毕业设计（论文）-电炭黑聚乙烯热塑性复合材料的制备和性能研究.doc

中原工学院毕业设计（论文）目 录一 引 言11.1 研究的目的及意义11.2 研究现状及发展趋势11.3 热塑性复合材料的应用21.4 所要解决的问题3二 技术要求42.1 导电炭黑/聚乙烯热塑性复合材料技术要求42.2 技术路线4三 原材料及设备63.1 实验原材料63.2 实验设备及仪器6四 工艺及性能测试74.1 试样制备74.1.1 配料74.1.2 平行双螺杆挤出造粒机造粒74.1.3 压片74.2 性能测试84.2.1 拉伸强度和断裂伸长率的测定84.2.2 体积电阻率的测定84.2.3 热分析DSC84.2.4 热老化处理94.2.5 密度测试94.2.6 熔融指数10五 结果与讨论115.1 PE的选用115.2 导电炭黑的选用135.2.1 炭黑的导电机理135.2.2 导电炭黑对体积电导率的影响135.2.3 导电炭黑对熔融指数的影响145.2.4 导电炭黑对密度的影响155.2.5 导电炭黑对拉伸性能的影响165.2.6 导电炭黑对黏流温度的影响175.3 抗氧剂的选用185.4 润滑剂的选用19六 最优配方21七 成品的性能22八 实验过程中遇到的问题及解决方法23九 效益分析24十 结论25参考文献26致 谢27一 引 言 1.1 研究的目的及意义 复合材料是由两种或两种以上的单一材料,用物理或化学的方法经人工复合而成的一种固体材料。复合材料的范围极其广泛,其发展和应用可以追溯到人们使用草杆粘土的时代。生物材料如竹子、木头、牙齿和贝壳等都是天然复合材料,还有许多现代的充分利用不同材料组分性能的功能性复合材料。 热塑性复合材料可在熔融状态下可成为无定形状的制品，并可再加热熔融而制成另一形状的制品还可重复多次再生使用而其物理机械性能不发生显著的变化。另外，它可一次性制成形状十分复杂而尺寸十分精密的制品，生产周期仅需数分钟。由于热塑性塑料经过增强后，性能大为提高，有些机械性能已跨进了金属强度的范围，从而大大扩展了复合材料的使用范围，可以代替金属和木材。热塑性复合材料抗冲击损伤容限高,冲击后残余压缩强度比热固性复合材料大,并且热塑性复合材料具有好的热压缩强度。由于热塑性复合材料加工中的高温和高粘度,所使用的模具成本高,而且热塑性树脂高温强度和化学稳定性不如热固性树脂,加上使用经验不足,应用还不十分广泛。101.2 研究现状及发展趋势 在过去5年里，全球热塑性复合材料(TPC)市场需求显著增长，预计未来5年全球TPC出货量将以5.9%的速度增长，2014年TPC市场将达到62亿美元。 全球领先的管理咨询和市场研究机构Lucintel公司对世界TPC市场进行全面分析后，发表了一份题为20092014年全球热塑性复合材料市场的机遇：趋势、展望与机会分析的研究报告。按照这项研究，最近5年TPC的热点是LFT即长纤维增强TPC应用。运输行业成为TPC最大的市场，超过了消费品市场。为了获得竞争优势，材料供应商已经将技术开发重点放在客户定制解决方案上，秉承以客户需求为导向、以创新为推动力的发展战略，从而实现更广泛的市场渗透。文中还指出，TPC供应商必须理顺价格，改善加工性能、产品性能，提高生产效率以及产品回收率。14 炭黑填充聚乙烯复合导电材料的电性能与炭黑的种类、结构、填充量密切相关。作为导电填料的炭黑,其导电性与其比表面积、结构性、表面化学性质有关。