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在塑料、热塑性弹性体材料改性及制品加工成型领域,都会用到黑色母,相对于直接使用炭黑比,使用黑色母粒,更加方便,环境更友好,本文主要讲述黑色母的常见问题,及决定黑色母质量的关键因素:
一、17个黑色母的常见问题
1.1. 黑色母粒是由哪些材料组成的?
组成黑色母粒的材料有:A. 碳黑;B. 碳黑载体;C. 碳黑润湿剂;D. 碳黑分散剂;E. 其他加工助剂。
1.2. 黑色母粒用碳黑有哪些?
按照国际分类,我国有三十多个品种,主要分为橡胶用和非橡胶用两大类。
在橡胶用碳黑中主要是耐磨碳黑,能有效地提高橡胶轮胎的耐磨性;在非橡胶用碳黑中,真正能作为黑色母粒得碳黑只有几种。
以槽法碳黑在塑料中应用最为广泛,这主要由于其来源丰富,纯度高,粒径小。这其中,又分为高色素碳黑(粒径9-17mm),中色素碳黑(粒径18-25mm)和低色素碳黑(粒径26-37mm)。
由于碳黑品种不同,价格差异很大。碳黑粒子由于其本身具有多活泼性,很少以原生粒子存在,几乎都以一定范围粒径得团聚粒子存在。
1.3. 碳黑载体是怎么回事?
载体就是承载碳黑的物质。一般塑料制品使用什么原料,载体就使用什么原料。这样制造的黑色母粒与塑料原料相容性较好。
如:PS(聚苯乙烯)塑料制品,其使用的黑色母粒载体就是PS。对于聚乙烯塑料制品,载体就是聚乙烯。但是,一般选用LDPE(高压聚乙烯),因为LDPE承载碳黑能力最强,且加工性能好。
而其他聚乙烯HDPE和LLDPE只能制造低浓度黑色母粒。对于PP(聚丙烯)塑料制品,只能使用PP和LDPE为载体的黑色母粒,但不能使用HDPE和LLDPE及其他塑料为载体的黑色母粒,主要还是考虑到PP与HDPE、LLDPE的相容性要更差点,会导致PP变脆。当然也有用回收料做载体的黑色母粒。
通用的载体一般会选择EVA,更高级的载体会选择其它乙烯基弹性体,气味更小。
1.4. 为什么碳黑需要润湿剂?
碳黑比重约2g/cm3,由于碳黑粒径很小,表现密度就很小,显得蓬松,似乎很轻。要顺利加工,就必须先将碳黑润湿。润湿剂的选择非常关键。
为降低成本,大量使用白油或石蜡之类的产品的企业不在少数,将会严重影响所加工制品的强度。
1.5. 碳黑母料使用的分散剂有哪些?
分有机分散剂和无机分散剂两类。高档黑色母料使用有机分散剂,主要用于使用环境要求较高的塑料制品,如滴灌产品。
低档黑色母粒使用无机分散剂,常用有碳酸钙。可以从母粒包装判断,25公斤只有半袋的肯定是使用无机分散剂;满袋的是使用有机分散剂的黑色母粒。使用无机分散剂可以大大降低黑色母粒成本,但很致命的是碳酸钙具有加速塑料制品老化的作用。
韧普利小编注:另外碳酸钙在阻燃场合,对阻燃剂的起到一定的抑制,所以,一般阻燃级材料,比如阻燃热塑性弹性体中,都不能添加含有碳酸钙的黑色母粒。
1.6. 黑色母粒也需要加工助剂吗?
当然需要。顺利的加工过程需要正确选择抗氧剂、内润滑剂、外润滑剂、改性剂和抗静电剂。
1.7. 黑色母粒有哪些加工方法?
有三种:单螺杆法,双螺杆法和密炼法:
1.7.1. 单螺杆法:使用拌料机将物料混合后,由单螺杆挤出机拉条造粒,一般碳黑浓度在18-20%,工艺落后,生产现场环境条件差,属被淘汰工艺,不排除一些刚起步小厂仍使用此法加工。
韧普利小编注:目前有一部分企业采用的是往复式单螺杆混炼挤出机,该种机型,螺杆一边旋转,一边前后运动,并且筒体上销钉,混炼分散的效果非常好。
1.7.2. 双螺杆法:使用拌料机将物料混合后,由双螺杆挤出机拉条或水环造粒,由于双螺杆机本身混炼能力有限,母粒一般碳黑浓度在25-32%。
1.7.3. 密炼法:使用拌料机将物料混合后,加入密炼机捏合后,再由喂料机喂入双螺杆挤出机,经水环或水下切粒,母料一般碳黑浓度在40-45%。
1.8. 加工方法对母粒性能有影响吗?
是的。显然,密炼法提高了载体对碳黑的承载能力,同时碳黑能更均匀地进入载体。
发挥密炼机机械捏合优势,破碎团聚粒子,使碳黑粒子团聚粒度大大降低,母粒中碳黑粒径及其分布均匀,是其他两种方法不能替代的。
韧普利小编注:曾经在15年前使用过单螺杆做的黑色母粒,添加到热塑性橡胶TPV中,客户直接挤出建筑密封条。发现表观有颗粒,后来一检查,原来是黑色母里面的炭黑没有分散开,用手直接抠那个颗粒,感觉有点硬,但一用力,就完全是黑粉。
1.9. 黑色母粒在哪些方面具有突出表现?
在塑料制品染色方面,黑色母粒只需0.6%-0.8%,就会奇黑无比,再多加也不会更黑了。
据试验数据显示,在新疆地区户外使用的制品,如需要依靠黑色母粒防老化,只要使用优质黑色母粒(而不是回料做载体,白油润湿,碳酸钙分散等等的那种),碳黑在制品中含量达到2-2.5%,即:每100公斤原料中,有5-6份(重量)含碳黑40%的母粒,所起到的作用远远超过任何防老化产品,产品寿命可以达到10年以上。