永久导电辐射交联聚烯烃泡沫塑料的开发与研究 永久导电辐射交联聚烯烃泡沫塑料的开发与研究

永久导电辐射交联聚烯烃泡沫塑料的开发与研究

  • 期刊名字:塑料工业
  • 文件大小:361kb
  • 论文作者:王伟,王鹏飞,张萌萌
  • 作者单位:泰山体育产业集团
  • 更新时间:2020-08-11
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论文简介

塑料工业第43卷第3期●136●CHINA PLASTICS INDUSTRY2015年3月永久导电辐射交联聚烯烃泡沫塑料的开发与研究王伟,王鹏飞,张萌萌(泰山体育产业集团,山东德州253600)摘要:以低密度聚乙烯(LDPE) 为主体,超导碳黑为导电填料,偶氮二甲酰胺(AC) 为发泡剂,制备了永久导电聚烯烃泡沫材料(IXPE)。 对辐射交联聚乙烯发泡材料的导电性能、辐照剂量进行了研究,并对永久导电辐射交联聚乙烯发泡材料的综合性能进行了分析。结果表明,在优选的几种超导碳黑中,当T1添加50份,辐照剂量为13.5r/min+1.5MeV+15mA+2层时,能得到性能优异的永久导电辐射交联聚烯烃泡沫塑料,体积电阻率可以降到10n关键词:辐射交联;导电聚烯烃泡沫;超导碳黑;力学性能DOI: 10. 3969/j. issn. 1005 -5770. 2015. 03. 024中图分类号: TQ328; TQ325. 1文献标识码: A文章编号: 1005- -5770 (2015) 03-0136-04Development and Research of Permanently Conductive Irradiation Cross-linked Polyolefin FoamsWANG Wei, WANG Peng-fei, ZHANG Meng-meng(Tai Shan Sports Industry Group, Dezhou 253600, China)Abstract: In this paper, with low density polyethylene ( LDPE ) as the main body, thesuperconducting carbon black as the conductive fller and azodicarbonamide ( AC) as the foaming agent ,permnanently conductive irradiation cross-inked polyethylene foam ( IXPE ) material was prepared. Thelectrical conductivity of IXPE and the radiation dose were studied, and the cormprehensive properties ofpermanently conductive irradiation crosslinked polyethylene foam were analyzed. The results showed that ,among several superconducting carbon black preferred, when T-1 content was 50 parts by weigh and theirradiation condition was 13.5 r/min+1.5 MeV+15 mA +2 layers, permanently conductive radiation cross-linked polyolefin foam material with excellent performances and good product quality could be obtained, thevolume resistivity of which reduced to 10 n●cm.Keywords: Iradiationand Cross-linking; Irradiation Cross -linked Polyethylene Foam ;Superconducting Carbon Black; Mechanical Property近年来导电高分子的研究取得了长足的发展,形起到积极的作用。