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一、綜述　　PC材料的高電絕緣性(體積電阻率可高達(dá)10的16次方)易使其在運(yùn)輸、貯存、包裝等過程中產(chǎn)生靜電，限制了其在煤礦、油田、石油加工等領(lǐng)域及其它易燃易屬場(chǎng)合上的應(yīng)用。筆者通過研究多種抗靜電劑對(duì)PC材料抗靜電性能的影響，著重對(duì)以導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電纖維為抗靜電劑制作的抗靜電PC材料從抗靜電機(jī)理、抗靜電性能方面進(jìn)行了分析，最終以具有高導(dǎo)電性的導(dǎo)電纖維為抗靜電劑，利用熔融浸漬擠出工藝，在普通擠出機(jī)上安裝專門設(shè)計(jì)的擠出口模，通過優(yōu)化注射成型工藝參數(shù)，控制導(dǎo)電纖維的分散程度和長(zhǎng)徑比，可使研制的抗靜電PC材料既具有較好的力學(xué)性能，又賦予了優(yōu)異的抗靜電性能，其體積電阻率達(dá)到了l xlO的6次方Ω?cm。　　二、試驗(yàn)部分　　1、原材料　　PC：141R型，GE公司；　　1＃試樣：抗靜電劑，Atmerl22，ICI公司；　　2＃試樣：抗靜電母料．廣州合成日化公司；　　3＃試樣：導(dǎo)電炭黑，臨淄華光炭黑廠；　　4＃試樣：導(dǎo)電纖維，市售；　　其它助劑：市售?！　?、主要設(shè)備和儀器　　靜電測(cè)試儀：6517型靜電計(jì)，美國(guó)吉時(shí)利公司；　　雙螺桿擠出機(jī)：TSE 27型，Leistritz公司；　　掃描電子顯微鏡(SEM)：QUANTA 200型，美國(guó)FEI公司；　　注塑機(jī)：BA950／500型，奧地利Battenfield公司；　　電熱鼓風(fēng)干燥箱：WMK―08型，山東電熱儀器廠；　　萬能試驗(yàn)機(jī)：英國(guó)Instmn公司；　　沖擊試驗(yàn)機(jī)：XCJ―22型、XCJ―40型，承德試驗(yàn)機(jī)廠?！　?、抗靜電PC擠出工藝及試樣制備　　抗靜電PC擠出工藝流程見圖1。圖 1: 抗靜電擠出工藝流程圖　　4、性能測(cè)試　　抗靜電性能以材料體積電阻率大小來衡量，按CB／T 1410―1989進(jìn)行測(cè)試，試樣尺寸為直徑等于10cm厚度為2--3.5mm的圓片，試樣制備工藝見表1?！　澢鷱?qiáng)度按CB／T 9341―2000測(cè)試，缺口沖擊強(qiáng)度按GB／T 1043―i993測(cè)試，試樣制備及尺寸同彎曲強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度按CB／T 1040―1992測(cè)試，試樣尺寸為I型試樣。 $分頁(yè)符$ 　三、結(jié)果與討論　　1、抗靜電機(jī)理分析　　稱取相同質(zhì)量的1＃至3?？轨o電劑分別與烘好的PC材料混合均勻后在雙螺桿擠出機(jī)上共混擠出造粒，采用熔融浸漬擠出工藝，將導(dǎo)電纖維在雙螺桿擠出機(jī)的專用口模處引入，通過控制牽引速度及切粒速度，控制導(dǎo)電纖維在PC顆粒巾的長(zhǎng)徑比為500―1000，導(dǎo)電纖維的含量與上述三種抗靜電劑含量相當(dāng)。按GB/T1410―1989標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3?！　∪绫?所示，在PC材料所添加幾種抗靜電劑中，導(dǎo)電纖維的抗靜電性能最好?！　B流理論認(rèn)為；導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電性能由3個(gè)條件單獨(dú)或綜合構(gòu)成：(a)導(dǎo)電粒子相互接觸而成為連續(xù)的鏈狀結(jié)構(gòu)。