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聚烯烃弹性体POE在热缩套管中的应用

来源:国际塑料商情 发布时间:2022-06-02 896
化工塑料橡胶塑料加工设备模具及零件材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒其他增强塑料
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本文采用EVA树脂为基材,镁粉(MTH)和三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为阻燃成分,研究不同牌号的POE对热缩套管物理性能的影响

1.前沿


热缩套管是由高分子材料和辐照加工技术相结合的一种新型智能型材料。将聚烯烃等材质的塑料管经过辐射交联等特殊制作工艺加工而成,使用加热后收缩固定在线材上起到绝缘保护、防水密封、防滑防锈等作用。


标题图  黑色增加10%POE改善白线条.jpg

标题图 黑色增加10%POE改善白线条


热缩套管的应用领域要求热缩套管具有很好的阻燃性能。为达到这个要求,就需要对热缩套管进行阻燃改性。经过阻燃剂生产加工后的热缩套管,在遭受外部明火环境时,可以合理地阻拦、减缓或停止火苗的散播,进而做到阻燃性的效果。


目前热缩套管领域常用的阻燃剂为无机阻燃剂。而无机阻燃剂的大量添加必然会导致材料的挤出加工困难,因此就需要对材料进行增容改性,提高无机填料在基体材料中的分散性和相容性。而热塑性弹性体POE的作用则刚好完美的解决这一问题,对生产出高阻燃高性能的热缩套管具有重要意义。


本文采用EVA树脂为基材,镁粉(MTH)和三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为阻燃成分,研究不同牌号的POE对热缩套管物理性能的影响,优选出最优的牌号和最合适的配方比例。同时进一步进行生产验证,考察POE对热缩套管生产加工过程中外观质量的影响。

2.弹性体POE对热缩套管材料物理性能的影响


2.1实验配方(表1)
2.2实验结果与分析(表2)

EVA树脂具有良好的力学性能,可用于热缩套管配方体系,同时热缩套管需要按照UL224标准中的“125℃柔性热缩聚烯烃管”要求综合考虑各性能指标,如阻燃性。这导致配方体系中往往需要添加大量的无机粉体进行改性,其配方体系如配方1所示。由于无机填料(MTH-镁粉)的填充量较高,导致配方1的拉伸强度为10.08MPa,低于UL224标准中的10.4MPa;断裂伸长率为238%,略高于200%,余量不充足,因此需要对配方1进行增韧增强改性。


QQ截图20220602122621.jpg


而POE作为一种热塑性弹性体树脂,兼备橡胶的弹性和塑料的可加工性,多用于增韧改性,因此本文选用市面上常用的4款POE对配方1进行改性,观察添加POE对热缩套管机械性能的影响。



通过对比配方1-5的断裂伸长率可知,4种POE的添加均在配方1的基础上不同程度地提高了断裂伸长率,这是因为POE中的辛烯削弱了聚乙烯段结晶,形成类橡胶弹性的无定型区(橡胶相),导致韧性提高,即断裂伸长率提升。同时POE较窄的相对分子量分布以及辛烯的支化,赋予配方树脂较强的熔体强度,使其在较高无机粉体填充量的情况下,具有较好的加工性,表现为各配方韧性提高的程度与其熔体流动速率大小的变化相对应。另外配方2-5的拉伸强度均比配方1增加,符合UL224标准中的“125℃柔性热缩聚烯烃管”要求。



综合来说,本实验中4种POE的添加均能明显提高EVA的拉伸性能。作为可收缩套管来说,断裂伸长率指标是最能影响套管收缩性能的指标,此外,作为挤出管材,熔体流动速率也是对挤出性能有着最直接影响的指标。因此,结合上述结果,这四种POE中,POE C5070D 对EVA套管的机械性能提升最好,对熔体流动速率的影响也最合适,非常适合挤出,可考虑进行进一步的实验。

3.弹性体POE含量变化对热缩套管材料物理性能及挤出特性的影响


为了更好地观察POE含量变化对热缩套管挤出特性的影响,选择对配方体系断裂伸长率提升最大,熔体流动速率也最合适的POE C5070D进行进一步的探究,探究不同POE C5070D含量变化对热缩套管挤出特性的影响。


