塑料工業(yè)第43卷第3期●136●CHINA PLASTICS INDUSTRY2015年3月永久導(dǎo)電輻射交聯(lián)聚烯烴泡沫塑料的開發(fā)與研究王偉，王鵬飛,張萌萌(泰山體育產(chǎn)業(yè)集團，山東德州253600)摘要:以低密度聚乙烯(LDPE) 為主體,超導(dǎo)碳黑為導(dǎo)電填料，偶氮二甲酰胺(AC) 為發(fā)泡劑，制備了永久導(dǎo)電聚烯烴泡沫材料(IXPE)。 對輻射交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的導(dǎo)電性能、輻照劑量進行了研究,并對永久導(dǎo)電輻射交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料的綜合性能進行了分析。結(jié)果表明，在優(yōu)選的幾種超導(dǎo)碳黑中，當T1添加50份，輻照劑量為13.5r/min+1.5MeV+15mA+2層時，能得到性能優(yōu)異的永久導(dǎo)電輻射交聯(lián)聚烯烴泡沫塑料，體積電阻率可以降到10n關(guān)鍵詞:輻射交聯(lián);導(dǎo)電聚烯烴泡沫;超導(dǎo)碳黑;力學(xué)性能DOI: 10. 3969/j. issn. 1005 -5770. 2015. 03. 024中圖分類號: TQ328; TQ325. 1文獻標識碼: A文章編號: 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近年來導(dǎo)電高分子的研究取得了長足的發(fā)展，形起到積極的作用。本文主要討論了超導(dǎo)碳黑的添加對成了一個十分活躍的邊緣學(xué)科領(lǐng)域，它對電子工業(yè)、輻射交聯(lián)聚乙烯泡沫塑料的體積電阻率的影響，同時信息工業(yè)及新技術(shù)的發(fā)展具有重大的意義。但輻射交由于超導(dǎo)碳黑填料的加人，對擠出工藝、輻射交聯(lián)劑聯(lián)聚烯烴發(fā)泡塑料的高電阻率往往使其在加工和使用量、發(fā)泡工藝進行探討。過程中容易產(chǎn)生靜電積累，從而造成靜電吸塵乃至靜1實驗部分電放電等不良現(xiàn)象。發(fā)泡塑料電絕緣性在應(yīng)用中可能1.1 原料產(chǎn)生靜電積累，進而發(fā)生靜電泄露、電磁波干擾、靜低密度聚乙烯(LDPE): 2426F， 大慶石化分公電吸塵以及與人體接觸時的電擊或不適感，引起易燃司;偶氮二甲酰胺: LD10, 江蘇索普集團;成核劑:品發(fā)生靜電火災(zāi)或爆炸，計算機、通信干擾，甚至是氧化鋅，濰坊金鐘化工公司;抗氧劑: 1010， 天津海航空領(lǐng)域的導(dǎo)航系統(tǒng)干擾等。佳科技有限公司;導(dǎo)電碳黑T-1:卡博特公司;導(dǎo)電因此，對于輻射交聯(lián)聚烯烴發(fā)泡材料導(dǎo)電功能的碳黑T-2:淄博華光公司:導(dǎo)申碳黑T-3:韓華化學(xué)改性，會對輻射交聯(lián)聚乙烯泡沫塑料使用范圍的擴大有限公司;中國煤化工有限公司;導(dǎo)電fYHCNMHG作者簡介:王偉，男，1987 年生，研究生，主要從事熱固性樹脂脲醛樹脂、環(huán)氧樹脂預(yù)浸料、聚乙烯發(fā)泡材料XPE、IXPE、人造草坪、碳纖維自行車等研究。skywangwei2008@ 163. com第43卷第3期王偉，等:永久導(dǎo)電輻射交聯(lián)聚烯烴泡沫塑料的開發(fā)與研究●137.碳黑T-5:濟南泰星化工公司。體積電阻率測定按導(dǎo)電、防靜電塑料體積電阻率1.2實驗設(shè)備測試方法GB/T 1410- 2006 測試。密煉機: K-100， 韓國金山密煉機;切粒機:1.4.3 力學(xué)性能測試Y140，余姚市奇力塑料機械廠;擠出機: SH-100,表觀密度的測定按泡沫塑料和橡膠GB/T 6342-如皋市華強塑料化工機械廠;垂直發(fā)泡爐:寧波發(fā)泡1996和斷裂伸長率的測定按軟質(zhì)泡沫聚合物材料爐設(shè)備廠;電子加速器:天津愛邦輻照有限公司;高GB/T 6344- 2008 測試;壓縮永久變形測定按軟質(zhì)泡阻計: HPS2683A， 常州海爾帕電子科技有限公司;沫聚合物材料GB/T 669- 2008 測試;撕裂強度按塑硬度計: LX-C型，上海六菱橡膠微孔硬度計;天平:料直角撕裂性能試驗方法QB/T 1130- -1991 測試。