新世纪塑料改性高额技术成果及应用论文资料集 压滤机过滤板专用料配方设计 孙玉璞李丽刘云峰 ( 山东大学( 南) ) 1 前言 压滤机是一种间歇性的加压过滤分离设备，广泛应用于化工、轻工、冶金、制药、食品和环保等 部门，进行固液两相分离操作。过滤板是压滤机上的关键部件，它决定了过滤操作的分离精度和效率， 其性能的好坏直接影响压滤机的生产强度及动力消耗。以往滤板是用铸铁制作或铸铁聚氯乙烯复合、 铸铁橡胶复合，这些滤板都存在着诸多不足，譬如：对滤布损伤严重、重量大、易老化、易腐蚀等。 而聚丙烯塑料做的过滤板具有质量轻、化学稳定性好、耐酸、耐腐蚀，无毒、无害、无污染。清洗再 生方便、操作轻便、成本低等优点。但是，由于过滤板对材料的物理、机械性能要求较高( 强度高、 抗蠕变、耐磨性高等) ，传统的聚丙烯料由于韧性和耐温性差，反复使用容易出现断裂现象等缺点，使 得聚丙烯在应用范围上，特别是作为结构材料和工程材料的应用上受到了很大的限制，不能作为一种 高性能的工程塑料。因此，对聚丙烯进行改性以满足工业生产的需要成为必要。 某厂生产的压滤机过滤板在生产和使用过程中出现了一系列的质量问题。如：过滤板存在外观发 黄且表面存在皱纹、小凸台台阶无棱角、滤板易脆断和剥皮等问题为解决上述问题，我们对聚丙烯 的类型、偶联剂用量、碳酸钙种类和添加量、滑石粉添加量、碳酸钙与滑石粉的配比等进行选择。通 过试验研究比较，确定出具有良好综合性能的过滤板专用料配方。此专用料的研制不但可以大大降低 压滤机过滤板的生产成本，为企业创造巨大的经济效益，同时，对聚丙烯的改性研究和进一步推广应 用奠定了理论和实践基础，这对于聚丙烯工业调整产品结构、开拓新的应用领域都具有十分重要的意 义。 2 试验过程 2 1 主要原材料 聚丙烯树脂l1 # 料，2 ：肄料。重质C a C 0 3 、轻质C a C 0 3 、活性C a C 0 3 。滑石粉：1 2 5 0 目。偶联剂： Z 二2 0 l 。 2 2 工艺路线 2 2 7 新世纪塑料改性高新技术成果及应用论文资料集 塑料改性高新技术成果 2 3 试验方法 231 碳酸钙的表面改性 碳酸钙粉体在1 0 0 “ ( 2 烘4 h 后称取一定量的碳酸钙物体采用喷雾法将一定量的偶联剂加入其中， 在高搅机中搅拌备用。 232 无机填料与聚丙烯其混 在涅台造粒的过程中，当采用较高目数重质碳酸钙粉体时，按照如下配方：不加偶联剂，C a C O ， 填充量分别为七个数量；偶联剂用量为C a C O ，用量的O5 ，C a C O ，填充量也为七个数量； c a c q 填充量为3 0 偶联剂用量分为五个数量加入：区x ：a c 0 3 与滑石粉的总填充量为3 0 ，其中C a C 0 3 与 滑石粉的比例分别为1 ：I ，2 ：1 ，3 ：l ，偶联剂用量为其用量的0 5 ：c a c q 与滑石粉的比例为 3 ：1 ，二者总填充量分别为2 0 、3 0 、4 0 。 不同配比的填充料与聚丙烯在高速搅拌机中混合，在双螺杆挤出机上造粒，造粒完毕 经烘干注射为标准试样，以便进行性能检测和其它分析。 24 性能测试 24 1 力学性能测试 拉伸强度按照G B T 1 0 4 0 - - 9 2 测试：冲击强度按照G B T 1 0 4 8 - - 9 3 测试；弯曲弹性模量按照G B9 3 4 1 8 8 测试：热变形温度按照G B1 6 3 4 7 9 测试。 2 42 试样的D S C 分析 在D S C 分析仪上进行，升温速率为1 0 m i n 。 2 4 3 试样的x 射线衍射分析 采用D m a x - - r e 型x 射线衍射仪，测试改性聚丙烯的熔融焓及结晶度。测试电压为4 0 K V 电流 为5 0 m A ，采用铜钯线。 3 试验结果与分析 本文只对P P C a C O 、材料微观组织结构进行分析。 