阻燃抗静电聚乙烯塑料的研究
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图 1 炭黑含量对 PE表 面电阻的影响
2 2 分散体系对 PE 绝缘电阻的影响 由于导电炭黑的高结构性, 当它添加入聚合物中
时, 炭黑粒子间极易团聚, 很难分散开来, 从而影响 聚合物基体中导电网络的形成。因而如何将炭黑均匀 分散于 PE塑料中, 这将直接影响 PE 塑料的绝缘电 阻。本文先将炭黑用偶联剂和聚乙烯蜡活化处理, 与 PE 共混时再加入一定比例的 EVA 作为分散剂, 得到 如图 2的结果。从图 2中可以看出, 曲线中绝缘电阻 出现 阶跃 的拐点提前至炭黑含量在 9% 左右。这 说明 EVA 的加入促进了导电炭黑的分散, 在炭黑含 量更少的情况下, 获得了预期的导电效果。
塑料工业
第 39卷 S1
11 6
CH INA PLA ST ICS INDU STRY
2011年 4月
阻燃抗静电聚乙烯塑料的研究
刘 罡 1, 2
( 1. 煤炭科学研究 总院重庆研究院, 重庆 400037; 2. 重庆科聚孚工程塑料有限责任公司, 重庆 401332)
摘要: 采用共混改性技术, 将十溴联 苯醚、氧 化锑、导 电炭黑、纳米 碳酸钙等 按不同 比例加 入到聚 乙烯树 脂中,
首先偶联活 化处理填料, 将高速混合机 加热至 100~ 120 , 将偶联剂及聚乙烯蜡与导电炭 黑、阻 燃剂、纳米碳酸钙等加入混合机中高速搅拌 15 ~ 20 m in, 出料冷却之后将其密封包装, 以免吸湿。然后 将聚乙烯树脂、 EVA、三元乙丙胶、接枝聚乙烯等先 投入混合机中, 再缓慢加入抗静电剂, 最后将填料及 抗氧剂等加入混合机中混匀后出料。混合好后的物料 应立即使用, 经过双螺杆挤出机挤出造粒, 得到改性 聚乙烯粒料。粒料烘干后经 注塑机成型为标 准测试
2 结果与讨论
2 1 炭黑对 PE 绝缘电阻的影响 在以 PE 为主体、添加一定的分散助剂的基本材
料配方中, 变换炭黑的添加量, 选择其质量分数分别 为 3% 、 5% 、 7% 、 9% 、 11% 、 13% 、 15% 、 20% , 以期找到达到要求的抗静电性能时最适宜的炭黑添加
量。结果如图 1所示。从图 1中可以看到, 炭黑质量
的阻燃改性一般有向塑料中添加阻燃剂、向塑料中共 混入具有高阻燃性的树脂以及在塑料制品表面层化阻 燃材料等几种方法 [ 2- 3] 。另一方面, 为了改进塑料的 抗静电性, 通常采用添加抗静电剂的办法即可达到要 求, 但若要赋予其导电性, 则需要加入炭黑类材料或 金属类材料等导电物质。本研究采用抗静电剂与炭黑 共同添加的方法来改进 PE 的抗静电性, 同时添加阻 燃剂来改进其阻燃性能。
Abstract: M od ified by b lending techno logy, PE p last ic w ith flam e retardancy and antistatic property w as obta ined w hich fu lly m eet the requ irem ents o f coa lm ine gas drainage pipes. It w as obta ined by b lend ing deca brom odiphenyl ether, ant im ony ox ide, conductive carbon black, nano calc ium carbonate of different propor t ions w ith po lyethylene resin. T he e ffect of the add ing content on flam e retardancy, ant istatic and m echan ica l property of PE w as studied. T he results show ed that the flam e retardancy and an tistat ic property w ere affected by the rat io of dispersion system, flam e retardants, antistatic agents and o ther addit ives. The addition o f nano calc ium carbonate im proved conductiv ity of PE and had no sign ificant effect on the flam e retardancy; The best qua lity ratio o f decabromodipheny l ether and ant im ony ox ide w as 4: 1. T he addition of carbon b lack and EVA can im prove the f lam e retardancy of PE plastic. Add ing nano calcium carbonate can m a inta in good im pact toughness, sign ificantly improve the tensile strength, and prom o te an tistat ic property of blends.
