热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材专用料的研制

中国科技核心期刊新整建跪村科.NB热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材专用料的研制刘国刚，田凤兰,刘振华,李建军,刘志维，(北京东方雨虹防水技术股份有限公司,北京101309)摘要;以聚合型TPO树脂为基础原料,通过添加阻燃剂、光屏蔽剂、润滑剂和其它助剂等制备TPO防水卷材专用料。结果表明，当TPO树脂总用量为70%时,改性料的性能和经济成本达到较好的平衡。通过改交配方中TPO -ATPO-B添加比例,进一步调节产品的加工性能、力学性能和焊接施工性能。测试结果表明,TP0-B的加入可提高改性料的加工性能、片材的韧性和焊接性能，但强度会随其用量的增加而降低，当其用量过高时，焊接过程中容易出现变形和出油现象。TPO树脂中TPO-B用量控制在20%-30%时,产品具有最佳综合性能。对于北方寒冷地区推荐选用TPO-B用量为30%的柔软配方，对于南方高温地区推荐选用TPO-B .用量为20%的高强度配方。关键词:热塑性聚烯烃:防水卷材;熔体流动速率;接缝剥离强度中图分类号:TUS73文献标识码:A文章编号: 1001 -702X (2014) 12- 056 -04Study on TPO compound for thermoplastic polyolefin waterproofing sheetsLIU Guogang, TIAN Fenglan, LIU thenhua, LI Jianjun, LIU Zhiwvei(Bejing Oriental Yuhong Waterprof Technology Co. Ld., Beijing 101309, China)Abstract: Speial compound for thermoplasic plyolefin walepofing sheets were pepared with Reactor TPO resin,flame re-tardant, light shielding agent, lubricant and other agents. The results showed that,when the amount of TPO resin was at 70%，thecompound created a balance between properties and co8t. So we maintained the amount of TPO resin tally at 70% in the for-mula,and adjust the ratio of TPO-B to improve the poessing performance, mechanical properties and welding ability of the com-)ound.he results showed that, the processing performance, toughness and welding ability of the sheets were improved with the in-creasing amount of TPO-B,but the strength was decreased and the sheets were prone to deformation during the welding. Whenthe TPO-B added in a proportion of 20% to 30% ,the products showed excellent comprehensive performance. We recommendedthe sofen prducts with TP0-B al the ratio of 30% in norhem China, while in southem China,TPO-B at 20% with high-strength was the best choice.Key words: hemoplatie ployolefi: wtepofing set; melt flow rate; seam peling strengh ;TPO防水卷材具有EPDM防水卷材优异的耐老化性能TPO防水卷材体系可提供30年以上的质量保障2,随着国家和PVC防水卷材的可焊接性,不含增塑剂,产品节能环保、易标准GB 27789- -2011 <热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材》的实于回收，已成为防水市场增长最快的高分子类防水卷材,被认施,P0防水卷材将成为屋面防水卷材的发展趋势。