蔡智勇，張翼翔，葉俊杰，何小歡，熊金標(biāo)

（廣東聚石化學(xué)股份有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

0 引言

聚乙烯是一種典型的熱塑性塑料，分子是長(zhǎng)鏈線型結(jié)構(gòu)或支結(jié)構(gòu)，為典型的結(jié)晶聚合物，是無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒的可燃性白色粉末，成型加工的PE 樹(shù)脂均是經(jīng)擠出造粒的蠟狀顆粒料，外觀呈乳白色[1-4]。聚乙烯種類(lèi)繁多，按照分子量的不同可以分為：低分子量聚乙烯、普通分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯。超高分子量聚乙烯是一種分子量在150 萬(wàn)以上的、線性結(jié)構(gòu)的、具有優(yōu)異的耐摩擦性、耐沖擊性、自潤(rùn)滑性、耐化學(xué)藥品性、耐低溫、衛(wèi)生無(wú)毒和拉伸強(qiáng)度高等性能的熱塑性工程塑料，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、建筑、化工和國(guó)防等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其在管材中的應(yīng)用最為普遍[5-6]。

但是PE 對(duì)于環(huán)境應(yīng)力很敏感，在應(yīng)力或者環(huán)境介質(zhì)的作用下，表面產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)裂現(xiàn)象，加工過(guò)程中會(huì)殘留應(yīng)力或者應(yīng)變，導(dǎo)致PE 產(chǎn)生脆性開(kāi)裂，裂口表面光滑，而且PE 其耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂隨著熔體指數(shù)的增大而降低[7-9]。盧允文[10]等人研究發(fā)現(xiàn)PE 在加工過(guò)程中會(huì)殘留應(yīng)力或者應(yīng)變，導(dǎo)致PE 產(chǎn)生脆性開(kāi)裂，裂口表面光滑，而且PE 其耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂隨著熔體指數(shù)的增大而降低。對(duì)于一般注塑級(jí)PE 材料，特別是阻燃聚乙烯，阻燃劑的加入會(huì)破壞PE 的結(jié)晶，注塑時(shí)殘留的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致制件產(chǎn)生脆性開(kāi)裂。為此，開(kāi)發(fā)解決現(xiàn)有技術(shù)中聚乙烯材料難以兼具優(yōu)良的阻燃性能、耐應(yīng)力開(kāi)裂性能和高沖擊強(qiáng)度的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)阻燃聚乙烯材料是研究工作者的重點(diǎn)方向之一。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

本實(shí)驗(yàn)使用到的原材料信息見(jiàn)表1，儀器設(shè)備信息見(jiàn)表2。

表1 原材料信息

表2 主要儀器設(shè)備信息

1.2 材料制備

按照表3 的配方表，依照以下工藝制備高性能阻燃聚乙烯材料。

表3 實(shí)驗(yàn)配方表

1）將PE 樹(shù)脂、十溴二苯乙烷、三氧化二銻、抗氧劑、增韌劑和潤(rùn)滑劑按照比例稱(chēng)取之后在攪拌鍋中混合均勻，時(shí)間設(shè)置為2 min。

2）將步驟1)的物料在雙螺桿擠出機(jī)中混煉擠出、拉條、切粒、篩分，得到阻燃聚乙烯材料?；鞜挃D出溫度為100～170 ℃，物料通過(guò)喂料口進(jìn)入同向雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混煉擠出，同向螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑為36 mm，螺桿長(zhǎng)徑比為44∶1。

2 結(jié)果與討論

2.1 物理性能

采用CG110E 臥式注射機(jī)分別對(duì)樣品進(jìn)行注射成型（成型工藝條件：注射溫度（加料口）175、185、190 ℃（噴嘴）、注射壓力35 MPa、保壓時(shí)間8 s、冷卻時(shí)間12 s），制備成標(biāo)準(zhǔn)樣條，再進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4 所示。