比表面积是单位质量炭黑的表面积,它是炭黑聚集体中炭黑颗粒外表面和内表面(孔隙) 面积之和,比表面积越大,炭黑粒子尺寸越小,单位体积内的颗粒数越多,越容易彼此接触形成网状导电通路,导电性越好;炭黑的结构性是指炭黑粒子与粒子之间形成链状结构的程度,组成炭黑聚集体的粒子越多,结构性越高,形成网状导电结构的几率越大,导电性越好,一般用吸油值(DBP) 来表征炭黑的孔隙度,即结构性、吸油值越高,炭黑的结构越高,高结构炭黑不仅导电性好,而且容易扩散,因为高结构炭黑凝聚体中心之间距离较大,相邻凝聚单元之间的吸引力较小,因而在树脂中的分散性好。表面化学性质是指吸附在炭黑表面的活性官能团的数量,在炭黑的生产过程中,炭黑表面常形成一些活性含氧官能团,这些官能团的存在影响电子的迁移,使炭黑的导电性下降。可采用PH 值来表征炭黑的表面化学性质,表面官能团少的炭黑通常呈弱碱性或中性,具有较好的导电性。91.3 热塑性复合材料的应用 (1)作为金属材料的取代物多年以来，热塑性复合材料正在替代轿车和轻型货车上的金属部件，这不仅仅是为了获得一美观的外壳，更主要的是集成起来的组件可以降低重量和成本，并且大大简化了生产线的操作。具体说来其优点如下：降低成本用热塑性复合材料制造零部件，使原先需组合的零件简化成一个整体部件，从而提高生产效率，降低废次品率，最终降低成本。降低重量热塑性复合材料的密度一般为09gcm16gcm。，大大低于金属材料，用这种材料制造汽车零配件，可减轻汽车重量，节省燃料，提高燃料使用率，亦符合环保要求 如表2所示，减轻汽车重量lOOkg，可降低燃料消耗8 l15 ；减轻200kg，则可降低燃料消耗2l 26 ，效果更明显。提高生产效率 采用热塑性复合材料制造零部件，从设计到投产所需的时间缩短，原先需花4年作一个小的设计变动，用8年来引进一个新的工艺，现在更新一条生产线平均只需24个月。降低噪音，增加舒适感 顾客需要汽车内部的舒适，这就需要更多的塑料制品(包括仪表板，座椅，汽车内部装潢部件)。热塑性复合材料的内部阻尼很高，消音效果良好；并且着色容易，如可连续染色、涂漆、镀金属等。耐腐蚀 比金属更耐腐蚀，更耐电镀盐类的腐蚀，尤其是对甲醇含量高的汽油有更好的耐蚀力。电阻值高 有良好的绝缘性能。(2)作为热固性塑料的取代物 热塑性复合材料能够多次再生使用的优点是应用中取代热固性树脂的主要经济动力。当考虑整个系统的成本(而非原材料本身的简单成本)时，生产热塑性复材部件可降低零件数量，从而降低成本。因为浇口、流道以及别的部分的冷凝料都可和新的树脂混合而重新利用。 另外，和热固性塑料相比，大多数热塑性材料有更低的密度，使用热塑性复合材料零部件更能减轻汽车重量。 其次是提高生产率。热塑性材料比热固性材料有更多的优越性。101.4 所要解决的问题本课题研究的是导电炭黑/聚乙烯热塑性复合材料的制备和性能。制备出成本低廉和具有绝缘抗静电的性能的复合材料是我们所要解决的问题。二 技术要求2.1 导电炭黑/聚乙烯热塑性复合材料技术要求 表2-1 技术要求内容要求拉伸强度 /Mpa 25断裂伸长率 /% 50020体积电阻率/（m） 1.01011熔融指数/（g/10min）0.1密度（g/cm3） 1.0空气箱热老化试验：100，168h老化后拉伸强度 /Mpa 25拉伸强度最大变化率 /% 20老化后断裂伸长率 /% 250断裂伸长率最大变化率 /% 602.2 技术路线 经过查阅资料和对聚乙烯性能的了解，确定各配方的量。加入的其他原料有导电炭黑、抗氧剂1010、润滑剂硬脂酸钙。可以采用平行双螺杆挤出造粒机造粒。