为是“新- -代”单层防水卷材。产品广泛应用于大跨度厂房、选用荷兰Basell公司的2种不同熔体流动速率(MFR)的商业设施和公共建筑等领域屋面系统新建和维修防水工程。Catalloy工艺反应型(又称“聚合型"TPO树脂(TPO~A和TPO-在ASTM D6878热塑性聚烯烃基卷材产品的标准规格》中，B)为基料,辅以多种填料和助剂,在保持TPO树脂总量不变的前提下,通过改变配方体系中TP0-A/TPO-B的比例,研究收稿日期: 2014 -09-03TPO-B树脂用量对于配方体系的MFR、力学性能和焊接施工作者简介:刘国刚,男, 1984年生,山东聊城人,硕士,从事高分子防性能的影响规律中国煤化工勿理力学性能和水卷材的研究和应用。地址:北京市顺义区顺平路沙岭段甲2号,E-焊接施工性能的:MHCNMHG .mail: liuguoganghao@163.com.●56●新型建筑材料2014.12.刘国刚,等:热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材专用料的研制普通聚丙烯与橡胶的共混物，橡胶相均匀地分散在连续的PP1实验相中,可为材料提供优异的力学性能、低温性能，良好的耐候1.1 原料与助剂性能和焊接施工性能"。TPO-A、TP0-B,荷兰利安德巴塞尔工业集团;氢氧化镁，2.1改性料配方 中TPO树脂用量的研究美国雅宝公司;钛白粉，美国杜邦公司;润滑剂,市售;抗氧剂实验中选用Basell公司的全聚合TPO树脂为基料,综合1010、光稳定剂,德国巴斯夫股份公司。考虑TPO防水卷材力学强度、阻燃效果、耐候性能、加工性能1.2 设备与仪器和焊接施工等性能。在配方体系中分别引入阻燃填料、光屏蔽HT- -25双螺杆挤出机,三辊压光机,中160x300,南京橡塑剂、润滑剂、加工热稳定剂和光稳定剂等助剂。设计专用料的机械厂有限公司;VARIMAT V2热风自动焊接机，瑞士配方见表 1.LEISTER莱丹公司;XNR- 400D熔体流动速率仪,承德市金建表1均质型TPO专用料的实验配方质量份检测仪器有限公司;CMT6104微机控制电子万能试验机,美配方编号ABCDEF特斯工业系统(中国)有限公司。1.3 实验流程氢氧化镁采用双螺杆挤出机完成物料的熔融、混炼、排气,并经过钛白粉板材挤出模头挤出，最后经三辊压光制备出无胎均质型的润滑剂TPO片材样品。抗氧剂1010工艺流程如下:原料- +配料、混合→双螺杆挤出机-→挤光稳定剂0.5.5).5).5 0.5 0.5出一三辊压光-牵引冷却。表1配方测试结果表明,当填料用量≤10%时(对应的配加工温度分别为170、210.220、230.230c,模口温度为方 A和配方B),产品具有优异的柔软度和很高的断裂伸长230 C,转速为200 r/min.率,但是该系列配方的成本较高,而且耐燃烧性能很差。当填1.4性能测试 .料用量≥40%时(对应配方E和配方F),加工过程中易出现熔体流动速率(MFR)按照CB/T 3682- 2000<热塑性塑粉料架桥, 导致下料不稳定，电流和熔体压力波动大,易出现料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率)，在230 C,2.16电流过载等现象。 填料含量过高,容易团聚结块,分散效果不kg条件下进行测试;拉伸性能按照GB/T 328.9- 2007《建筑佳, 界面粘接状况下降,出现粘接缺陷,材料受拉伸时微裂纹防水卷材试验方法第9部分:高分子防水卷材拉伸性能方和塑性变形太大，几乎成为宏观开裂，导致拉伸强度急剧降法B进行测试,采用符合CBT 528- -2009 《硫化橡胶或热塑低, 焊接剥离性能较差,剥离过程中易出现脆性断裂。性橡胶拉伸应力应变性能的测定》的哑铃型I型试件,拉伸因此,当填料含量较高，单独选用TPO-A树脂时,由于其速度(250+50) m/min;直角撕裂性能按照GB/T529- -2008 熔融指数较小, 对填料的塑化和包覆效果很差,导致制品表面<硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》进行测试，采用无缺陷较多。 