氟橡胶在聚烯烃加工中的作用研究

塑料工业第41卷第7期.CHINA PLASTICS INDUSTRY2013年7月氟橡胶在聚烯烃加工中的作用研究朱慧红(巴斯夫应用化工有限公司塑料添加剂实验室，上海200137)摘要:将自制的含氟橡胶的加工助剂(BF) 应用在聚烯烃(硅烷交联高密度聚乙烯接枝料XHDPE)中，考察BF对XHDPE的加工电流、力学性能、加工流动性、产能、制品质量等方面的影响。结果表明，少量(1%) BF的加入就能改善聚烯烃的加工性能，降低能耗,提高生产效率,使制品具有良好的外观，并且由于添加量低，对材料的物理机械性能影响很小。关键词:氟橡胶;聚烯烃;加工DOI: 10. 3969/j. isn. 1005 - 5770.2013. 07.027中图分类号: TQ325. 1文献标识码: B文章编号: 1005 -5770 (2013) 07 -0112 -04Application Investigation of Fluoroelastomer in the Extrusion Processing of PolyolefinZHU Hui-hong( BASF Auxiliary Chemicals Co. Ltd. Plastic Additive Iab, Shanghai 200137，China)Abstract: The experiments were carried out according to adding BF processing additive in polyolefin.The effects of BF on the machining current， mechanical properties， processing flowability， productivity,product quality were studied. The result showed the addition of 1% BF could improve the process ability ofpolyolefin of which the energy cost was reduced. The production eficiency was improved; the article had a goodappearance, and had litle impact on the physical and mechanical properties of the material due to the low dosage.Keywords: Fluoroelastomer; Polyolefin; Processing氟橡胶是我国三大氟材料之一，它有不同于其他聚乙烯(简称PE): EXXON公司;配合剂A:醚类橡胶的特殊性能，被广泛应用在密封材料、胶布、胶助剂，3M公司;配合剂B:沙林树脂，杜邦公司;带，电线电缆的护套、汽车制造等领域[1-2]。近几抗氧剂:汽巴精化; XHDPE:上海高分 子功能材料年，氟橡胶作为- -种新的用途是作为塑料挤出的添加研究所。剂，其优点可使摩尔质量分布狭窄的树脂加工变得容1.2试验仪器 和设备易，提高机械性能，显著降低加工挤出的扭矩，降低二辊塑化机: KX-160A， 上海人民机器厂;密炼生产能耗，提高生产效率;也能解决挤出中产生的熔机: XSM-1/20-150， 上海轻机模具厂;切粒机: JL体破裂现象，消除鲨鱼皮状产品外观，满足了对制品200A，湖南省衡阳塑料机械厂;双螺杆挤出机:表观光滑细腻的要求[3-4)。072，长径比32/1,大连橡塑机械厂;熔体流动速率结合生产应用实际，本文利用共混的方法研制出测试仪:.上海思尔达仪器厂; 转矩流变仪: HAAKE-种含氟橡胶的添加剂，用于解决生产实际中出现的RC900，德国HAAKE公司;毛细管流变仪: In-熔体破裂现象，及硅烷交联高密度聚乙烯接枝料stron4465，长径比40/1，英国Instron 公司;扭矩流(XHDPE)管材挤出时表面不光亮的问题，并解决加变仪: HAAKE82025， 单螺杆长径比为25/1,德国工过程中电流过高和扭矩过大的问题(6-7)。本研究HAAKE公司;液晶电子拉力试验: 2303B，深圳新无论对聚合物加工与共混理论，还是对塑料制品的工三思材料检测有限公司;简支梁缺口冲击试验仪:业化生产均具有重要的指导意义。BCJ，.上海湘杰仪器仪表科技有限公司;热变形试验1实验部分仪: ZWK1302-B,美特斯工业系统。1.1 主要原料1.3 制备流程氟橡胶: 3F 氟材料有限公司产品;线型低密度(1)氟橡胶母粒的制备作者简介:朱慧红,女，1967 年生，主要从事产品及材料的开发和塑料添加剂和颜料的应用工作。.第41卷第7期.朱慧红:氟橡胶在聚烯烃加工中的作用研究●113.平衡扭矩低。这说明BF添加剂对降低加工机械负荷母粒包装是有效果的。围俞-癌爛-厘化一回粒]0F图1氟橡胶母粒的制备 流程0%BFFig 1 Preparation process of fluorine rubber mastrbatch20|1%BP(2)添加剂BF的制备0叶时间/ain图3 BF 添加剂对XHDPE平衡扭矩的影响(加工条件:转速50 r/min,试验温度180 C,图2添加剂 BF的制备流程试验时间8 min)Fig2 Preparation process of the additive of BFFig3 Effect of BF additive on torque1.4性能测试熔体质量流动速率按GB/T 3682- -2000 测定。