路线如下所示：配料190下在平行双螺杆挤出造粒机造粒压片性能测试性能测试三 原材料及设备3.1 实验原材料表3-1实验原料所用试剂作用生产厂家PE主原料中石化茂名化工公司导电炭黑辅料 卡博特中国有限公司 1010抗氧剂山东省临沂市三丰化工有限公司硬脂酸钙润滑剂济南昌华树脂化工有限公司3.2 实验设备及仪器表3-2实验设备设备名称型号生产厂家双螺杆挤出机KS-20昆山可信橡胶机械有限公司平板硫化机XLB-UU3503502上海齐才液压机械有限公司熔体流动速率测定仪SRSY-1上海彭浦制冷有限公司热老化箱101A-2ET上海实验仪器厂有限公司DSC热分析仪DSC882E梅特勒-托利多仪器有限公司高阻计ZC-6上海仪表六厂万能拉力机LD承德市金建检测仪器有限公司四 工艺及性能测试4.1 试样制备4.1.1 配料 按照设计好的配方进行准确称量，注意在称量过程中较轻的物品应当用较为精确的仪器进行称量，而较重的则可用电子秤进行称量。4.1.2 平行双螺杆挤出造粒机造粒打开平行双螺杆挤出造粒机，设置各段温度，各段温度分别为：机头温度为190，其他四段温度以此为210、175、220、240。等温度达到设定的温度时，从加料口慢慢加料。挤出的料经过水冷之后，剪切微粒状。 图4-1 平行双螺杆挤出机4.1.3 压片 将平板硫化机预热至190，将挤出造粒的料放入模板，再将模板放入硫化机的夹层中，操作机器，使压力达到5MPa，两分钟后拉下制动阀放气 。重新操作机器使压力达到15MPa，经过300s将模板取出，放在冷却板上冷却，最后打开模板，将硫化好的压片取出。 图4-2 平板硫化机4.2 性能测试4.2.1 拉伸强度和断裂伸长率的测定按GB/T 1040的规定进行，厚度为(1.00.1)mm，拉伸速度为(25050)mm/min，试样在温度为(232)，相对湿度为45%-55%的环境状态中调节不少于4h。4.2.2 体积电阻率的测定试样厚度为(1.00.1)mm。测20时体积电阻率，试样在(202)的蒸馏水中浸泡24h，擦干后立即进行；测工作温度时体积电阻率，试样应在实验温度的烘箱中恒温1h后立即实验。进行电极处理时，测工作温度时体积电阻率所用电极应在温度为试验温度中恒温。4.2.3 热分析DSC 用PE原料及挤出造粒的料制成细小状后，称取6-10毫克放入坩埚内盖上盖子订个小孔后用压制机压好。放入热分析仪设置程序后开始制作DSC曲线。 图4-3 DSC热分析仪 4.2.4 热老化处理 a 实验设备：自然通风的电热老化箱，热老化箱如下图4-4所示。b 实验步骤：将试样用线穿在一起，每个试样保持一定间距，老化箱中试样相互间距离应不小于20mm，试样占老化箱容积应不大于0.5%。然后待老化箱的温度达到设定温度100后，将试样挂在老化箱内部。当时间达到168个小时后取出。将其进行拉伸强度和断裂伸长率的测定。 图 4-4热老化箱 4.2.5 密度测试比重瓶法测量步骤：取干净比重瓶称重后装满样品置于20水浴中浸泡30分钟，插入毛细管的玻璃塞取出比重瓶用滤纸擦干外部水，放在天平称重并记录数值。然后洗净比重瓶将样品倒立在同一温度同意比重瓶测定蒸馏水的重量，并记录数值。 计算方法：比重= W2 -W0/W1-W0 W0: 比重瓶重量（g）W1：比重瓶和水的重量（g）W2：比重瓶和样品重量（g） 图4-5比重瓶4.2.6 熔融指数4个配方各取5克左右，加入熔体流动速率测定仪中。