无卤阻燃聚烯烃复合材料挤出表面光滑性的研究

2009年第3期电线电缆00年6月No.32009Electric Wire CableJun.,2009无卤阻燃聚烯烃复合材料挤出表面光滑性的硏究李秀峰',刘微,沈晓刚2,谢大荣(1西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室陕西西安710049;2.山东安洲高分子材料有限公司,山东淄博25500摘要:研究了不同类型的Al(0H)填料,在不同的挤出条件下,对挤出物表面光滑性、机械性能和试样断面形态的彩响,找到了影响挤出物表面光滑性的工艺因素,有利于提高挤出质量。关键词:聚烯烃;无卤阻燃;AI(OH),填料;挤出工艺;表面光滑性中图分类号:TM215.1文献标识码:A文章编号:16726901(2009)03002403Study of Surface Smoothness of Extruded Halogen-Free Flame Retardant Polyolefin CompoundLI Xiu-feng, et al(Xi'an Jiaotong University, State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi'an 710049, China)Abstract: The effect of different types of Al( OH), fillers on the surface smoothness, mechanical properties andphology of extrudate under different extrusion conditions was studied in the paper, Some technicalfactors affecting the extrudate surface smoothness were found, which will help to improve the extrusion qualityKey words: polyolefin; halogen-free flame retardancy: Al( OH), filler; extrusion process; surface smoothness1.3测试引言流变特性在 Brabender转矩流变仪上测试;断裂无卤阻燃聚烯烃电缆料是一种高填充的复合材伸长率以250mm/min在 INSTRON-TSK设备上进料,随填充量的增加,挤出时摩擦阻力增大,当挤出行;断面形态喷金后用扫描电子显微镜观察并拍照。速度超过某一极限值时,会产生不稳定流动以及挤2结果与讨论出表面不光滑(似鲨鱼皮),这不仅影响产品的挤出质量也影响产量1。因此近50年来,人们对其进行2.1挤出速度对表面光滑性的影响了大量研究。本文以高填充聚烯烃复合材料为对挤出速度不同时观察挤出物表面变形,即通常象,从挤岀速度、填充物粒径等方面,分析影响挤出所称的“鲨鱼皮”现象。从挤出物表面可观察到低表面光洁性的因素,寻求避免或减轻破裂的措施。幅、准周期性的小波纹状粗糙表面,变形的幅度大约1实验部分为挤出物直径的1%(。由此可见,挤出速度(螺杆转速)的不同,聚合物可呈现不同的挤出形态。11原料、设备及产地在相同的试验温度下,用同一黑色粒料在Bra填料级A(OH)3(简称ATH),山东铝厂;牌号 bender流变仪上挤片(条),研究挤出速度与表面光为 APYRAL60E型AI(OH)3,德国;EVA,北京有机滑性的关系。化工厂;炭黑,市售;TE34双螺杆,南京科亚公司;从表1可看出,随着螺杆转速的逐渐提高,模口GRH-10高速加热混合机,热源设备厂: Brabender转压力一直呈上升趋势,物料的单位时间体积流量也矩流变仪,德国;S-2700型扫描电子显微镜,日本。随之增大,单位体积物量增多,转矩从34.9N·m12试样制备升至54.6N·m,挤出物表面也由光滑变得越来越按照配方要求准确称量各种填充剂、加工助剂粗糙,至波纹破裂,最后便无规则破裂。所以在高剪等原材料,倒入高混机中高搅6min,然后将混炼好切作用下的聚合物呈现明显不同于低分子的流动特的混合物加入TE34双螺杆,挤出造粒,备用。征中国煤化工130rmn时的转矩从并且CNMHG熔体粘度降低,叫口血皮”现象也有所收稿日期:2008-12-10作者简介:李秀峰(1974-),女,在读博士研究生减轻,肋状物的深度也减小了。由于设备转速所限作者地址:陕西省西安市咸宁西路28号[710049]本实验没有继续升高转速。但是, Ballenger等学者2009年第电线电缆2009年6月Electric Wire CableJun.,2009表1挤出速度与表面光滑性的关系转矩/N·m53,052.954.653,6压力/bar107.9131144.551.3162.6180.1191.7196.7200.5蓝鱼皮光滑鲨鱼皮轻微鲨鱼皮稍严重鲨鱼皮严重鲨鱼皮鲨鱼皮注:压力单位ba(巴)为非法定计量单位,与法定计量单位Pa(帕)的换算关系为1bar=103Pa发现发生整体破裂后,有些挤出物会呈现出完全光滑的外观“,即第二光滑区,可以进行高速挤出加工,以提高生产效率。从试验的挤出表面观察,在低速区是可以实现稳定挤出的。我们又在流变仪上进行管状挤出,结果发现在片状挤出中有鲨鱼皮现象的挤出速度时,管状挤出物内外表面却光滑。学者杨刚研究发现,在实际挤出中,往往出现高粘度聚合物与低粘度聚合物所组成的多层流动,低粘度聚合物包覆高粘度聚合k4,自K45物,低粘度组分在圆管的外层。