Astudiaeth ar Haenau Powdr Polyethylen ar gyfer Blychau Batri

Crynodeb

Dyluniwyd chwe math o orchudd powdr polyethylen ar gyfer blychau batri trwy addasu cymysgu polyethylen gyda gwahanol briodweddau. Trwy brofi cyfradd llif toddi, priodweddau mecanyddol, a gwrthiant asid ffilmiau cotio'r cotiau powdr polyethylen a gafwyd o wahanol gynlluniau cymysgu, dewiswyd fformiwla'r cotio powdr polyethylen gyda'r perfformiad cynhwysfawr gorau. Gall y cotio powdr polyethylen a baratowyd fodloni gofynion lefelu wyneb blychau batri, ac ar yr un pryd mae ganddo briodweddau mecanyddol rhagorol a gwrthiant cemegol, a all wella oes gwasanaeth blychau batri yn effeithiol.

allweddeiriau

Blwch batri; Polyethylen; Cymysgu; Gorchuddion powdr
Cod Dosbarthu: TQ637.82
Cod y Ddogfen: A

Cyflwyniad 1

Gyda'r gofynion cynyddol llym ar gyfer diogelu'r amgylchedd, mae rheoli allyriadau nwyon gwacáu a lleihau llygredd aer wedi dod yn ddangosyddion diogelu'r amgylchedd pwysig [1].

Mae cerbydau tanwydd traddodiadol fel arfer yn defnyddio tanwydd ffosil fel y ffynhonnell bŵer, a'u hanfantais fwyaf difrifol yw allyriadau llawer iawn o nwyon gwacáu, sy'n llygru'r amgylchedd yn ddifrifol. Mewn cyferbyniad, nid yw cerbydau ynni newydd sy'n defnyddio batris storio fel pŵer tynnu yn cynhyrchu allyriadau gwacáu ac nid ydynt yn achosi llygredd i'r atmosffer, felly maent yn cael eu ffafrio fwyfwy gan y farchnad [2].

Yn ystod oes gwasanaeth blychau batri diwydiannol, cânt eu herydu gan asid batri, sy'n cyflymu cyrydiad a methiant y blychau. Felly, mae gwrth-cyrydiad blychau batri wedi bod yn bwnc ymchwil poblogaidd erioed. Fel arfer, mae blychau batri diwydiannol wedi'u gwneud o ddur carbon, nad oes ganddo berfformiad gwrth-cyrydiad da ynddo'i hun [3].

Felly, dim ond trwy gynnal triniaeth arwyneb ar waliau mewnol ac allanol y blychau y gellir gwella eu perfformiad gwrth-cyrydu yn effeithiol. Technoleg trin arwyneb a ddefnyddir yn gyffredin yw rhoi haen o orchudd gwrth-cyrydu ar wyneb y blwch, ac mae'n ofynnol i'r gorchudd nid yn unig wrthsefyll erydiad asid ond hefyd lynu'n agos at y swbstrad.

Mae haenau powdr polyethylen fel arfer yn cynnwys resin polyethylen, ychwanegion, llenwyr, pigmentau, ac ati. Maent yn haenau powdr thermoplastig gyda gwrthiant cemegol rhagorol a chost-effeithiolrwydd uchel.

O ystyried gofynion gwrth-cyrydu blychau batri, yn ogystal â'r gofynion ar gyfer ymddangosiad a chost, mae haenau powdr polyethylen yn opsiwn cotio gwrth-cyrydu sy'n economaidd hyfyw. Fodd bynnag, mae gwrthddywediad rhwng priodweddau mecanyddol a hylifedd polyethylen. Fel arfer, mae'n anodd i haenau powdr polyethylen gael hylifedd a phriodweddau mecanyddol rhagorol, felly rhaid eu haddasu i fodloni gofynion cotio blychau batri. Yn yr astudiaeth hon, trwy gymysgu addasu polyethylen â gwahanol briodweddau, dyluniwyd haen powdr polyethylen ar gyfer blychau batri. Mae gan y haen hon briodweddau mecanyddol rhagorol, ymwrthedd cemegol, adlyniad uchel, a lefelu arwyneb da.

2 Adran Arbrofol

2.1 Deunyddiau Crai ac Offerynnau Arbrofol

2.1.1 Deunyddiau Crai

• Polyethylen (PE-A, PE-B, PE-C): Sinopec;
• Polyethylen (PE-D): Dow Chemical;
• Polyethylen (PE-E): Prime Polymer Co., Ltd., Japan;
• Gludiad polyethylen (MAH-g-PE): Model SZ-07, Huangshan Beno Technology;
• Gwrthocsidydd: Model K7001, Luan JIENT;
• Sefydlogwr golau: Model UV531, BASF;
• Asiant llif cwyr polyethylen: Ffatri Ychwanegion Shanghai;
• Asiant niwcleeiddio: Model Hyperform HPN-20E, Milliken Chemical, UDA;
• Carbon du pigment: Model R600R, Cabot.