预热15分钟，然后加2.16kg的压力，设定时间为180秒割取一段长为20mm的样品，每个配方割取5段，取平均值即为熔融指数。五 结果与讨论5.1 PE的选用 聚乙烯英文名称：polyethylene ，简称PE，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量 烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70-100),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良。聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法加工。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。 聚乙烯常用的有三大类，即：低密度聚乙烯LDPE、高密度聚乙烯HDPE、线型低密度聚乙烯LLDPE。 三种聚乙烯的单体是一样，只不过，在合成这些聚乙烯时，所采用的工艺条件不一样，因此，才生成三种不同的聚乙烯品种，三种材料的性能有较大的差异。 （1）LDPE俗称花料或筒料，学名低密度聚乙烯高压聚乙烯。聚乙烯本色是一种半透明白色腊状材料，比重比水轻，柔软而且有韧性，略能伸长，无毒，无味燃烧特征易燃，离火后能继续燃烧，火焰上端呈黄色，下端呈蓝色，燃烧时会熔溶，有液体滴落，无黑烟冒出，同时，发出石腊燃烧时发出的气味。优点耐酸碱，耐有机溶剂，电绝缘性优良，低温时，仍能保持一定的韧性。 缺点机械性能差，透气差，易变形，易老化，易发脆，易应力开裂，表面无光泽。 聚乙烯的熔体粘度大，流长比小，薄壁制品可能缺胶，因此，浇口和流道相对较大；制品易带静电，表面易吸尘埃。（2）HDPE俗称硬性软胶，学名高密度聚乙烯低压聚乙烯。高密度聚乙烯本色是一种不透明白色腊状材料，比重比水轻，柔软而且有韧性，但比LDPE 略硬，也略能伸长，无毒，无味燃烧特征易燃，离火后能继续燃烧，火焰上端呈黄色，下端呈蓝色，燃烧时会熔溶，有液体滴落，无黑烟冒出，同时，发出石腊燃烧时发出的气味。优点耐酸碱，耐有机溶剂，电绝缘性优良，低温时，仍能保持一定的韧性。表面硬度，拉伸强度，刚性等机械强度都高于LDPE，接近于PP，比PP 韧，但表面光洁度不如PP 缺点机械性能差，透气差，易变形，易老化，易发脆，脆性低于PP，易应力开裂，表面硬度低，易刮伤。难印刷，印刷时，需进行表面放电处理，不能电镀，表面无光泽。 （3）LLDPE学名线型低密度聚乙烯低压低密度聚乙烯。线型高密度聚乙烯本色是一种不透明白色腊状材料，比重比水轻，柔软而且有韧性，但比LDPE 略硬，也略能伸长，无毒，无味。 LDPE HDPE LLDPE 三种材料的差别：LDPE 与HDPE 的差别主要是在密度上的差别，从而引起机械性能上的差别，一个刚硬，一个柔韧；LLDPE 与它们的差别，主要是在分子结构上，LLDPE 有较多的支链，因此，这种材料是即柔韧又刚硬。优点耐酸碱，耐有机溶剂，电绝缘性优良，低温时，仍能保持一定的韧性。表面硬度，拉伸强度，刚性等机械强度都高于LDPE，但低于HDPE；LLDPE 的抗穿刺性是最好的，耐撕裂，特别适宜生产薄膜，生产出的薄膜比LDPE 薄，但强度高。 缺点机械性能差，透气差，易变形，易老化，易发脆，脆性低于PP，易应力开裂，表面硬度低，易刮伤。难印刷，印刷时，需进行表面放电处理，不能电镀，表面无光泽。