本文主要讨论了超导碳黑的添加对成了一个十分活跃的边缘学科领域,它对电子工业、辐射交联聚乙烯泡沫塑料的体积电阻率的影响,同时信息工业及新技术的发展具有重大的意义。但辐射交由于超导碳黑填料的加人,对挤出工艺、辐射交联剂联聚烯烃发泡塑料的高电阻率往往使其在加工和使用量、发泡工艺进行探讨。过程中容易产生静电积累,从而造成静电吸尘乃至静1实验部分电放电等不良现象。发泡塑料电绝缘性在应用中可能1.1 原料产生静电积累,进而发生静电泄露、电磁波干扰、静低密度聚乙烯(LDPE): 2426F, 大庆石化分公电吸尘以及与人体接触时的电击或不适感,引起易燃司;偶氮二甲酰胺: LD10, 江苏索普集团;成核剂:品发生静电火灾或爆炸,计算机、通信干扰,甚至是氧化锌,潍坊金钟化工公司;抗氧剂: 1010, 天津海航空领域的导航系统干扰等。佳科技有限公司;导电碳黑T-1:卡博特公司;导电因此,对于辐射交联聚烯烃发泡材料导电功能的碳黑T-2:淄博华光公司:导申碳黑T-3:韩华化学改性,会对辐射交联聚乙烯泡沫塑料使用范围的扩大有限公司;中国煤化工有限公司;导电fYHCNMHG作者简介:王伟,男,1987 年生,研究生,主要从事热固性树脂脲醛树脂、环氧树脂预浸料、聚乙烯发泡材料XPE、IXPE、人造草坪、碳纤维自行车等研究。skywangwei2008@ 163. com第43卷第3期王伟,等:永久导电辐射交联聚烯烃泡沫塑料的开发与研究●137.碳黑T-5:济南泰星化工公司。体积电阻率测定按导电、防静电塑料体积电阻率1.2实验设备测试方法GB/T 1410- 2006 测试。密炼机: K-100, 韩国金山密炼机;切粒机:1.4.3 力学性能测试Y140,余姚市奇力塑料机械厂;挤出机: SH-100,表观密度的测定按泡沫塑料和橡胶GB/T 6342-如皋市华强塑料化工机械厂;垂直发泡炉:宁波发泡1996和断裂伸长率的测定按软质泡沫聚合物材料炉设备厂;电子加速器:天津爱邦辐照有限公司;高GB/T 6344- 2008 测试;压缩永久变形测定按软质泡阻计: HPS2683A, 常州海尔帕电子科技有限公司;沫聚合物材料GB/T 669- 2008 测试;撕裂强度按塑硬度计: LX-C型,上海六菱橡胶微孔硬度计;天平:料直角撕裂性能试验方法QB/T 1130- -1991 测试。通用型;游标卡尺:通用型。2结果与讨论1.3 实验方法碳黑填充复合型导电高分子材料可在较大范围內LDPE调节电学和力学性能,成本较低,易于成型和大规模r[电学性能]生产,已经广泛应用于防静电、微波吸收、电磁屏蔽.发泡母料混料[ 挤出[发泡及电化学等领域。导电高分子材料的制备是以导电网超导母料扫描电镜力学性能络的形成为先决条件的,那么这就带来两个问题:即其他助剂-观察分散碳黑在高分子材料中的分散性问题和如何有效地降低碳黑在复合材料中的渗滤國值。在实际应用中又可以1.3.1母料生产 .根据制品要求确定造粒配方- +分别把LDPE与超细化延伸出碳黑填料的选择、处理以及聚乙烯材料的导碳黑等助剂按造粒配方比例称重-+按工艺要求的投选择问题。本文在前人的基础上,以LDPE/CB为基料顺序和混炼时间在密炼机里进行密炼混合-→把混炼础体系,在成型加工方法、后续处理方法-致的条件好的料团放入造粒机的料斗,按要求的挤出工艺参数下,研究了不同种类碳黑、不同添加份数、不同辐照和工艺流程挤出-→风冷模面切粒、两级旋风简冷却-→剂量等对IXPE导电性能的影响,以期得到体积电阻振动筛筛选和进一步冷却- +进入储料简- +称重>打包率较小的IXPE复合材料制品。→贴标签-+人库。常用母粒的种类大致分为发泡母2.1 超导碳黑添加份数对挤出片材的影响粒、填充母粒、阻燃母粒、导电母粒、色母粒等。