3 1P P C a C 仉材科的教观结构 ( a ) 试样A 的形貌照片( b ) 试样A 的电子衍射照片 圈l 试样A 的T E M 照片 2 2 8 新世纪塑料改性高新技术成果及应用论文资料集塑料改挂高新技术成果 图1 为试样A 的透射电镜照片，其中( a ) 为基体形貌照片( b ) 为电子衍射照片。电子束在轰击 薄膜样品时产生的高温使得基体熔融流动，造成了一定的图像村度表现为( a ) 中弯曲的亮暗条纹 聚丙烯为结晶性聚合物，在一定条件下其结晶度可以达到7 0 9 5 而照片( b ) 却显示出明显的漫散 环漫散环的出现说明此部分为非晶这似乎与聚丙烯为结晶性聚合物相矛盾，分析其原因认为( 1 ) 高聚物结晶后，体系中总是存在着未排入晶格中的分子链或链段、折叠链晶片中链的折叠弯曲部分、 链末端以及空洞等，这些不规则部分使得高聚物结晶后总是存在非晶区；( 2 ) 透射电镜试样的厚度只 有6 0 8 0 u i l l 而照片的放大倍数又决定了所拍摄部位只是试样极其微小的一点：( 3 ) 电子柬照射时 基体的熔融流动，晶体方位发生变化，使得成像困难，所以照片( b ) 并不能表示此试样为非晶体它 只是显示了该试样中的非晶区部分。 图2 为试样B 的透射电镜照片。( a ) 为形貌照片，( b ) 为电子衍射照片。由( a ) 可以看出，碳酸 钙粒子在1 # 寨丙烯基体中的分散性较好。无机粒子如篙很好地增强增韧必须实现的是粒子与聚合物 在定尺度上的相容性。因此无机粒子在基体中的分散均匀程度可能成为影响材料性能的关键因素。 无机粒子在基体中的微观结构一般可以分为三种：”无机粒子在聚合物中形成链式的第二聚集态，在 这种情况下如果结合良好则这种形态有很好的增强效果，无机粒子达到如同刚性链条一样对聚合 物的增强作用；2 ) 无机粒子以无规的分散状态存在有的聚集成团，有的个别分散，这种分散形式既 不能增强也不能增韧：3 ) 无机粒子均匀而个别地分散在基体中，在这种情况下，无论是否有良好的界 面结合，都会产生明显的增强增韧效果。由此可以推出图( a ) 中均匀分布的碳酸钙粒子能够对基体起 到增强增韧作用。照片( b ) 的衍射环为清晰的同心圆环，这表明样品在电子束辐照区域存在着大量取 向杂乱的细小晶粒，这主要是因为加入的碳酸钙粒子起到了异相成核剂的作用。 ( a ) 试样B 的形貌照片( b ) 试样B 的电子衍射照片 圈2 试样B 的T E M 照片 新世纪塑料改性高新技术成果及应用论文资料集塑料改性高新技术成果 图3 为试样C 的透射电镜照片( a ) 为其形貌照片。( b ) 为电子衍射照片。 ( a ) 试样C 的形貌照片( b ) 试样C 的电子衍射照片 图3 试样C 的T E M 照片 图3 照片( a ) 中，碳酸钙粒子在2 # 聚丙烯基体中的分布呈现明显的明暗分界。这可能是由于在减 薄试样时厚度不均所致。照片( b ) 中排列规则、整齐的衍射斑点与单晶的衍射花样类似，因此试样中 应含有单晶的结构，但是高聚物的单晶体一般只能从极稀的高聚物溶液( 浓度小于O 0 1 ) 中缓慢结 晶时得到，本照片所显示的单晶结构的形成，可能是由于该材料在注射成型所受的拉应力使其发生了 单轴取向所致。结晶高分子材料受到拉应力时，一般：( I ) 非晶区的大分子链沿着拉应力方向取向；( 2 ) 然后片晶中的大分子链也沿着拉摩力方向取向：( 3 ) 晶片中的大分子链发生相向滑移，被拉成若干搭 连者的碎片：( 4 ) 进一步的拉伸和滑移，使晶片的碎片分离，并沿着拉应力方向取向。徐祖耀等在暗 场电子显微镜下观察经高度拉伸的聚乙烯薄膜，也看到了排列整齐的亮点，认为这即是沿着拉伸方向 排列的晶片碎片。因此照片( b ) 中单晶的衍射斑点反映的也应该是沿着拉应力方向排列的晶片碎片。 图4 试样C 的T E M 位错照片 图4 为透射电镜下试样C 的图片，图片中所显示的不规则条纹为位错线。