纳米材料的应用
・12・ 橡 胶 科 技 市 场 第19
期
纳米CaCO 3在CM 电线电缆护套中的应用
田 萌, 史新妍, 王声媛, 辛振祥
(青岛科技大学, 山东青岛 266042)
摘要:通过在CM 电线电缆护套混料中添加纳米CaCO 3进行力学性能的研究CaCO 3是一种优质的绿色环保填料, , , 满足电线电缆护套的性能需求。
关键词:纳米CaCO 3;CM ; 纳米科技是20是当今公21世纪三大高新技术之一纳米碳酸钙(CaCO 3) 是最早开发的无机纳米材料之一, 它作为一种优质填料和白色颜料, 广泛应用于塑料、橡胶、造纸、涂料、油墨、医药等许多领域。据估计,1999年发达国家的纳米CaCO 3消费量约为40万t , 近几年, 纳米Ca 2CO 3在发达国家的消费以年均10%以上的速度
1实验部分1. 1主要原料
CM135B , 青岛海晶化工集团有限公司; 纳米CaCO 3, 山东盛大纳米材料有限公司; MgO , 山西
顺和氧化镁厂; 增韧剂、硫化剂以及加工助剂等均为市售。1. 2试样制备
CM135B 在Φ160×320mm 双辊筒开炼机上80℃塑炼后, 按常规顺序加入各种填料和助剂制
增长,2005年消费量可达75～80万t ,2005年我国的消费量预计将达到7～8万t 。
CaCO 3是一种普通的无机填料, 一般将平均
备混炼胶, 在180℃下作硫化仪曲线, 混炼胶在平板硫化机上硫化, 条件为180℃×正硫化时间。停放过夜测试性能。1. 3性能测试
粒径小于100nm 的CaCO 3称为纳米CaCO 3。依据其粒度大小, 有不同的应用对象。纳米CaCO 3不仅可以起到增白扩容, 降低成本的作用, 还具有
补强作用, 用于塑料、橡胶和纸张中。粒径小于20nm 的CaCO 3产品, 具有的补强作用可与白炭
采用高铁科技股份有限公司生产的GT 2M20002A 型电子拉力机测试拉伸强度,100%定
伸应力,300%定伸应力, 拉伸强度, 扯断伸长率, 撕裂强度, 采用上海险峰电影机械厂生产的邵尔A 硬度计测试硬度; 在高铁科技股份有限公司生
黑相媲美。其填充基体的作用性能与普通Ca 2CO 3等无机填料不一样, 与基体具有很强的相互
作用能力; 同真正的纳米微粒也不一样, 没有小尺寸效应和量子效应, 在聚合物复合材料中仅有增韧增强性质的表现, 而没有光学性质、电学性质、磁学性质等功能型纳米复合材料的一些典型特征。但CaCO 3作为纳米材料在各个方面的应用仍然能够使复合材料产生一些异样的特性, 增强了纳米CaCO 3的实用性。
本文用纳米CaCO 3代替普通碳酸钙, 制得CM 电线电缆护套, 并将测得的拉伸强度、定伸应
产的GT 2M20002A 型硫化特性仪作硫化仪分析; 在佳鑫电子设备科技有限公司生产的HS 2100T 2F TMO 22R T 型高精密度自动快速前顶开模热压
成型机上进行硫化。2结果与讨论2. 1实验安排及结果
试验主要考察纳米CaCO 3用量对CM 胶料的物理力学性能的影响, 试验安排及结果见表1。助剂有:CaSA,DO P ,CAMV ,DCP 等。
力等一系列物理性能进行了研究。
第19期 橡 胶 科 技 市 场
表1 试验安排及试验结果
配方
CM135B 用量/份MgO 用量/份
11001009. 243851. 64. 217. 161
2100102011. 63911. 94. 820. 165
3100104012. 944292. 252269
4100106013. 94372. 35. 123. 773
5100108010. 83972. 75. 62475
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纳米CaCO 3对扯断伸长率的影响与对拉伸强度的影响基本同一走势, 用量在60份时达到最
大值437%, 优于国家标准G B7594. 4287, 这表明纳米CaCO 3在硫化过程中其表面的基团与CM 橡胶发生了化学反应, 使纳米CaCO 3在CM 中具有一定的补强作用。
2. 2. 3纳米CaCO 3用量对CM 电线电缆护套撕
纳米CaCO 3用量/份拉伸强度/MPa 扯断伸长率/%
100%定伸应力/MPa 300%定伸应力/MPa 撕裂强度/(kN ・m 21) 邵尔A 型硬度/度
裂强度和硬度的影响
2. 2性能分析
2. 2. 1纳米CaCO 3用量对CM 电线电缆护套拉
伸强度的影响
图3 纳米CaCO 3用量对CM 电线电缆护套
撕裂强度和硬度的影响
图1 纳米CaCO 3用量对CM 电线电缆护套
拉伸强度的影响
随纳米CaCO 3用量的增加, 胶料的拉伸强度先增大后减小, 在纳米CaCO 3用量达到50～60份的时候, 拉伸强度出现峰值, 接近15M Pa , 这是由于纳米CaCO 3的细微化, 粒子的比表面积增大, 因而与CM 胶料的接触面积增大, 使得混炼胶在受拉伸时产生更多的裂纹和吸收更多的能量, 但纳米CaCO 3的用量过多时, 粒子过于接近, 微裂纹易发展成宏观开裂, 拉伸强度反而有所降低。