辐照交联聚乙烯发泡材料无疑是绝缘材料,随着超导碳黑填料的增加,电阻率缓慢的下降,当含量达1.3.2挤出片材将各母料与LDPE按照配方工艺单在单螺杆挤出到某- -值后,电阻率急剧减少,而后变化又趋于平机中挤出片材,六段挤出机温控: 115、115、 116、缓,几近恒值,但伴随超导碳黑份数的增加,对于挤出工艺有很大的影响,以至于影响到片材的表观,从116、115、113 C。而影响后续的电子辐照与发泡过程。对于本论文所选1.3.3 辐照交联将片材在天津爱邦4号线进行辐照实验,辐照条取的五种碳黑母料,按照生产挤出的温度利用流变仪件是高压2 MeV,束流15 mA,辐照剂量靠辐照速度DHR-2进行流变性能分析,其中导电母料T-1的流变性能最为优异,因此选用T-1进行实验,见表1。调节。表1不同超导碳黑添加份数对IXPE挤出片材的影响1.3.4 高温发泡Fig I Effects of diferent superconducting carbon contents on辐照结束后在高温垂直发泡炉中发泡,发泡炉温XPE extrusion sheet控:一区水平预热130、150 C,二区垂直区温控条T-1 添加75706(40件为245、245、248、 248、200 C。份数/份片材表观体积凹凸、体积凹凸、体积光滑、体积光滑、体积光滑、1.4性能测试片材硬片材硬片材良好 片材良好 片材良好1.4.1辐射交 联聚乙烯发泡材料密度测定将发泡完成的样品,剪成正方形,其密度按下式当超导碳黑母料添加份数少时_由于超导碳黑的计算: p=M/(axbxc)。式中, ρ为IXPE的密度; M粉体作为分中国煤化工收在聚乙烯基材为试样的质量; a、b、c分别代表试样的长度、宽中,相邻的MHCN M ! G在挤出过程中导度、厚度。对不同剂量的样品进行测量。电粒子始终被连续相聚乙烯基材包围着,因此流动性1.4.2体积电阻率测定良好,得到的片材体积光滑,片材良好不僵硬,但若,138●塑料工业2015年未达到超导碳黑在聚乙烯体系的渗滤阀值,得到的电子辐照交联IXPE还处于绝缘状态;当超导碳黑母料添加份数过多,超导碳黑的粒子成为连续相,而聚乙6-烯基材成为分散相,此时在挤出过程中,流动性变.差,挤出的片材体积凹凸不平,片材僵硬,不适于辐照发泡;当超导碳黑母料添加份数为40~60份时,230405050080既达到了渗滤阀值,同时又能保证挤出过程中聚乙烯炭黑母料添加量/%在整个体系中能拥有良好的流动性,此时得到的片材图1超导碳黑添加份数对IXPE体积电阻率的影响不但体积光滑、片材良好,对于后续的辐照、发泡工Fig 1 Effects of diferent superconducting carbon contents on序都非常有利。volume resistivity of IXPE2.2超导碳黑的加入对辐照剂 的影响电子束辐照交联结果见表2。从表2可以看出,对于永久导电IXPE产品,目前市场上规定体积随着超导碳黑添加份数的变化,辐照剂量也随之变化。电阻率在 10* ~10° n . cm为本体导电型,10' ~ 10°随着添加份数的降低,辐照剂量逐渐变大。当添加份n . cm为本体耗散型,因此要生产永久导电IXPE就数为60、70 份时,16 r/min可以发泡,但由于添加的要将体积电阻率降低到10° n. cm以下。由表3以看超导碳黑母料过多,导致辐照、发泡后材料僵硬,不出,随着超导碳黑添加份数的降低,IXPE的体积电具备发泡材料柔软回弹性好的性能;当超导碳黑添加阻率逐渐增大,同时结合表观的硬度、发泡状况、实量降低到40、50份时,辐照剂量有所增加,基本在13用性等因素,当添加份数为50份时可以得到较为理r/min左右,发泡材料表观良好、手感优异。想的产品。超导碳黑在IXPE中的导电性能主要是由超导碳黑粒子的分散情况表2超导碳黑添加份数对辐照剂量的影响来决定的,由分散于聚乙Tab 2 Effects of dfferent superconducting carbon contents on the iradiation dose烯树脂基体中的导电填料碳黑用量/份辐照条件的电子传输影响。超导碳70份17 t/min+2 MeV+15 mA+2层剂量大,起泡黑填充量较少时,超导碳16 r/min+2 MeV+15 mA+2层剂量适中,可以发泡,但硬度太大,不柔软黑粒子或聚集体无规则地14.5 r/min+2 MeV+15 mA+2层剂量小,片材发泡不充分,僵硬60份16 r/min+1.5 MeV+15 mA+2层.