全 文 ：收稿日期： 952011-07-25
滑石粉的不同表面处理工艺
对PVC/ABS/滑石粉合金性能的影响
Effect of Different Surface Treatment Technologies of Talc Powder
on Properties of PVC/ABS/Talc Powder Alloy
作者简介：张凯舟，男，副研究员，主要从事聚合物改性的研究。
聚氯乙烯（PVC）是目前仅次于聚乙烯（PE）的
第二大树脂品种，具有良好的力学性能、电性能、耐
腐蚀性和阻燃性，而且价格低廉、原料来源广泛，被
广泛应用于化学建材等领域[1-2]。但PVC同时也存
在韧性差、加工流动性差、耐热性差等缺点[3]。丙
烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）力学性能较好，
可与PVC共混制备性能优良的PVC/ABS合金[4-5]。
向PVC/ABS合金中添加无机填料一方面可以节约
成本，另一方面也可以提高合金材料的综合性能。
但是，无机填料与树脂基体间的相容性较差，通常
采用的方法是加入偶联剂对无机粒子进行改性[6-7]。
本实验选用滑石粉为填料，加入到PVC/ABS合金
中，考察了钛酸酯偶联剂用量及与滑石粉的共混方
法对合金性能的影响。
1 实验部分
1.1 原料
PVC，SG5，电石法制备，贵州省安龙金宏特种
树脂有限公司；
Wpm/4:!Op/21!)Tvn/345*
Pdupcfs!!3122
张凯舟1，郑 祥1,2，申建初3，裴 涛1,4，何 力1
Zhang Kaizhou1, Zheng Xiang1,2, Shen Jianchu3, Pei Tao1,4, He Li1
- 1 国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵州 贵阳 550014
2 贵州大学化学与化工学院，贵州 贵阳 550003
3 贵阳普天物流技术有限公司，贵州 贵阳 550008
4 贵州大学材料与冶金学院，贵州 贵阳 550003
- 1 National Engineering Research Center for Compounding and Modification of Polymer Materials, Guiyang 550014, China
2 College of Chemistry and Chemical Engineering, Guizhou University, Guiyang 550003, China
3 Guiyang Putian Logistics Technology Co., LTD., Guiyang 550008, China
4 College of Materials and Metallurgy, Guizhou University, Guiyang 550003, China
摘　要 : 采用钛酸酯偶联剂对滑石粉进行表面处理，考察了偶联剂用量、偶联剂与滑石粉的共混工艺和共混时间对聚
氯乙烯（PVC）/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）/滑石粉合金力学性能和维卡软化温度的影响。结果表
明：当偶联剂用量为滑石粉的1%~2%时，合金的综合力学性能最佳，维卡软化温度略有下降；以无水乙醇为
溶剂共混滑石粉和钛酸酯偶联剂，可以保持甚至提高PVC/ABS/滑石粉合金的力学性能，并随着共混时间的
增加，合金的力学性能和维卡软化温度先上升后下降。
Abstract : The talc powder was modified by titanate coupling agent. The effects of coupling agent content,
blending technologies and blending time of coupling agent and talc powder on mechanical
properties and Vicat softening temperature of PVC/ABS/talc powder alloy were studied. The
results show that the comprehensive mechanical properties of the alloy are the best, and the
Vicat softening temperature decreases slightly when the coupling agent content is 1%~2% of talc
powder; taking absolute alcohol as solvent to blend talc powder with titanate coupling agent, the
comprehensive mechanical properties of the alloy are well maintained or even improved, and with
the increase of blending time of coupling agent and talc powder, the mechanical properties and
Vicat softening temperature of the alloy increase at first and then decrease.