2.3BF添加剂对XHDPE表观黏度和剪切速率的影响密度按GB/T 1033--1986测定。平衡扭矩的测定:使用Haake 900转矩流变仪测试XHDPE平衡扭矩。:30001%BF黏度的测定:使用毛细管流变仪研究XHDPE熔体B 2000的表观黏度随剪切速率变化的规律,试验温度190 C。1000拉伸性能按GB/T 1040- -2006 测定，试样为Il型;简支梁冲击强度按GB/T 1043. 1- -2008 测定。12.5450.31x，.247.8维卡软化温度按GB/T 1633- -2000 测定。剪切速率/s"交联度按GB/T 18474- -2001 测定。图4 BF添加剂对XHDPE表观黏度和剪切速率的影响2结果与讨论Fig4 Effect of BF additive on XHDPE viscosity and the2.1 BF 添加剂对XHDPE熔体流动性的影响shear rate从表1中可看出，加入1% BF后, XHDPE的熔从图4表观黏度和剪切速率的曲线中可看出，在体质量流动速率明显提高。特别是加入BF添加剂相同的剪切速率下，加人1% BF的XHDPE的表观黏后，XHDPE的熔体质量流动速率显著.上升。这种效度低，未加BF的XHDPE的表观黏度高。果在增加负载后更加明显，也说明BF添加剂对于高.4BF对电流和扭矩及XHDPE物理机械性能的速挤出更为有效。表1的结果表明BF添加剂改善了XHDPE的流动性。表2加入BF前后XHDPE性能的变化”表1 BF 添加剂对XHDPE熔体质量流动速率的影响Tab 2 Properties contrast between XHDPE with BF and XHDPETab 1 Effect of BF additive on the melt flow index of XHDPEwithout BF测试项目及条件0%BF1%BF测试项目0% BF1% BF熔体质量流动速率190C/2.16kg0.170.20熔体质量流动速率//g. ( 10min) -1190 C/s kg0. 801.1g. (10min) -1190 C/5 kg0.80.I.10扭矩/N .m '66602.2 BF 添加剂对XHDPE平衡扭矩的影响电流/A11.310.0拉伸强度/MPa27.927.6从图3所示的HAKKE流变仪扭矩-时间曲线可断裂伸长率/%488508看出，加入1% BF添加剂后，扭矩较快达到平衡冲击强度/bJ .m -289.692. 4-4 min时可达到平衡，而未添加BF的XHDPE曲维卡软化点/C31131线上扭矩需要5 min才能达到平衡。而且添加BF添注: 1)加工条件:扁模尺寸3 mmx70 mn,温度200加剂的XHDPE平衡扭矩要比不添加BF的XHDPE的C,转速90 r/min。●114.塑料工业2013年从表2可看出，在XHDPE中加入BF后，的结果影响较小。HAKKE82025流变仪单螺杆挤出机(转速固定)的80p电流、扭矩都下降。而且从力学性能数据来看，1%0%BE=BF的加入对XHDPE的力学性能无显著影响。这是72由于BF添加量少，且其溶解度参数与聚烯烃相差很68+1%BE/大，二者是不相容的，所以XHDPE的力学性能无显著变化。总的来说，加入BF添加剂后，XHDPE熔60- 816 24 30体质量流动速率增加，冲击强度略有增加。时间/h2.5 BF 添加剂对XHDPE挤出量的影响图695 C时交联度随时间变化的曲线在HAKKE82025毛细管流变仪上进行试验，考Fig 3 Efet of BF additive on XHDPE cosslinkage at 95 C察添加剂BF对产量的影响。固定熔体温度为200C，机头压力为40 MPa,转速为80 r/min,试验结2.7 BF 添加剂用量对交联度的影响果见表3。从表3可看出，在机头压力和熔体温度一图7是在不同BF含量下，树脂的交联度随时间定的情况下，加入添加剂BF后，挤出量提高。这表变化的曲线。从图7可以看出，在相同的反应时间，明BF添加剂能显著改善XHDPE的加工性能。BF含量越大，获得的交联度越小，但是当反应时间表3加入添加剂前后挤 出量的变化为30h,交联度的差别很小。这同样说明BF添加剂Tab3 Efect of BF aditives on XHDPE output对交联反应都有一定延缓作用， 但对最终的结果影响项目0% BF1% BF较小。挤出量/g. min -128.831.676BF质分数r2.6 BF 添加剂对XHDPE交联度的影响资720%80r68}1%+6t0%BF64-2%3%16012430!64| 19%BE图7添加剂用量对交联度 的影响曲线608162430Fig3 Effect of BF additive content on crosslinkage2.81 %BF对交联聚乙烯管材外观的影响图582 C时交联度随时间变化的曲线Fig3 Effect of BF additive on XHDPE crosslinkage at 82 C硅烷交联聚乙烯交联过程是水交联的过程。