表5-1 PETR144性能性能单位数值密度g/cm30.945熔体流动速率条件190/2.16kgg/10min0.2拉伸屈服强度MPa26拉伸强度MPa32断裂伸长率%500体积电阻率M1.211015在进行配方设计时，对骨架材料进行合理的选择是很必要的，选择胶料的型号要综合考虑性能、价格等方面的因素，选择合适的PE是实验成功的必备条件。TR144是聚乙烯的一种，其是无毒、无味、无臭的半透明状本色扁圆颗粒 。熔点130，有良好的耐热、耐寒性、化学稳定性、加工稳定性、介电性能、良好的机械强度和加工性能。根据实验的要求选择聚乙烯的型号是TR144。5.2 导电炭黑的选用炭黑是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，比表面积非常大，范围从10-3000m2/g，是有机物（天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8-2.1 由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。炭黑分子量为12.01，是以含碳原料（主要为石油）经不完全燃烧而产生的微细粉末。外观为纯黑色的细粒或粉状物。颜色的深浅，粒子的细度，比重的大小，均随所用原料和制造方法的不同而有差异。碳黑不溶于水、酸、碱；能在空气中燃烧变成二氧化碳。碳黑的主要组成物是碳元素，还含有少量的氢、氧、硫、灰分、焦油和水分。5.2.1 炭黑的导电机理填充型电磁屏蔽材料的导电机理非常复杂,主要涉及到渗流理论、隧道效应和场致发射这三种导电机制。如发现以碳系材料作为导电填料与绝缘有机聚合物复合制成的屏蔽材料,当复合体系中导电填料的含量增加到一个临界值时,体系的电阻率发生突变,继续增加填料含量,体系的电阻率变化甚小,渗流理论说明此时填料的分布开始形成通路网络。一般认为,屏蔽材料并不要求连续的导电网络,根据量子隧道效应理论,导电粒子距离小于10nm时,电子即可越过势能垒而流动;或当导电粒子的内部电场很强时电子将有很大的几率跃迁过基体层所形成的势垒到达相邻的导电粒子上,产生场致发射电流而导电。简单来说半导电屏蔽料中炭黑的导电机理为炭黑粒子形成连锁结构,或炭黑粒子间的距离在零点几纳米以内时,炭黑粒子表面的电子就会在电场作用下连续传递,形成电流。为使半导电屏蔽料具有良好的加工性能和物理机械性能,导电材料应选用具有良好导电性能的炭黑,它们应具有特殊的石墨化结构,因此要选用吸油量大和比表面积大的炭黑,即高结构炭黑。85.2.2 导电炭黑对体积电导率的影响 从表5-2及图5-1可知，1#配方与2#配方相比较可以看出，导电炭黑的加入使体积电导率有所增加；但1#配方与3#配方、4#配方相比较得出，导电炭黑的加入使体积电导率降低了；3#配方与4#配方相比较得出的是导电炭黑加入的量增加体积电导率降低。从而可以说明2#配方出现了问题，数据不可靠。总体上说明随着导电炭黑量增加，体积电导率将降低。这是因为导电炭黑的加入使复合材料的导电性能提高了，从而使体积电导率降低。表5-2 导电炭黑对电性能的影响实验项目1#2#3#4#导电炭黑/份数051015体积电导率（m）1.1810158.7510147.8710145.431014 注：聚乙烯为100份、抗氧剂1010为1份、润滑剂硬脂酸钙为2份图5-1 导电炭黑对体积电导率的影响5.2.3 导电炭黑对熔融指数的影响 由图5-1可以看出，从配方1、2、3、4两两对比可以得到，样品的熔融指数呈递减趋势。