸张而贯穿到邻近的初级粒子中，初级粒子之间有较多带状分子互相缠结，然后形成均一熔体。冷却时，已熔化的原生微晶生成次生微晶，并形成以次生微晶为物理交联点的三维大分子网络的过程。由于这种行为，使得PVC-U的转矩流变曲线与其它热塑性树脂不同，即在加料峰之后出现熔合峰这一特征峰，如图1。 

(a) a.PP-H粉料的转矩流变曲线; 

(b)b.PVC-U的转矩流变曲线

图1 PVC配混料和未经造粒的PP-H粉料的转矩流变曲线

Fig. 1 Torque rheometer process curve of PP-H powder

and PVC-U compound

以上现象使得转矩流变仪成为研究PVC-U凝胶化行为的重要仪器。Summers以及Tomaszewska等人使用转矩流变仪与显微分析法结合，揭示了在转矩流变仪的实验进程中，PVC树脂颗粒的层次结构渐次解构成为初级粒子流动单元，而后转变成熔体流动，以及PVC-U的Dg逐渐升高的的凝胶化过程。

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