聚乙烯阻燃抗静电母料的研制

张红梅，曹柳男，文海荣，杨云翠，靳新慧，朱晓军

（太原市塑料研究所，山西 太原 030024）

聚乙烯（PE）具有优良的力学性能、较高的体积电阻率和较低的介电损耗等，广泛应用于电线电缆。对于聚乙烯 PE这种类型的易燃、易爆的树脂合成制品的阻燃、抗静电处理已引起人们的极大重视。在 PE树脂中添加阻燃剂和抗静电剂等助剂进行改性，制备阻燃抗静电母料成为研究热点。本文通过对载体树脂、偶联剂、阻燃和抗静电体系的选择确定了聚乙烯阻燃抗静电母料的基本配方和制备工艺及达到的技术指标。

1 配方试验

1.1 载体树脂选择

通常根据母料的用途不同，一般来讲，选择载体树脂应遵守以下原则：①载体树脂应与选用的基体树脂相同或相似，以利于与基体树脂相容，但又尽量不影响或少影响基体树脂的力学性能；②载体树脂应有较高的熔体流动速率，其 MI应高于基体树脂的 MI值；③载体树脂最好有与填料或分散剂相互作用的结构因素，以利于提高它们之间的结合。我们将高压、低压聚乙烯共用，逐步过渡到高压、线性复配。选出7042和607等复合树脂作为母料的载体树脂，其协同效果较好。

1.2 偶联剂的选择

偶联剂是一种增加无机物与有机聚合物之间亲和力，而且具有两性结构的物质。偶联剂在无机物和聚合物之间，通过物理缠绕，或进行某种化学反应，形成牢固的化学键，从而使两种性质大不相同的材料紧密结合起来。偶联剂按化学结构可分为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硬脂酸及其盐类等，一般来说，偶联剂两末端的官能团分别和填料的分散相、基质聚合物进行反应，但因填料不同，偶联效果差别很大。主要考虑3个因素：①要根据配方中所选用的填料和树脂品种来选择偶联剂类型，使所选用偶联剂与填料和树脂要有很好的结合力。②所选偶联剂应无毒、价廉、来源广。③必要时可选用多种偶联剂复合使用，以便发挥协同效应。选用铝钛复合偶联剂对填料进行表面处理改性与载体树脂的相容性较好。偶联剂用量5%～15%。

1.3 阻燃体系选择

阻燃性的实现是靠在材料共混改性过程中加入助剂，材料燃烧时产生一系列的化学或物理变化以达到阻燃效果。阻燃剂常为聚合物材料助剂中加入量最大的种类，不仅大大增加了材料成本，且对材料力学性能产生不利影响，因此采用高效阻燃剂，或采用复合体系产生协同作用，以减少阻燃剂的加入量或降低成本。阻燃剂按应用方式分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。根据组成，添加型阻燃剂主要包括无机阻燃剂、卤系阻燃剂（有机氯化物和有机溴化物）、磷系阻燃剂（赤磷、磷酸酯及卤代磷酸酯等）和氮系阻燃剂等。反应型阻燃剂多为含反应性官能团的有机卤和有机磷的单体。选用十溴二苯醚和氧化锑协同阻燃效果显著、应用方便。

1.4 抗静电体系选择

解决聚乙烯的抗静电有两种方法：①添加抗静电剂。它的抗静电原理是疏水基吸附在物体表面、亲水基趋向空气而形成一层亲水性膜，该单分子膜能降低摩擦系数而使物体难以产生静电，另外，亲水性膜吸收空气中水份而在物体表面形成一水层，能降低物体表面电荷达到抗静电目的。②填充导电材料（如炭黑），它的原理是炭黑的体积电阻很低，在 0.1～102 Ω之间，微粒间相互接触形成链状网络或10～10 μm间隙，可形成导电通路而起抗静电作用。选用导电材料炭黑添加量少，易于表面处理。

通过对载体树脂、偶联剂、阻燃体系和抗静电体系的筛选，得到了较为可行的配方：树脂∶阻燃∶抗静电比例为：5∶3∶1（偶联剂用量针对改性的无机填料）。

2 双抗母料制造工艺

图1 双抗母料制造工艺

3 PE阻燃抗静电母料的技术指标

PE阻燃抗静电母料技术指标：密度g/cm3≥1.08，表面电阻Ω≤1×103，熔体质量流动速率（190 ℃，21.6 kg）g/10 min≥0.3，垂直燃烧分级达到V－0，水平燃烧分级达到HB。建议用量40%～50%。

4 结束语

聚乙烯阻燃抗静电母料由载体、阻燃体系、抗静电体系，经高速混合、双螺杆挤出造粒而成。聚乙烯阻燃抗静电母料建议用量 40%～50%，可满足阻燃抗静电要求，对聚乙烯材料外观、密度和力学性能影响不大。