高强度氯化聚乙烯防水卷材的制备及性能研究.docx
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高强度氯化聚乙烯防水卷材的制备及性能研究
氯化聚乙烯防水卷材在我国建筑防水领域已有20余年的应用历史，并于上世纪末开始应用于铁路混凝土桥梁桥面的防水。
近年来因其耐老化和粘结性等问题导致该材料在建筑防水领域的应用逐年萎缩，但目前在铁路混凝土桥梁桥面防水领域依旧有着一定的应用。
氯化聚乙烯原料的性能决定了该材料很难达到《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》（科技基[2007]56号）的要求，提高其性能最有效的方法就是采用共混改性。
本文就几种典型改性剂共混改性氯化聚乙烯防水卷材进行了系统的研究。
1实验部分1.1
主要原料
改性剂1
（热塑性聚烯烃）、改性剂2（热塑性弹性体）、改性剂3（热塑性塑料）、氯化聚乙烯、填充材料、增塑剂、热稳定剂及抗氧剂等，均为市售工业品。
1.2
主要仪器设备
双螺杆挤出机：
SHJ-20（L/D为30/1），南京亚杰公司；电子拉力试验机：
CMT6203，深圳市新三思有限公司；邵氏硬度计：
SA-95，无锡市前洲测量仪器厂；压延复合机：
自制；电热鼓风干燥箱：
DL101-3A，天津市科学仪器厂。
1.3
性能测试标准
产品性能测试方法按GB12953—2003《氯化聚乙烯防水卷材》
进行。
产品性能指标参照执行铁道部《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》（科技基[2007]56号）。
1.4
制备工艺
将配方量的氯化聚乙烯等原料加入高速（热）混
料机中，高速搅拌升温至75～90℃，然后降温出料。
用双螺杆挤出机挤出，加热段温度为120～160℃，机头温度为150～170℃，挤出后冷却出片，背衬无纺布层时采用压延复合机。
2结果与讨论
2.1
氯化聚乙烯对卷材性能的影响
图1、图2是不同型号的氯化聚乙烯对卷材拉伸强度和断裂伸长率的影响。
从图1和图2可以看出，在不添加任何改性剂的情况下，来自不同产地的氯化聚乙烯原料（含氯量相近）对均质卷材的拉伸强度和
高强度氯化聚乙烯防水卷材
的制备及性能研究
张广彬1，许金魁2
（1.胜利油田大明新型建筑防水材料有限责任公司，山东东营257091；2.东营人民电台，山东东营257091）
摘要：
以氯化聚乙烯为主要原料研制出了高强度氯化聚乙烯防水卷材，讨论了氯化聚乙烯、增塑剂、填充材料及改性剂对卷材性能的影响。
关键词：
氯化聚乙烯；防水卷材；拉伸强度；断裂伸长率文章编号：
1007-497X（2010）-14-0010-04中图分类号：
TU57+
3；TU502+
.4
文献标识码：
A
Manufactureofhighstrengthchlorinatedpolyethylenemembraneanditsperformancestudy//ZhangGuangbin，XuJinkui
Abstract:
Highstrengthchlorinatedpolyethylenemembranewasmanufacturedwithchlorinatedpolyethyleneasmainrawmaterial.Thearticlehasadiscussiononeffectsofchlorinatedpolyethy－lene,plastifier,fillingmaterialsandmodifieronpropertiesofthemembrane.
