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        重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣在無紡布填充的應(yīng)用對比分析

        2018-06-17 07:32:20李奇洪黃華彬貝進(jìn)國
        科學(xué)與技術(shù) 2018年26期
        關(guān)鍵詞:無紡布改性

        李奇洪 黃華彬 貝進(jìn)國

        摘要:通過輕度改性的重質(zhì)碳酸鈣、非改性的重質(zhì)碳酸鈣與完全改性的輕質(zhì)碳酸鈣在無紡布填充的應(yīng)用試驗對比分析,經(jīng)輕度改性的重質(zhì)碳酸鈣完全可應(yīng)用于無紡布行業(yè),取代價格昂貴的輕質(zhì)碳酸鈣,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

        關(guān)鍵詞:無紡布;重鈣;輕鈣;改性

        無紡布的力學(xué)性能主要有拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度,三種力學(xué)性能中,拉伸強(qiáng)度越大,彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度越?。环粗?,彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度越大。所以要綜合考慮,達(dá)到最佳的平衡點。

        1實驗材料和儀器

        1.1實驗原料

        聚丙烯(PP):粉料,三峰牌,南京煉油廠;

        聚乙烯蠟(PEw):青島邦尼化工有限公司產(chǎn)品,

        硬脂酸鋅:江西宏遠(yuǎn)化工有限公司產(chǎn)品;

        無紡布專用填充重質(zhì)碳酸鈣KL2:科隆公司立磨機(jī)生產(chǎn)

        普通重質(zhì)碳酸鈣998:科隆公司億豐磨研磨;

        輕鈣:金山化工生產(chǎn);

        抗氧劑1010。市售。

        1.2實驗儀器及設(shè)備(科隆客戶-南京強(qiáng)韌公司提供測試)

        1.2.1多元素快速分析儀:DHF82型,湘潭市新科儀器有限公司;

        1.2.2.粒度分析儀:POP-IV型,珠海歐美克儀器有限公司;

        1.2.3.雙螺桿擠出機(jī)組:SHJ-36型,南京杰思特機(jī)電有限公司;

        1.2.4.注塑機(jī):ZX-80型,震雄集團(tuán)公司;

        1.2.5.白度儀:DN-B型,杭州高新自動化儀器儀表有限公司;

        1.2.6.萬能力學(xué)性能實驗機(jī):CMTG6104型,美斯特工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司:

        1.2.7.沖擊試驗機(jī):ZBC140-B型,美斯特工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司;

        1.3 三種碳酸鈣的粉體性能表征分析對比:

        1.3.1 化學(xué)成分

        從表1可以看出,三種碳酸鈣的各種成分含量相當(dāng),細(xì)小的差別不足以影響粉體的性能,以上三種碳酸鈣都適合在塑料中的加工應(yīng)用。

        1.3.2 白度和吸油值:白度即粉體的潔白程度,只對PP的表面感觀產(chǎn)生影響,不會對力學(xué)及其他性能產(chǎn)生影響,而吸油值是表征粉體改性的重要指標(biāo),吸油值越低,粉體改性效果越好。通過分析,三種碳酸鈣的白度和吸油值結(jié)果如下:

        從表2的結(jié)果可以看出,科隆公司生產(chǎn)的998和KL2的白度均明顯高于輕質(zhì)納米碳酸鈣,但998的吸油值過高,而KL2和輕鈣是一樣的,但即便兩者吸油值相同,由于KL2是干法研磨只經(jīng)過部分改性即改性不完全,而輕質(zhì)納米碳酸鈣經(jīng)過了完全表面改性處理。

        1.3.3 粒徑和粒徑分布:

        粒徑分布是表征粉體顆粒大小及結(jié)構(gòu)的指標(biāo),也是影響碳酸鈣在制品中使用效果的重要影響因素,通過分析,三種碳酸鈣的粒徑分布如下:

        從表3可以看出,輕鈣的D50、D97要比998、KL2要大,但是輕鈣是經(jīng)過完全表面改性處理的,粒子表面包裏了一層有機(jī)物,增加了顆粒粒徑和體積,因此即便表征結(jié)果是998、KL2細(xì)粉含量較多,并不代表粒子真實粒徑,輕鈣的真實粒徑是小于科隆的KL2、998的。

        2實驗過程:

        2.1實驗配方:

        在PE蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅組分不變的情況下,三種碳酸鈣粉分別按5%、10%、20%、30%的比例(PP作相應(yīng)的減少)分別進(jìn)行配比。

        2.2材料制備

        首先,將碳酸鈣加入到高速混合機(jī)中,攪拌5min,當(dāng)溫度達(dá)到100℃,加入硬脂酸改性劑,混合10-15min,使硬脂酸改性劑與碳酸鈣充分反應(yīng),然后再加入其他助劑和載體樹脂,混合10分鐘后,冷卻出料;再將混合好的原料加入到雙桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒,加工溫度為:160-200℃;將粒料注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行力學(xué)性能測試。

        2.3性能測試

        拉伸性能測試:按GB/T1040-1992測試;

        彎曲性能測試:按GB/T9341-1988測試;

        簡支梁缺口沖擊性能測試:按GB/T1043.12008測試,采用2J的沖錘;

        懸臂梁缺口沖擊性能測試:按GB/T1843-2008測試,采用2.75J的沖錘;

        3實驗結(jié)果

        3.1 PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度結(jié)果如下:

        表5和圖1是三種不同碳酸鈣不同的添加比例的 PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比較,從表5和圖1可以看出,隨著碳酸鈣添加量的增加,PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度逐漸下降,而添加量小于10%時,PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度下降不明顯,當(dāng)添加量超過10%以后,PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度顯著下降,并且添加輕鈣的 PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度均略高于添加重鈣的復(fù)合材料,從數(shù)據(jù)上看,科隆KL2因加入了偶聯(lián)劑改性,其與PP材料的交聯(lián)效果要優(yōu)于普通重鈣,性能更接近于桂林金山化工的輕鈣。當(dāng)添加至20%以上時,數(shù)值與輕鈣相比較接近,沒有顯著的區(qū)別。

        3.2 PP/nano-CC復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度:測試結(jié)果如下

        從表7和圖3可以看出,隨著輕鈣添加量的增加,PP/nano-CC復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度逐步提高,而添加998、KL2兩種重鈣的PP/nano-CC復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度略高于添加輕鈣的PP/nano-CC復(fù)合材料.原因是在此配方體系下,重鈣比輕鈣在基體中的分激更好,更少出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象,減少復(fù)合材料中的應(yīng)力集中點,從而提高材料的沖擊受度。

        4使用三種碳酸鈣作為無紡布填充材料的試驗結(jié)果分析

        綜合上面所作的試驗分析,科隆粉體研發(fā)的無紡布專用填充碳酸鈣KL2的各項力學(xué)性能已接近輕鈣,而KL2的市場價1200元/噸,而市售的沉淀納米碳酸鈣其市場價至少在2200元/噸以上。這意味著在無紡布填料市場,經(jīng)過表面處理的重質(zhì)碳酸鈣可以取代輕鈣,同時也說明沒有經(jīng)過表面處理的重質(zhì)碳酸鈣綜合性能要明顯差。

        (作者單位:廣西賀州市科隆粉體有限公司)

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