这是因为原料是PETR144，其熔融指数本身就很小，粘度较大所以熔融指数较小，加入导电之后，配方的粘度增加，从而导致样品熔融指数减小。随着导电炭黑的量的增加，粘度也越来越大，从而熔融指数也越来越小。即呈递减的趋势。表5-3 导电炭黑对熔融指数的影响实验项目1#2#3#4#导电炭黑/份数051015熔融指数（g/10min）0.02630.02460.02280.0161 注：聚乙烯为100份、抗氧剂1010为1份、润滑剂硬脂酸钙为2份 图5-2 导电炭黑对熔融指数的影响5.2.4 导电炭黑对密度的影响由图5-3中可以看出，从配方1到配方4 的两两对比得到，样品的密度在增大。这是由于导电炭黑的加入使样品整体密度增加，导电炭黑的密度大于1，加入到聚乙烯中复合则使整体的密度值增加。即随着导电炭黑量的增加，样品的密度随之升高。表5-4 密度实验项目1#2#3#4#导电炭黑/份数051015密度（g/cm3）0.9400.9510.9571.07 注：聚乙烯为100份、抗氧剂1010为1份、润滑剂硬脂酸钙为2份 图5-3 导电炭黑对密度的影响5.2.5 导电炭黑对拉伸性能的影响从表5-5和表5-6可以看出，1#配方与2#配方可以得到不论是老化强还是老化后，加入导电炭黑后，拉断强度、伸长率都变小；同样1#配方与3#配方、4#配方比较都变小。老化后随加入导电炭黑的量的增加，拉断强度、伸长率、拉断强度变化率、断裂伸长率都降低；2#配方与3#配方、4#配方对比出现问题，这说明2#配方有问题，数据有问题，不宜对比。表5-5 老化前性能测试表导电炭黑（份数）拉断强度（N/mm2）伸长率（%）1#038.28612#521.41183#1024.76974#1526.0510 注：聚乙烯为100份、抗氧剂1010为1份、润滑剂硬脂酸钙为2份表5-6 老化后性能测试表导电炭黑（份数）拉断强度（N/mm2）伸长率（%）拉断强度变化率（%）断裂伸长变化率（%）1#031.7810-17.0-4.82#526.013721.516.13#1027.428210.9-59.54#1526.12140.4-58.0注：聚乙烯为100份、抗氧剂1010为1份、润滑剂硬脂酸钙为2份5.2.6 导电炭黑对黏流温度的影响从图5-4中可以看出，峰谷变宽了，黏流温度有所增加，这是因为加入导电炭黑，样品的黏度增加了，流动性变低，导致黏流温度有所降低。纯聚乙烯料的熔融起始温度117.8，熔融结束温度为137.6，熔融温度为129；而配方四中由于加入了导电炭黑15份，其熔融起始温度115，熔融结束温度为140.5，熔融温度为132；这正是因为导电炭黑的加入引起的。也说明炭黑的加入对PE的分子热运动的影响不是很大。同时导电炭黑是具有低电阻或高电阻性能的炭黑。可赋予制品导电或防静电作用。其特点为粒径小，比表面积大且粗糙，结构高，表面洁净等。实验研究的是要求炭黑起防静电的作用，结合上述性能研究，所以选用导电炭黑。一般配方用量为5、10、15份。图5-4 DSC曲线的Origin图5.3 抗氧剂的选用抗氧剂1010的分子式为C73H108O12抗氧剂1010为一性能良好的抗氧化剂，广泛应用于聚乙烯，聚丙烯，聚甲醛，ABS树脂，PS树脂，PVC，工程塑料，橡胶及石油产品等。本品是大分子型抗氧剂，无污染，不着色，挥发性小，耐水抽提。可用于聚乙烯、聚甲醛、ABS树脂，对聚丙烯特别有效。本品与辅助抗氧剂DLTDP并用于聚丙烯树脂中，可以显著地提高其热稳定性，是目前酚类抗氧剂中性能最为优良的品种之一。