Keywords:
chlorinatedpolyethylene;waterproofingmembrane;tensilestrength;elongationatbreak
材料研究
2010．14
断裂伸长率的影响非常大，其差异来源于以下几个方面：
一是生产氯化聚乙烯所用聚乙烯的品种差异，包括聚乙烯的分子量、分子量分布、结晶度、密度、颗粒形状、粒径大小等；二是氯化聚乙烯生产中氯化工艺及氯化程度造成的实际含氯量不同引起的性能差异；三是氯化聚乙烯生产中氯化条件不同引起的氯的分布状态及结晶性差异。
如图1、图2所示，“YX（36±1）”样的拉伸强度和断裂伸长率均最好，因为该生产商具有世界领先的生产技术和工艺设备，同时该产品是挤出专用型，具有低结晶度、硬度适中、机械性能好、
断裂伸长率高及柔软性好的特点，所以该型号的氯化聚乙烯为本研究范围内制备高强度氯化聚乙烯防水卷材的最佳主料。
2.2
增塑剂对卷材性能的影响
在配方体系中加入适量的增塑剂，可以促进氯化聚乙烯的塑化、
改善胶料的流动性。
酯类增塑剂是氯化聚乙烯最常用的增塑剂，它们的溶解度参数与氯化聚乙烯接近，相容性良好。
本研究选用一种性价比较好的酯类增塑剂进行了实验。
如图3和图4所示，均质卷材的拉伸强度随增塑剂添加量的增加而增加，当增塑剂添加量为15份时达到峰值，然后迅速下降；均
质卷材的断裂伸长率也随增塑剂添加量的增加而增加。
综合考虑，本研究范围内选用的酯类增塑剂用量以15份为宜。
2.3
填充材料对卷材性能的影响
在配方体系中加入适量的填充材料，不仅可以显
著降低成本，同时还可提高胶料的刚性、硬度及尺寸稳定性。
但是，
填充材料的细度、颗粒形状及种类等对挤出设备的磨损程度不同，对胶料性能的影响也不同。
综合考虑，决定选用2种填充材料复配使用，它们对氯化聚乙烯防水卷材性能的影响见图5和图6。
随着复配填充材料添加量的增加，均质卷材的拉伸强度和断裂伸长率均呈下降趋势。
原因是随着填充材料添加量的增加，共混物中的界面层增多，而界面层间的粘结力弱于共混物分子间的凝聚力，当受外界作用力时界面层自然就成为薄弱环节，因此拉伸强度和断裂伸长率均随填充材料添加量的增加而降低。
综合考虑，本研究范围内选用的复配填充材料的总用量在60份（20/40）左右为宜。
2.4
改性剂对卷材性能的影响
优选改性剂时遵循的首要原则是其与氯化聚乙烯的相容性要好，并兼顾共混胶料的力学性能。
最终
YX（35±1）HJ（35±1）YX（36±1）TR（35±1）
氯化聚乙烯型号
109876543
拉伸强度/MPa
图1氯化聚乙烯对拉伸强度的影响
图2氯化聚乙烯对断裂伸长率的影响
YX（35±1）HJ（35±1）YX（36±1）TR（35±1）
氯化聚乙烯型号
550500450400350300250
200断裂伸长率/%
图3增塑剂对拉伸强度的影响
5
101520
增塑剂添加量/质量份
12
11109876543
拉伸强度/MPa
图4增塑剂对断裂伸长率的影响
700650600550500450400350300250200
断裂伸长率/%
5
1015
20
增塑剂添加量/质量份
材料研究
中国建筑防水
2010．14
选用3种典型改性剂进行实验。
如图7和图8所示，随着3种改性剂添加量的增加，
均质卷材的拉伸强度和断裂伸长率均呈增大趋势。
当添加量大于20份时，改性剂1和改性剂3的改性效果相当，
并且明显优于改性剂2。
图9是改性剂对均质卷材硬度的影响，如图9所示，随着改性剂3添加量的增加，均质卷材的硬度呈显著增加趋势，而其他2种则呈先增后降趋势。
图10是改性剂对均质卷材低温弯折性的影响。
从图10可以看出，随着3种改性剂添加量的增加，均质卷材的低温弯折性呈增加趋势。
改性剂2是多嵌段的热塑性弹性体，其主链含有不饱和双键，耐老化性相对较差。
改性剂3为热塑性塑料，分子结构呈线形，分子链易发生热降解而断裂，但其结晶度较高，因此添加量大时能明显提高均质卷材的硬度。
改性剂1是原位聚合的热塑性聚烯烃，分子结构中没有不饱和双键，具有优良的耐老化性能；分子量分布窄，具有较好的流动性和分散效果；分子结构中侧辛基长于侧乙基，可形成联结点，减少“银纹”受力发展成裂纹的机会，因此达到一定添加量后，能明显提高均质卷材的拉伸强度和低温弯折性，同时这些联结点形成的网络状结构可发生较大的形变，表现为均质卷材的断裂伸
长率明显增大和硬度变化不明显。
