本發明涉及一種高流動性和高熔體強度的注塑級PVC復合材料，屬于高分子技術領域。
背景技術：
PVC是聚氯乙烯的英文縮寫，PVC改性料價格便宜，原料豐富，加工簡便，在汽車、建筑、家電和線纜等行業有廣泛的應用，是目前世界上產量最大的塑料之一。而注塑技術是塑料加工成型的一種最常用手段，隨著注塑技術的不斷發展，注塑工藝不斷追求更低的注塑溫度和更短的注塑周期，以減少能耗和提高產能。因此，對注塑材料的要求也不斷提高，以滿足低溫和短周期注塑。但是常用的PVC注塑成型的制品在易出現虎皮紋、裂紋和收縮等外觀不良現象。常規解決方案有(一)在材料方面選用分子量更低的PVC樹脂或添加潤滑劑，以提高材料的流動性；(二)在模具設計方面，盡量采用多澆口和熱流道注塑，通過模具提高材料在模具中的流動性。兩種方法均可提高流動性，通過高流動性來解決外觀性缺陷。隨著現在汽車零配件及其他注塑產品的復雜化，產品的尺寸和形狀變化多端，特別是一些特小型或特大型產品(如超小型三角窗和超大型三角窗)以及產品變截面的設計，加之對低注塑溫度和短塑周期的追求，對PVC注塑材料帶來諸多挑戰。單純通過提高流動性或調整模具設計，已很難解決注塑的外觀缺陷和保證生產穩定性。為了減少這種風險，必須在保證PVC材料高流動性的基礎上，提高PVC材料的熔體強度。
技術實現要素：
本發明針對上述的問題提供一種同時具有高流動性和高熔體強度的注塑級PVC復合材料，該復合材料還具有較好的力學性能。
本發明的上述目的通過如下技術方案實現：一種高流動性和高熔體強度的注塑級PVC復合材料，所述的復合材料包括如下重量份數的組分：低分子量PVC樹脂粉30-60份、交聯PVC樹脂粉5-20份、主增塑劑10-30份、輔助增塑劑10-20份、納米碳酸鈣0.5-20份、高熔體強度加工助劑0.5-2份、潤滑劑0.4-1.5份、熱穩定劑0.5-4份、光穩定劑0.1-1份、抗氧劑0.1-0.3份、其他助劑1-3份。
本發明選用適量的低分子量PVC樹脂粉與少量交聯PVC樹脂粉配伍添加，不僅可以提高復合材料的流動性，還可以提高復合材料的熔體強度以及降低材料的光澤度。以兩者PVC樹脂為基體，呈圓球形，表面并不光滑，存在大量的褶皺，其原因在于納米碳酸鈣的大量填充使得PVC顆粒的體積趨于飽滿，形狀也均一。由于納米碳酸鈣以比較均勻的納米尺度分散到了PVC的顆粒之中，且納米碳酸鈣的表面包覆了一層表面改性劑，使得親水性大大降低，同時與有機物的結合性和潤濕性大大提高；因此，PVC樹脂顆粒的表面存在大量褶皺，且改性的納米碳酸鈣能很好地分散在PVC樹脂中，對PVC基體產生很好的補強作用。在本發明復合材料中還配合添加有主增塑劑和輔助增塑劑，進一步提高復合材料的的耐熱性，防止PVC在注塑過程中的降解。
所述的低分子量PVC樹脂粉的聚合度為800-1100。此范圍聚合物PVC樹脂粉，即確保了PVC材料的高流動性，也具有不錯的熔體強度，與復合材料中的高熔體強度加工助劑產生的協同作用更有利于材料的加工。
所述的交聯PVC樹脂粉為凝膠含量在20％-50％的化學交聯PVC樹脂粉。此范圍凝膠含量的PVC樹脂粉，具有較高的熔體強度，同時不會對高流動性造成過大的負面影響。
所述的主增塑劑為鄰苯二甲酸二異壬酯和/或鄰苯二甲酸二癸酯。
所述的輔助增塑劑為己二酸二異辛酯、偏苯三酸二辛酯、對苯二甲酸二辛酯、環氧大豆油中的一種或多種。在本發明中如果不添加輔助增塑劑，僅有主增塑劑，對PVC材料的耐熱性和耐寒性會造成較大的負面影響。