为此,在综合产品性能和经济成本的基础上,我们割口直角撕裂方法，拉伸速度(250+50) mn/min;接缝剥离强最终选用了D配方[m(树脂):m (填料)=70:30]作为研究基础，度按照GB/T 328.21- 2007健筑防水卷材试验方法 第21部分并对 其进行加工和焊接施工性能改进的研究。高分子防水卷材接缝剥离性能>)进行测试，拉伸速度(100+10)2.2改性料配方 中TPO- B树脂用量的研究mm/min.针对Basell公司的TPO树脂，为改善产品的加工和焊接施工性能，我们优选出2种适用于生产防水卷材的牌号,其2结果与讨论中,TPO-A为低熔融指数牌号, TPO-B为高熔融指数牌号,二TPO树脂-般是由合成橡胶和聚烯烃2种组分构成的弹者物理化学性能相近,使用中进行复配使用，以使产品具有优性材料,目前主要由EPDM和PP组成。生产方法-般分为2异的加工性能及应用性能。种, -种是共混复合型(Compounded TP0),另-种是反应型根据表1中配方D,我们将树脂用量固定为70质量份(Reactor TPO) ,其中共混复合型又包括机械掺混法和动态硫(试验中通过改变TP0-A/TP0-B质量比)，填料和各种添加化法2种路线”。助剂为30质量中国煤化工Baell公司采用Catalloy工艺合成的TPO树脂，不同于MYHCNMH GNEW BUILDING MATERIALS●57●.刘国刚，等:热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材专用料的研制表2 TPO 改性料的实验配方质量份麦3 TPO树脂中TP0-B用量对片材力学性能的影响配方编号'2° 35*3TPO-A0060拉伸强度14.3TPO-B0) 50MPa纵向18.9 18.2 17.6 16.4 14.5 13.氢氧化镁断裂伸长率横向683 720 745 768788812钛白粉1%纵向482.524.593632667740润滑剂81.1 75.4 66.抗氧剂1010).5.5 0.5撕裂强度/(N/mm)纵向103.4 98.294.5 90.178.1 71.3光稳定剂0.52.2.1 改性料配方中TPO-B树脂用量对体系MFR片材后期的抗风揭性能。这主要是因为TPO-B树脂分子质量的影响较小,其加入后使得配方体系的强度降低，韧性增大。其中3'通过对Basell公司TP0-A和TP0- B原料对应的性能指和4*配方体系的综合力学性能较优,产品既具有较好拉伸强标分析,同时考虑设备加工特性和片材成型工艺,设计改性料度和撕裂强度， 同时保持较高的断裂伸长率,因此,TPO-B的的MFR目标值为1.0~1.5 g/10 min,而对获得的改性料测试其最佳用量为20%-30%。MFR值见图1.2.2.3树脂层配方中TPO树脂用量对片材焊接性能3.0对于TPO防水卷材来说，易于焊接和焊接强度的可靠性2.5是产品最为重要的性能指标9。实验中采用自动热风焊机,在2.0500 C.2.5 m/min和90%风量的条件下,对片材进行焊接性能每1.5的考察,测试结果见图2。120309.5 tTPO树脂中TP0-B的含量%图1 TPO 树脂中TPO -B用量对产品MFR的影响8.58.0由图1可以得出;MFR随着TPO-B的用量增加而变大。7.5当TP0-B用量为0时,配方体系的MFR值为0.65 g10 min,当TP0-B用量增至50%时, MFR值增大为2.70 g/10 min.这10 50TPO树脂中TPO B的含量/%是因为TPO-B树脂的分子质量较小,MFR相对较大,其加入后使得配方体系的流动性改善，加工过程中电流和熔体压力图2 TPO 树脂中TP0-B用量对产品接缝剥离强度的影响显著降低，加工性、流动性变好。当TPO-A用量在70%-80%,从图2可以看出，防水卷材的最大接缝剥离强度随对应TPO-B用量在30%- 20%时,改性料的MFR值为1.147 TPO-B 树脂用量增加,出现先增大后降低的现象。这是因为g/10 min,与设定值1.10 g/10 min最为接近。TPO-B树脂的MFR值较大,对应的热变形温度较低,有利于2.2.2改性料配方中 TPO-B树脂用量对片材力学低温焊接。当TP0-B用量小时,由于配方体系的MFR值较性能的影响小,不利于低温焊接,易出现虚焊和跳焊的现象,焊接时应适力学性能是保障材料正常使用最为基本的性能，在相同当提高焊接温度或者降低焊接的速度;当TP0-B用量过多时，条件下对各个配方的样品进行力学性能测试，结果见表3.