火工品
INITIATORS & PYROTECHNICS
文章编号：1003-1480（2008）04-0045-04
杨虎林1，李便花1，孔俊峰2
（1. 山西北方晋东化工有限公司，山西 阳泉，045000；2. 总装驻阳泉地区军代室，山西 阳泉，045000） 摘要：通过研究导电炭黑填充量对导电性能的影响，优选了集经济性、工艺适用性于一体的油炉法炭黑。将油炉法炭黑和聚乙烯树脂混炼造粒，得到半导电粒子，经3层（ABC）共挤吹膜工艺和电晕处理技术，制得高表面能防静电聚乙烯薄膜。该薄膜可与其它基材可靠复合成机械物理性能优异的防静电软塑包装复合材料，起到良好的静电、电磁和机械物理防护作用。 关键词：火工品；防静电；软塑包装；导电填充；复合技术
中图分类号：TJ450.4 文献标识码：A
Research on New Anti-static Plastic Packing Materials for Pyrotechnics
YANG Hu-lin1，LI Bian-hua1，KONG Jun-feng2
(1. Shanxi North Jindong Chemical Co., Ltd, Yangquan, 045000; 2: Military Representative Office in Yangquan,
Yangquan, 045000)
Abstract：The influence of carbon black filler content on the conductivity of conductive was studied，then the oil furnace carbon black with economic and technology virtue was selected. Smelting the carbon black and polyethylene resin together, the semi-conductive particles were obtained. Through three-tier (ABC) coextrusion blown film process and corona treatment technology, the polyethylene film with high anti-static surface was gotten. The film can be compounded with other materials, then the anti-static plastic packing materials with good mechanical and physical properties were obtained, so it plays good protection role on static, electromagnetic, and mechanical and physical aspects.
Key words：Pyrotechnics; Anti-static; Flexible plastic packaging; Conductive filler; Composite technology
随着科学技术的迅猛发展，通讯和雷达等电子设备被广泛采用，从而使静电和电磁环境越来越恶化，由于外界电磁辐射引起集成电路、电磁控制系统失效、误动作，以及化工产品燃烧、爆炸的事故时有发生。火化工产品、电子器件在生产、贮存、运输及使用过程中，由于摩擦、撞击、接触、分离产生静电积累并放电，其造成的后果是破坏性甚至是灾难性的[1]。20世纪90年代已经市场化的单质防静电聚乙烯薄膜，因其为极性材料，且双表面电阻值低，无法进行电晕处理，所以不能与其它基材复合成层状包装材料。同时，单质薄膜的机械物理性能低，无法给内包装产品提供可靠的防护，因而限制了它的广泛应用。所以，软塑包装界急需开发一种既有防静电功能，又有良好的机械物理性能的软塑包装复合材料。笔者经过数年研制成功的防静电复合材料，可为在静电、电磁、化学、生物、环境、气候等恶劣环境下的电子、
2008年08月2008年第4期
收稿日期：2008-06-12
作者简介：杨虎林（1975-），男，工程师，从事火工品、药剂的质量管理工作。
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2008年第4期
化工及军工产品起良好的防护作用。
1 试验原理
塑料材料要获得一定的导电性能，需将导电性物质如导电炭黑以一定比例与热塑性树脂混合，并添加偶联剂、增塑剂、滑爽剂、稳定剂、抗氧剂等多种添加剂，经混炼、塑化、造粒，制得MFR（熔体流动速率）较高、塑化良好的半导电粒子[2]
。用半导电粒子和低密度聚乙烯树脂等，采用3层（ABC）共挤吹塑工艺，并进行电晕处理，可以制得高表面能防静电聚乙烯薄膜；该薄膜经干式复合工艺，与聚酯（PET）、尼仑（PA）、铝箔（Al）、高强度纤维布、不织布中的若干种经干式复合，制得防静电软塑包装复合材料。
2 试验部分
2.1 主要原料