1 实验部分
1 1 主要原料
作者简介: 刘罡, 男, 1970年生, 高级工程师, 主要从事改性工程塑料及聚乙 烯瓦斯抽放管的研究。 liugang5888@ sina com
第 39卷 S1
刘 罡, 等: 阻燃抗静电聚乙烯塑料的研究
1 17
PE 树脂: PE5000S、 PE1 I2A, 北 京燕 山石化 公 司产品; EVA 树脂: 法国阿托菲纳公司; 三 元乙丙 胶: 美国杜邦公司; 接枝聚乙烯: 自制; 十溴联苯醚 ( 102E ) : 美国大湖公司; 氧化锑: 湖南华昌锑业公 司; 导电炭黑: 四川自贡炭黑研究所; 抗静电剂: 瑞 士汽巴公司; 聚 乙烯蜡: 成都 祥和专用蜡厂; 抗氧 剂: 瑞士汽巴公司; 偶联剂: 南京曙光化工厂; 纳米 碳酸钙: 成都都江堰钙品公司。 1 2 仪器与设备
效果, 使 PE 的绝缘电阻有所降低。或者是粉状无机 物使炭黑在 PE中得到了更好的分散。
图 3 无机填料对 PE复合物表面电阻的影响
2 4 阻燃剂用量对 PE 燃烧性能的影响 对于聚乙烯的阻燃, 一般采用卤素阻燃剂与氧化
锑并用的方法。本研究采用十溴联苯醚与三氧化二锑
并用的方法, 并对配用的比例进行了实验研究。其阻 燃机理大致如下: 十溴联苯醚受热分解生成的自由基 抑制剂 HB r能与高活性自由基如 HO 、 O 、H 等反应, 生成活性较低的溴自由基, 致使燃烧减缓或 终止。同时, 分解产生的密度较大的 H Br气体, 还
获得了完全满足煤矿井下用瓦斯 抽放管要求的阻燃抗静电 PE 塑料。考察 了上述添 加物及其添 Biblioteka Baidu量对聚 乙烯阻燃、抗
静电和机械性能的影响。结果表明, PE的阻燃抗静电性受分散体系、阻燃剂、抗静电剂等 助剂的添 加量及配比 影响,
纳米碳酸钙的加入对 PE 的导电 性能 有改善, 对阻燃 性能 无明显 影响; 十 溴与 氧化锑 的质 量比 以 4 /1 为好, 炭 黑及
分数在 11% 时, 曲线 出 现拐 点, 材料 的 表面 电 阻 ( R) 产生 阶跃 现象, 表明在此时复合材料内部 导电网络已经形成, 塑 料的表面电阻急 剧下降 ( 体 积电阻也如此 )。掺入 PE 中的炭黑在 11% 时达到临 界点, PE 聚合物发生了 绝缘体 - 电导体 渗流转 变, 相邻粒子间的范德华力或其他结合力的强度就足 以克服粒子间的排斥作用而使它们相互连接起来, 从 而形成网链, 为载流子的传递提供了通道。随着炭黑 含量的继续增加, 材料的绝缘电阻虽然继续下降, 但 已趋于平缓。
能稀释空气中的氧气并覆盖于材料表面, 隔绝可燃性 气体与空气的接触, 致使材 料的燃烧速度降 低或窒 息。当十溴联苯醚与三氧化二锑并用时, 在高温下三 氧化二锑能与溴化氢反应生成三溴化锑或溴氧化锑, 而溴氧化锑又可在很宽的温度范围内继续分解为三溴
化锑。三溴化锑蒸汽能较长时间停留在燃烧区, 具有 稀释和覆盖作用; 三溴化锑微粒的表面效应可降低火 焰能量; 三溴化锑能促进固相及液相的成炭反应, 而 相对减缓生成可燃气体的聚合物的热分解和 氧化分 解, 且生成的炭层可阻止可燃气体逸入火焰区, 并保
EVA 的加入提高了 PE 塑料的阻燃性; 添加纳米碳酸钙在 保持良 好的冲 击韧性 的同时, 能 明显提 高体系 的拉伸 强度,
并且对抗静电性能有促 进作用。
关键词: 抗静电; 聚乙烯; 炭黑; 纳米碳酸钙; 表面电阻; 阻燃
中图分类号: TQ 325 1+ 2
文献标识码: A
文章编号: 1005- 5770 ( 2011) S1- 0116- 04
S tudy on F lam e R etardan t and An tistatic Prop erties of Polyethylene P lastic
L IU G ang1, 2
( 1. Chongqing B ranch of China Coa l R esearch Institute, Chongqing 400037, Ch ina 2. Chongq ing Copo ly force Eng ineer ing P lastics Co. , L td. , Chongq ing 400037, China)
