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      黑色PE100燃?xì)夤懿膶S昧系拈_發(fā)

      2016-05-21 04:06:23李連鵬李曉東
      彈性體 2016年2期
      關(guān)鍵詞:母料熔融指數(shù)炭黑

      李連鵬,李 莉,孟 博,王 碩,李曉東

      (1.中國石油吉林石化公司 研究院,吉林 吉林 132021;2.中國石油吉林石化公司北方公司 錦江油化廠,吉林 吉林 132022;3.中國石油天然氣集團(tuán)公司 工程建設(shè)分公司,北京 100007)

      聚乙烯(PE)管道具有許多優(yōu)異的性能,如耐低溫性、韌性好、抗腐蝕性、可焊接性以及“非開挖定向鉆孔”等,特別是其具有良好的快速裂紋傳遞抵抗能力,使其成為城鎮(zhèn)中低壓埋地燃?xì)夤懿牡氖走x材料。

      根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4437:2007和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1555—1:2010的要求,生產(chǎn)燃?xì)庥寐竦豍E管材的原料應(yīng)采用混配料,即基礎(chǔ)PE樹脂與添加劑,如添加抗氧劑、顏料、炭黑、紫外線穩(wěn)定劑等均勻擠出混合物[1-2]。目前,PE燃?xì)夤懿闹饕捎肞E80與PE100等級的中密度聚乙烯(MDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)樹脂為原料。其中PE80級樹脂的顏色為黃色或者黑色,生產(chǎn)的管材顏色為黃色或者黑色管材加黃色標(biāo)記,PE100級樹脂的顏色為橙色或者黑色,生產(chǎn)的管材顏色為橙色或黑色管材加橙色標(biāo)記。

      中國石油吉林石化公司從2008年開始生產(chǎn)PE100管材料JHMGC100S,通過不斷地工藝優(yōu)化和質(zhì)量攻關(guān),產(chǎn)品質(zhì)量逐步提升,獲得了國內(nèi)用戶的認(rèn)可。但是吉林石化公司JHMGC100S為白色PE100級樹脂,不能應(yīng)用在燃?xì)忸I(lǐng)域,限制了JHMGC100S管材的應(yīng)用范圍。本文通過對黑色色母料的篩選,開發(fā)出黑色JHMGC100S燃?xì)夤懿膶S昧?,滿足國內(nèi)燃?xì)馐袌龅男枨螅瑢崿F(xiàn)了PE100管材產(chǎn)品系列化和高端化。

      1 實驗部分

      1.1 原料

      雙峰PE100級管材料JHMGC100S:中國石油吉林石化公司;炭黑母料1#:進(jìn)口;炭黑母料2#和3#為市售工業(yè)品。

      1.2 儀器設(shè)備

      雙螺桿擠出機(jī):SHJ-58-Ⅱ,南京航天航空大學(xué)信立塑料機(jī)械廠;熱分析儀:DSC204,德國耐馳公司;高速混合機(jī):SHR-50A,江蘇張家港市億利機(jī)械有限公司;簡支梁沖擊試驗機(jī):XJJ-50,河北承德試驗機(jī)有限公司;哈克流變儀:RC9000,德國哈克公司;電子萬能試驗機(jī):WDW-1020:長春科新試驗儀器有限公司;維卡熱變形儀:COESFELD Compact6,美國科斯菲爾德公司;熔體流動速率儀:GT-7100-M1B2,臺灣高鐵檢測儀器有限公司;缺口制樣機(jī):XQZH-1,吉林東恒機(jī)械設(shè)備有限公司;相位顯微鏡:E2000S,日本尼康公司;密度梯度柱:DC2,美國阿美泰克公司;炭黑含量測試儀:GW3500,北京化工研究院;管材擠出機(jī):德國巴頓菲爾辛辛那提公司。

      1.3 實驗步驟

      (1) 利用高速混合機(jī),將JHMGC100S和炭黑色母料共混5 min。

      (2) 將雙螺桿擠出機(jī)升溫至190~220 ℃,對混合好的JHMGC100S進(jìn)行擠出造粒。

      (3) 造粒結(jié)束后,在電熱鼓風(fēng)干燥箱中于70 ℃下烘干2 h,用于測試。

      (4) 利用平板硫化儀在190 ℃下按照GB/T 1845.2—2006進(jìn)行拉伸樣條、沖擊樣條和維卡軟化點樣條的制備。

      1.4 分析測試

      熔融指數(shù)按照GB/T 3682—2000進(jìn)行測試,測試溫度為190 ℃,砝碼質(zhì)量分別為5 kg和21.6 kg,其中MFR(190/5)表示砝碼質(zhì)量為5 kg時樹脂的熔融指數(shù),MFR(190/21.6)表示砝碼質(zhì)量為21.6 kg時樹脂的熔融指數(shù),流動速率比(FRR)=MFR(190/21.6)/MFR(190/5);密度按照GB/T 1033.1—2008進(jìn)行測試;拉伸強(qiáng)度按照GB/T 1040.1—2006進(jìn)行測試,拉伸速率為50 mm/min;維卡軟化點按照GB/T 1633—2000進(jìn)行測試,負(fù)荷為50 N,升溫速率為50 ℃/h;沖擊強(qiáng)度按照GB/T 1043.1—2008進(jìn)行測試。揮發(fā)分按照GB 15558.1—2003附錄C進(jìn)行測試;炭黑含量按照GB/T 13021—1991進(jìn)行測試;炭黑分散性按照GB/T 18251—2000進(jìn)行測試;氧化誘導(dǎo)期按照GB/T 17391—1998進(jìn)行測試,測試溫度為210 ℃;加工流變性能采用RC9000哈克流變儀進(jìn)行測試,測試溫度為200 ℃。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 炭黑母料的篩選

