阻燃抗靜電聚乙烯塑料的研究

中國(guó)注塑網(wǎng)

塑料工業(yè)阻燃抗靜電聚乙烯塑料的研究劉罡12（1煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院，重慶40003 72重慶科聚孚工程塑料有限責(zé)任公司，重慶401332）獲得了完全滿足煤礦井下用瓦斯抽放管要求的阻燃抗靜電HE塑料?？疾炝松鲜鎏砑游锛捌涮砑恿繉?duì)聚乙烯阻燃、抗靜電和機(jī)械性能的影響。結(jié)果表明，HE的阻燃抗靜電性受分散體系、阻燃劑、抗靜電劑等助劑的添加量及配比影響，納米碳酸鈣的加入對(duì)HE的導(dǎo)電性能有改善，對(duì)阻燃性能無明顯影響；十溴與氧化銻的質(zhì)量比以4/1為好，炭黑及EVA的加入提高了HE塑料的阻燃性；添加納米碳酸鈣在保持良好的沖擊韌性的同時(shí)，能明顯提高體系的拉伸強(qiáng)度，并且對(duì)抗靜電性能有促進(jìn)作用。　　聚乙烯（FE）具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐穿刺性和沖擊性能，特別是耐低溫性能好，脆化溫度一般可達(dá)一50°C以下。HE的加工性能很好，加工溫度范圍寬。但HE塑料也有拉伸強(qiáng)度較低、抗蠕變性不好、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性不好、耐熱性不高及易燃等缺點(diǎn)，故將FE塑料應(yīng)用于礦井時(shí)，尚需對(duì)其進(jìn)行必要的改性處理，使其在保持優(yōu)良物理機(jī)械性能的同時(shí)，還應(yīng)具有阻燃和抗靜電性能。聚乙烯塑料氧指數(shù)只有17左右，表明聚乙烯極易燃燒111.要獲得符合要求的阻燃塑料，就需要對(duì)塑料進(jìn)行阻燃改性處理。塑料的阻燃改性一般有向塑料中添加阻燃劑、向塑料中共混入具有高阻燃性的樹脂以及在塑料制品表面層化阻燃材料等幾種方法1.另一方面，為了改進(jìn)塑料的抗靜電性，通常采用添加抗靜電劑的辦法即可達(dá)到要求，但若要賦予其導(dǎo)電性，則需要加入炭黑類材料或金屬類材料等導(dǎo)電物質(zhì)。本研究采用抗靜電劑與炭黑共同添加的方法來改進(jìn)HE的抗靜電性，同時(shí)添加阻燃劑來改進(jìn)其阻燃性能。　　1，從中可以看到，炭黑質(zhì)量氧化銻及納米碳酸鈣填料，經(jīng)測(cè)試BE復(fù)合物的絕緣PE對(duì)脂：P5000SPE1A北京燕山石化公司產(chǎn)品；EVA樹脂：法國(guó)阿托菲納公司；三元乙丙膠：美國(guó)杜邦公司；接枝聚乙烯：自制；十溴聯(lián)苯醚（102E）：美國(guó)大湖公司；氧化銻：湖南華昌銻業(yè)公司；導(dǎo)電炭黑：四川自貢炭黑研究所；抗靜電劑：瑞士汽巴公司；聚乙烯蠟：成都祥和專用蠟廠；抗氧劑：瑞士汽巴公司；偶聯(lián)劑：南京曙光化工廠；納米碳酸鈣：成都都江堰鈣品公司?！　?.2儀器與設(shè)備高速混合機(jī)：HR-200型，張家港億利機(jī)械有限公司；雙螺桿擠出機(jī)：TE65型，江蘇科亞化工裝備有限公司；注塑機(jī)：SZ90型，廣東東華機(jī)械有限公司；熔體流動(dòng)速率儀：PXRZ4C型，吉林大學(xué)科教儀器廠；電子拉力試驗(yàn)機(jī)：X1D20型，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)：XU-5.5型，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；熱變形、維卡軟化點(diǎn)溫度測(cè)定儀：XW-300型，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；表面絕緣電阻儀：ZC46型，上海第六電表廠；酒精噴燈試驗(yàn)裝置：按標(biāo)準(zhǔn)自制?！　