K eyw ord s: Antistatic; Po lye thylene; C arbon B lack; Surface Resistance; N ano Calc ium C arbonate; F lam e Retardan t
聚乙烯 ( PE ) 具有良好的化学稳定性、耐穿刺 性和冲击性能, 特别是耐低温性能好, 脆化温度一般 可达 - 50 以下。 PE的加工性能很好, 加工温度范 围宽。但 PE 塑料 也有拉 伸强度 较低、抗 蠕变 性不 好、耐环境应力开裂性不好、耐热性不高及易燃等缺 点, 故将 PE 塑料应用于矿井时, 尚需对其进行必要 的改性处理, 使其在保持优良物理机械性能的同时, 还应具有阻燃和抗静电性能。聚乙烯塑料氧指数只有 17左右, 表明聚乙烯极易燃烧 [ 1] 。要获得符合要求 的阻燃塑料, 就需要对塑料进行阻燃改性处理。塑料
样条。 1 4 性能测试
熔体质量流动速率按 GB /T 3682 2000测试; 拉 伸强度和断裂伸长率按 GB /T 1040 2006测试; 弯曲 强度按 GB /T 9341 2000测 试; 悬臂 梁冲击强 度按 GB /T 1843 1996 测 试; 维 卡 软 化 温 度 按 GB /T 1634 2004 测 试; 燃 烧 性 能 及 抗 静 电 性 能 按 M T113 1995测试。
图 2 良好分 散体系对炭黑填充 PE 表面电阻的影响
2 3 阻燃剂及碳酸钙等无机填料对 PE 绝缘电阻的 影响
在 PE、炭黑 复合物中加入一定的阻燃剂十 溴、 氧化锑及纳米碳酸钙填料, 经测试 PE 复合物的绝缘
11 8
塑料工业
2 011 年
电阻, 得到如图 3的结果。从图 3中看到, 绝缘电阻 的 阶跃 点提前至炭黑质量分数为 8% 左右。这可 能是由于其他无机物的加入在聚合物中起到了掺杂的
高速混合机: SHR 200型, 张家港亿利机械有限 公司; 双螺杆挤出机: TE 65型, 江苏科亚化工装备 有限公司; 注塑机: SZ 90型, 广东东华机械有限公 司; 熔体流动速率仪: PXRZ 400C 型, 吉林大学科 教仪器厂; 电子拉力试验机: XLD 20型, 承德市金 建检测仪器有限公司; 悬臂梁冲击试验机: XJU 5 5 型, 承德市金建检测仪器有限公司; 热变形、维卡软 化点温度测定仪: XRW 300 型, 承德市金建 检测仪 器有限公司; 表面绝缘电阻仪: ZC 46型, 上海第六 电表厂; 酒精喷灯试验装置: 按标准自制。 1 3 制备
2 2 分散体系对 PE 绝缘电阻的影响 由于导电炭黑的高结构性, 当它添加入聚合物中
时, 炭黑粒子间极易团聚, 很难分散开来, 从而影响 聚合物基体中导电网络的形成。因而如何将炭黑均匀 分散于 PE塑料中, 这将直接影响 PE 塑料的绝缘电 阻。本文先将炭黑用偶联剂和聚乙烯蜡活化处理, 与 PE 共混时再加入一定比例的 EVA 作为分散剂, 得到 如图 2的结果。从图 2中可以看出, 曲线中绝缘电阻 出现 阶跃 的拐点提前至炭黑含量在 9% 左右。这 说明 EVA 的加入促进了导电炭黑的分散, 在炭黑含 量更少的情况下, 获得了预期的导电效果。
塑料工业
第 39卷 S1
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CH INA PLA ST ICS INDU STRY
2011年 4月
阻燃抗静电聚乙烯塑料的研究
刘 罡 1, 2
( 1. 煤炭科学研究 总院重庆研究院, 重庆 400037; 2. 重庆科聚孚工程塑料有限责任公司, 重庆 401332)
摘要: 采用共混改性技术, 将十溴联 苯醚、氧 化锑、导 电炭黑、纳米 碳酸钙等 按不同 比例加 入到聚 乙烯树 脂中,
