PE双抗料生产工艺筛选

聚乙烯双抗料生产工艺研究

阳范文,陈晓明(广州医学院生物医学工程系,广州510182)摘要:本文通过比较密炼机和双螺杆挤出机生产聚乙烯双抗料在下料、生产控制和表面电阻率的差异,研究不同生产工艺对产品性能的影响。结果表明:采用密炼机混料和单螺杆挤出造粒制备双抗母料,然后采用双螺杆挤出机造粒生产双抗料的两步法生产工艺最佳。采用该工艺生产的双抗料具有力学性能优良、表面电阻稳定、生产控制方便等优点。关键词:聚乙烯、抗静电、阻燃、双抗、工艺煤矿使用的管道分为排水、喷浆、正压通风、负压通风、瓦斯抽放等通称双抗料管,要求具有阻燃和抗静电效果。聚乙烯双抗料是抗静电和抗燃烧(阻燃)的改性塑料通称,具有以下特点:重量轻、寿命长、施工方便、腐蚀、不易结垢、管壁光洁度高、流体阻力小、良好的水密性和连接性能、强度大、耐冲击、机械性能优越等优点随着我国经济的高速发展,电能的需求量日益增长,对煤炭需求增长迅猛。煤炭开采工业的快速发展过程中出现了大量安全生产事故,引起事故的主要原因就是瓦斯爆炸。瓦斯治理工作的基础是瓦斯的抽放,必须将存在爆炸危险的瓦斯气体通过具有抗静电、阻燃功能的管道引出矿井。因此,选择性能可靠、安装方便、价格便宜、使用寿命长的抽放瓦斯管材,对煤矿安全和降低生产成本有着极其重要的意义。本文针对聚乙烯双抗料中炭黑含量高、熔体粘度大等特点,探讨不同生产工艺对生产效率和产品性能的影响,筛选双抗料最佳生产工艺,为工业化规模生产提供指导。1生产工艺设计

针对配方中炭黑含量较高的特点,生产工艺设计一步法和两步法:一步法是将配方中的各种组分一起在双螺杆挤出机中熔融混炼一步制得双抗专用料,两步法是预先制备导电炭、黑阻燃母料(双抗母料),再将母料与其它组分熔融混料制备双抗专用料。双抗母料中炭黑含量较高,体积百分比占50~70%,比较可行的方法是采取密炼工艺。考虑到密炼机耗电量高,生产过程为间歇式生产,工人劳动强度大。因此,设计侧喂料双螺杆挤出工艺,研究双螺杆生产工艺行。具体工艺过程如下:(1)密炼工艺工艺1:密炼机密炼→冷却→破碎→双螺杆分散造粒工艺2:密炼机密炼→锥双喂料→单螺杆造粒(2)双螺杆工艺工艺3:主喂料、双螺杆分散→造粒工艺4:单侧喂料、双螺杆分散→造粒2实验结果与讨论

