滾塑成型PE-X交聯度試驗方法的探索

馬桂梅

（金川鎳都實業有限公司，甘肅 金昌 737100 ）

聚乙烯由于其結構上的特征，往往不能承受較高的溫度，機械強度不足，限制了其在許多領域的應用。為提高聚乙烯的性能，對聚乙烯進行交聯，通過聚乙烯分子間的的共價鍵形成一個網狀的三維結構，迅速改善了聚乙烯樹脂的性能，如熱形變性、耐磨性、耐化學藥品性、耐應力開裂等一系列物理、化學性能。

1 概述

1.1 鋼襯塑產品的優勢

鋼襯塑防腐就是在鋼制設備內襯塑料并將它用于防腐事業上。鋼襯塑防腐主要技術為松襯、緊襯、滾塑和模壓，本實驗方法主要對粉末狀PE 或PO 通過滾塑法襯于鋼件表面的產品進行探索。化工生產涉及腐蝕性的物質是非常廣泛的，防腐設備也有全塑、玻璃鋼、搪瓷等，但鋼襯塑防腐產品更受歡迎，如鋼襯塑儲罐，與全塑儲罐相比具有鋼的強度，不變形；鋼襯塑儲罐比玻璃鋼儲罐更抗老化，且具有不脫層、耐磨損的特點；與搪瓷的設備相比，其使用壽命更長。

1.2 鋼襯塑產品的成型方式

我公司開發生產防腐龜甲襯里產品，即在鋼制制品上襯塑，從而使產品既能達到鋼制制品的強度，又能起到防腐的作用，滿足使用環境要求。防腐龜甲襯里產品的生產方法主要為滾塑成型法，即先對鋼件進行鉚焊、噴砂、打磨處理，再對鋼件進行預熱，達到工藝要求溫度開始噴灑交聯聚乙烯，成型機邊轉動邊上料，達到厚度要求冷卻至自然溫度，停止轉動并流入下道工序。

2 試驗方法

2.1 實驗依據

交聯度是交聯聚乙烯的關鍵性指標，對材料性能、施工工藝和使用具有非常重要的影響。交聯聚乙烯的交聯度大小與生產時的工藝條件有直接的關系，采用滾塑法生產的產品交聯度肯定小于擠出法生產的，但沒有相應的交聯度檢測方法，因此對滾塑法生產交聯聚乙烯的交聯度進行探索實驗。

依據《交聯聚乙烯（PE-X）管材與管件 交聯度的試驗方法》（GB/T 18474—2001）進行實驗，抽取交聯聚乙烯管材（從管材距端面10 mm 處的橫截面上切取一圈）和采用滾塑法制成的樣片同時進行交聯度對比實驗。

2.2 實驗原理

交聯聚乙烯的交聯達到一定程度時，材料才能有良好的電器性能、耐熱變形性和耐環境變化性，交聯度是指經過交聯的聚乙烯在二甲苯中高溫回流，使沒有交聯的聚乙烯分子溶于二甲苯，溶解不掉的即交聯聚乙烯凝膠，凝膠占回流的聚乙烯試樣的質量百分比就是凝膠含量，即為交聯度。

2.3 實驗儀器及試劑

恒溫水浴箱，電子天平，回流裝置，調壓器，加熱圈，二甲苯（分析純）。

2.4 實驗步驟

將樣片在95 ℃的沸水中進行8 h 水解，待干燥后，刮除材料表面層，切取厚度為0.1～0.2 mm 的薄片，試樣質量為0.3～0.4 g。剪取一塊40 mm×60 mm清潔、干燥的篩網并稱重，精確到1 mg，作為m1。將試樣裝入篩網中，裹成網袋并稱重，精確到1 mg，作為m2。將二甲苯溶劑倒入圓底燒瓶內，加入量為溶劑與試樣的質量比不小于500∶1，然后向溶劑中加入溶劑質量1%的抗氧劑（1010）。用金屬絲將包有試樣的網袋裝入實驗燒瓶，并懸空浸入二甲苯溶劑中。開啟加熱裝置加熱溶劑至沸騰，控制冷凝回流速度在20～40 滴·min-1，萃取時間為8 h。小心取出網袋，倒掉二甲苯，再放入鼓風干燥箱內干燥，溫度140 ℃，時間3 h。取出網袋，待冷卻后稱重，精確到1 mg，作為m3。依據公式（1）計算交聯度。

2.5 實驗裝置及數據

實驗裝置如圖1所示，數據如表1所示。

圖1 實驗裝置圖

表1 試驗方法驗證數據

交聯聚乙烯管材交聯度為74.7%，廠家測試結果為75%，證明實驗方法沒有問題。而對滾塑法生產的交聯聚乙烯進行8 h 萃取的殘留物為1.3%，不能反映材料性能，原因為擠出工藝生產的交聯聚乙烯在高壓力、恒定溫度、高剪切力下生成的產品結構緊密，樣片在二甲苯萃取下，耐萃取性強。擠出法和滾塑法生產的交聯聚乙烯有很大的性能差別。因此采用擠出工藝交聯度測定方法，數據不能真實反映滾塑法生產的交聯聚乙烯實際交聯度，對滾塑法生產的交聯聚乙烯必須降低萃取時間來進行測量，萃取時間應重新設定。同樣的實驗方法每降低1 h 進行梯度實驗，以接近供貨方提供的數據為準，確定滾塑成型法生產的交聯聚乙烯產品的交聯度。

由表2 可知，萃取4 h 為滾塑成型法生產交聯聚乙烯產品的最佳時間。

表2 滾塑法交聯度實驗數據

3 結論

采用滾塑法生產的樣片，萃取4 h 交聯度接近擠出法生產的交聯聚乙烯管材的交聯度，也接近原料廠家提供的檢測數據，因此最終確定滾塑法生產的交聯聚乙烯交聯度測定時間為4 h，同時作為交聯聚乙烯原材料進貨驗收的標準。