所述的納米碳酸鈣為通過濕法改性制得的改性納米碳酸鈣，具體方法為：將納米碳酸鈣配制成懸浮液，在60-75℃水浴中恒速攪拌，緩慢加入表面改性劑，攪拌1-2h后冷卻，經過濾、烘干、過篩，再用四氫呋喃回流抽提2-4h，除去物理吸附的表面改性劑。
表面改性納米碳酸鈣的粒徑小，比表面積增大，因而與基體樹脂接觸面積增大。當受到外力作用時，剛性納米碳酸鈣粒子引起基體樹脂銀紋化吸收能量，從而達到對PVC樹脂增韌的效果。
進一步優選，所述的表面改性劑為硬脂酸、鋁酸酯類、鈦酸酯類中的一種或多種。
作為優選，所述的改性納米碳酸鈣中粒徑為20-80nm的粒子占50-60％，粒徑為80-100nm的粒子占40-50％。
所述的高熔體強度加工助劑為丙烯酸樹脂加工助劑。若在本發明中選用提高熔體強度的增塑劑則會嚴重影響PVC的硬度和加工性能，進而導致復合材料無法滿足同時具有高流動性、高熔體強度以及力學性能優異的要求。
所述的潤滑劑為硬脂酸、PE蠟、PPA中的一種或多種。
所述的潤滑劑組合由PE蠟、硬脂酸、PPA按質量比為(1-2)：(1-2):0.1復配而成。PE蠟作為內潤滑，有效緩解PP的降解，硬脂酸、PPA作為外潤滑，在材料實際生產應用中，起到表面潤滑作用，提高產品表面細膩度。在PVC材料中加入復配的潤滑劑，可以降低所有組分在混合添加時的內摩擦力以便組分混合均勻，改善制品性能，同時降低塑料與機械加工設備之間的摩擦力，防止PVC材料粘接在金屬加工設備上，提高設備生產強度。將多種潤滑劑組合使用，可達到更好的效果。
所述的熱穩定劑為鈣鋅復合穩定劑和/或鋇鋅穩定劑。
所述的光穩定劑為UV-531、UV-9、UV-326、UV-P、UV-24、UV-2908、三嗪-5、受阻胺光穩定劑的一種或多種。
所述的抗氧化劑為雙酚A、抗氧劑CA、抗氧劑264、抗氧劑2246、抗氧劑1076、抗氧劑168中的一種或多種。
所述的其他助劑包括色粉、色母。
在上述高流動性和高熔體強度的注塑級PVC復合材料中，所述的復合材料還包括1-5份橡膠改性劑。
作為優選，所述的橡膠改性劑為丁腈橡膠、苯乙烯/丁二烯橡膠、有機硅橡膠中的一種或多種。本發明中選用二烯橡膠作橡膠改性劑，進一步提升了PVC復合材料的韌性、彈性和熔體強度。
在上述高流動性和高熔體強度的注塑級PVC復合材料中，所述的復合材料還包括2-8份抗沖擊改性劑。
作為優選，所述的抗沖擊改性劑為MBS、CPE、ABS、EVA、ACR、NBR中的一種或多種。進一步優選，所述的抗沖擊改性劑為CPE、ACR。隨著抗沖改性劑的填充量增加，沖擊(缺口)強度值遞增，CPE、ACR呈線性，綜合指標最好，且有臨界值，符合增韌性多重裂紋化理論。即外力作用下，已形成良好結合的PVC與改性劑兩相(或多相)界面中，PVC產生微小裂紋而波及橡膠態粒子，使其壓縮變形，產生應力集中，誘發大量銀紋和剪切帶，吸收和消耗大部分能量；又是因為橡膠粒子存在，可以控制銀紋發展，防止其成為破壞性裂紋，增韌效果變強，體系抗沖擊強度提高，對改善無缺口抗沖擊強度作用更顯著。其中，抗沖改性劑ACR是由丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)通過多步乳液聚合反應而成，以交聯的BA聚合為核，與PVC相容性好的如MMA聚合為殼，組成具有“核-殼”結構的多元接枝共聚物。由于MMA的溶解度與PVC相近，將其加人到PVC中，二者可形成均勻的連續相。而ACR則以粒子形態分散于PVC連續相基體中，形成獨特的“海-島”結構，這種結構的抗沖改性劑比較符合銀紋-剪切帶理論的增韌機理。