?.3制備首先偶聯(lián)活化處理填料，將高速混合機(jī)加熱至100~120°C，將偶聯(lián)劑及聚乙烯蠟與導(dǎo)電炭黑、阻燃劑、納米碳酸鈣等加入混合機(jī)中高速攪拌15 ~20mi出料冷卻之后將其密封包裝，以免吸濕。然后將聚乙烯樹脂、EVA三元乙丙膠、接枝聚乙烯等先投入混合機(jī)中，再緩慢加入抗靜電劑，最后將填料及抗氧劑等加入混合機(jī)中混勻后出料?；旌虾煤蟮奈锪蠎?yīng)立即使用，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到改性聚乙烯粒料。粒料烘干后經(jīng)注塑機(jī)成型為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條?！　?性能測(cè)試伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率按GB/T1040i2006測(cè)試；彎曲強(qiáng)度按GB/T9341― 2000測(cè)試；懸臂梁沖擊強(qiáng)度按CB/T1843-1996測(cè)試；維卡軟化溫度按〔B/T 1634―2004測(cè)試；燃燒性能及抗靜電性能按MT13-1995測(cè)試?！　?結(jié)果與討論1炭黑對(duì)PE絕緣電阻的影響在以PE為主體、添加一定的分散助劑的基本材料配方中，變換炭黑的添加量，選擇其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%、5%、7%、9%、11%、13%15%、20%以期找到達(dá)到要求的抗靜電性能時(shí)最適宜的炭黑添加分?jǐn)?shù)在11%時(shí)，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，材料的表面電阻（R）產(chǎn)生“階躍”現(xiàn)象，表明在此時(shí)復(fù)合材料內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，塑料的表面電阻急劇下降（體積電阻也如此）摻入PE中的炭黑在11%時(shí)達(dá)到臨界點(diǎn)，P聚合物發(fā)生了以克服粒子間的排斥作用而使它們相互連接起來，從而形成網(wǎng)鏈，為載流子的傳遞提供了通道。隨著炭黑含量的繼續(xù)增加，材料的絕緣電阻雖然繼續(xù)下降，但已趨于平緩?！　?.2分散體系對(duì)PE絕緣電阻的影響由于導(dǎo)電炭黑的高結(jié)構(gòu)性，當(dāng)它添加入聚合物中時(shí)，炭黑粒子間極易團(tuán)聚，很難分散開來，從而影響聚合物基體中導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成。因而如何將炭黑均勻分散于PE塑料中，這將直接影響PE塑料的絕緣電阻。本文先將炭黑用偶聯(lián)劑和聚乙烯蠟活化處理，與PE共混時(shí)再加入一定比例的EVA作為分散劑，得到如的結(jié)果。從中可以看出，曲線中絕緣電阻出現(xiàn)“階躍”的拐點(diǎn)提前至炭黑含量在9%左右。這說明EVA的加入促進(jìn)了導(dǎo)電炭黑的分散，在炭黑含量更少的情況下，獲得了預(yù)期的導(dǎo)電效果?！　?.3阻燃劑及碳酸鈣等無機(jī)填料對(duì)PE絕緣電阻的電阻，得到如的結(jié)果。從中看到，絕緣電阻的“階躍”點(diǎn)提前至炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%左右。這可能是由于其他無機(jī)物的加入在聚合物中起到了摻雜的效果，使FE的絕緣電阻有所降低。