抗氧剂1010一种多元受阻酚型抗氧剂，与大多数聚合物具有很好的相容性。有良好的防止光和热引起的变色作用。抗氧剂是指一些能够抑制或者延缓高聚物和其他有机化合物在空气中热氧化的有机化合物。通俗来说，即是能防止聚合物材料因氧化引起变质的物质。从广义上说，多数弱还原剂都是抗氧化剂，只是根据不同的工业用途选取合适的。有较高化学、物理稳定性的，或是低毒性的弱还原剂，都可以巧妙的运用于配方中作为抗氧化剂。例如：柠檬酸是有弱还原性的有机酸，我们可以将其运用于饮料配方中起着抗氧化剂的作用；食品摆放时间长了容易氧化变质，可以加入少量抗氧剂来延长它们的储存时间；塑料、合成纤维和橡胶等高分子材料容易发生热氧降解反应，加入抗氧剂可以保持高分子材料的优良性能，延长使用寿命。18表5-2 抗氧剂1010技术要求项目指标外观白色粉末火颗粒熔点范围，110.0125.0挥发分% 0.50灰分，% 0.10溶解性清澈透光率425nm，% 96.0500nm，% 98.0主含量，% 94.0有效成分，%98.0有机化合物的热氧化过程是一系列的自由基链式反应，在热、光或氧的作用下，有机分子的化学键发生断裂，生成活泼的自由基和氢过氧化物。氢过氧化物发生分解反应，也生成烃氧自由基和羟基自由基。这些自由基可以引发一系列的自由基链式反应，导致有机化合物的结构和性质发生根本变化。抗氧剂的作用是消除刚刚产生的自由基，或者促使氢过氧化物的分解，阻止链式反应的进行。能消除自由基的抗氧剂有芳香胺和受阻酚等化合物及其衍生物，称为主抗氧剂；能分解氢过氧化物的抗氧剂有含磷和含硫的有机化合物，称为辅助抗氧剂。此次加入的抗氧剂1010的量为1份。5.4 润滑剂的选用高分子材料，通常都是在熔融状态或剪切条件下成型加工的。在熔融状态下，熔体具有高的熔融黏度，高分子化合物之间、高分子化合物和加工机械之间，会产生较大的摩擦力导致摩擦生热，若熔体温度过高，造成高分子化合物热降解；同时，高摩擦力的存在，将影响熔体流动，导致制品质量的下降。提高温度虽可降低黏度，改善加工性能；增加压力，有可能使熔体流动加快，但随着压力增高，熔体的黏度也增高。而过高的温度、过大的压力，将造成高分子化合物断链、降解，严重影响制品质量，因此，提高温度、增加压力的作用是有限的，理想的方法是使用润滑剂。 加入润滑剂能使聚合物分子间和聚合物与设备间的摩擦力减小，物料受到的剪切变得较均匀，流动变得比较平稳，有利于提高制品表面的质量。但润滑剂能降低聚合物的流动温度，增加其流动性，同时对材料的玻璃化温度、热变形温度、机械强度和伸长率等都会有一定的影响。18常用的润滑剂有金属皂及硬脂酸铅、硬脂酸钡，还用PE蜡、石蜡等，考虑到成本问题，选择PE蜡和石蜡作为该实验的润滑剂。但润滑剂过高或过低都会对加工性能带来不利的影响，润滑剂不足会使挤出机螺杆的扭矩大，消耗能量大，并会引起胶料温度较大幅度增长，影响胶料热稳定性。润滑剂过量则会使挤出量明显下降。正常平衡的润滑剂体系能使加工过程中自发产生的热量得到更好的利用，使加工物料熔化情况改善，材料的滞留减少，从而加工过程比较顺利。所以润滑剂用量的适量加入很重要，一般加入量为硬脂酸钙2份比较合适。六 最优配方在本课题的研究过程中，要先后进行多种配方作对比，然后得到实验性能测试的样品，在对样品进行拉伸测试、电性能测试、熔融指数等测试，通过对各个配方的实验结果的分析，最后从而确定了最优配方，如下：表6-1 最优配方所选原料配比主原料PE100辅料导电炭黑15抗氧剂10101润滑剂硬脂酸钙2七 成品的性能 经过一系列的实验和性能测试，得到了最有配方。