低密度聚乙烯（LDPE），1F7B，北京燕山石化有限公司；线性低密度聚乙烯（LLDPE），FU149m，韩国SK 株式会社；油炉法导电炭黑，N220，宁夏化工厂；硅烷偶联剂，KH-550，广东省东莞市东佳化工原料有限公司；双组分聚氨酯粘合剂，UK2850/UK5000，北京化工研究院；乙酸乙酯，99.9%，天津有机化工一厂；PET、聚酯镀铝薄膜（VMPET）、PA、Al、不织布，薄膜级，市售。 2.2 主要设备及测试仪器
加压式密炼机，X(S)M20×32，江苏省无锡市华德机械厂；双螺杆挤出造粒机，SET-100，江苏省江阴市创新机械设备有限公司；塑料压片机，XKY-710，大连华日橡塑机械有限公司；3层共挤吹膜机组，SJ55X3型，广东省顺德市今明塑料机械有限公司；塑膜电晕处理机，CFS-6000，河南省洛阳市邦迅电子有限公司；干式复合机，GF-B600/800/1100型，江西省瑞安市嘉企包装机械有限公司；电子万能试验机，XWW-10，河北省承德市金建检测仪器有限公司；多功能力学强度试验仪，TY8000，江都市天源试验机械
有限公司；高阻仪，ZC46A，上海精密仪器仪表有限公司。 2.3 试样制备
制备新型防静电软塑包装复合材料的工艺路线
图1 新型防静电软塑包装复合材料的工艺路线图
Fig.1 Process diagram of new anti-static plastic packing
materials
2.4 性能测试
按照有关标准采取试样，并对高表面能防静电聚乙烯薄膜做性能测试，结果为：表面电阻率（A 面）：107
Ω；表面润湿张力（C 面）：40 dyn/cm；断裂伸长率：纵向286%、横向328%；拉伸强度：纵向25 MPa、横向32MPa；冲击强度：不破裂样品数≥50。
对制得的防静电复合材料进行综合性能测试，测试结果为：表面电阻率(内)：107
Ω；水蒸汽渗透率：0.02 g · m -2
·24h -1汽车半轴套管
；拉断力：横向125 N、纵向123 N；直角撕裂力：横向32 N、纵向30 N；断裂伸长率：横向113%、纵向112% ；剥离力：无法剥离；热合强度：侧边78N、底边79N。
表面电阻率的测试依据GJB 2605-1996；表面润湿张力的测试依据GB/T 14216-1993；断裂伸长率、
拉伸强度的测试依据GB/T 13022-1991；水蒸汽渗透率的测试依据GB/T 1037-1988；拉断力、直角撕裂力、断裂伸长率的测试依据GB/T 13022-1991；剥离力的测试依据GB/T 8808-1988；热合强度的测试依据GB/T 2356-1988。
952152483 结果与讨论
表面电晕处理机
3.1 导电炭黑填充技术
3.1.1 导电炭黑填充量对性能的影响
试验中选用电阻值低、导电性能好、比表面积大、活性高、工艺性能好、经济易得的油炉法炭黑。若导电炭黑填充量太少，则形不成导电通道，无防静电效果；而填充量太大，则薄膜的机械力学性能降
2008年08月47
低，制袋后的热合强度也降低。因此油炉法炭黑的加入为比例10%~25%。
3.1.2 混炼温度及时间对性能的影响
将导电炭黑加入聚乙烯树脂中，同时加入添加剂。添加剂的加入要按一定的次序，并充分搅拌均匀，K
H-550偶联剂可以增强树脂与填充剂界面的结合力。试验采用密闭高效混炼设备和双螺杆挤出造粒成型，要求压缩段温度为120~140℃。混炼温度、时间根据不同的设备（功率）适当调节，若混炼温度高、时间长，则易破坏炭黑的体相结构，甚至发生炭化现象，不仅塑性和机械性能下降，而且起不到防静电效果。
3.2 3层共挤工艺
3.2.1 半导电粒子添加量对电性能的影响
将制得的半导电粒子和聚乙烯（LDPE、LLDPE）树脂混合均匀，加到3层(ABC)共挤吹膜机的A层（热封层）料斗。试验中要摸索加入半导电粒子的临界量，若加入量高于临界量，则在进行电晕处理时极易出现薄膜被电火花击穿现象，且增加产品成本；若加入量远低于临界量，则薄膜的电阻率高于1 012Ω，近似绝缘，不具备防静电功能。临界量可以根据混炼时导电炭黑的加入量和A层挤出机的挤出速度确定。3层(ABC)共挤吹膜机的B、C层加入聚乙烯（LDPE、LLDPE）混合树脂。
3.2.2 A层（热封层）挤出机挤出量对电性能的影响
试验发现，若A层挤出量太大，则内层薄膜的厚度增加，整体薄膜的导电性能增强，在进行电晕处理时极易产生薄膜被电火花击穿现象，不但增加产品成本，而且封口强度变差；若A层挤出量太小，则内层
薄膜的厚度降低。根据导电炭黑的导电机理，导电网络的形成是三维的，导电性能与薄膜的厚度有关系。内层薄膜的厚度太小，无法形成导电网络，无防静电效果。
3.2.3 电晕处理对机械物理性能的影响
试验中对薄膜的C层进行电晕处理。电晕处理效果与输入高压、薄膜厚度、电极间的距离有关系。若A 层的表面电阻率低、薄膜的体积电阻率低、介电常数低、耐电压强度低，则电晕处理时易出现电火花击穿现象，因而应适当调小电极间的距离及电晕处理电压。但电晕处理电压太低，则薄膜的表面润湿张力低，无法与其它基材可靠复合，或者复合后材料的剥离强度和热合强度达不到要求，从而降低材料的机械物理性能。
3.3 复合工艺对机械物理性能的影响
3.3.1 第1基材薄膜