通用型;游標卡尺:通用型。2結(jié)果與討論1.3 實驗方法碳黑填充復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料可在較大范圍內(nèi)LDPE調(diào)節(jié)電學(xué)和力學(xué)性能，成本較低，易于成型和大規(guī)模r[電學(xué)性能]生產(chǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于防靜電、微波吸收、電磁屏蔽.發(fā)泡母料混料[ 擠出[發(fā)泡及電化學(xué)等領(lǐng)域。導(dǎo)電高分子材料的制備是以導(dǎo)電網(wǎng)超導(dǎo)母料掃描電鏡力學(xué)性能絡(luò)的形成為先決條件的，那么這就帶來兩個問題:即其他助劑-觀察分散碳黑在高分子材料中的分散性問題和如何有效地降低碳黑在復(fù)合材料中的滲濾國值。在實際應(yīng)用中又可以1.3.1母料生產(chǎn) .根據(jù)制品要求確定造粒配方- +分別把LDPE與超細化延伸出碳黑填料的選擇、處理以及聚乙烯材料的導(dǎo)碳黑等助劑按造粒配方比例稱重-+按工藝要求的投選擇問題。本文在前人的基礎(chǔ)上，以LDPE/CB為基料順序和混煉時間在密煉機里進行密煉混合-→把混煉礎(chǔ)體系，在成型加工方法、后續(xù)處理方法-致的條件好的料團放入造粒機的料斗，按要求的擠出工藝參數(shù)下，研究了不同種類碳黑、不同添加份數(shù)、不同輻照和工藝流程擠出-→風冷模面切粒、兩級旋風簡冷卻-→劑量等對IXPE導(dǎo)電性能的影響，以期得到體積電阻振動篩篩選和進一步冷卻- +進入儲料簡- +稱重>打包率較小的IXPE復(fù)合材料制品?！N標簽-+人庫。常用母粒的種類大致分為發(fā)泡母2.1 超導(dǎo)碳黑添加份數(shù)對擠出片材的影響粒、填充母粒、阻燃母粒、導(dǎo)電母粒、色母粒等。輻照交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料無疑是絕緣材料,隨著超導(dǎo)碳黑填料的增加，電阻率緩慢的下降，當含量達1.3.2擠出片材將各母料與LDPE按照配方工藝單在單螺桿擠出到某- -值后，電阻率急劇減少，而后變化又趨于平機中擠出片材，六段擠出機溫控: 115、115、 116、緩，幾近恒值，但伴隨超導(dǎo)碳黑份數(shù)的增加，對于擠出工藝有很大的影響，以至于影響到片材的表觀，從116、115、113 C。而影響后續(xù)的電子輻照與發(fā)泡過程。對于本論文所選1.3.3 輻照交聯(lián)將片材在天津愛邦4號線進行輻照實驗，輻照條取的五種碳黑母料，按照生產(chǎn)擠出的溫度利用流變儀件是高壓2 MeV,束流15 mA,輻照劑量靠輻照速度DHR-2進行流變性能分析，其中導(dǎo)電母料T-1的流變性能最為優(yōu)異，因此選用T-1進行實驗，見表1。調(diào)節(jié)。表1不同超導(dǎo)碳黑添加份數(shù)對IXPE擠出片材的影響1.3.4 高溫發(fā)泡Fig I Effects of diferent superconducting carbon contents on輻照結(jié)束后在高溫垂直發(fā)泡爐中發(fā)泡，發(fā)泡爐溫XPE extrusion sheet控:一區(qū)水平預(yù)熱130、150 C,二區(qū)垂直區(qū)溫控條T-1 添加75706(40件為245、245、248、 248、200 C。份數(shù)/份片材表觀體積凹凸、體積凹凸、體積光滑、體積光滑、體積光滑、1.4性能測試片材硬片材硬片材良好 片材良好 片材良好1.4.1輻射交 聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料密度測定將發(fā)泡完成的樣品，剪成正方形，其密度按下式當超導(dǎo)碳黑母料添加份數(shù)少時_由于超導(dǎo)碳黑的計算: p=M/(axbxc)。