與現有技術相比，本發明復合材料以適量的低分子量PVC樹脂及少量交聯PVC樹脂為基體，通過改性后的納米碳酸鈣的填充使PVC顆粒的體積趨于飽滿，并配合其他組分，如潤滑劑、高熔體強度加工助劑以及橡膠改性劑、抗沖擊改性劑等，在確保高流動性的基礎上，提高PVC復合材料的熔體強度和力學性能。本發明的注塑級PVC復合材料可以適應各種不同尺寸和形狀的注塑產品，并且可以滿足低塑溫度和短塑周期。
具體實施方式
以下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。
表1：實施例1-5中注塑級PVC復合材料的組分
實施例1-5
按表1實施例1-5中所述的注塑級PVC復合材料的組分配料，通過常規的注塑加工工藝即可制得本發明的高流動性和高熔體強度的注塑級PVC復合材料。
對比例1
該對比例與實施例5的區別僅在于不含有改性納米碳酸鈣。
對比例2
該對比例與實施例5的區別僅在于不含有丙烯酸樹脂加工助劑。
對比例3
該對比例與實施例5的區別僅在于納米碳酸鈣未經改性處理，且粒徑低于20nm。
對比例4
該對比例與實施例5的區別僅在于納米碳酸鈣未經改性處理，且粒徑高于100nm。
對比例5
該對比例與實施例5的區別僅在于該對比例中的PVC為均一的普通的PVC樹脂。
在上述實施例中，低分子量PVC樹脂粉的聚合度為800-1100；交聯PVC樹脂粉為凝膠含量在20％-50％的化學交聯PVC樹脂粉。納米碳酸鈣為通過濕法改性制得的改性納米碳酸鈣，具體方法為：將納米碳酸鈣配制成懸浮液，在60-75℃水浴中恒速攪拌，緩慢加入表面改性劑(可以為硬脂酸、鋁酸酯類、鈦酸酯類中的一種或多種)，攪拌1-2h后冷卻，經過濾、烘干、過篩，再用四氫呋喃回流抽提2-4h，除去物理吸附的表面改性劑。且所述的改性納米碳酸鈣中粒徑為20-80nm的粒子占50-60％，粒徑為80-100nm的粒子占40-50％。熱穩定劑可以為鈣鋅復合穩定劑和/或鋇鋅穩定劑。光穩定劑可以為UV-531、UV-9、UV-326、UV-P、UV-24、UV-2908、三嗪-5、受阻胺光穩定劑的一種或多種。抗氧化劑可以為雙酚A、抗氧劑CA、抗氧劑264、抗氧劑2246、抗氧劑1076、抗氧劑168中的一種或多種。其他助劑包括色粉、色母。橡膠改性劑可以為丁腈橡膠、苯乙烯/丁二烯橡膠、有機硅橡膠中的一種或多種。抗沖擊改性劑可以為MBS、CPE、ABS、EVA、ACR、NBR中的一種或多種。
將實施例1-5和對比例1-4中的注塑級PVC復合材料切水條進行性能測試，測試結果如表2所示。
表2：實施例1-5和對比例1-4中的注塑級PVC復合材料的性能
其中熔體強度采用毛細管流變儀檢測，口模長徑比為30:1，剪切速率為5mm/s。
從表2可知，本發明復合材料以適量的低分子量PVC樹脂及少量交聯PVC樹脂為基體，通過改性后的納米碳酸鈣的填充使PVC顆粒的體積趨于飽滿，并配合其他組分，如潤滑劑、高熔體強度加工助劑以及橡膠改性劑、抗沖擊改性劑等，在確保高流動性的基礎上，提高PVC復合材料的熔體強度和力學性能。本發明的注塑級PVC復合材料可以適應各種不同尺寸和形狀的注塑產品，并且可以滿足低塑溫度和短塑周期。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
盡管對本發明已作出了詳細的說明并引證了一些具體實施例，但是對本領域熟練技術人員來說，只要不離開本發明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。