聚乙烯双抗料是以聚乙烯为主要材料,添加抗静电剂和阻燃剂等组分通过共混改性制备而成的、具有抗静电和阻燃功能的聚乙烯改性材料。采用聚乙烯双抗料制备的~具有阻燃和抗静电功能的排水.喷浆~正压通风-负压通风-瓦斯抽放等管道通称双抗料管。与金属管道相比,聚乙烯双抗管具有质量轻寿命长~施工方便~耐蚀~不易结垢.管壁粗糙度低.流体阻力小.连接性能好.强度大.耐冲击、机械性能优异等优点,在采煤和采矿领域获得广泛应用。

      关于聚乙烯双抗料的配方研究报道较多巨,,主要开展炭黑阻燃剂和加工助剂等方面的研究,而工艺研究报道很少 ,阿托公司在聚乙烯双抗料的开发过程中发现采用不同双螺杆挤出机制备的双抗料抗静电性能波动很大,多次调整配方效果不佳。通过分析配方体系发现:双抗料中的聚乙烯流动性能差﹑熔体强度高,添加导电炭黑后熔体黏度进一步提高;如果剪切力很大,容易破坏导电炭黑的结构,从而导致抗静电性能不稳定。因此,双抗料的生产工艺需要深入和系统研究。

以下是研究生产工艺对聚乙烯双抗母料的生产效率.：抗静电-阻燃及力学性能的影响;探索影响抗静电性能的主要工艺因素,筛选双抗料最佳生产工艺,为工业化规模生产提供指导。

1实验

1.1原材料

聚乙烯-DPE1D 4801DX,独山子石化,导电炭黑卡博特公司>,阻燃剂和加工助剂等均为市售产品,改性剂自制。

1.2主要设备及仪器

双螺杆挤出机中4D,LD=4D,南京橡塑公司;

实验密炼机a ,青岛一鸣橡胶机械有限公司;

生产密炼机8a,昆山科信公司﹔

单螺杆挤出机3o,LD=5,昆山科信公司;

热压成型机H12广州橡塑机械厂;

 冲片机aP5型上海化工机械四厂;

万能试验机 CMT4ok01 2ON）深圳三思公司﹔

表面电阻仪S-a德国斯莱德公司。1.3试样制备

双抗母料。具体工艺条件:6>双螺杆挤出机温度19℃,转速4orm;白>密炼机温度19D ℃。

密炼时间Omo;s单螺杆挤出机温度18℃,转速cormho

样料在o ℃下烘干2h.然后热压成2Dmm×Dmm×2mm厚的样片﹐用裁刀裁取-拉伸和阻燃样条。

1.4性能测试

拉伸强度、屈服强度和断裂伸长率按GBTO12.22s标准测试。

抗静电.阻燃性按MT.1-2T5进行测试。

结果与讨论

双抗母料生产工艺的研究

双抗母料可采用密炼机或双螺杆挤出机进行生产。工艺设计如下∶

工艺1

密炼机混炼一冷却→破碎 →双螺杆分散造粒    

工艺2

密炼机混炼   锥双喂料> 单螺杆造粒

工艺3

主喂料﹑双螺杆分散  →造粒

工艺4

单侧喂料.双螺杆分散 →造粒

 双抗母料配方﹐如表1所示。

将质量分数分别为40%的双抗母料~48%的HDFE~0%的阻燃剂和2%的助剂进行混合;采用双螺杆挤出机制备双抗料,并测试其表面电阻。母料的生产工艺过程评价与双抗料的表面电阻测试结果,如表2所示。

从表2可知密炼工艺在下料和生产控制方面具有优势,缺点是炭黑飘扬,环境污染大。工艺1制备的材料表面电阻高,抗静电效果不佳。原因在于双螺杆挤出机的剪切力太大,可能破坏了导电炭黑结构,说明剪切力对抗静电效果影响较大。工艺3下料比较困难。原因是导电炭黑堆积密度小,生产过程中容易架桥。工艺4基本可以下料,但拉条切粒不顺畅,如果改用热切方式,切粒问题可以改善。工艺2生产控制和抗静电效果最佳。因此,将工艺2和工艺4列为可选工艺。

在小试成功的基础上,对上述两种工艺进行中试试验:工艺2采用密炼机中试,每机投料8Okg

生产过程顺畅,粒子外观良好,完全可行;江艺4中试生产mo后下料困难,生产过程不顺畅。总体而言,工艺2相对最好。原因在于母料配方的炭黑含量较高,采用双螺杆挤出机生产时炭黑容易架桥影响下料。因此,采用密炼机混炼~单螺杆挤出造粒的工艺最佳。

2.2双抗料生产工艺的研究

双抗料的生产工艺设计如下两种:〉直接法。表3为直接法的工艺配方。将所有组分加入双螺杆挤出机中熔融~混炼和造粒,一步制得双抗料。Q>母料法。表4为母料法的工艺配方。首先采用工艺2制备双抗母料,然后按表4配方进行配料,并采用双螺杆挤出机制备双抗料。直接法利母料法生产的双抗料性能测试结果,如表5所示。

从表5可知:采用直接法制备的双抗料表面电阻低于母料法的。原因在于母料法生产时炭黑分

散两次,而直接法只分散一次,导电炭黑的结构破坏较小,故抗静电效果较好。这再次说明剪切力是影响抗静电效果的主要因素。要获得较佳的抗静电效果,混炼设备的剪切力不宜太大。

然而,直接法工艺制备的双抗料的拉伸强度和断裂伸长率太低,不符合MT 53~MT113 等标准的要求。原因是配方中粉体含量太高,两种粉体密度差异大,下料不稳定和炭黑分散不佳所致。

母料法工艺制备的双抗料表面电阻虽略高于直接法的,但远远小于1,力学性能远远优于直接法的,所有性能全部满足MT5B~MT113的要求。先后开展3次试验,抗静电效果和阻燃性能重现性良好,力学性能稳定。这说明采用密炼机制备双抗母料时炭黑的分散和分布较好,结构破坏较小,即使在双螺杆挤出机再次分散后仍能保持较稳定的结构,故抗静电性能稳定,综合性能优良。

综上所述,采用母料法是生产聚乙烯双抗料的最佳工艺。

结论

>双抗母料中炭黑含量高,双螺杆挤出工艺难度大。采用密炼机混炼-单螺杆挤出造粒工艺最佳。

>采用密炼机混炼﹑单螺杆挤出造粒制备双抗母料,然后将母料与其它组分采用双螺杆挤出工艺制备双抗料的母料法工艺最佳。

>剪切力是影响双抗料抗静电性能的关键因素。要获得较佳的抗静电效果,剪切力不宜太大。

4>既要保持导电炭黑的结构稳定又要保证其良好的分布分散,才能制备综合性能优良的双抗料。