或者是粉狀無機(jī)物使炭黑在PE中得到了更好的分散?！　∷芰瞎I(yè)2.4阻燃劑用量對(duì)FE燃燒性能的影響對(duì)于聚乙烯的阻燃一般采用鹵素阻燃劑與氧化銻并用的方法。本研究采用十溴聯(lián)苯醚與三氧化二銻并用的方法，并對(duì)配用的比例進(jìn)行了。這有兩方面的原因：一是因?yàn)镋VA在燃燒時(shí)比PE更易形成炭層，從而可阻止可燃性氣體逸入火焰區(qū)，并保護(hù)下層材料免遭破壞；二是因?yàn)镋VA促進(jìn)了阻燃劑等無機(jī)物在PE中的分散，使阻燃劑在PE中得到均勻分布，從而其阻燃性能更加均勻穩(wěn)定。　　表3EVA對(duì)PE沮燃性能的影響燃燒性能未加EVA有焰燃燒時(shí)間/s（6條試樣之和）無焰燃燒時(shí)間/s（6條試樣之和）2.7三元乙丙膠及納米碳酸鈣對(duì)抗靜電阻燃PE塑料性能的影響如上所述，PE中要獲得要求的抗靜電及阻燃性能需加入較多的阻燃劑及導(dǎo)電炭黑等，這些添加物的加入大大影響了PE塑料的機(jī)械性能，特別是大量炭黑的加入，更是大大降低了PE塑料的沖擊強(qiáng)度及拉斷伸長(zhǎng)率等。試驗(yàn)結(jié)果見表4為了在獲得抗靜電及阻燃性能的同時(shí)能使PE塑料保持較好的物理機(jī)械性能，就需要對(duì)料進(jìn)行柳。本研究選擇三元乙丙膠作為FE的增韌劑。雖然三元乙丙膠與PE的相容性較好，但其大分子呈現(xiàn)的極性還是有較大差異，這就導(dǎo)致在二者共混時(shí)其界面仍然有一定的不相容性。為了進(jìn)一步改善共混體系的相容性，向體系中添加了作為相容劑的馬來酸酐接枝PE為了提高體系的拉伸強(qiáng)度，在體系中加入了一定量的納米碳酸鈣?！　〖{米碳酸鈣加入共混體系后，在拉伸強(qiáng)度得到提高的同時(shí)，其伸長(zhǎng)率及沖擊強(qiáng)度也得到良好的保持?！　”?納米碳酸鈣對(duì)阻燃抗靜電PE塑料性能的影響項(xiàng)目阻燃抗靜電PE阻燃抗靜電PV三元乙丙膠阻燃抗靜電PE/三元乙丙膠/納米碳酸鈣拉伸強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度表面電阻W有焰燃燒時(shí)間/s（6條試樣之和）無焰燃燒時(shí)間/s（6條試樣之和）從表4中可以看出，三元乙丙膠的加入對(duì)PE塑料的阻燃性能及抗靜電性能幾乎沒有影響。納米碳酸鈣的加入對(duì)阻燃性能的影響較小，而對(duì)抗靜電性能有明顯影響，這在前面已經(jīng)述及?！　?結(jié)論通過采用共混改性的方式、經(jīng)雙螺桿擠出造粒的方法，獲得了阻燃抗靜電PE塑料，其拉伸強(qiáng)度為13.8MPa伸長(zhǎng)率為360%、懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度為34k/ni、表面電阻為7.8X14a有焰燃燒時(shí)間6條試樣之和為3S無焰燃燒時(shí)間6條試樣之和0S該材料完全滿足煤礦井下用塑料瓦斯抽放管的要求，且該材料也可用于礦井下用其它塑料制品。　　PE的導(dǎo)電性直接受炭黑在FE中的添加量的影響，但存在“階躍”現(xiàn)象。良好的分散體系、阻燃劑及納米碳酸鈣的加入對(duì)PE的導(dǎo)電性能有所改善。　　FE的阻燃性能通過添加復(fù)配阻燃劑獲得，十溴與氧化銻的質(zhì)量比以4/1為好，炭黑及EVA的加入提高了PE塑料的阻燃性?！　∫越又E作為相容劑，三元乙丙膠對(duì)阻燃抗靜電PE塑料具有顯著的增韌作用，同時(shí)發(fā)現(xiàn)三元乙丙膠對(duì)體系的阻燃抗靜電性能無明顯影響。　　添加納米碳酸鈣在保持良好的沖擊韌性的同時(shí)，能明顯提高體系的拉伸強(qiáng)度，并且納米碳酸鈣對(duì)抗靜電性能有促進(jìn)作用，而對(duì)阻燃性能無明顯影響。