浅谈PE滤板专用料制备、结构与性能的研究

陈树彬

摘要：随着科技的进步和社会的发展，人们对材料的要求越来越高且多样化。人们希望材料既耐高温又易于成型加工；既有较高的韧性又有较大的刚度；既有较好的持久性又价格低廉。因此，改性已成为研制高性能聚合物材料的一个重要途径。

关键词：PE滤板；专用料制备；结构与性能

0 前言

聚乙烯（PE）是塑料中应用最广、用量最大的两种塑料，聚乙烯（PE）具有许多优良特性，但也有许多不足，如PE作为滤板专用料还存在着PP低温性能差、冲击强度低、断裂伸长率低以及耐疲劳性能差等；PE的硬度低、强度低、热变形温度低等。前人对其进行填料改性研究已有很多报道[1] [2]，但用价格低廉针状硅灰石、超细玻璃微珠与玻璃纤维对PP、PE滤板专用料进行改性对比研究还少有报道。本文就针对针状硅灰石、超细玻璃微珠、玻璃纤维对聚丙烯、聚乙烯进行改性研究用于滤板，主要是要求高的强度、硬度、冲击强度以及断裂伸长率等。

1 试验部分

1.1 原料及填料

* PP--粉料，天津石化公司第二石油化工厂生产。

* PE--粉料，型号1158 HDPE，齐鲁石化生产。

* 针状硅灰石--长径比约15：1（45：3μm），大连三义矿业新材料有限公司生产（如图1）。

* 超细玻璃微珠--型号1250目，是从粉煤灰中筛选出来的，密度1.7～2.1g·cm-3，四川宜宾天行健科贸有限公司生产（如图2）。

* 玻璃纤维--长径比约10：1（60：6μm），南京玻璃纤维研究院生产（如图3）。

* 偶联剂--硅烷类，市售。

* SBS--市售。

1.2 主要填料的性能

1.2.1 针状硅灰石

针状硅灰石是一种钙质偏硅酸盐矿物质，分子式为CaSiO3，主要成分是SiO2和CaO，其各自含量平均为51.7%和48.3%。形状呈针状纤维，强度高、硬度高，莫氏硬度为4.5～5（相对硬度，金刚石为10），密度约为2.8g？cm-3，化学成分稳定，价格低廉约是玻璃纤维的1/10，是塑料中常用一种无机填料。可提高强度、硬度、热变形温度、抗阻燃性能以及降低成本等。

1.2.1 超细玻璃微珠

市场常见的玻璃微珠有两种，一种是通过把玻璃熔化后冷激或通过其它措施而加工成的真正的玻璃微珠。另一种是从发电厂的粉煤灰中分选出来的复合玻璃微珠（又分为空心漂珠、沉珠两种，本文试验用的是后者）。前者特点是：成本较高，粒径大（0.1～1.5mm）、密度大、添加后不易均匀等，添加到树脂原料中后改性效果差，冲击强度下降快、填充不均匀、拉伸强度低、耐磨性差等；而从发电厂中的粉煤灰分选出来的玻璃微珠具有粒径小（3～7μm，超细玻璃微珠直径可小到1～3μm），密度小（0.8～2.1g/cm3）、硬度高、强度高（抗压强度可高达260～700MPa）、耐磨性好等优点，该玻璃微珠是珠。

1.3 主要设备

单螺杆挤出机、注塑机、搅拌机、烘干烤箱、拉伸试验机、硬度测试仪、冲击强度试验机等。

1.4 试件的成型工艺

2 测试结果与分析

2.1 测试结果

研究的目的是采用价格低廉性能优越的针状硅灰石、超细玻璃微珠改性PP、HDPE与玻璃纤维改性PP、HDPE的性能变化进行比较研究。因此，根据前人的资料介绍和本人实践经验确定三种无机填料的比例为20%（重量比），在此比例下研究三种填料对PP、HDPE的性能影响。表1是PP和PE改性前后的性能比较。 PP体系填料改性后除强度略有降低外，其他性能指标均比纯PP得到改善和提高；PE体系填料改性后除断裂伸长率有所下降外，其他各项指标均比纯PE得到改善和提高。

图4是PP的拉伸强度与填料品种的关系，改性配比为：HDPE8%，SBS5%，抗氧剂0.5%，无机填料20%。

由图4可以看出：

*添加三中填料時各体系拉伸强度及延伸率相差不大。

*添加超细玻璃微珠时PP延伸率和拉伸屈服强度均略小于添加针状硅灰石、玻璃纤维的数值。

*添加针状硅灰石时PP延伸率和拉伸屈服强度在添加超细玻璃微珠和玻璃纤维之间。

PE的拉伸强度变化曲线与填料的关系，由图5可以看出：添加三种填料后PE的拉伸强度变化曲线与PP的拉伸强度变化曲线总体趋势相似。但其拉伸强度和延伸率均比PP体系高。

图8是PP的冲击强度与填料的变化关系。可以看出改性后的PP的冲击强度大大提高，添加玻璃纤维效果最好，添加超细玻璃微珠最差，添加针状硅灰石介于两者之间。

此外，PE添加三种填料冲击强度试验时，均冲不断。

2.2 结果分析

本试验是PP、PE滤板专用料进行改性研究，因此要有针对性。作为压滤机滤板的材料要求拉伸强度≥24MPa、冲击强度≥20kJ？m-2、断裂伸长率≥12%以及相当抗疲劳强度。通过测试可以看出本改性研究各项指标均已达到滤板技术要求。

由于玻璃纤维的强度比针状硅灰石高，致使改性后PP、PE的拉伸强度、冲击强度也较高。超细玻璃微珠是球体，不是纤维形状，因此拉伸强度、冲击强度和延伸率都比其它两种填料改性时数值略低。但用针状硅灰石改性的PP、PE和改性效果最好玻璃纤维无论是拉伸强度、冲击强度还是延伸率和硬度最多相差不到10%。

总之，从性能到价格综合来考虑，虽然在PP、PE中添加针状硅灰石比添加玻璃纤维的效果稍差些，但针状硅灰石价格低廉，约是玻璃纤维的1/10，是超细玻璃微珠的1/2，通过试验研究再一次说明针状硅灰石不失为一种工程塑料理想填料。

3 结论

PP、PE添加针状硅灰石、超细玻璃微珠、玻璃纤维后强度、硬度均有所增加；PP的冲击强度也大有增加。

PP、PE添加针状硅灰石、超细玻璃微珠、玻璃纤维后拉伸强度、硬度、冲击强度的变化效果，添加玻璃纤维最佳、添加针状硅灰石次之、添加超细玻璃微珠最差，但三者差距不大。综合考虑添加针状硅灰石比较理想。