关键词 : 聚氯乙烯；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；滑石粉；钛酸酯偶联剂；表面处理工艺
Key words : PVC; ABS; Talc powder; Titanate coupling agent; Surface treatment technology
文章编号：1005-3360（2011）10-0095-05
助剂
文献标识码 : A 中图分类号 : TQ325.3；TQ325.2
DOI:10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2011.10.014
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ABS，耐热级，市售；
热稳定剂，TK-208，天盛塑料助剂有限公司；
石蜡、硬脂酸，工业级，市售；
钛酸酯偶联剂，201，南京裕德恒精细化工有限
公司；
滑石粉，WF90-17-99Q，1 250目，广西龙广滑石
开发有限公司。
1.2 仪器与设备
高速混合机，SHR-10A，张家港市宏基机械有
限公司；
锥形双螺杆挤出机，SJSZ，武汉怡扬塑机有限
公司；
哑铃型制样机，XYZ-12，承德市金建检测仪器
有限公司；
万能试验机，DW-100，上海华龙测试仪器有限
公司；
冲击试验机，ZBC-4，深圳市新三思材料检测
有限公司；
热变形-维卡软化温度测试仪，RRHDV4，英国
RAY-RAN测试设备有限公司；
扫描电子显微镜（SEM），KYKY-2800B，北京
中科科仪发展有限责任公司。
1.3 试样制备
试样配方为：PVC 100份，ABS 50份，复合稳定
剂4份，石蜡1份，硬脂酸2份，滑石粉15份，钛酸酯偶
联剂为变量。对滑石粉采用不同用量（以滑石粉用
量为基准）的偶联剂进行处理。将PVC、加工助剂、
滑石粉和ABS在高速混合机中混合至80 ℃出料；用
锥形双螺杆挤出机挤出板材，再在哑铃型制样机上
制成标准待测样条。
1.4 性能测试与表征
力学性能测试：拉伸性能按照GB/T 1040—
2006进行测试，试样为哑铃型，拉伸速率为50 mm/
min；缺口冲击强度按照GB/T 1843—1996进行测
试，V形缺口，试样尺寸为80 mm×10 mm×4 mm，
缺口深度2 mm。
维卡软化温度测试：按照GB/T 1633—2000进
行测试，加热速度为50℃/h，试样尺寸为10 mm×10
mm×4 mm。
SEM分析：首先对试样冲击断面喷金，然后用
扫描电镜观察冲击断面形貌。
2 结果与讨论
2.1 合金材料的微观断口形貌

(a) 滑石粉未处理 (b) 滑石粉经表面处理
图1 PVC/ABS/滑石粉合金的SEM照片
Fig.1 SEM micrographs of PVC/ABS/ talc powder alloy
图1是PVC/ABS/滑石粉合金冲击断面的SEM
照片。从图1可以看出，无论表面处理与否，滑石粉
都能够比较均匀地分散在树脂基体中，但图1(a)中
没有经过表面处理的滑石粉与树脂基体黏接处有
明显缝隙，并且整个界面相对粗糙，说明滑石粉与
树脂的相容性不好；而图1(b)中滑石粉经表面处理
后被包裹在树脂基体中，与树脂相容性得到改善，
界面也变得相对平整，说明偶联剂的改性作用明
显。
2.2 偶联剂用量对PVC/ABS/滑石粉合金性
能的影响
2.2.1 拉伸强度
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图2 偶联剂用量对PVC/ABS/滑石粉合金拉伸强度的影响
Fig.2 Effect of coupling agent content on tensile strength of PVC/ABS/
talc powder alloy
图2为偶联剂用量对PVC/ABS/滑石粉合金拉
伸强度的影响。由图2可以看到，合金的拉伸强度
随偶联剂用量的增加先升高后降低，并且降低幅度
明显。这是因为：少量的(1%)偶联剂使滑石粉的表
面可以很好地与树脂基体相结合，在合金材料受到
拉伸应力时，滑石粉可以承受一部分拉力，故而合
滑石粉的不同表面处理工艺对PVC/ABS/滑石粉合金性能的影响
97
金的拉伸强度略有升高；但是片层状的滑石粉插层
到树脂基体中后，与树脂基体接触面积有限，虽然
经偶联剂表面处理后相容性得到改善，但是两相间
的作用力仍然较弱，在受到拉伸力作用时，容易脱
黏，所以偶联剂用量过大时，合金拉伸强度降低。
2.2.2缺口冲击强度

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图3 偶联剂用量对PVC/ABS/滑石粉合金缺口冲击强度的影响
Fig.3 Effect of coupling agent content on notched impact strength of
PVC/ABS/talc powder alloy
图3为偶联剂用量对PVC/ABS/滑石粉合金缺
口冲击强度的影响。由图3可以看到，未经偶联剂
改性的合金的缺口冲击强度只有6.633 kJ/m2，而当
偶联剂用量为2%时，合金缺口冲击强度出现峰值
