硅烷交联聚乙烯配方、工艺

硅烷交联交联聚乙烯1.1交联聚乙烯发展简史1.2硅烷交联聚乙烯概述1.3应用领域2RO.ROOR++ROROH.+CH2=CHSi(OR)3(1)(2)++SiORORROCHCH2SiORROORCH2CHSiORCH2CH2ROOR.....(3)++H2OROHSiORORROCH2CH2SiOHOHHOCH2CH2(4)++H2OSiOHOHHOCH2CH2SiOHOHHOCH2CH2SiOHHOCH2CH2SiHOCH2CH2OOH第二章实验部分2.1主要原材料2.2主要实验设备2.3实验工艺2.4测试手段第二章实验部分PEDCPA151熔融挤出造粒接枝PEA料PEDBTDL1010熔融挤出催化剂母料B料A料B料机械混合A与B的混料挤出成型含催化剂的接枝PE制品浸泡热水中水解缩合交联交联PE制品二步法工艺流程第三章结果与讨论3.1硅烷交联聚乙烯配方3.2工艺和设备对凝胶含量和熔体流动速率和拉伸性能的影响3.3硅烷接枝聚乙烯流动性和预交联研究3.4硅烷交联聚乙烯结构和性能3.5硅烷交联聚乙烯专用料研究3.1硅烷交联聚乙烯配方3.1.1引发剂种类及其用量对凝胶含量和熔体流动速率的影响3.1.2硅烷种类及其用量对凝胶含量和熔体流动速率的影响3.1.3基体树脂对凝胶含量和熔体流动速率的影响引发剂种类对凝胶含量和MFR的影响引发剂类型BPODCPLPOCHP凝胶含量，%40.658.756.245.2MFR（g/10min）0.480.120.150.22引发剂用量对凝胶含量和熔体流动速率的影响图3-1DCP用量对凝胶含量的影响01020304050607000.050.10.150.2DCP含量（%）凝胶含量（%）图3-2：MFR与DCP含量关系曲线00.511.522.500.050.10.150.2DCP含量，%MFR，g/10min硅烷种类对凝胶含量和熔体流动速率的影响硅烷种类A151A171A172凝胶含量，%58.460.362.1MFR，g/10min0.450.380.17硅烷用量对凝胶含量和熔体流动速率的影响图3-3凝胶含量随VTEOS含量变化关系曲线01020304050607001234VTEOS含量，%凝胶含量，%图3-4：硅烷用量对MFR的影响00.10.20.30.40.50.60.70.801234硅烷含量，%MFR，g/10minPE分子量对凝胶含量和熔体流动速率的影响图3-5：PE分子量对凝胶含量的影响01020304050607000.050.10.150.2DCP用量，%凝胶含量，%5000S7006A图3-6：PE分子量对MFR的影响0123456700.050.10.150.2DCP含量，%MFR，g/10min5000S7006A图3-7：PE结构对凝胶含量的影响01020304050607000.050.10.150.2DCP含量，%凝胶含量，%LDPELLDPEHDPE图3-8：PE结构对MFR的影响00.511.522.5300.050.10.150.2DCP含量，%MFR，g/10minLDPELLDPEHDPEPE结构对凝胶含量和熔体流动速率的影响温度对凝胶含量和熔体流动速率的影响挤出机各段温度凝胶含量,%MFRg/10minⅠⅡⅢⅣⅤ14015016017016046.71.214016017018017050.10.9314017018019018053.20.7815018019020019054.50.6715018020022020054.80.69螺杆转速对凝胶含量和熔体流动速率的影响图3-9：螺杆转速对凝胶含量的影响30354045505560020406080螺杆转速，r/min凝胶含量，%图3-10：螺杆转速对熔体流动速率的影响00.20.40.60.811.21.4020406080螺杆转速，r/minMFR,g/10min设备对凝胶含量、MFR和拉伸性能的影响项目1#2#3#4#5#挤出设备φ30×25单螺杆挤出机,通用型.φ80×30单螺杆挤出机,BM螺杆φ55×38同向平行双螺杆挤出机ф57×180/ф120×7同向双螺杆挤出机/单螺杆挤出机双阶挤出机ф140×7/ф180×6BUSSKKG14-18混炼设备温度,℃160～220160～220180～210180～210/160160～210/130螺杆转速,r/min4040200250230MFR,g/10min1.01.21.21.41.6凝胶含量,%61.563.167.367.168.3拉伸强度,MPa22.122.723.024.424.8断裂伸长率,%3103303203804003.3硅烷接枝聚乙烯流动性和预交联研究3.3.1硅烷接枝反应体系的流变行为3.3.2水份和温度对硅烷交联聚乙烯熔体流动性的影响硅烷接枝反应体系的流变行为2040608010012014016000200002400028000320003600040000,PaPEPE+A151+DCPPE+A151+DCP+DBTDLγ,s-120406080100120140160180200250300350400450500550600PEPE+A151+DCPPE+A151+DCP+DBTDLηa,Pa.sγ,s-1图3-11：硅烷接枝体系剪切应力和剪切速率之间的关系图3-12：硅烷接枝体系表观粘度和非牛顿剪切速率关系曲线18000240003000036000200250300350400450500550600PEPE+A151+DCPPE+A151+DCP+DBTDLηa,Pa.sτ，Pa3.03.23.43.63.84.04.24.44.64.85.09.69.79.89.910.010.110.210.310.410.510.6PEPE+A151+DCPPE+A151+DCP+DBTDLlnlnγ图3-13：硅烷接枝体系表观粘度和剪切应力之间关系曲线图3-14：硅烷接枝体系的非牛顿指数水份对硅烷交联