QQ截图20220602122727.jpg


3.1实验配方(表3)
3.2实验结果与分析

3.2.1 实验结果(表4)
3.2.2 对热缩套管材料物理性能的影响分析
图3-4为在配方1的基础上添加不同份量POE C5070D制备热缩管材的力学性能对比图,从图中可知,热缩套管的断裂伸长率均随POE份量的增加而增加,POE C5070D的增韧特性愈发明显,同时在偶联剂的作用下,POE与EVA的相容性好,导致其拉伸强度同样随POE C5070D含量的增加而增加。另外配方中添加大熔体流动速率的POE C5070D,增加了配方填充无机粉体的能力,表现出配方熔体流动速率随大熔体流动速率POE C5070D含量的增加而增加。


QQ截图20220602122751.jpg


3.2.3 对热缩套管挤出外观的影响分析

其热缩套管挤出的表观状态如图5 所示,配方1制备的热缩套管表面粗糙,这是无机粉体填料量大,配方熔体流动速率低所导致的表观缺陷,添加5%POE C5070D后,热缩管表面粗糙虽然存在,但是对比配方1而言,有所改善,同时POE C5070D含量至10%及以上,热缩管外观明显改善,无缺陷且平整光滑。在满足物理性能及挤出外观的条件下,从降低成本的角度考虑,POE C5070D的含量在10%时就足以满足生产及质量条件。

4. 生产实践中POE对热缩套管成品的外观质量影响


4.1 改善产品表面粗糙度
通过对比图6可以看出,未添加POE的热缩套管产品表面比较粗糙,色泽暗淡。添加10%POE后,产品表面粗糙度明显改善,细致光滑,亮度也有所提高。



4.2 改善产品表面白条纹
通过对比图7可以看出,未添加POE的热缩套管产品表面有时会有白色条纹,这是无机粉体填料量大,配方熔体流动速率低所导致的表观缺陷。添加10%POE后,产品表面外观明显改善,无缺陷且平整光滑。


4.3 解决产品表面花纹问题
通过对比图可以看出,未添加POE的热缩套管产品表面在挤出时因材料熔体流动速率低或填料流动不稳定而产生挤出花纹。添加10%POE后,产品表面外观明显改善,无挤出花纹且平整光滑。


QQ截图20220602122958.jpg


4.4解决产品外壁积料问题
通过对比图可以看出,未添加POE的热缩套管产品表面在挤出时因无机粉体分散不均匀,挤出时会在表面形成积料。添加10%POE后,产品表面外观明显改善,无挤出花纹且平整光滑。

5. 结论


POE作为一种热塑性弹性体树脂,兼备橡胶的弹性和塑料的可加工性,多用于增韧改性,本文选用市面上常用的4款POE对镁粉填充的EVA阻燃热缩套管材料进行改性,观察添加POE对热缩套管各项性能的影响。


通过第一组实验发现,POE C5070D、POE 8480、POE 8180和POE 7256这4种牌号的POE的添加均在不同程度上提高了镁粉填充的EVA阻燃热缩套管材料的断裂伸长率,同时也改善了材料的熔体流动速率,使其在较高无机粉体填充量的情况下,仍具有较好的加工性,各项指标均符合UL224标准中的“125℃柔性热缩聚烯烃管”要求。其中POE C5070D 对套管料的拉伸性能提升最好,对熔体流动速率的影响也最合适,相对来说是最合适的一种牌号。


通过第二组实验发现,未添加POE的热缩套管表面粗糙,有很多表面缺陷,添加5%POE C5070D后,热缩管表面粗糙虽然存在,但是对比未添加而言,已有所改善,同时POE C5070D含量至10%及以上,热缩管外观明显改善,无缺陷且平整光滑。 在满足物理性能及挤出外观的条件下,从降低成本的角度考虑,POE C5070D的含量在10%时就足以满足生产及质量条件。


最后经过生产实践发现,10%的POE的添加能明显改善EVA阻燃热缩套管在生产过程中遇到的表面粗糙、白条纹、挤出螺纹和表面积料等各种产品缺陷,起到了非常好的改性效果。


作者:李慧 深圳市沃尔核材股份有限公司


来源:荣格-《国际塑料商情》

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