9.244 kJ/m2，改性效果明显，之后但随着偶联剂用量
的增加，缺口冲击强度略有降低。这是因为：少量
的偶联剂可以改善无机填料滑石粉与PVC/ABS树
脂基体的相容性，此时，当合金材料受到外力时，滑
石粉会随着高分子链一起运动，进而提高合金的缺
口冲击强度；但是过量的偶联剂使得滑石粉表面包
裹的有机分子层变厚，反而阻碍了滑石粉与树脂基
体的结合，导致合金缺口冲击强度下降。
2.2.3 维卡软化温度

0 1 2 3
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图4 偶联剂用量对PVC/ABS/滑石粉合金维卡软化温度的影响
Fig.4 Effect of coupling agent content on Vicat softening temperature of
PVC/ABS/ talc powder alloy
图4是偶联剂用量对PVC/ABS/滑石粉合金维
卡软化温度的影响。从图4可以明显看出，随着偶
联剂用量的增加，合金的维卡软化温度先迅速降
低，然后小幅提高，最后再次下降。偶联剂的作用
是改善无机填料与树脂基体的相容性，从而提高
合金的力学性能，理论上不应该影响合金的耐热
性能，但图4中的变化规律却说明相容性的改善确
实会影响合金的维卡软化温度。因为测量维卡软
化温度时压头所压范围的滑石粉包裹在树脂基体
中[8]，可以略微承担载荷，防止树脂变形，从而使维
卡软化温度提高，而当偶联剂用量过多，其会在填
料表面有过厚的包覆层，反而降低了与树脂基体的
相容性，导致合金的维卡软化温度降低。
2.3 偶联剂处理方法对PVC/ABS/滑石粉合
金性能的影响
通常将偶联剂改性无机填料的方法分为直接
共混法和预处理法两大类。直接共混法就是将偶联
剂与无机填料和树脂基料一起共混，此法虽然简单，
但是改性效果不好，所以更多的时候是将偶联剂与
无机填料先进行表面处理再与树脂基料共混，即预
处理法。预处理法又可以根据偶联剂改性无机填料
时的状态分为干混合法和湿混合法，简称干法和湿
法。本实验中的钛酸酯偶联剂黏度较大，共混时不
易均匀分散在滑石粉中，所以需加入一定溶剂进行
稀释。选用柏油为溶剂时，即为干法处理，可以保证
不引入另外的干扰成分，因为基础配方中有石蜡；选
用无水乙醇为溶剂时，即为湿法处理，其稀释后的溶
液可以将滑石粉全部润湿，然后升温搅拌至无水乙
醇全部挥发，烘干后再与树脂基料共混改性。
2.3.1 拉伸强度
0 1 2 3 4
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图5 不同偶联 剂处理方法对PVC/ABS/滑石粉合金
拉伸强度的影响
Fig.5 Effect of different modification methods of coupling agent on
tensile strength of PVC/ABS/talc powder alloy
3122౎21ሆ!ڼ4:ਝ!ڼ21೺DŽጺڼ345೺Dž 滑石粉的不同表面处理工艺对PVC/ABS/滑石粉合金性能的影响
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图5是不同偶联剂处理方法对PVC/ABS/滑石
粉合金拉伸强度的影响。从图5可以看出，经干法
处理的合金拉伸强度降低幅度较大，而经湿法处理
的合金拉伸强度没有明显的降低趋势。这说明湿
法处理能使滑石粉与树脂基体产生有效的黏接，
合金在受到拉伸力作用时，无机粒子不是简单地从
树脂基体中剥落，而是可以随树脂基体变形承受载
荷，从而遏制合金强度的降低。
2.3.2 缺口冲击强度
0 1 2 3 4
5
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图6 不同偶联剂处理方法对PVC/ABS/滑石粉合金
缺口冲击强度的影响
Fig.6 Effect of different modification methods of coupling agent on
notched impact strength of PVC/ABS/talc powder alloy
图6是不同偶联剂处理方法对PVC/ABS/滑石
粉合金缺口冲击强度的影响。从图6可以看到，无
论是采用干法还是湿法对滑石粉进行表面处理，合
金的缺口冲击强度都随偶联剂用量的增加先升高
后降低。这是因为：偶联剂经稀释后黏度降低，共
混时能够更好地分散于滑石粉中，进而改善滑石粉
与基体树脂的相容性，当受到冲击作用时，包裹在
树脂基体中的滑石粉能在两相界面区引发更多银
纹，以吸收冲击能，使合金的冲击强度提高。但是
随着偶联剂和滑石粉用量的增大，合金材料中的缺
陷也逐渐增多，从而使合金的冲击强度下降。
2.3.3 维卡软化温度
图7是不同偶联剂处理方法对PVC/ABS/滑石
粉合金维卡软化温度的影响。从图7可以看出，偶
联剂的加入使合金的维卡软化温度降低，但与直接
共混法相比，干法改性的合金的维卡软化温度略有
提高，这是因为偶联剂被柏油稀释后能够更均匀地
分散在滑石粉中，对树脂基体的改性效果更好，所
以合金维卡软化温度提高。湿法改性的合金的维
卡软化温度呈现同样的变化趋势，但比干法改性又