所以综合考虑，本研究范围内改性剂1为最佳改性剂，且添加量在30份以上为宜。
2.5
无纺布对卷材性能的影响
为保证复合卷材与水泥胶粘剂和水泥混凝土的
-15-20-25-30-35-40-45
低温弯折性/℃
改性剂添加量/质量份0
10
20
30
40
改性剂1
改性剂2改性剂3
图10改性剂对低温弯折性的影响
图7改性剂对拉伸强度的影响
10
20
30
40
改性剂添加量/质量份
131********6543
拉伸强度/MPa
改性剂1改性剂2改性剂3
图8改性剂对断裂伸长率的影响
10203040
改性剂添加量/质量份
800700600500400300200
断裂伸长率/%
改性剂1改性剂2改性剂3
图9改性剂对硬度的影响
10203040
改性剂添加量/质量份
10090807060504030
硬度（邵A）
改性剂1
改性剂2改性剂3
材料研究
2010．14
粘结效果，应选用表面粗糙度大且均匀的无纺布为背衬层，最终选用3种典型的短纤针刺无纺布（100g/m2
）进行复合实验。
表1是所选无纺布的性能比较，从表1可知，复合短纤涤纶针刺无纺布为最佳选择。
该无纺布是以涤纶短纤为主料并复合有其他纤维，继承了涤纶和复合纤维的优点，使其更容易与“芯层”复合并弱化“边缘效应”，从而表现出与卷材的热熔复合效果好、
对卷材断裂延伸率的影响程度小、复合卷材的尺寸稳定性好及价格适中等优点。
3高强度氯化聚乙烯防水卷材的性能
结合上述分析，采用正交方法优选了配方，以
100g/m2的复合短纤涤纶针刺无纺布为背衬材料，制备了双面背衬无纺布的高强度氯化聚乙烯防水卷材，其性能见表2。
经改性剂1改性后的高强度氯化聚乙烯防水卷材硬度适中，明显呈现橡胶特性；通过添加色料该卷材可制成各种颜色；另外，该卷材的边角余料可再生循环利用。
表2数据充分说明采用改性剂1共混改性可以制备出综合性能优异的挤出型高强度氯化聚乙烯防水卷材。
4结论
1）氯化聚乙烯对高强度氯化聚乙烯防水卷材性能的影响很大，采用挤出法生产时宜选用低结晶度、硬度适中、机械性能好、柔软性好的挤出专用氯化聚乙烯为基料。
2）生产高强度氯化聚乙烯防水卷材宜选用酯类
增塑剂，但酯类增塑剂对高强度氯化聚乙烯防水卷材性能的影响很大，本研究范围内其添加量应控制在15份左右。
3）综合考虑成本和对挤出设备的磨损情况，生产高强度氯化聚乙烯防水卷材宜选用复配填充材料，本研究范围内其添加量应控制在60份
（20/40）左右。
4）改性剂对高强度氯化聚乙烯防水卷材性能的影响非常显著，宜选用热塑性聚烯烃类改性剂，本研究范围内其添加量应在30份以上为宜。
5）不同种类无纺布与高强度氯化聚乙烯防水卷材的复合效果存在较大差异，宜选用复合短纤涤纶针刺无纺布。
—————————————收稿日期：
2010-05-05
作者简介：
张广彬，男，山东东营人，高级工程师，本刊签约作者，建材行业职业技能鉴定考评员，从事防水材料技术开发与管理工作。
联系地址：
257091东营市黄河路与东七路交汇处大明工业园胜利油田大明新型建筑防水有限责任公司，联系电话：
0546-7769023。
表1几种典型短纤针刺无纺布的性能比较
项目涤纶短纤针刺无纺布
丙纶短纤针刺
无纺布
复合短纤涤纶针刺无纺布
与卷材的热熔复合效果
一般优异良好对卷材断裂延伸率的影响程度影响非常大
基本无影响基本无影响水泥胶粘剂和混凝土粘结效果良好良好优异复合卷材的尺寸稳定性优异一般优异材料价格
较低
较高
适中
表2高强度氯化聚乙烯防水卷材的物理性能
项目
指标要求典型值拉伸强度/（N/cm）≥160180断裂伸长率/%
≥350630不透水性（0.3MPa，2h）不透水不透水热处理尺寸变化率/%纵向≤2.50.7横向
≤1.50.5低温弯折性（-35℃,1h）无裂纹无裂纹抗穿孔性
不渗水不渗水剪切状态下的粘合性/（N/mm）
≥3.0或卷材破坏
10加热老化处理
拉力变化率/%±20-10断裂伸长率变化率/%±20-13低温弯折性-25℃无裂纹
-25℃无裂纹
耐化学腐蚀
拉力变化率/%
±205断裂伸长率变化率/%±20-12低温弯折性
-25℃无裂纹
-25℃无裂纹
保护层混凝土与卷材粘结强度/MPa
≥0.5
1.1
材料研究
中国建筑防水
2010．14
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