形成導(dǎo)電通道；(b)各導(dǎo)電粒子獨(dú)立分散于基體中．通過隧道效應(yīng)或電子發(fā)射形成導(dǎo)電通道；(c)導(dǎo)電粒子斷續(xù)連接，是鏈狀通道及隧道效應(yīng)的綜合結(jié)果?！　〔捎萌廴诮n擠出工藝研制的抗靜電PC之所以具有較優(yōu)異的抗靜電性能，主要是因?yàn)閷?dǎo)電纖維未經(jīng)擠出機(jī)剪切，經(jīng)專用口模浸漬、造粒后，使纖維保留有很大的長(zhǎng)徑比。很容易地使導(dǎo)電纖維在PC復(fù)合材料中相互搭接纏繞而形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，很顯然，這與滲流理論中的a條件所描述的情況相同。導(dǎo)電炭黑的導(dǎo)電機(jī)理與滲流理論中的b條件相似，如要達(dá)到相同的抗靜電性能，必須減小炭黑顆粒的間距，大大增加其添加比例，但會(huì)使PC材料的擠出工藝和力學(xué)性能受到較大影響。添加不同比例導(dǎo)電炭黑的PC材料的抗靜電性能和力學(xué)性能見表4?！　∪绫?所示，導(dǎo)電炭黑在添加到8%至10%時(shí)，抗靜電PC材料的體積電阻率急速下降，說明其滲濾閾值在8%附近，而以導(dǎo)電炭黑為抗靜電劑制造的抗靜電PC，若想得到較好的抗靜電性能，其原本非常優(yōu)異的沖擊性能降低很多，僅為原樹脂的1/6，同時(shí)添加后的PC復(fù)合材料存在擠出加工性差、材料顏色單一等缺陷?！　?、擠出方式對(duì)PC材料抗靜電性能的影響　　以導(dǎo)電纖維為抗靜電劑，分別采用熔融浸漬擠出方式(連續(xù)導(dǎo)電纖維從擠出機(jī)專用口模引入)和傳統(tǒng)擠出方式(連續(xù)導(dǎo)電纖維從擠出機(jī)的玻纖加入口引入)，通過調(diào)整擠出機(jī)主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速、喂料螺桿轉(zhuǎn)速、導(dǎo)電纖維牽引速度及切粒機(jī)轉(zhuǎn)速，以確保導(dǎo)電纖維的添加量相同，加工工藝流程見圖1，測(cè)試結(jié)果見表5。圖2、圖3是兩種擠出方式注射的試樣燃燒后，導(dǎo)電纖維分散情況的SEM照片，可粗略觀察到導(dǎo)電纖維的長(zhǎng)度與分布情況?！　∮杀?、圖2和圖3可以看出，添加量相同的導(dǎo)電纖維，采用不同擠出方式對(duì)PC材料的抗靜電性能影響較大。經(jīng)熔融浸漬擠出方式生產(chǎn)的PC材料具有較優(yōu)異的抗靜電性能，試樣中纖維長(zhǎng)度的保持率非常高，在4―7 mm之間，且其彼此纏繞連接，而在傳統(tǒng)的擠出方式下經(jīng)造粒、注射后的PC試樣無導(dǎo)電性：體積電阻率與未添加導(dǎo)電纖維的純樹脂在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上。這主要是因?yàn)閷?dǎo)電纖維經(jīng)螺桿剪切、分散后，其纖維長(zhǎng)徑比大大縮小了，從圖3可以看出導(dǎo)電纖維保持在0.1―2mm之間．彼此間被PC樹脂包覆阻隔，其導(dǎo)電條件發(fā)生了變化，從滲流理論描述的條件a變化成條件b。當(dāng)施加電壓時(shí)，導(dǎo)電纖維間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了隧道躍遷理論中產(chǎn)生隧道效應(yīng)的臨界距離，因此PC材料依然表現(xiàn)出絕緣特性?！　?、抗靜電劑添加量對(duì)PC材料抗靜電性能的影響　　采用熔融浸漬擠出方式，分別控制導(dǎo)電纖維含量為1％、3％和5％，。并分析其含量對(duì)PC材料抗靜電性能的影響?？轨o電性能見表6?！　谋?