两步法生产工艺研究首先开展两步法制备双抗专用料的工艺研究:先采用上述四种工艺预先制备母料(母料配方见2.1表1),然后在双螺杆挤机上按表2配方生产双抗专用料,生产过程评价与双抗专用料的表面电阻结果见表3。表1材料聚乙烯改性剂炭黑抗氧剂双抗母料基本配方用量6481002502表3项目炭黑下料情况炭黑飘扬情况生产过程控制切粒方式造粒情况表面电阻(Ω)不同生产工艺过程评价与表面电阻工艺2容易严重容易热切良好3~410工艺3很难较严重难度很大水冷拉条切粒容易断条4~610工艺4较难较严重难度较大水冷拉条切粒容易断条5~610表2两步法双抗专用料基本配方材料HDPE母料阻燃剂抗氧剂工艺1容易严重容易热切良好7~810从表3可知,采用密炼工艺在下料和生产控制方面有优势,缺点在于炭黑飘扬严重,环境污染大。工艺1由于双螺杆挤出机的剪切力太大,导电炭黑过渡分散,故双抗料的表面电阻高,抗静电效果不佳。工艺3在下料很难,原因是导电炭黑堆积密度很小,很容易架桥;工艺4基本可以下料,但拉条切粒不太顺畅,如果改用热切方式,切粒问题可以解决。因此,将工艺2和工艺4列为可选工艺。工艺2采用密炼机中试160KG,生产过程顺畅,粒子外观良好,完全可行。采用工艺4进行中试,生产20分钟后下料困难,生产过程不顺畅。2.2一步法和两步法工艺比较两步法采用工艺2进行,配方见表1和表2。一步法配方见表4,采用侧喂料在双螺杆挤出机上一步制备双抗料,炭黑从侧喂料计量加入,结果见表5。表4材料PE改性剂炭黑阻燃剂抗氧剂分散剂一步法生产双抗料料配方用量7485080100220备注表5一步法和两步法生产的双抗料性能比较一步法0.5633.05×10通过10.110.088.4两步法0.8337.2×10通过30.317.9942侧喂料下项目熔融指数(190℃、5KG)表面电阻(Ω)阻燃性能拉伸强度(MPa)屈服强度(MPa)断裂伸长率(%)从上述分析可知,两种工艺制备的双抗料表面电阻都较低、抗静电效果良好。然而,采用一步法制备双抗料的力学性能较低,特别是断裂伸长率还不到两步法的十分之一,无法达到MT558、MT113等标准。因此,优选两步法工艺2是最佳生产工艺。3结论(1)采用密炼机密炼、单螺杆挤出造粒制备双抗母料,然后采用双螺杆挤出机制备双抗料的两步法工艺生产顺畅,产品性能良好,是生产双抗料的最佳工艺;(2)双抗专用料采用双螺杆双侧喂料工艺基本可行,需对设备进行改造,增加两个侧喂料装置,配置4台计量称;(3)双抗母料中炭黑含量太高,采用双螺杆、双侧喂料工艺难度大,建议不要选择该工艺。参考文献[1][2][3]何曼君,陈维孝,董西侠.高分子物理[M].上海:复旦大学出版社,1990.阳范文赵治国何浏炜.几种聚乙烯毛细管流变性能的研究[J].工程塑料应用,2011,39(1):40-43G.E.Luckachan,C.K.S.Pillai.BiodegradablePolymers-AReviewonRecentTrendsandEmergingPerspectives[J].JournalofPolymersandtheEnvironment,2011,19:637–676[4][5]秦志忠,秦传香.聚乳酸的流变性能研究.合成材料技术及应用,2005,20(3):5-7JohnM.Onyari,FrancisMulaa,JoshuaMuia,PaulShiundu.BiodegradabilityofPoly(lacticacid),PreparationandCharacterizationofPLA/GumArabicBlends.JournalofPolymersandtheEnvironment,2008,16:205–212StudyonRheologicalPropertiesofMedicalgradePLLAandPDLLA

YangFanwen;ChenXiaoming(DepartmentofBiomedicalEngineering,GuangzhouMedicalUniversity,Guangzhou510182)Abstract:ThecapillaryrheologicalpropertiesofPoly(L-lacticAcid)(PLLA)andPoly(d,l-LacticAcid)(PDLLA)wereresearchedatdifferenttemperaturesandshearrates.TheresultsshowedthatmeltofPLLAandPDLLAshowedshearthinningphenomenonandwerecharacterizedwithnon-newtonianfluid.Withincreaseoftemperature,thenon-newtonianindexofPLLAandPDLLAincreasedslightly.Atthesametemperatureandshearrate,thenon-newtonianindexofPDLLAwashigherthanPLLA.Thestructuralviscosityindex(Δη)ofthemrangedfrom0.9to1.4.Withincreaseoftemperature,Δηdecreased,spinningprocessingabilitywasimproved.Keywords:PLLA,PDLLA,Rheologicalproperty,Medicalgrade




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