式中, ρ為IXPE的密度; M粉體作為分中國煤化工收在聚乙烯基材為試樣的質(zhì)量; a、b、c分別代表試樣的長度、寬中，相鄰的MHCN M ! G在擠出過程中導(dǎo)度、厚度。對不同劑量的樣品進行測量。電粒子始終被連續(xù)相聚乙烯基材包圍著，因此流動性1.4.2體積電阻率測定良好，得到的片材體積光滑,片材良好不僵硬,但若，138●塑料工業(yè)2015年未達到超導(dǎo)碳黑在聚乙烯體系的滲濾閥值,得到的電子輻照交聯(lián)IXPE還處于絕緣狀態(tài);當超導(dǎo)碳黑母料添加份數(shù)過多，超導(dǎo)碳黑的粒子成為連續(xù)相，而聚乙6-烯基材成為分散相，此時在擠出過程中，流動性變.差，擠出的片材體積凹凸不平，片材僵硬，不適于輻照發(fā)泡;當超導(dǎo)碳黑母料添加份數(shù)為40~60份時,230405050080既達到了滲濾閥值，同時又能保證擠出過程中聚乙烯炭黑母料添加量/%在整個體系中能擁有良好的流動性，此時得到的片材圖1超導(dǎo)碳黑添加份數(shù)對IXPE體積電阻率的影響不但體積光滑、片材良好，對于后續(xù)的輻照、發(fā)泡工Fig 1 Effects of diferent superconducting carbon contents on序都非常有利。volume resistivity of IXPE2.2超導(dǎo)碳黑的加入對輻照劑 的影響電子束輻照交聯(lián)結(jié)果見表2。從表2可以看出，對于永久導(dǎo)電IXPE產(chǎn)品，目前市場上規(guī)定體積隨著超導(dǎo)碳黑添加份數(shù)的變化，輻照劑量也隨之變化。電阻率在 10* ~10° n . cm為本體導(dǎo)電型，10' ~ 10°隨著添加份數(shù)的降低，輻照劑量逐漸變大。當添加份n . cm為本體耗散型，因此要生產(chǎn)永久導(dǎo)電IXPE就數(shù)為60、70 份時，16 r/min可以發(fā)泡，但由于添加的要將體積電阻率降低到10° n. cm以下。由表3以看超導(dǎo)碳黑母料過多，導(dǎo)致輻照、發(fā)泡后材料僵硬,不出，隨著超導(dǎo)碳黑添加份數(shù)的降低，IXPE的體積電具備發(fā)泡材料柔軟回彈性好的性能;當超導(dǎo)碳黑添加阻率逐漸增大，同時結(jié)合表觀的硬度、發(fā)泡狀況、實量降低到40、50份時，輻照劑量有所增加，基本在13用性等因素，當添加份數(shù)為50份時可以得到較為理r/min左右，發(fā)泡材料表觀良好、手感優(yōu)異。想的產(chǎn)品。超導(dǎo)碳黑在IXPE中的導(dǎo)電性能主要是由超導(dǎo)碳黑粒子的分散情況表2超導(dǎo)碳黑添加份數(shù)對輻照劑量的影響來決定的，由分散于聚乙Tab 2 Effects of dfferent superconducting carbon contents on the iradiation dose烯樹脂基體中的導(dǎo)電填料碳黑用量/份輻照條件的電子傳輸影響。超導(dǎo)碳70份17 t/min+2 MeV+15 mA+2層劑量大，起泡黑填充量較少時，超導(dǎo)碳16 r/min+2 MeV+15 mA+2層劑量適中，可以發(fā)泡，但硬度太大，不柔軟黑粒子或聚集體無規(guī)則地14.5 r/min+2 MeV+15 mA+2層劑量小，片材發(fā)泡不充分，僵硬60份16 r/min+1.5 MeV+15 mA+2層.分散于聚乙烯樹脂中，難15 r/min+1.5 MeV+15 mA+2層劑量適中，可以發(fā)泡，但硬度太大,不柔軟以形成導(dǎo)電通路;隨著超14 r/min+1.5 MeV+15 mA+2層導(dǎo)碳黑添加量的增大，碳50份13. 5 r/min+1.5 MeV+15 mA+2層劑量適中，發(fā)泡良好黑導(dǎo)電粒子相互之間接觸12 r/min+1.5 MeV+15 mA+2層數(shù)目增多，形成導(dǎo)電網(wǎng)40份絡(luò)，宏觀上表現(xiàn)為體積電.10 r/min+1.5 MeV+15 mA+2層阻率迅速下降。