从图5所示的交联度随时间的变化曲线可看出，加入1%BF后，初始交联度降低; 30h后，交联度基本不变,可保持平衡，与未添加BF的树脂的最终交联度基本图8 BF 添加剂对XHDPE管材的外观的影响相同。由此可判断添加剂BF能在交联聚乙烯中起到(加工条件:单螺杆挤出机，φ65 mm、长径比为25/1,延缓交联的作用，对实际生产的作用是延长设备清机转速为100 r/min,温度为200 C)Fig8 Effect of BF additive on the surface gloss of XHDPE pipe的周期。从95 C交联度随时间变化的曲线(图6)可看图8中1'产品是未添加BF的XHDPE管材，2"出，温度越高，起点的交联度越高，，交联度达到平产品是加入1%的BF添加剂的XHDPE管材。从图8衡时所需的时间也越短，24 h后其交联度基本不再可看出，加入1% BF 添加剂后，由于加入添加剂后变化。从水温为82C和95C的交联曲线看,水温越起到了外润滑的作用，同时可降低口模压力，消除口高，交联度越高，也越快达到平衡。这些结果表明型积料，使管材表面比更光亮和光滑。BF添加剂对交联反应都有一-定 延缓作用,但对最终第41卷第7期朱慧红:氟橡胶在聚烯烃加工中的作用研究●1153结论[J]. 有机氟工业，2001 (2): 8-12.1)采用自制的含氟弹性体加工助剂BF,可改善[2]杨步震、有机氟化学产品在现代化建设中的应用[J]. .聚烯烃的加工性能，降低能耗，提高生产效率。有机氟工业，1991 (5): 25 -26.2) BF 在XHDPE中的应用，使硅烷交联聚乙烯.3] REGIS J, JEAN-JACQUES L, JOACHIM M. Compositionincluding a fluoroelastomer and a thermoplastic polyamide and管材的表面亮而有光泽，满足了用户的需求。resulting film: US, 5986005 [P]. 1999-11-17.3)加工助剂BF能降低口模压力，臧小螺杆所[4] JARVENKYLA J, LAHTINEN T. Method and apparatus for需的扭距，降低聚合物熔体与属界面的剪切应力,消making an extrusion product, and an extrusion product: US，除口模积垢及聚合物鲨鱼皮状的熔体破裂现象，减小6203651 [P]. 2001 -03 -20.扭矩，扩大加工窗口，以及提高挤出量。[$]最遐武PPA 在LLDPE/LDPE薄膜加工中的应用[J].4) BF 添加剂由于添加量较少，所以对XHDPE塑料科技，1997 (5): 11-14.的物理机械性能影响微小。同时，其经国家卫生部门[6]黄汉雄.含氟聚烯烃在塑料挤出加工中的应用[J]. 现的检测，BF 添加剂不含有害物质,符合国家食品卫代塑料加工应用，1990 (1): 15-23.生标准要求。(本文于2013-03 -27收到)参考文献[1]刘伯南氟橡胶的加工应用和我国氟橡胶发展现状《合成树脂及塑料》2014年征订启事《合成树脂及塑料》创刊于1984年，经国家科委批准在国内外公开发行，由中国石化集团资产经营管理有限公司北京燕山石化分公司、橡塑新型材料合成国家工程研究中心联合主办，是我国唯一报道 合成树脂研制、生产与加工应用全过程的专业科技期刊。本刊曾被评为第三届国家期刊奖百种重点期刊，为全国中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国石化集团公司核心科技期刊，也是CA收录期刊，并被《中国期刊网》及《网》全文收录。本刊坚持面向科研、生产、企业和市场，宣传报道、推广我国合成树脂及塑料领域中的新技术、新成果;以报道通用树脂合成为重点，兼顾其他品种树脂，同时报道塑料的加工与应用，及时反映合成树脂及塑料领域的技术进步与水平。本刊设有专论与述评、研究与开发、工业技术、加工与应用、结构与性能、研究简报、综述等栏目,为合.成树脂及塑料行业的生产、科研、管理、教学和销售等部门的科技人员提供有关的技术资料，也可供化工、机械、轻工等相关部门的科技人员参考。本刊承办石油化工产品、机械设备、仪器仪表等国内外广告业务。《合成树脂及塑料》为国际流行的标准大16开本，逢单月25日出版，每册定价10元，全国各地邮局订阅，邮发代号2-923 (也可以随时向编辑部订购)。本刊国内统- -刊号: CN 11 -2769/TQ,国际标准刊号:ISSN 1002 - 1396，广告经营许可证号:京燕工商广字第0005号;由中国国际图书贸易总公司国外发行，国外代号BM 4464。编辑部地址:北京市房山区燕山岗南路1号中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司发展研究中心《合成树脂及塑料》编辑部邮政编码: 102500电话: (010) 69341924; 69342439投稿信箱: resin. yssh@ sinopec. com欢迎订阅欢迎投稿 欢迎刊登广 告