可以看出，添加導(dǎo)電纖維的PC材料其抗靜電性與導(dǎo)電纖維的含量無線性關(guān)系，導(dǎo)電纖維含量從1％上升為5％后，PC材料體積電阻率變動(dòng)不大，處于較穩(wěn)定的上下波動(dòng)狀態(tài)，可以認(rèn)為此材料體系中的滲濾閾值為1％或更小。說明采用熔融浸漬擠出方式，能夠最大限度地保持導(dǎo)電纖維的長(zhǎng)徑比，只需添加較少量就可以在PC材料內(nèi)部形成導(dǎo)電通路。獲得較好的抗靜電性能，同時(shí)保證了材料的顏色多樣性要求?！　?、注射成型工藝對(duì)產(chǎn)品外觀和抗靜電性能的影響　　注塑成型工藝對(duì)這種以導(dǎo)電纖維為抗靜電劑，采用熔融浸漬擠出方式制造的抗靜電PC材料的產(chǎn)品外觀及抗靜電性能影響很大。由于導(dǎo)電纖維是成束的均勻包覆在PC材料中，如何通過調(diào)整注塑機(jī)料筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、注射速率和注塑壓力等工藝參數(shù)，使含有成束導(dǎo)電纖維的PC粒料在料筒內(nèi)均勻地二次浸漬、分散并最終使成束的導(dǎo)電纖維均勻地分散到試樣各處，使其在試樣或產(chǎn)品中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并避免其在試樣中成束成簇出現(xiàn)，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量；其次在保證分散效率的同時(shí)又要盡可能地減小導(dǎo)電纖維的折損程度，提高纖維長(zhǎng)度保持率，最終提高注塑產(chǎn)品的抗靜電性能?！　〗?jīng)過反復(fù)摸索試驗(yàn)，筆者針對(duì)PC材料的特性，采用從料筒后段到前段溫度遞減設(shè)置，降低螺桿預(yù)塑速率，以中速中壓的注射成型工藝注射獲得了較好的產(chǎn)品外觀和杭靜電性能。表7是不同注射成型工藝對(duì)PC材料抗靜電性能的影響。　　如表7所示，普通注射工藝對(duì)PC材料體系中導(dǎo)電纖維的分散效果較差，試樣表面有成束纖維團(tuán)聚的現(xiàn)象，抑制了材料中導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的分散與擴(kuò)大，所以材料體積電阻率較大。采用優(yōu)化的注射成型工藝，PC材料在料筒后段開始熔融，使導(dǎo)電纖維變軟，減少了與螺桿的剛性摩擦和剪切，同時(shí)較低的預(yù)塑速率使導(dǎo)電纖維在料筒內(nèi)剪切減少，浸漬、分散時(shí)間延長(zhǎng)，中壓中速可以保證PC材料順利地充滿型腔并減少導(dǎo)電纖維在注射噴嘴與模具澆口處的剪切。從測(cè)試結(jié)果可以說明，經(jīng)過優(yōu)化的注射成型工藝可以滿足抗靜電性能與產(chǎn)品外觀質(zhì)量。 　　5、抗靜電PC的主要性能及應(yīng)用　　筆者以導(dǎo)電纖維為抗靜電劑，利用熔融浸漬擠出工藝，研制的抗靜電PC材料在電子探測(cè)器殼體上得到應(yīng)用，抗靜電PC材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足其使用要求，抗靜電PC材料的主要性能指標(biāo)見表8。　　四、結(jié)論　　(1)利用導(dǎo)電纖維制作抗靜電材料，加工設(shè)備和成型工藝對(duì)材料的抗靜電性能有重要的影響。　　(2)導(dǎo)電纖維是優(yōu)異的抗靜電材料，在保持高長(zhǎng)徑比的條件下，添加較少量就可產(chǎn)生非常好的抗靜電效果，材料體積電阻率可達(dá)到1×10的6次方Ωcm，在某電子探測(cè)器殼體上得到了應(yīng)用。   轉(zhuǎn)載自：塑料產(chǎn)業(yè)網(wǎng)