在保證擠8 r/min+1.5 MeV+15 mA+2層.出工藝、與發(fā)泡工藝的同2.3 超導(dǎo)碳黑添加份數(shù)對IXPE體積電阻率的影響時，當T-1添加份數(shù)為50按照1.4.3中的國標要求制樣并進行性能測試,份時，既能達到導(dǎo)電的要求(體積電阻率ρ,<10° Q測試結(jié)果見表3?！馽m),又能得到綜合性能良好的永久導(dǎo)電IXPE表3超導(dǎo)碳黑 添加份數(shù)對IXPE體積電阻率的影響產(chǎn)品。Tab 3 Effects of diferent superconducting carbon contents on2.4超導(dǎo)碳黑添 加份數(shù)對IXPE力學(xué)性能的影響對發(fā)泡倍率為25倍的永久導(dǎo)電IXPE進行力學(xué)測試性能70份60份50份40份檢測依據(jù)性能測試。通過對永久導(dǎo)電IXPE添加不同份數(shù)超導(dǎo)厚度/mm4.82 4.94 5.62 6.23 CB/T 6342- 1996碳黑T-1產(chǎn)中國煤化工中看出隨著超導(dǎo)材料密度/g. cm-3109.42 65.85 57.87 49.52 GB/T 6342--1996硬度HRA6848GB/T 10807- 2006碳黑份數(shù)的YHCNMH G度逐漸增大;而體積電阻率/n.cm 104 104 105 10° GB/T 1410- -2006IXPE的拉伸強度、斷裂伸長率、撕裂強度都隨超導(dǎo)碳黑的添加份數(shù)增加而逐漸降低。伴隨超導(dǎo)碳黑添加.第43卷第3期王偉，等:永久導(dǎo)電輻射交聯(lián)聚烯烴泡沫塑料的開發(fā)與研究●139.份數(shù)的增加，超導(dǎo)碳黑在基體樹脂LDPE中逐漸由分的碳黑表現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性能，超導(dǎo)碳黑母料T-1可散相達到粒子間距離小于1.5~10 nm時，碳黑粒子在添加50份時達到體積電阻率降到10' Q●cm,輻之間就相互導(dǎo)通，形成導(dǎo)電通路，但與此同時導(dǎo)致基照劑量為13. 5 r/min+1. 5 MeV+15 mA+2層時發(fā)泡良體樹脂中碳黑含量多，使其力學(xué)性能下降。好;根據(jù)制品具體要求調(diào)整碳黑添加份數(shù)、輻照劑表4超導(dǎo)碳黑添加份數(shù)對IXPE力學(xué)性能的影響量，以得到滿足制品體積電阻率、力學(xué)性能等指標的Tab 4 Effects of diferent superconducting carbon contents on合格制品。.mechanical properties of IXPE參考文獻測試性能30份40份50份60份70份[1]°姚占海，楊慧麗，徐俊.輻射交聯(lián)高發(fā)泡聚乙烯泡沫的厚度/mm5.0 5.0.8制備與應(yīng)用[J]. 塑料加工應(yīng)用，1997 (2): 1-4.材料密度/g. cm-34041.6242.5 42. 9303131.432[2] 劉太闖，鄭云生.電子束輻照交聯(lián)制備聚丙烯發(fā)泡片材拉伸強度/MPa 0.275 0.281 0.274 0. 2680. 257[J]. 中國塑料, 2006, 20 (9): 49-52.斷裂伸長率/%151.47 142.02 138. 89132.56 128. 45[3]孫道興，張書圣，魏慶莉，聚乙烯/炭黑導(dǎo)電復(fù)合材料的撕裂強度/N . cm-'25.0924.57 23. 6823. 1222. 54導(dǎo)電性能[J]. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報，2004, 25 (6):1149-1152.3結(jié)論[4]羅延齡,趙振興. 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