由此可见,管状a)填充填料级ATH的试样挤出表面优于片状挤出。2.2ATH的粒径对表面光滑性的影响原材料组成是影响挤出表面不光滑的因素之。在相同添加量时,ATH的粒径分布直接影响到聚合物的表面光滑性。研究实验中,分别填充牌号为 APYRAL60E型ATH和填料级ATH制成粒料在 BRABENDER转矩流变仪上用同一挤出速度挤出,观察两种不同类型的ATH对表面光滑性的影415kv,百Q响。由于牌号为 APYRAL60E型ATH的平均粒径只有0.7-1.5μm,而且粒子形状规则,粒径分布均b)填充 APYRAL60E型ATH的试样,比表面较高;而填料级ATH平均粒径大许多,约图1试样断口的SEM照片图为7-10μm,因此试验发现在高填充的情况下,两 APYRAL60E型ATH的聚烯烃复合材料断口形貌者添加量相同时填充牌号为 APYRAL60E型ATH与填充填料级ATH的聚烯烃复合材料断口形貌进的试样流动性好容易挤出挤出后表面光滑鲨鱼行比较可知,二者之间存在明显不同:填料级ATH皮现象消失而且机械物理性能如:抗张强度断裂在基体中分散不均匀,粒径大小相差悬殊,显示脆性伸长率等都优于填充填料级ATH的试样,而且阻燃断裂特征(图1a); APYRAL60E型ATH在基体中性能也随之提高(见表2)。分散较均匀,断面上的基体出现塑性变形,并有大量2填充不同类型ATH的聚烯烃复合材料性能指标比较纤维裂纹(图1b),这表明填料粒子与基体间有较强1#(填充 APYRAL2#(填充的粘结力,起到类似于物理交联的作用3。填料的试样60E ATH)填料级ATH)这种补强作用可以降低弹性,减轻熔体破裂,使试样抗张强度/MPa7.15挤出表面光滑。断裂伸长率/%3结论氧指数/%V凵中国煤化工挤出我们还对填充 APYRAL60E型ATH和填料级CNMHG显改善鲨鱼皮现ATH制成的聚合物(试样1#、2#),分别进行了断面象;从聚合物断面形态SEM照片图分析可表明,分扫描电镜分析,断面形态如图1所示。子间链缠结增多,分子间作用力加强,机械物理性能图1为试样液氮冷却冲击断口的形貌。将填充得以大幅度改善。(下转第29页2009年第3期电线电缆No.32009Electric Wire CableJun.,2009C2:电动机过热元件保护输入。若不用过热检SPEED FBK SELECT速度反馈选择测器,接线端C1、C2必须短接;ARM VOLTS电枢电压反馈C3:启动/运行输人端。当为24V时,装置无ANALOG TACH模拟测速机反馈故障,传动运行;当为0V时,装置滑行停止。图3ENCODER编码器反馈中,通过PLC的一个输出点控制继电器K14的一个ENCODER/ANALOG模拟编码器组合反常开接点来实现通断;C5:允许输入端。当电压为24V时,控制器启(ARM VOLTS)动;当电压为0V时,所有控制回路都被禁止,控制(3)电流环参数:器不起作用;SETUP PAREMETERS设定参数C9:+24V电源,最大输出电流50mACURRENT LOOP电流环2.3590參数设置PROP GAIN比例增益590的参数由MMI(人机界面)显示,操作面板上的M键用于进入全英文菜单,↑、↓键用于菜单现场调试经验值太大,响应太快,冲击大。选择和参数修改,按E键退回上一级菜单。退火部INT TIME CONST积分时间分参数设置主要是速度环及电流环参数设置。(10.0)(1)励磁参数利用590扩容技术对该设备改造后,经过近几SETUP PAREMETERS设定参数年的试运行,该设备退火系统工作稳定,对于不同规FIELD CONTROL励磁控制格线材的拉制,主机从启动到停止的过程中,退火电FIELD ENABLE励磁启动流能够自动跟踪主机线速度,退火导体的抗拉强度( DISABLED)和延伸率都满足工艺要求,大大降低了维修成本,提励磁功能不启用。高了设备的利用率,进而提高了产品的质量,得到了2)速度环参数:很好的效果,达到了改造的目的。SETUP PAREMETERS设定参数SPEED LOOP速度环3结束语PROP GAIN比例增益590系列调速器功能强大、工作稳定可靠、性价比高,深受用户欢迎,在目前国内工业控制中应用较现场调试经验值太大,响应太快,冲击大。为广泛。因此学习和使用好590调速器,利用其一INT TIME CONST积分时间些特殊功能,可用来解决设备电气改造的一些实际(2.0)问题现场调试经验值太小,积分时间太短,系统稳定参考文献性差。INT DEFEAT积分失效[1]陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版)[M],北京:机械工业出版社,1996选择ON时,禁止速度环PI控制的积分部分[2]590系列使用手册,硬件版本4.5H387240[Z]. Eurotherm传动装置有限公司出版社仅用比例控制。besescseseseeseesescsescsescsesescseseesesesetcsesctcseesosesesevesecsesesescscsesecse上接第29页)[4] Ballenger T F, Chen I Crowder W, et al. Trans Soc RheoI[J]参考文献1971,15(1);l]周彦豪聚合物加工流变学基础[M].西安交通大学出版社[5中国煤化工热稳定性的研究[2]顾学军陈小馒范五一,线型聚合物毛细管挤出中熔体破裂CNMH〔烷接枝共混物的耐环研究进展[].塑料工业2002,30(6):47境应力开裂的研究[J].电线电缆,1997(6):26-28.[3]杨刚.流变学[M],成都科技大学讲义,1990