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阻燃抗静电PE管材料加工工艺研究
发布日期：2012-04-24

前言近期煤炭部出台了关于煤炭行业安全的新举措，强制执行煤矿井下使用阻燃抗静电产品代替金属管。塑料管材有耐酸、耐碱、耐油、耐腐蚀、重量轻、成本低、服务年限长(约为钢的2.5倍)等优点，这是钢管所不能比拟的。但塑料管材极易产生静电，静电的积累可能导致静电火花放电，从而可能成为井下煤尘或瓦斯爆炸的点火源；塑料管材还有易燃、耐压和耐冲击性较低的缺点。为使煤矿井下用塑料管材安全地、可靠地替代钢管，必须进行阻燃、抗静电和机械性能方面的改性。对聚乙烯来说，阻燃改性一般采用低毒高效的卤系阻燃剂，其中尤以溴系阻燃剂的阻燃效果，同时与通过处理的辅助阻燃剂复合使用，可大大提高聚乙烯的阻燃效果。抗静电性的提高则采用导电粉体与有机抗静电剂复配，只要解决各种助剂的相容性，就能达到很好的阻燃抗静电效果。目前阻燃抗静电PE管材料的多数采用溴系阻燃体系和导电碳黑为主要改性剂，导电碳黑重量轻，比表面积大，导电效果好，但其污染大、加工性差，不利于规模化生产。为此，开展阻燃抗静电PE管材料的加工工艺研究尤为重要。本文针对阻燃抗静电PE体系中助剂添加量大、不易分散等问题进行了研究，分别采用一步加工法、两步加工法和母料直接加入成型法对阻燃抗静电PE管材料的加工和挤管成型加工等工艺进行了研究，结果表明：采用两步加工法加工生产的阻燃抗静电PE管材料分散性好、产品性能稳定，无污染、有利于大规模化生产。试验部分原材料PE树脂(大庆石化公司)；导电碳黑(进口)；主、辅阻燃剂(国产)；分散剂(大庆龙新化工厂)；抗氧剂1010、168(国产)；其它助剂(国产)。试验设备1)高速混合机(SHR-10A)，张家港大江机械有限公司；2)高速混合机(SHR-50A)，张家港亿利机械有限公司；3)双螺杆造粒机组(TE-35)，南京科亚股份有限公司；4)双螺杆造粒机组(TE-65)，南京科亚股份有限公司；5)65挤管机组(SJ65)，成都塑料机械模具厂。检测仪器1)材料试验机(5567)，美国INSTRON公司。2)熔体流动速率仪(69320001)，意大利CEAST公司。3)高阻计(ZC36)，上海精密仪器厂。4)酒精喷灯，自制。5)管材耐压试验机(ZNY-16)，深圳新三思有限公司。6)电子扫描电镜(JSM-6360LA)，日本岛津。试验方法1)一步加工法：将配方中所有组份按照一定的比例计量，然后于高速混合机中混合，经双螺杆挤出机挤出造粒。工艺简单，加工成本低。2)阻燃抗静电母料的加工：将配方中所有助剂成份按比例提取、计量，添加一定量的PE载体，经融熔密炼混合、挤出造粒而成。母料可直接比例添加PE树脂挤管成型。3)两步加工法：是将阻燃抗静电PE管材料的加工分两步进行，先将配方中的助剂组份先进行浓缩、制成双抗母料，然后将母料与树脂按比例掺混，再经双螺杆挤出机挤出造粒。加工成本较高，但产品分散性好。结果与讨论一步法和二步法加工造粒试验对比分析本研究分别采用一步加工法和两步加工法进行阻燃抗静电PE管材料的造粒加工试验，其加工工艺及造粒试验情况分别见表1和表2。由表2中可以看出，一步加工法生产的阻燃抗静电PE管材料粒子外观不好，表面无光、有气孔，FR值较大、断裂伸长率低，达不到煤碳行业标准MT558，1-2005伸长率指标≥300%的要求，这主要原因是大量的无机粒子与PE树脂界面相容性不好、分散不均匀造成；采用两步加工法加工，由于大量无机助剂经过密炼强制预分散处理后再经双螺杆挤出造粒，因此粒子表面光亮、无气孔，FR值小，断裂伸长率高，一般均在400%以上，达到行业标准要求。从造粒试验过程角度看，一步加工法造粒存在架桥现象、易断条，并且采用高速混合机混合污染严重，不利于规模化生产。

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