聚乙烯熔体流动性的影响4681012140.540.560.580.600.620.640.660.680.700.72135ppm94ppm58ppmMFR,g/min时间，min50607080901001101201301400.0160.0180.0200.0220.0240.0260.0280.0300.032dx/dt水分含量,ppm图3-16：含水量对MFR的影响图：3-17交联速率与接枝料含水量之间关系曲线温度对硅烷交联聚乙烯熔体流动性的影响图3-18：不同温度下MFR随时间变化关系曲线图3-21：温度对反应速率常数的影响4681012-0.20.00.20.40.60.81.01.21.4-lnMFR时间，min2.102.122.142.162.182.202.222.242.262.282.52.62.72.82.93.03.13.23.33.4-lnk10-31/T,K-1在催化剂存在下温度对交联反应的影响0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.501020304050607080900C700C500C300C凝胶含量，%时间，h0.00270.00280.00290.00300.00310.00320.00332.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.8-lnK1/T,K-1图3-20：凝胶含量随时间的变化关系图3-21：温度对反应速率常数的影响3.4硅烷交联聚乙烯结构和性能3.4.1硅烷交联高密度聚乙烯的微观形态3.4.2硅烷交联聚乙烯的性能3.4.2.1交联对密度的影响3.4.2.2交联对结晶性能的影响3.4.2.3交联对力学性能的影响3.4.2.4交联对热性能的影响硅烷交联高密度聚乙烯的微观结构图3-22未交联HDPE图3-23：gel=35%图3-24：gel=64%图3-25：gel=70%交联对密度的影响表3-5：密度随硅烷含量的变化硅烷含量，%0.51.01.52.02.5密度，g/cm30.9480.9490.9490.9500.951交联对结晶性能的影响表3-6：不同凝胶含量聚乙烯的熔点、熔程、结晶度凝胶含量%熔点（Tm）℃熔程℃结晶度，%0123.536.363.230123.349.962.343122.952.861.153122.157.360.561121.653.961.570121.755.762.1交联对拉伸性能的影响-100102030405060708023242526272829DCP含量拉伸屈服强度，MPa250300350400450500550断裂伸长率，%图3-26：拉伸屈服强度、断裂伸长率随凝胶含量变化关系曲线交联对耐环境应力开裂性能的影响表3-7:凝胶含量对耐环境应力开裂的影响凝胶含量，%0304661耐环境应力开裂（f20，100%，50℃）45320816＞1000交联对热性能的影响表3-8：交联聚乙烯不同凝胶含量时的维卡软化点凝胶含量，%030466172维卡软化点，℃1191211231251283.5硅烷交联聚乙烯专用料研究3.5.1硅烷交联聚乙烯管材专用料3.5.2硅烷交联聚乙烯电缆料的研究3.5.3无卤阻燃硅烷交联聚乙烯电缆料研究管材料基础树脂选择表3-9：不同品种HDPE的工艺性能和凝胶含量树脂接枝前MI,g/10min接枝后MI，g/10min挤出表面情况凝胶含量，%HDPE1#0.10.005不光62.7HDPE230.30.03不光58.9HDPE3#0.90.2光滑62.1HDPE4#1.20.06不光64.0HDPE5#6.72.4光滑56.6HDPE6#5.82.6光滑52.5表3-10不同配比HDPE/LLDPE的性能HDPE/LLDPE配比凝胶含量%MFRg/10min拉伸强度MPa断裂伸长率%100/060.22.325.114090/1061.71.524.721080/2063.51.223.129060/4064.20.618.9400硅烷交联聚乙烯管材料的性能表3-11：硅烷交联聚乙烯料主要物理、机械性能物理、机械性能A型B型单位测试方法密度0.9520.948g/cm3DIN53479熔体流动速率0.320.74g/10minGB3682拉伸强度25.823.5MPaISOR527断裂伸长率400420%ISOR527弯曲弹性模量1530670GpaISO178维卡软化点125124℃ASTMD—1525表3-12:硅烷交联聚乙烯铝塑复合管的主要性能项目测试结果单位测试方法规格￠2025ASTMD1282凝胶含量68%DIN16892层间结合力良ASTMD128220℃爆破压力7.0MPaASTMD128282℃,环应力2.72MPa10h液压实验无泄露ASTMD1282电缆料基础树脂的选择表3-13：不同配比LDPE和LLDPE交联料的性能A/C/BMFR，g/10min凝胶含量，%拉伸强度，MPa断裂伸长率，%70/30/01.2557.414.829050/30/200.8760.515.332030/30/600.3961.216.53000/30/700.1163.217.2280硅烷交联聚乙烯电缆料主要性能项目测试结果单位实验方法抗张强度16.7MPaGB1040断裂伸长率460%GB1040老化试验（135℃，168h）抗张强度变化率断裂伸长率变化率+5-7%%GB2951.7热延伸试验（200℃，15min,0.2MPa）负荷下延伸率冷却后永久变形700%%GB2951.18介电常数（50Hz20℃）2.3GB140920℃体积电阻率1.5×1015Ω.mGB1410介电强度37KV.mGB1408介电损耗角正切（20℃）2×104GB1409脆化温度-77℃GB5470无卤阻燃电缆料基础树脂选择表3-15：EVA对LLDPE复合体系力学性能和阻燃性能的影响测试项目EVA含