本文主要研究了PVC/纳米CaCO3 、PVC/CPE和PVC/CPE/纳米CaCO3复合材料的共混改性，讨论了纳米CaCO3与CPE的含量对复合材料的拉伸强度、冲击强度以及玻璃化转变温度等方面的影响规律，为PVC的改性研究提供了一些理论基础。

图1 PVC/纳米CaCO3复合材料的拉伸强
度与纳米CaCO3含量的关系

图2 PVC/纳米CaCO3复合材料的击强度与
纳米CaCO3含量的关系

图3 PVC/CPE复合材料的拉伸强度与CPE
含量的关系

实验部分
实验原料
PVC：SG-5型，四川金路树脂有限公司；
CPE：四川自贡；
纳米级CaCO3：CCR，广东恩平燕华化工实业有限公司，平均粒径为80nm。

测试仪器
台式电子万能材料试验机：美国Instron公司，型号5566；
摆锤冲击试验机：美国Instron公司，型号POE2000；
差热扫描量热分析仪：德国NETZCH公司，型号DSC204C。

试样制备
首先将PVC、CPE和纳米级CaCO3（已经过硬脂酸表面处理）按照一定的质量配比在高速混合机中搅拌3min，然后在双辊筒炼胶机上混炼，温度为160℃，时间为15min，接着在平板硫化机上热压成型，最后用万能制样机制成测试试样。
 
结果与讨论

PVC/纳米CaCO3复合材料的力学性能及玻璃化转变温度

从图1和图2中，可以看出PP/ 纳米CaCO3复合材料的力学性能与纳米CaCO3含量的关系，加入纳米CaCO3后，复合材料的力学性能比纯PVC均有一定程度的提高。随着纳米CaCO3含量的增加，复合材料的拉伸强度和冲击强度均呈现先增大后减小的趋势。当纳米CaCO3含量为8%时，复合材料的拉伸强度达到最大值，此时的拉伸强度比纯PVC提高18%。当纳米CaCO3含量为6%时，冲击强度达到最大值，此时的冲击强度比纯PVC提高94%。在复合材料中，当纳米CaCO3含量较小的时候，纳米粒子在PVC中的分散效果比较好。此时，随着基体中分散良好的CaCO3粒子含量的增加，体系中起到应力集中点的颗粒增加。而且纳米粒子的比表面积大，能引发更多的银纹吸收能量，所以开始时随着纳米CaCO3含量的增加，复合材料的力学性能逐渐增大。但当CaCO3粒子增加到一定程度时，由于纳米粒子的表面能高，粒子间不可避免地发生团聚现象，团聚粒子在复合材料中容易成为断裂薄弱点，从而导致复合材料的力学性能逐渐下降。

图4 PVC/CPE复合材料的冲击强度与CPE含量的关系

图5 PVC/CPE /纳米CaCO3复合材料的拉
伸强度与纳米CaCO3含量的关系

图6 PVC/CPE/纳米CaCO3复合材料的冲
击强度与纳米CaCO3含量的关系

从表1可以看到，随着纳米CaCO3含量的增大，PVC/纳米CaCO3复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低，当纳米CaCO3含量为10%时，复合材料的玻璃化转变温度又开始上升。这是因为CaCO3表面的极性基团与PVC上的 — Cl有相互吸引作用，减少了PVC分子之间 — Cl的相互作用，相当于遮盖了 — Cl基团，产生屏蔽作用使物理交联点减少；另外，由于填充物的分子量比PVC大分子小得多，活动比较容易，为链段活动时提供空间。因此聚合物的分子链间的作用力降低，运动能力增大，导致纳米复合材料的玻璃化转变温度低于纯PVC。但当CaCO3粒子大量增加时，在很大程度上限制了聚合物大分子链的运动，从而使复合材料的玻璃化转变温度升高。

PVC/CPE复合材料的力学性能及玻璃化转变温度

从图3和图4中，可以看出PVC/CPE复合材料的力学性能与CPE含量的关系，随着CPE添加量的增大，拉伸强度逐渐下降，而冲击强度在CPE填充量为6%时达到最大值，比纯PVC提高1.1倍。这是因为CPE橡胶以微粒状分散于连续的塑料相之中，分散的橡胶微粒作为大量的应力集中物，当材料受到冲击力时，它们可以引发大量的银纹，从而吸收大量的冲击能量，大大提高材料的韧性。

从表2可以看出，PVC/CPE复合材料的玻璃化转变温度随着CPE含量的增加呈现下降的趋势。这是由于PVC与CPE之间具有一定的相容性，使得PVC的玻璃化转变温度向低温方向移动。

PVC/CPE/纳米CaCO3复合材料的力学性能及玻璃化转变温度

图5和图6是反映PVC/CPE/纳米CaCO3三元复合材料的力学性能图，其中PVC与CPE（占PVC/CPE的6%）是定量。从图5和图6中可见，纳米CaCO3的加入，对三元复合材料产生增强增韧的作用。当纳米CaCO3含量为4%时，三元复合材料的拉伸强度达到最大值，比纯PVC提高47%；当纳米CaCO3含量为6%时，冲击强度达到最大值，比纯PVC提高36%。由于CPE是极性高聚物，纳米CaCO3的加入，很容易形成橡胶包裹纳米粒子的核－壳结构，从而使三元复合材料的力学性能得到很大的改善。

表1 PVC/纳米CaCO3复合材料的玻璃化转
变温度与纳米CaCO3含量的关系

表2 PVC/CPE复合材料的玻璃化转变温
度与CPE含量的关系

表3 PVC/CPE/纳米CaCO3复合材料的玻璃
化转变温度与纳米CaCO3含量的关系

从表3中可以看出，纳米CaCO3的含量对PVC/CPE/纳米CaCO3三元复合材料的玻璃化转变温度有着较大的影响作用。随着纳米CaCO3含量的增大，三元复合材料的玻璃化转变温度向低温方向移动，而纳米CaCO3的含量增大到10%时，三元复合材料的玻璃化转变温度又开始上升。这与纳米CaCO3对PVC/纳米CaCO3二元复合材料的玻璃化转变温度影响规律相一致。

结论

在PVC/纳米CaCO3复合材料中，随着纳米CaCO3含量的增加，复合材料的力学性能呈现先增大后减小的趋势。当纳米CaCO3含量为8%时，拉伸强度达到最大值，此时的拉伸强度比纯PVC提高18%。当纳米CaCO3含量为6%时，冲击强度达到最大值，此时的冲击强度比纯PVC提高94%。玻璃化转变温度随着纳米CaCO3含量的增加，呈现先下降后上升的趋势。

在PVC/CPE复合材料中，随着CPE添加量的增大，拉伸强度逐渐下降，而冲击强度在CPE填充量为6%时达到最大值，比纯PVC提高1.1倍。玻璃化转变温度呈现下降的趋势。

在PVC/CPE/纳米CaCO3三元复合材料中，纳米CaCO3的加入，对三元复合材料产生增强增韧的作用。随着纳米CaCO3含量的增加，玻璃化转变温度呈现先下降后上升的趋势，这与纳米CaCO3对PVC/纳米CaCO3二元复合材料的玻璃化转变温度影响规律相一致。