首先偶联活 化处理填料, 将高速混合机 加热至 100~ 120 , 将偶联剂及聚乙烯蜡与导电炭 黑、阻 燃剂、纳米碳酸钙等加入混合机中高速搅拌 15 ~ 20 m in, 出料冷却之后将其密封包装, 以免吸湿。然后 将聚乙烯树脂、 EVA、三元乙丙胶、接枝聚乙烯等先 投入混合机中, 再缓慢加入抗静电剂, 最后将填料及 抗氧剂等加入混合机中混匀后出料。混合好后的物料 应立即使用, 经过双螺杆挤出机挤出造粒, 得到改性 聚乙烯粒料。粒料烘干后经 注塑机成型为标 准测试
2 结果与讨论
2 1 炭黑对 PE 绝缘电阻的影响 在以 PE 为主体、添加一定的分散助剂的基本材
料配方中, 变换炭黑的添加量, 选择其质量分数分别 为 3% 、 5% 、 7% 、 9% 、 11% 、 13% 、 15% 、 20% , 以期找到达到要求的抗静电性能时最适宜的炭黑添加
量。结果如图 1所示。从图 1中可以看到, 炭黑质量
的阻燃改性一般有向塑料中添加阻燃剂、向塑料中共 混入具有高阻燃性的树脂以及在塑料制品表面层化阻 燃材料等几种方法 [ 2- 3] 。另一方面, 为了改进塑料的 抗静电性, 通常采用添加抗静电剂的办法即可达到要 求, 但若要赋予其导电性, 则需要加入炭黑类材料或 金属类材料等导电物质。本研究采用抗静电剂与炭黑 共同添加的方法来改进 PE 的抗静电性, 同时添加阻 燃剂来改进其阻燃性能。
Abstract: M od ified by b lending techno logy, PE p last ic w ith flam e retardancy and antistatic property w as obta ined w hich fu lly m eet the requ irem ents o f coa lm ine gas drainage pipes. It w as obta ined by b lend ing deca brom odiphenyl ether, ant im ony ox ide, conductive carbon black, nano calc ium carbonate of different propor t ions w ith po lyethylene resin. T he e ffect of the add ing content on flam e retardancy, ant istatic and m echan ica l property of PE w as studied. T he results show ed that the flam e retardancy and an tistat ic property w ere affected by the rat io of dispersion system, flam e retardants, antistatic agents and o ther addit ives. The addition o f nano calc ium carbonate im proved conductiv ity of PE and had no sign ificant effect on the flam e retardancy; The best qua lity ratio o f decabromodipheny l ether and ant im ony ox ide w as 4: 1. T he addition of carbon b lack and EVA can im prove the f lam e retardancy of PE plastic. Add ing nano calcium carbonate can m a inta in good im pact toughness, sign ificantly improve the tensile strength, and prom o te an tistat ic property of blends.