      2.1.1 3種炭黑母料基礎(chǔ)物理性能測試

      對3種炭黑母料的密度、炭黑含量和熔融指數(shù)進(jìn)行了測試,具體結(jié)果如表1所示。

      表1 3種炭黑母料的基礎(chǔ)物理性能測試結(jié)果

      從表1可以看出,3種炭黑母料的密度和炭黑含量比較接近,但是3#炭黑母料的熔融指數(shù)與1#、2#炭黑母料相差較大。

      2.1.2 炭黑母料加工性能分析

      利用哈克流變儀,考察了200 ℃下3種炭黑母料剪切速率、剪切應(yīng)力以及表觀黏度,具體結(jié)果如圖1和圖2所示。

      剪切速率/s-1圖1 200 ℃下3種炭黑母料剪切速率和剪切應(yīng)力的關(guān)系曲線

      剪切速率/s-1圖2 200 ℃下3種炭黑母料剪切速率和表觀黏度的關(guān)系曲線

      從圖1和圖2可以看出,在200 ℃下,炭黑母料1#和2#的加工性能比較接近,炭黑母料3#相差較大。

      炭黑母料1#和2#在市場上已經(jīng)應(yīng)用在PE燃?xì)夤懿念I(lǐng)域,而3#炭黑母料的各種指標(biāo)和加工性能與1#和2#炭黑母料相差較大,因此在進(jìn)行黑色PE100燃?xì)夤懿牧祥_發(fā)時,使用1#和2#炭黑母料。

      2.2 JHMGC100S黑色混配料的合成和性能分析

      利用高速混合機(jī)和雙螺桿擠出機(jī),采用1#和2#炭黑母料,其添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.25%,加工溫度為190~200 ℃,批量生產(chǎn)黑色PE100混配料,同時進(jìn)行基礎(chǔ)物理性能分析測試,具體結(jié)果如表2所示。

      表2 黑色JHMGC100S性能測試

      續(xù)表

      炭黑在PE中的分散結(jié)果如圖3和圖4所示。

      圖3 1#樣品(×70)

      從表2、圖3和圖4可以看出,這2種混配料的炭黑分散等級全部小于3級,炭黑的表觀分散等級達(dá)到了A1級,說明這2種炭黑母料的分散性很好,完全可以滿足國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4437—2007中對埋地燃?xì)夤懿膶S昧系奶亢诜稚⑿砸?。采?#炭黑母料生產(chǎn)的JHMGC100S混配料的MFR(190/5)指標(biāo)變化要更小一些。

      2.3 JHMGC100S黑色混配料的加工應(yīng)用實驗

      加工設(shè)備采用德國巴頓菲爾辛辛那提公司的管材擠出機(jī),生產(chǎn)制品規(guī)格為DN32mm/SDR11和DN110mm/SDR11。其中PE管材生產(chǎn)工藝流程如圖5所示。

      對1#和2#混配料制得的管材進(jìn)行了綜合性能測試,具體結(jié)果如表3和表4所示。

      從表3和表4可以看出,2種混配料加工成管材后,其熔融指數(shù)變化率小于5%,氧化誘導(dǎo)期大于40 min,遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)大于20 min(200 ℃)的要求。管材的短期靜液壓強(qiáng)度合格,特別是20 ℃靜液壓實驗達(dá)到200 h時管材仍未發(fā)生泄漏和破裂。

      表3 1#混配料制得的管材檢測結(jié)果

      表4 2#混配料制得的管材檢測結(jié)果

      3 結(jié) 論

      (1) 經(jīng)過2次造粒后,JHMGC100S的熔融指數(shù)變化不大。

      (2) 在生產(chǎn)黑色燃?xì)夤懿膶S昧蠒r,宜選用1#和2#炭黑母料。

      (3) 炭黑母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.25%時能夠滿足炭黑含量的標(biāo)準(zhǔn)要求,生產(chǎn)的混配料各項基礎(chǔ)性能指標(biāo)滿足國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

      (4) 加入炭黑色母料后制得的管材,在20 ℃靜液壓實驗達(dá)到200 h時管材仍未發(fā)生泄漏和破裂。

      參 考 文 獻(xiàn):

      [1] 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織.Buried polyethylene(PE) pipes for the supply of gaseous fuels-Metric series-Specifications:ISO 4437-2007[S].日內(nèi)瓦:國際標(biāo)準(zhǔn)化組織,2007:1-22.

      [2] 歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會.Plastics piping systems for the supply of gaseous fuels-polyethylene(PE)-Part1:General:EN 1555.1-2010[S].日內(nèi)瓦:歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會,2010:1-18.

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