有提高，说明通过改变表面处理方法使偶联剂更多
地作用于无机填料、更少地分散在树脂基体中，可
以降低偶联剂对合金耐热性能的影响。
0 1 2 3 4
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图7 不同偶联剂处理方法对PVC/ABS/滑石粉合金
维卡软化温度的影响
Fig.7 Effect of different modification methods of coupling agent on Vicat
softening temperature of PVC/ABS/talc powder alloy
2.4 表面处理时间对PVC/ABS/滑石粉合金
性能的影响
对无机填料进行表面改性时，表面改性时间也
会影响偶联剂与滑石粉的结合情况。
2.4.1 拉伸强度
5 10 15 20 25 30 35 4
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图8 表面处理时间对PVC/ABS/滑石粉合金拉伸强度的影响
Fig.8 Effect of different surface treatment time on tensile strength of PVC/
ABS/talc powder alloy
图8是滑石粉的不同表面处理时间对PVC/
ABS/滑石粉合金拉伸强度的影响。从图8可以看出，
表面处理时间对干法改性滑石粉得到的PVC/ABS/
滑石粉合金拉伸强度几乎没影响，但是却对湿法改
性滑石粉得到的合金拉伸强度影响明显，合金拉伸
强度随着表面处理时间的增加先上升后大幅降低，
说明过长的共混时间对合金性能不利。
2.4.2 缺口冲击强度
图9是PVC/ABS/滑石粉合金缺口冲击强度随
不同表面处理时间变化的曲线。从图9可以看出，
干法或湿法改性滑石粉的合金缺口冲击强度都随
滑石粉的不同表面处理工艺对PVC/ABS/滑石粉合金性能的影响
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表面处理时间的增加先升高后降低，说明无机填料
表面处理时间并不是越长越好。湿法改性时，合金
的缺口冲击强度在表面处理时间为8 min时出现峰
值11.295 kJ/m2，与不加滑石粉的纯PVC/ABS合金
的缺口冲击强度11.635 kJ/m2相当；干法改性滑石粉
制备的PVC/ABS/滑石粉合金缺口冲击强度在表面
处理时间为10 min时出现峰值9 kJ/m2。
5 10 15 20 25 30 35 40
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-2
)
㺘䶒༴⨶ᰦ䰤/min
图9 表面处理时间对PVC/ABS/滑石粉合金缺口冲击强度的影响
Fig.9 Effect of different surface treatment time on notched impact
strength of PVC/ABS/talc powder alloy
2.4.3 维卡软化温度
5 10 15 20 25 30 35 40
87
88
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92
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㺘䶒༴⨶ᰦ䰤/min
图10 表面处理时间对PVC/ABS/滑石粉合金维卡软化温度的影响
Fig.10 Effect of different surface treatment time on Vicat softening
temperature of PVC/ABS/talc powder alloy
图10是PVC/ABS/滑石粉合金维卡软化温度随
不同表面处理时间变化的曲线。从图10可知，干法
改性滑石粉的共混时间对PVC/ABS/滑石粉合金维
卡软化温度几乎没有影响；而湿法改性滑石粉的共
混时间使合金的维卡软化温度提高，但是当共混改
性时间达到20 min后，合金的维卡软化温度又会降
低。这说明过长的表面处理时间对合金的维卡软
化温度不利。
3 结论
（1）当钛酸酯偶联剂用量为滑石粉的1%~2%
时，PVC/ABS/滑石粉合金的综合力学性能最佳，维
卡软化温度略有下降。
（2）在滑石粉与钛酸酯偶联剂的共混方法中，
湿法改性优于干法改性，湿法改性可以保持甚至提
高PVC/ABS/滑石粉合金的综合力学性能。
（3）表面处理时间对干法改性滑石粉得到的合
金性能没有显著影响，而使湿法改性滑石粉得到的
合金的力学性能和维卡软化温度先上升后下降。
参考文献：
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[8] 左建华. 滑石粉有机高分子化改性及在PVC中应用[J]. 现代塑
料加工应用, 2005(1): 8-11.
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3122౎21ሆ!ڼ4:ਝ!ڼ21೺DŽጺڼ345೺Dž 滑石粉的不同表面处理工艺对PVC/ABS/滑石粉合金性能的影响