1 实验部分
1 1 主要原料
作者简介: 刘罡, 男, 1970年生, 高级工程师, 主要从事改性工程塑料及聚乙 烯瓦斯抽放管的研究。 liugang5888@ sina com
第 39卷 S1
刘 罡, 等: 阻燃抗静电聚乙烯塑料的研究
1 17
PE 树脂: PE5000S、 PE1 I2A, 北 京燕 山石化 公 司产品; EVA 树脂: 法国阿托菲纳公司; 三 元乙丙 胶: 美国杜邦公司; 接枝聚乙烯: 自制; 十溴联苯醚 ( 102E ) : 美国大湖公司; 氧化锑: 湖南华昌锑业公 司; 导电炭黑: 四川自贡炭黑研究所; 抗静电剂: 瑞 士汽巴公司; 聚 乙烯蜡: 成都 祥和专用蜡厂; 抗氧 剂: 瑞士汽巴公司; 偶联剂: 南京曙光化工厂; 纳米 碳酸钙: 成都都江堰钙品公司。 1 2 仪器与设备
效果, 使 PE 的绝缘电阻有所降低。或者是粉状无机 物使炭黑在 PE中得到了更好的分散。
图 3 无机填料对 PE复合物表面电阻的影响
2 4 阻燃剂用量对 PE 燃烧性能的影响 对于聚乙烯的阻燃, 一般采用卤素阻燃剂与氧化
锑并用的方法。本研究采用十溴联苯醚与三氧化二锑
并用的方法, 并对配用的比例进行了实验研究。其阻 燃机理大致如下: 十溴联苯醚受热分解生成的自由基 抑制剂 HB r能与高活性自由基如 HO 、 O 、H 等反应, 生成活性较低的溴自由基, 致使燃烧减缓或 终止。同时, 分解产生的密度较大的 H Br气体, 还
获得了完全满足煤矿井下用瓦斯 抽放管要求的阻燃抗静电 PE 塑料。考察 了上述添 加物及其添 Biblioteka Baidu量对聚 乙烯阻燃、抗
静电和机械性能的影响。结果表明, PE的阻燃抗静电性受分散体系、阻燃剂、抗静电剂等 助剂的添 加量及配比 影响,
纳米碳酸钙的加入对 PE 的导电 性能 有改善, 对阻燃 性能 无明显 影响; 十 溴与 氧化锑 的质 量比 以 4 /1 为好, 炭 黑及
分数在 11% 时, 曲线 出 现拐 点, 材料 的 表面 电 阻 ( R) 产生 阶跃 现象, 表明在此时复合材料内部 导电网络已经形成, 塑 料的表面电阻急 剧下降 ( 体 积电阻也如此 )。掺入 PE 中的炭黑在 11% 时达到临 界点, PE 聚合物发生了 绝缘体 - 电导体 渗流转 变, 相邻粒子间的范德华力或其他结合力的强度就足 以克服粒子间的排斥作用而使它们相互连接起来, 从 而形成网链, 为载流子的传递提供了通道。随着炭黑 含量的继续增加, 材料的绝缘电阻虽然继续下降, 但 已趋于平缓。
能稀释空气中的氧气并覆盖于材料表面, 隔绝可燃性 气体与空气的接触, 致使材 料的燃烧速度降 低或窒 息。当十溴联苯醚与三氧化二锑并用时, 在高温下三 氧化二锑能与溴化氢反应生成三溴化锑或溴氧化锑, 而溴氧化锑又可在很宽的温度范围内继续分解为三溴
化锑。三溴化锑蒸汽能较长时间停留在燃烧区, 具有 稀释和覆盖作用; 三溴化锑微粒的表面效应可降低火 焰能量; 三溴化锑能促进固相及液相的成炭反应, 而 相对减缓生成可燃气体的聚合物的热分解和 氧化分 解, 且生成的炭层可阻止可燃气体逸入火焰区, 并保
EVA 的加入提高了 PE 塑料的阻燃性; 添加纳米碳酸钙在 保持良 好的冲 击韧性 的同时, 能 明显提 高体系 的拉伸 强度,
并且对抗静电性能有促 进作用。
关键词: 抗静电; 聚乙烯; 炭黑; 纳米碳酸钙; 表面电阻; 阻燃