表4 樣品物理性能

本研究選用的PE 樹(shù)脂，無(wú)論是LDPE 或者是HDPE 樹(shù)脂，都是注塑級(jí)的，其流動(dòng)性較高的，而PE其耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂隨著熔體指數(shù)的增大而降低，而且制件注塑完成后都會(huì)有內(nèi)應(yīng)力殘留，所以此類(lèi)PE 樹(shù)脂的性能很差，基本上浸泡環(huán)境試劑3h 內(nèi)即出現(xiàn)開(kāi)裂情況。但由于應(yīng)用條件需要較高流動(dòng)性的基材樹(shù)脂，則為了解決該類(lèi)材料應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題，本研究通過(guò)添加增韌劑LLDPE 或者/和EVA 進(jìn)行改善。一方面，增韌劑可以在PE 樹(shù)脂的分子鏈上形成一些支鏈，提高PE 的支化度，從而影響到PE 樹(shù)脂的結(jié)晶，減少大球晶的出現(xiàn)，避免大球晶成為應(yīng)力集中點(diǎn)，阻止了裂紋的產(chǎn)生，從而提高了耐應(yīng)力開(kāi)裂性能；另一方面，本研究選用的增韌劑LLDPE 或者/和EVA 本身和PE樹(shù)脂的相容性好，可以提高阻燃聚乙烯的韌性。

2.2 耐應(yīng)力開(kāi)裂

將注塑成樣條之后，在頂針位置（有內(nèi)應(yīng)力）打入一顆螺絲釘，使其釋放內(nèi)應(yīng)力點(diǎn)，將有打螺絲的樣條一端浸泡在有烷基酚聚氧乙烯醚燒杯中，放在水浴鍋中，設(shè)置70 ℃進(jìn)行恒溫，每次放入3 根樣條，全部開(kāi)裂則停止測(cè)試，超過(guò)336 h 也停止測(cè)試。結(jié)果見(jiàn)表5和圖1 所示。

圖1 耐應(yīng)力開(kāi)裂測(cè)試

表5 樣品耐應(yīng)力開(kāi)裂性能

將測(cè)試?yán)? 中的開(kāi)裂性能測(cè)試中環(huán)境試劑烷基酚聚氧乙烯醚改為純凈水，進(jìn)行測(cè)試，實(shí)施例和對(duì)比例的樣條浸泡336 h 以上都沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂情況。由此可知，表5 中耐應(yīng)力開(kāi)裂性能的測(cè)試中，在環(huán)境試劑烷基酚聚氧乙烯醚作用下的樣條開(kāi)裂，沒(méi)有出現(xiàn)樣條溶脹或者溶解的情況，屬于物理反應(yīng)，不是化學(xué)變化。

表5 測(cè)試結(jié)果可知，低VA 含量的EVA 在解決應(yīng)力開(kāi)裂性能上差于高VA 含量的，加入LLDPE+EVA 可以更好的提高阻燃聚乙烯的耐應(yīng)力開(kāi)裂性能，且加入LLDPE 與高VA 的EVA 防止應(yīng)力開(kāi)裂效果更佳。從圖1 也可看出，試樣2 制得的聚乙烯樣條在上述浸泡測(cè)試后完整，而對(duì)比樣3 制得的聚乙烯樣條在螺絲釘一端出現(xiàn)開(kāi)裂，在HDPE 中加入EVA 和/或LLDPE 可以很好地解決耐應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題。這是因?yàn)椋⑺芗?jí)LDPE 和HDPE 本身的耐應(yīng)力開(kāi)裂性能很差。

3 結(jié)論

本研究制備得到的阻燃聚乙烯材料阻燃性能優(yōu)異，阻燃等級(jí)為UL94 V-2，延燃時(shí)間短，力學(xué)性能優(yōu)異，性能良好，在環(huán)境試劑中浸泡時(shí)間超過(guò)14 d 不開(kāi)裂；且其制備方法簡(jiǎn)單，原料充足，生產(chǎn)成本低，易于進(jìn)行工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。