采用最优配方制作的复合材料，经过一系列的老化前后的拉伸性能测试、体积电导率测试、熔融指数测试等。检测制品的各种性能均达到标准要求，见表7-1 表7-1 导电炭黑/聚乙烯热塑性复合材料性能试验内容标准要求测试结果拉伸强度 /Mpa25.026.0断裂伸长率 /% 50051020体积电阻率/（M） 1.010142.51014熔融指数/（g/10min）0.10.0161密度g/cm31.01.07空气箱热老化试验：100，168h老化后拉伸强度 /Mpa 2526.1拉伸强度最大变化率 /% 200.4老化后断裂伸长率 /% 250214断裂伸长率最大变化率 /% 60-58.0八 实验过程中遇到的问题及解决方法实验时主要在挤出造粒和硫化压片时遇到一些问题：（1） 挤出造粒时电动机卡死现象。这主要是因为PE的粘度比较大，同时加入了一部分炭黑，从而导致电动机转不动卡死。相应解决的措施：采用提高挤出造粒时的温度，加料时加入量控制好，一次加少许即可。（2） 硫化压片时的压片表面有气泡而且有凹坑现象。原因主要是模具表面不平，放弃时间过短。相应解决的措施：在模具上下表面放上薄膜同时放弃时间稍长些即可克服着问题。（3） 测量熔融指数时，由于粘度较大从而测量时样品长度不够，造成割样时不好割，而且清洗仪器也较麻烦。相应解决的措施：割样时间相对延长一些，这样割样的长度就会长些，误差相对就小些。（4） 测试试样密度时，由于样品的密度低于1，漂浮在水上面导致不能用分析天平的方案。相应解决的措施：改用比重瓶测量样品密度，这样更加简单，但误差也相对大些。 九 效益分析考虑到当今社会电线电缆料的发展应用，以及人们对其性能的重视, 本课题采用新技术, 新工艺, 新设备, 新原料对工艺进行改造,研究发现本课题有很大效益。（1）社会效益：由于现今社会的高度发展电线电缆要适应多种环境的要求，都知道电可能对人体造成一定的伤害。因此绝缘抗静电的电缆就尤为重要了。本研究通过对PETR144原料的配方添加具有导电性的填料导电炭黑，使制成的电缆料符合绝缘抗静电性能要求，对人类的生产生活有重大的意义，社会效益明显。（2）经济效益：原材料价格为16251元/吨，每吨生产费用为600元，则每吨的生产成本为16851元，假如目前市场价格为20600元，差价为3749元/吨，假如年生产量为2000吨，可获得749.8万元的收益，故试验所得的最佳配方不仅能在性能上完全满足生产使用的要求，而且有良好的经济效益，则可用于大规模的工业生产。 表9-1 导电炭黑/聚乙烯热塑性复合材料价格核算表所用原料配比比例（%）单价（元/吨）成本（元）主原料PETR144410084.889167556炭黑导电炭黑1512.8650008263抗氧剂101010.838000322润滑剂硬脂酸钙21.66500110总计11816251十 结论 （1）通过聚乙烯和导电炭黑熔融共混制备的复合材料性能优良。 （2）导电炭黑的加入使材料的体积电阻率降低。 （3）润滑剂硬脂酸钙的使用，明显改善了成型加工性能。 （4）研制的导电炭黑/聚乙烯复合材料完全满足技术要求。参考文献 1 王恒贵，高分子材料成型加工原理M北京：化学工业出版社.1995 2 徐应麟 高聚物材料的实用阻燃技术M北京: 化学化工出版社, 1987. 3 山西化工研究所，塑料橡胶加工助剂M北京：化