中图分类号: TQ 325 1+ 2
文献标识码: A
文章编号: 1005- 5770 ( 2011) S1- 0116- 04
S tudy on F lam e R etardan t and An tistatic Prop erties of Polyethylene P lastic
L IU G ang1, 2
( 1. Chongqing B ranch of China Coa l R esearch Institute, Chongqing 400037, Ch ina 2. Chongq ing Copo ly force Eng ineer ing P lastics Co. , L td. , Chongq ing 400037, China)
K eyw ord s: Antistatic; Po lye thylene; C arbon B lack; Surface Resistance; N ano Calc ium C arbonate; F lam e Retardan t
聚乙烯 ( PE ) 具有良好的化学稳定性、耐穿刺 性和冲击性能, 特别是耐低温性能好, 脆化温度一般 可达 - 50 以下。 PE的加工性能很好, 加工温度范 围宽。但 PE 塑料 也有拉 伸强度 较低、抗 蠕变 性不 好、耐环境应力开裂性不好、耐热性不高及易燃等缺 点, 故将 PE 塑料应用于矿井时, 尚需对其进行必要 的改性处理, 使其在保持优良物理机械性能的同时, 还应具有阻燃和抗静电性能。聚乙烯塑料氧指数只有 17左右, 表明聚乙烯极易燃烧 [ 1] 。要获得符合要求 的阻燃塑料, 就需要对塑料进行阻燃改性处理。塑料
样条。 1 4 性能测试
熔体质量流动速率按 GB /T 3682 2000测试; 拉 伸强度和断裂伸长率按 GB /T 1040 2006测试; 弯曲 强度按 GB /T 9341 2000测 试; 悬臂 梁冲击强 度按 GB /T 1843 1996 测 试; 维 卡 软 化 温 度 按 GB /T 1634 2004 测 试; 燃 烧 性 能 及 抗 静 电 性 能 按 M T113 1995测试。
图 2 良好分 散体系对炭黑填充 PE 表面电阻的影响
2 3 阻燃剂及碳酸钙等无机填料对 PE 绝缘电阻的 影响
在 PE、炭黑 复合物中加入一定的阻燃剂十 溴、 氧化锑及纳米碳酸钙填料, 经测试 PE 复合物的绝缘
11 8
塑料工业
2 011 年
电阻, 得到如图 3的结果。从图 3中看到, 绝缘电阻 的 阶跃 点提前至炭黑质量分数为 8% 左右。这可 能是由于其他无机物的加入在聚合物中起到了掺杂的
高速混合机: SHR 200型, 张家港亿利机械有限 公司; 双螺杆挤出机: TE 65型, 江苏科亚化工装备 有限公司; 注塑机: SZ 90型, 广东东华机械有限公 司; 熔体流动速率仪: PXRZ 400C 型, 吉林大学科 教仪器厂; 电子拉力试验机: XLD 20型, 承德市金 建检测仪器有限公司; 悬臂梁冲击试验机: XJU 5 5 型, 承德市金建检测仪器有限公司; 热变形、维卡软 化点温度测定仪: XRW 300 型, 承德市金建 检测仪 器有限公司; 表面绝缘电阻仪: ZC 46型, 上海第六 电表厂; 酒精喷灯试验装置: 按标准自制。 1 3 制备