分散于聚乙烯树脂中,难15 r/min+1.5 MeV+15 mA+2层剂量适中,可以发泡,但硬度太大,不柔软以形成导电通路;随着超14 r/min+1.5 MeV+15 mA+2层导碳黑添加量的增大,碳50份13. 5 r/min+1.5 MeV+15 mA+2层剂量适中,发泡良好黑导电粒子相互之间接触12 r/min+1.5 MeV+15 mA+2层数目增多,形成导电网40份络,宏观上表现为体积电.10 r/min+1.5 MeV+15 mA+2层阻率迅速下降。在保证挤8 r/min+1.5 MeV+15 mA+2层.出工艺、与发泡工艺的同2.3 超导碳黑添加份数对IXPE体积电阻率的影响时,当T-1添加份数为50按照1.4.3中的国标要求制样并进行性能测试,份时,既能达到导电的要求(体积电阻率ρ,<10° Q测试结果见表3。●cm),又能得到综合性能良好的永久导电IXPE表3超导碳黑 添加份数对IXPE体积电阻率的影响产品。Tab 3 Effects of diferent superconducting carbon contents on2.4超导碳黑添 加份数对IXPE力学性能的影响对发泡倍率为25倍的永久导电IXPE进行力学测试性能70份60份50份40份检测依据性能测试。通过对永久导电IXPE添加不同份数超导厚度/mm4.82 4.94 5.62 6.23 CB/T 6342- 1996碳黑T-1产中国煤化工中看出随着超导材料密度/g. cm-3109.42 65.85 57.87 49.52 GB/T 6342--1996硬度HRA6848GB/T 10807- 2006碳黑份数的YHCNMH G度逐渐增大;而体积电阻率/n.cm 104 104 105 10° GB/T 1410- -2006IXPE的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度都随超导碳黑的添加份数增加而逐渐降低。伴随超导碳黑添加.第43卷第3期王伟,等:永久导电辐射交联聚烯烃泡沫塑料的开发与研究●139.份数的增加,超导碳黑在基体树脂LDPE中逐渐由分的碳黑表现出不同的导电性能,超导碳黑母料T-1可散相达到粒子间距离小于1.5~10 nm时,碳黑粒子在添加50份时达到体积电阻率降到10' Q●cm,辐之间就相互导通,形成导电通路,但与此同时导致基照剂量为13. 5 r/min+1. 5 MeV+15 mA+2层时发泡良体树脂中碳黑含量多,使其力学性能下降。好;根据制品具体要求调整碳黑添加份数、辐照剂表4超导碳黑添加份数对IXPE力学性能的影响量,以得到满足制品体积电阻率、力学性能等指标的Tab 4 Effects of diferent superconducting carbon contents on合格制品。.mechanical properties of IXPE参考文献测试性能30份40份50份60份70份[1]°姚占海,杨慧丽,徐俊.辐射交联高发泡聚乙烯泡沫的厚度/mm5.0 5.0.8制备与应用[J]. 塑料加工应用,1997 (2): 1-4.材料密度/g. cm-34041.6242.5 42. 9303131.432[2] 刘太闯,郑云生.电子束辐照交联制备聚丙烯发泡片材拉伸强度/MPa 0.275 0.281 0.274 0. 2680. 257[J]. 中国塑料, 2006, 20 (9): 49-52.断裂伸长率/%151.47 142.02 138. 89132.56 128. 45[3]孙道兴,张书圣,魏庆莉,聚乙烯/炭黑导电复合材料的撕裂强度/N . cm-'25.0924.57 23. 6823. 1222. 54导电性能[J]. 高等学校化学学报,2004, 25 (6):1149-1152.3结论[4]罗延龄,赵振兴. 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