选用聚酯（PET）及其镀铝(VMPET)薄膜、尼龙(PA)、铝箔(Al)、高强度纤维布、不织布等若干材料经干式复合制得多层复合材料，要求基材复合面的表面张力≥38 dyn /cm。如果复合面的表面张力低，就无法和其它材料可靠复合。此外，若基材选择不当，复合材料就不能满足内装产品对包装材料的高机械强度和高阻隔性等要求。
3.3.2 第2基材薄膜
选用经3层（ABC）共挤吹塑工艺制得的高表面能防静电聚乙烯薄膜作为第2基材薄膜，其C层（经电晕处理）为复合层，并与第1基材的复合面（涂布粘合剂）贴合。防静电聚乙烯薄膜总厚度应大于70μm，以保证制袋后有足够的热合强度。
3.3.3 粘合剂涂布湿量
在第1基材的复合面涂布粘合剂，粘合剂涂布湿量一般为10g·m-2左右。如果涂布湿量太少，则胶在基材上不能连续分布，致使基材局部缺胶，成为牢度薄弱区。但如果涂布湿量太多，则胶层成膜厚，溶剂难以挥发而残留，且复合后薄膜发皱变硬，也会降低复合牢度，从而使材料的机械性能降低。
3.3.4 烘道温度
试验过程中若烘道温度低，则粘合剂中的溶剂没有挥发完全，残留溶剂会产生小气泡，使复合好的基材分层，剥离强度下降。但烘道温度过高会使塑料材料受热变形。3段烘道温度分别为：第1段50~65℃；第2段65~75℃；第3段75~85℃。
3.3.5 熟化温度与时间
由于聚氨酯系列粘合剂属双组分反应型粘合剂，所以复合后还需要熟化才能达到剥离强度要求。熟化是将收卷好的复合膜放置于恒温室内一定时间，让双
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丝绵机
组分聚氨酯粘合剂的主剂与固化剂产生化学反应，形
成网状交联结构，从而有更好的复合牢度。熟化温度
为50～60℃，熟化时间需48h。
4 性能测试
对高表面能防静电聚乙烯薄膜做性能测试，标准
要求和测试结果见表1。
表1 防静电聚乙烯薄膜性能测试结果
Tab.1 Property test results of anti-static polythene film
技术指标 标准要求 实测结果
断裂伸长率（纵向、
横向）/% ≥230 纵向286、横向328
拉伸强度（纵向、
横向）/MPa ≥11 纵向25、横向32
表面电阻率
（A面）/Ω
≤109107
表面润湿张力
（C面）/(dyn·cm-1)
≥38 40
移动感应器从表1可以看出，该薄膜的机械性能满足GB/T 4456-1996《包装用聚乙烯薄膜》的要求。其A面的表面
电阻率低，具有防静电功能；C面表面能较高，可与其它基材复合成层状包装材料（GB/T 4456-1996未对薄膜的表面电阻率和表面润湿张力做出要求）。
对制得的防静电复合材料进行综合性能测试，结果见表2。
表2 防静电复合材料综合性能测试结果 Tab.2 Comprehensive property test results of anti-static
compound material
技术指标 标准要求实测结果表面电阻率(内)/Ω ≤109107
电磁干扰衰减/dB ≥25 28
静电屏蔽/V ≤30 12
静电衰减/s ＜2.00 0.04
水蒸汽渗透率
/（g·m-2·24h-1)
≤0.31 0.02 拉断力（横向、纵向）/N ≥78 125、123
直角撕裂力（横向、纵向）/N≥22 32、30
断裂伸长率（横向、纵向）/%≥80 113、112
剥离力（横向、纵向）/N ≥45 无法剥离金属接线盒
热合强度/N ≥60 78
通过与标准对照发现，新开发材料的防静电、防射频及防潮性能优于GJB 2605-96《可热封柔韧性防静电阻隔材料规范》规定的各项技术指标。其综合机械力学性能优异，可对内装产品提供良好的防护作用，完全能满足精密机械、电子、化工及军工产品对包装材料的高机械强度、高阻隔性和防静电等特殊要求。
5 结论
该产品研制的核心技术：一是在3层（ABC）共挤吹膜工艺中摸索加入半导电粒子的临界量，临界量根据混炼时导电炭黑的加入量和A层挤出机的挤出速度确定。不同半导电粒子的有效物含量不同、不同挤出机的功率不同，该临界量也不同，所以在吹制时应根据实际情况适当调节。二是探索电晕处理电压、放电电极间距离与半导电粒子加入量的匹配关系，只有3者匹配良好，才能制得性能可靠的薄膜。由于半导电粒子有效物的含量不同，不同挤出机的树脂挤出量不同，故在此不做具体要求。
该复合材料集防静电、防射频、高阻气性、高机械强度于一体，体质柔软，不仅可以热合封口，也可以机械封口，而且价格低廉、适用范围广。该材料年产数百万平米，已广泛应用于精密机械、电子器件、火工品、药剂等产品的包装，取得了较好的效益。
参考文献：
[1] 益小苏. 复合导电高分子材料的功能原理[M].北京: 国防
工业出版社，2004.
[2] 何益艳，杜仕国. 复合型导电塑料中导电填料的开发现状
与发展[J]. 塑料科技，2004（3）：35-37.
[3] 罗延龄. 乙炔炭黑在智能PTC自限温伴热带中的应用[J].
炭素技术，1999（6）：23-25.
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