根据位错观测理论唧，通 过透射电镜进行观察时若试样微区中不含缺陷，剐该区在屏幕上形成的是均匀“透明”的图像，若 其中存在位错因位错附近有局部畸变电子束在这些区域的衍射强度就会和其它部位不同，从而造 成村度的差别，显示出位错的图像。 2 3 0 新世纪塑料改性高新技术成果及应用论文资料集塑料改性高新技术成果 根据位错萌生理论，晶体中位错产生的途径主要有：( 1 ) 在凝固时，两相邻枝晶长大而发生碰撞 以及液流冲击等都会使表面产生长大台阶或技生错排，在这些地方就发生位错。( 2 ) 熔体中生长的晶 体，高温下存在大量空位，冷却至室温时，过剩空位将聚集崩塌形成位错环。( 3 ) 晶体中存在的温度 梯度及成分和结构的差异往往会引起局部应力集中，当局部的高应力接近理论切变强度时能萌发出 位错。( 4 ) 在晶界和裂纹尖端处，常有局部应力集中也会发生类似上述萌生位错的过程。我们认为， 该位错线的出现主要是由于c a c 0 3 粒子的加入，使得晶体的成分和结构产生了差异，造成局部应力集 中，进而引发位错，另外在晶界处产生的局部应力集中也可能是位错产生的原因。 位错的存在，可以提高材料的强度，c a c O ，粒子的加入，起到了弥散强化作用，由于粒子倾向于 聚集到位错周围，降低位错的应变能，以形成比较稳定的分布，同时，外力作用下晶体的变形是通过 位错线的滑移而实现的，粒子的存在又对位错有钉扎作用。从而使位错滑动受到阻碍，材料因此得到 强化。 对照图4 ( a ) 与图3 ( a ) 可以发现：c a c 0 3 粒子在基体中的分布存在明显差异图4 ( a ) 中C a C 0 ， 粒子的分布不再呈单个分散状而是呈波浪状条纹，分析其原因可能是弹性体E P D M 的加入使得c a c n 粒子在其中发生偏聚，图4 ( b ) 所显示的半结晶衍射环的出现也是由加入的E P D M 使得材料的结晶性 下降所致。滤板偏压试验证明，D 试样配方( 加E P D M ) 滤板只能承受7 M P a 压力，而B 试样配方( c a c 仉 分布均匀) 滤板能承受88 M P a 压力，这说明无机粒子在基体中的分散情况对体系的力学性能存在较大 影响，其分散性越好，体系的力学性能越优异。 ( a ) 试样D 的形貌照片( b ) 试样D 的电子衍射照片 图5 试样D 的T E M 照片 图5 为试样D 的透射电镜照片，其中( a ) 为形貌照片，( b ) 为电子衍射照片。 3 2C a C 0 5 粒子对P P 结晶性能的影喃 聚丙烯的球晶可分为a 、P 、Y 、6 及拟六方五种不同形态，其中以a 晶型最为常见。a 型球晶 熔点为1 6 8 1 7 4 ，属于单斜晶系，它是一种最稳定的球晶而其它几种类型球晶都属于不稳定球晶， 在一定条件下都可以转化为。晶型。与B 型球晶相比，a 型球晶具有较高的屈服强度和相对密度( B 型球晶相对密度为0 9 2 0 ，Q 型球晶的相对密度为09 3 6 ) ，另外，o 型球晶的刚性及硬度相对较大：8 晶型属六方晶系，其产生几率仅次于a 型球晶，B 型球晶在熔点以上进行热处理，会全部溶解并再结 晶成a 型球晶与0 型球晶相比，B 型球晶具有优异的冲击性能，其断裂伸长率及拉伸强度也都高于 新世纪塑料改性高新技术成果及应用论文资料集塑料出巨高新技术成果 。型球品但要想在聚丙烯制品的加工过程中获得高含量的B 型球晶，必须采取一些特殊手段- 具体 方法有：添加B 型球晶成核剂加速冷却及高的剪切力等；Y 晶型属三斜晶系。只有在聚丙烯分子量 程低、分子活动性很高时才会得到 图6 试样A 的P L M 照片x 1 0 0图7 试样B 的P L M 照片1 0 0 图6 、图7 分别为在偏光显微镜下的纯P P 、C a C O 、改性P P 的球晶照片。对比两张照片可以看出， 纯P P 的离散型球晶十分规整，且尺寸较大，C a C