配方体系的MFR值较大,热变形温度变低，焊接过程中易出从表3可以得出,随着TPO-B用量增大,产品横/纵向的现出油和变形，同样由于片材强度降低导致剥离强度降低，影拉伸和撕裂强度均呈现降低的趋势,但其断裂伸长率增大。1"响最终防水效果和工程美观。 3" 和4"配方体系焊接适应性配方的纵向拉伸强度达到18.9 MPa,远高于12 MPa的指标强,可适应较宽的焊接温度和速度,接缝剥离强度大,为推荐要求,但其纵向断裂伸长率仅为482%,不能满足500%要求;配方。对于北方“中国煤化工对柔软的4配6'配方断裂伸长较高,其横向断裂伸长率达到812%,纵向断方,而对于南方:3*配方,从而保CNMH G裂伸长率也达到740%，但其对应拉伸和撕裂强度较低,影响证防水系统更好的爬⊥双木利明小仕肥。●58●新型建筑材料2014.12刘国刚，等:热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材专用料的研制按照GB27789- 2011 对片材进行115 C、28 d的热老化(4)TPO-B的引入可降低焊接施工温度和提高焊接速度，性能测试，结果表明,6个配方体系的拉伸强度保持率均在扩大焊接窗口,但是当TPO-B用量过大时,焊接过程中容易95%左右,而断裂伸长率保持率也均在90%以上,显示出改性出现出油和片材变形的现象,而且剥离强度降低。对于北方寒料较好的耐老化性能。冷地区,推荐选用TPO-B用量为30%的柔软配方,对于南方高温地区，推荐选用TP0树脂中TPO-B用量为20%的高强3结语度配方。(1)与PVC防水卷材相比,TPO防水卷材不存在增塑剂的表面迁移，具有较宽的温度适应性,热风焊接时不产生有害参考文献:气体,安全环保;与三元乙丙橡胶防水卷材相比,TP0防水卷[] 沈春林国内外建筑防水材料现状和我国发展规划及建议川,新材可采用热风焊接，安装快速方便,防水效果可靠。型建筑材料, 2003(4):36 40.(2)选用Basell聚合型TP0树脂生产的改性片材具有优[2]杨胜.TPO 防水卷材原料及其配方的研究([].中国建筑防水，2010异的力学性能、高低温性能及良好耐候性能和焊接施工性能。(z1):67-72.而选用低MFR值的TPO-A与高MFR值的TP0-B复配使[3] 杨敏,张桂林新型防水材料 TPO的研究进展[.橡胶资源利用，用,可有效改善改性料的加工性能、产品的柔韧性、断裂延伸2006(2):12-14.性及焊接施工性能。[4]周光字关于 TPO及TPO单层屋面卷材J].中国建筑防水,2007(3)由于TPO-B树脂的分子质量低,MFR较大,随其用(9):8-10.量增加,改性料具有很好的加工流动性和柔韧性,但产品的拉[5]明明.TPO 防水卷材的原材料与配方设计I.中国建筑防水,2010伸强度和撕裂强度降低。当TPO-A与TPO-B的质量比为(22):29- -3.70:30和80:20时,其MFR值处于1.0-1.5 g/10 min,具有较好▲的熔体强度、加工性能和综合力学性能。(上接第49页)[1]李丽娟，陆伟文,李盛勇.等高层铜筋混凝土超长结构无缝设[4] Idom G M.Expansive mechanism in concrete[J].Cement and Con-计与楼板应力测试分析1.建筑结构学报, 2004(2): 114-120.crete Research, 1992, 22 (6): 1039-1046.12] 伍朝晕,孙柏林温度应力对超长结构的影响[].建筑结构,2002,5] 游宝坤，李光明，韩立林、大体积补偿收缩混凝土的结构稳定性32(8):28-30.问题[J].混凝土,2001(5):7-11.Ting Yao,Jian Ye Zhang,ja Ping Liu,et al.Non -structural[6]高培伟,卢小琳， 唐明述，膨胀剂对混凝土变形性能的影响[],南cracking analysis of early age of reinforcement concrete wall京航空航天大学学报, 2006, 38 (2) :251-255.[].Advanced Materials Research, 2012,44 449:251-259.7] 彭江,徐志全，阁培渝.大体积补偿收缩混凝土中膨胀剂的使用 [14] Ting Yao, Qian Tian, Shouzhi 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