空心微珠在聚乙烯（PE）中应用研究

   刘涛（上海汇精亚纳米新材料有限公司）

聚乙烯（PE）是一种通用型热塑性塑料，是我国用量最大的塑料品种之一，其用途非常广泛，特别是在管材中的应用，下面就是关于聚乙烯（PE）填充空心微珠的研究，希望能为聚乙烯（PE）制品生产厂家提供一定的信息帮助及技术支持。

1．配方设计

表1 原料的配方

2.工艺条件

   预处理:空心微珠经干燥,使水分在1%以下(金石空心微珠水分含量小于1%),降至80度以下,迅速假如高速搅拌机,投入稀释后的偶联剂,高速搅拌5min后,投入润滑剂\分散剂,再高速搅拌3-5min.

  共混:向高速搅拌机内投入聚乙烯（PE）,低速搅拌3min后出料。

开炼：开炼机前辊温度160℃，后辊140-150℃。加入混料反复转动。

造粒：造粒机组中挤出机温度分布设定为：140℃、175℃、180℃、180℃四段，其他参数应视具体情况合理选择。

注射样条：造粒后在注射机上注射样条供性能测试之用。

2．实验结果及分析

1）工艺实验

针对共混体系的加工可行性，分别对0—4配方进行MI、流变性实验，结果见下表。

 从表中可以看出，当变速挤中，分析曲线能与会0号曲线基本吻合的为2和4号配方，故可以认可2和4号配方工艺可行性较好。

  从表中的1---4号的熔体指数与会0号的熔体指数可以看出，空心微珠活化处后，其亲合性较好，球形粒径、大小分布及“滚珠效应”形成均对熔体流动性做出贡献。证实了在配方中复合润滑效果较理想。综合流变仪数据分析，可以认为2号4号配方挤出成型很好。

2）拉伸强度与断裂伸长率

在工艺实验中，1号和3号配方在变速挤出中的分析曲线不太吻合，从综合流变仪实验数据分析，1号、3号配方挤出成型较2号、4号差一些。根据上述的分析我们选择0号、2号、4号配方在注射机注塑成样条进行有关性能的试验，。下表列出了0号、2号、4号配方的拉伸强度和断裂伸长率。

从上表的实验结果可以看出：填充料的加入会造成拉伸强度略有损失。从伸长率略有增加的情况来看，可能原因为：填充体系位阻小，与聚合物大分子间缠绕密切，拉伸过程中有效滑移，相对显示出共混体系内柔性，或是偶联剂坚强了树脂体系同填料的衔接。该性能远优于 CaCO₃填料体系。

3)下表列出了0号、2号、4号配方样条的冲击强度、抗弯强度、表面硬度的测试结果。

   从表中的实验的数据可以得出：缺口冲击强度随空心微珠填充量的增加而成上升趋势。抗弯强度随空心微珠填充量加大有明显提高，球压迹硬度也有所提高。这三项指标的提高均对制品终端质量有利。

4．问题与讨论

偶联剂的选择：偶联剂是一种具有特殊结构的分子，其分子组成中含有2类性质不同的基因：一类能与无机物作用（包括化学和物理的作用）；另一类能与有机高分子化合物相作用（包括化学和物理的作用）。通过偶联剂在界面的作用，有机和无机这2类材料可很好的连接在一起。针对空心微珠硅酸铝成分的特性，我们选择以硅烷类和钛酸脂类作为活性材料进行实验。结果显示，使用硅烷类偶联剂的实验结果在各方面的性能都优于使用钛酸脂类偶联剂的材料。

一．试生产空心微珠填充聚乙烯（PE）落水管

用高品质空心微珠作为填充料的聚乙烯（PE）原料（配方编号为2号和4号），在管材厂进行了试生产，两中配方均生产出合格的聚乙烯落水管，并按SG80-75<聚乙烯管材>标准进行了整管耐压实验，实验结果如下：

从表中的实验结果可以看出:两种配方生产的以高品质空心微珠作为填充料的聚乙烯（PE）落水管完全达到SG80-75<聚乙烯管材>标准的要求。

二：经济效益

   从上述实验可看出，由于汇精空心微珠吸油率仅为其它填料的1/5—1/10。因此可大量填充，减少树脂用量，增加产量，大大降低生产成本，经济效益显著。

四：结论

通过对空心微珠化学组成和物理特性的分析测试，及对其用作塑料填充料所进行的实验研究表明：1.高品质空心微珠作为填充料用于聚乙烯（PE）塑料,技术上完全可行，性能优于CaCO_3、、滑石粉等其它无机填料（除色泽因素外）。2.空心微珠填充在合理的组额内，能提高制品的冲击强度、抗弯强度、表面硬度等。3.空心微珠填充的技术关键是偶联剂的选择，因此，建议使用空心微珠请用硅烷类偶联剂进行表面活性处理。

在实验研究的基础上，由管材厂生产出用高品质空心微珠填充的、性能合格的聚乙烯落水管。

通过该项目的研究，一方面拓宽空心微珠综合利用的途径，另一方面可以降低成本，同时提高了制品的各项型能，，因此，具有显著的经济效益和环境效益。