2. 2. 2纳米CaCO 3用量对CM 电线电缆护套扯
断伸长率的影响
从图3中可以看出随纳米CaCO 3用量的增加, 撕裂强度和硬度都是增大的, 并且撕裂强度超过了国家标准, 硬度在60～75之间, 符合电线电缆的应用标准, 可见, 纳米CaCO 3在降低成本的同时保证了材料的性能。
2. 2. 4纳米CaCO 3用量对CM 电线电缆护套定
伸应力的影响
图4 纳米CaCO 3用量对CM 电线电缆护套
定伸应力的影响
纳米CaCO 3对CM 的定伸应力的影响如图4所示, 随纳米CaCO 3用量的增加,100%定伸应
力和300%定伸应力都一直增大, 这是因为纳米
图2 纳米CaCO 3用量对CM 电线电缆护套
扯断伸长率的影响
CaCO 3粒子的细微化, 同时由于固体填料相对于
橡胶具有很高的粘度, 固体填料的加入将进一步加大橡胶大分子链运动的难度, 橡胶大分子产生
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大, 正硫化时间基本保持在5～8min , 属于较理想的范围。M H -M L 在一定程度上可以表征胶料
的粘度, 随着填料用量的增加, 胶料的粘度也是逐渐增加的。3结语
1. 纳米CaCO 3是一种CM 橡胶的优质绿色
形变的应力也相应增大, 因而胶料的定伸应力随着纳米CaCO 3用量的增加而增加。
2. 2. 5纳米CaCO 3用量对CM 电线电缆护套硫化特性的影响
对上述5种配方的胶料作硫化仪分析, 测得的结果如表2所示。
表2 纳米CaCO 3用量对CM 影响的硫化仪分析
配方
M L /(kg ・cm ) M H /(kg ・cm ) Ts 10/(m :s) Tc 90/(m :s)
11. 315. 490:335:13
21. 37917. 7490:316:04
31. 7120. 330:286:13
41. 66320. 9780:296:35
52. 1225. 780:257:26
环保填料, , 且用量可达80份之多, 。
2. 份的时候, 各。
3有迟延硫化时间的作用, 但仍
从表2可以看出, 随纳米CaCO 3加, CM 胶料的工艺要求。
斯通新增T P O 生产线
由于市场对热塑性烯烃屋面防水材料的需求日益增长, 费尔斯通建筑产品公司将会在其维孚工厂新增一条生产线, 用来生产热塑性聚烯烃类(TPO ) 防水材料, 它也是该公司第三条TPO 生产线。这个项目可以使公司的TPO 生产能力翻番。
费尔斯通负责销售和市场的副总裁Bob De 2laney 先生透露, 工程大概在2006年第二季度完工并投产。但是没有透露工程费用。
费尔斯通在TPO 和EPDM 屋面材料方面的销售业务持续显著增长, 这与对节能、热效率高的屋面系统的需求不断上升, 整个市场高速发展现状是相吻合的。Delaney 先生分析, TPO 屋面材料在市场中占主要份额。TPO 作为屋面材料有很多优势, 它对防紫外线、防臭氧以及化学有毒气体等有显著效果, 所以非常适合于在野外使用。
公司运营总裁Wayne Hunter 先生介绍,
TPO 已经成为最受欢迎的新型商用屋面材料, 尤其在西方和美国南部, 那里的节能问题一直是关注的焦点。费尔斯通新增一条TPO 防水材料生产线, 不仅能满足市场对环保型屋面系统需求的增长, 也确保了未来的业务攀升。
维孚工厂占地14万平方英尺, 主要生产费尔
满足屋面材料需求增长
斯通“Ultra Ply ”牌TPO 屋面防水材料及其配套件。这个项目的实施意味着费尔斯通将对该工厂进行二期投资。自2002年公司从Serrot 国际公司购买维孚工厂和两条生产线起, 费尔斯通就不断地在进行修缮和扩建, 并曾在2003年为工厂新批了6万英尺的用地。Delaney 先生介绍说“只, 要存在市场需求, 我们就一直会改造TPO 生产线。作为屋顶材料行业的引领者, 我们有责任通过增加生产能力和介绍新产品来满足不断增长的客户需求”。
Delaney 先生还透露, 费尔斯通曾在去年10月就宣布要新增第二个生产TPO 屋面材料的工厂, 以适应日益增长的市场需求; 公司一直都在对建设第二个工厂的各种方案进行评审。为了配合扩大TPO 生产能力的策略, 公司去年就曾表示将逐步退出聚氯乙烯(PVC ) 屋面材料市场, 今年6月30日是公司发出最后一批PVC 屋面材料定单货物的日子; 目前维孚工厂有80名员工, 但是公司不会为新的生产线新增员工。
费尔斯通在北美拥有13个生产工厂, 包括:生产TPO 的维孚工厂, 两个生产EPDM 的工厂, 两个生产沥青屋面产品的工厂,8个生产绝缘产品的工厂。陈维芳 郑先群