淺談PE濾板專用料制備、結構與性能的研究

陳樹彬

摘要：隨著科技的進步和社會的發展，人們對材料的要求越來越高且多樣化。人們希望材料既耐高溫又易于成型加工；既有較高的韌性又有較大的剛度；既有較好的持久性又價格低廉。因此，改性已成為研制高性能聚合物材料的一個重要途徑。

關鍵詞：PE濾板；專用料制備；結構與性能

0 前言

聚乙烯（PE）是塑料中應用最廣、用量最大的兩種塑料，聚乙烯（PE）具有許多優良特性，但也有許多不足，如PE作為濾板專用料還存在著PP低溫性能差、沖擊強度低、斷裂伸長率低以及耐疲勞性能差等；PE的硬度低、強度低、熱變形溫度低等。前人對其進行填料改性研究已有很多報道[1] [2]，但用價格低廉針狀硅灰石、超細玻璃微珠與玻璃纖維對PP、PE濾板專用料進行改性對比研究還少有報道。本文就針對針狀硅灰石、超細玻璃微珠、玻璃纖維對聚丙烯、聚乙烯進行改性研究用于濾板，主要是要求高的強度、硬度、沖擊強度以及斷裂伸長率等。

1 試驗部分

1.1 原料及填料

* PP--粉料，天津石化公司第二石油化工廠生產。

* PE--粉料，型號1158 HDPE，齊魯石化生產。

* 針狀硅灰石--長徑比約15：1（45：3μm），大連三義礦業新材料有限公司生產（如圖1）。

* 超細玻璃微珠--型號1250目，是從粉煤灰中篩選出來的，密度1.7～2.1g·cm-3，四川宜賓天行健科貿有限公司生產（如圖2）。

* 玻璃纖維--長徑比約10：1（60：6μm），南京玻璃纖維研究院生產（如圖3）。

* 偶聯劑--硅烷類，市售。

* SBS--市售。

1.2 主要填料的性能

1.2.1 針狀硅灰石

針狀硅灰石是一種鈣質偏硅酸鹽礦物質，分子式為CaSiO3，主要成分是SiO2和CaO，其各自含量平均為51.7%和48.3%。形狀呈針狀纖維，強度高、硬度高，莫氏硬度為4.5～5（相對硬度，金剛石為10），密度約為2.8g？cm-3，化學成分穩定，價格低廉約是玻璃纖維的1/10，是塑料中常用一種無機填料。可提高強度、硬度、熱變形溫度、抗阻燃性能以及降低成本等。

1.2.1 超細玻璃微珠

市場常見的玻璃微珠有兩種，一種是通過把玻璃熔化后冷激或通過其它措施而加工成的真正的玻璃微珠。另一種是從發電廠的粉煤灰中分選出來的復合玻璃微珠（又分為空心漂珠、沉珠兩種，本文試驗用的是后者）。前者特點是：成本較高，粒徑大（0.1～1.5mm）、密度大、添加后不易均勻等，添加到樹脂原料中后改性效果差，沖擊強度下降快、填充不均勻、拉伸強度低、耐磨性差等；而從發電廠中的粉煤灰分選出來的玻璃微珠具有粒徑小（3～7μm，超細玻璃微珠直徑可小到1～3μm），密度小（0.8～2.1g/cm3）、硬度高、強度高（抗壓強度可高達260～700MPa）、耐磨性好等優點，該玻璃微珠是珠。

1.3 主要設備

單螺桿擠出機、注塑機、攪拌機、烘干烤箱、拉伸試驗機、硬度測試儀、沖擊強度試驗機等。

1.4 試件的成型工藝

2 測試結果與分析

2.1 測試結果

研究的目的是采用價格低廉性能優越的針狀硅灰石、超細玻璃微珠改性PP、HDPE與玻璃纖維改性PP、HDPE的性能變化進行比較研究。因此，根據前人的資料介紹和本人實踐經驗確定三種無機填料的比例為20%（重量比），在此比例下研究三種填料對PP、HDPE的性能影響。表1是PP和PE改性前后的性能比較。 PP體系填料改性后除強度略有降低外，其他性能指標均比純PP得到改善和提高；PE體系填料改性后除斷裂伸長率有所下降外，其他各項指標均比純PE得到改善和提高。

圖4是PP的拉伸強度與填料品種的關系，改性配比為：HDPE8%，SBS5%，抗氧劑0.5%，無機填料20%。

由圖4可以看出：

*添加三中填料時各體系拉伸強度及延伸率相差不大。

*添加超細玻璃微珠時PP延伸率和拉伸屈服強度均略小于添加針狀硅灰石、玻璃纖維的數值。

*添加針狀硅灰石時PP延伸率和拉伸屈服強度在添加超細玻璃微珠和玻璃纖維之間。

PE的拉伸強度變化曲線與填料的關系，由圖5可以看出：添加三種填料后PE的拉伸強度變化曲線與PP的拉伸強度變化曲線總體趨勢相似。但其拉伸強度和延伸率均比PP體系高。

圖8是PP的沖擊強度與填料的變化關系。可以看出改性后的PP的沖擊強度大大提高，添加玻璃纖維效果最好，添加超細玻璃微珠最差，添加針狀硅灰石介于兩者之間。

此外，PE添加三種填料沖擊強度試驗時，均沖不斷。

2.2 結果分析

本試驗是PP、PE濾板專用料進行改性研究，因此要有針對性。作為壓濾機濾板的材料要求拉伸強度≥24MPa、沖擊強度≥20kJ？m-2、斷裂伸長率≥12%以及相當抗疲勞強度。通過測試可以看出本改性研究各項指標均已達到濾板技術要求。

由于玻璃纖維的強度比針狀硅灰石高，致使改性后PP、PE的拉伸強度、沖擊強度也較高。超細玻璃微珠是球體，不是纖維形狀，因此拉伸強度、沖擊強度和延伸率都比其它兩種填料改性時數值略低。但用針狀硅灰石改性的PP、PE和改性效果最好玻璃纖維無論是拉伸強度、沖擊強度還是延伸率和硬度最多相差不到10%。

總之，從性能到價格綜合來考慮，雖然在PP、PE中添加針狀硅灰石比添加玻璃纖維的效果稍差些，但針狀硅灰石價格低廉，約是玻璃纖維的1/10，是超細玻璃微珠的1/2，通過試驗研究再一次說明針狀硅灰石不失為一種工程塑料理想填料。

3 結論

PP、PE添加針狀硅灰石、超細玻璃微珠、玻璃纖維后強度、硬度均有所增加；PP的沖擊強度也大有增加。

PP、PE添加針狀硅灰石、超細玻璃微珠、玻璃纖維后拉伸強度、硬度、沖擊強度的變化效果，添加玻璃纖維最佳、添加針狀硅灰石次之、添加超細玻璃微珠最差，但三者差距不大。綜合考慮添加針狀硅灰石比較理想。