Offerynnau 2.1.2

• Allwthiwr sgriwiau deuol: Model T-35, Nanjing Rub Machine, Ltd.;
• Peiriant folcaneiddio platiau: Model XLB-D, Huzhou Shyn Machinery Co., Ltd.;
• Profwr cracio straen amgylcheddol: Model NYK-06, ChengdeTesting Equipment Co., Ltd.;
• Peiriant profi cyffredinol ar gyfer plastigau: Model WDS-3, Boyi InstruEquipment Co., Ltd.

2.2 Dulliau Arbrofol

2.2.1 Paratoi Gorchuddion Powdr

Pwyswyd y deunyddiau crai yn ôl y fformiwla yn Nhabl 1 a'u hychwanegu at gymysgydd ar gyfer cymysgu ar gyflymder uchel. Yna ychwanegwyd y cymysgedd at allwthiwr sgriwiau deuol ar gyfer gronynniad allwthio toddi ar 160°C. Rhoddwyd y gronynnau mewn melin i'w malu'n bowdr, ac yna eu dosbarthu a'u rhidyllu.

Tabl 1 Fformiwla Gorchudd Powdr Polyethylen

2.2.2 Paratoi Haenau

Defnyddiwyd dull trochi gwely hylifedig i baratoi haenau powdr polyethylen ar wyneb blychau batri. Cafodd wyneb y blwch batri ei dywod-chwythu yn gyntaf, yna ei gynhesu i 250-350°C mewn popty. Ar ôl hynny, cymhwyswyd yr haen powdr polyethylen trwy drochi gwely hylifedig, a chyflawnwyd plastigoli gan ddefnyddio gwres gweddilliol y darn gwaith neu drwy ei roi mewn popty.

2.2.3 Paratoi Samplau ar gyfer Profi Perfformiad

Paratowyd samplau ar gyfer profi priodweddau mecanyddol powdr polyethylen trwy fowldio cywasgu.

2.3 Profi Perfformiad

• Profwyd cyfradd llif toddi (MFR) haenau powdr polyethylen yn unol â GB/T 3682-2018;
• Profwyd perfformiad cracio straen amgylcheddol (ESC) haenau powdr polyethylen yn unol â GB/T 1842-2008;
• Profwyd priodweddau tynnol haenau powdr polyethylen yn unol â GB/T 1040.2-2018;
• Profwyd ymwrthedd asid haenau powdr polyethylen gan ddefnyddio hydoddiant asid sylffwrig 30% (ffracsiwn màs) yn unol â GB/T 11547-2008;
• Profwyd adlyniad haenau powdr polyethylen yn unol â GB/T 9286-2008.

Dangosir prif ddangosyddion perfformiad haenau powdr polyethylen ar gyfer blychau batri yn Nhabl 2.

Tabl 2 Prif Ddangosyddion Perfformiad Haenau Polyethylen ar gyfer Blychau Batri

3 Canlyniadau a Thrafodaeth

3.1 Dadansoddiad Perfformiad Polyethylen

Mae dadansoddi paramedrau perfformiad gwahanol fathau o polyethylen yn rhagofyniad ar gyfer dylunio fformiwla haenau powdr polyethylen cymysg. Yn yr astudiaeth hon, dewiswyd 5 math gwahanol o polyethylen fel deunyddiau crai ar gyfer haenau powdr, a phrofwyd eu priodweddau yn unol â safonau perthnasol. Dangosir y canlyniadau yn Nhabl 3.

Fel y gwelir o Dabl 3, mae gan PE-A a PE-B gyfraddau llif toddi eithriadol o uchel, felly gallant fodloni'r gofynion ar gyfer lefelu wyneb uchel y cotio. Fodd bynnag, mae caledwch PE-A a PE-B yn gymharol wael. Dim ond 100% yw ymestyniad wrth dorri PE-A, a dim ond 1 awr yw ei amser ymwrthedd i gracio straen, felly ni all fodloni gofynion priodweddau mecanyddol cotiau blychau batri. Mae PE-C yn polyethylen dwysedd isel llinol gyda chyfradd llif toddi gymedrol, a all fodloni gofynion lefelu cotiau cyffredin yn y bôn, ond mae ei galedwch hefyd yn wael. Mae PE-D a PE-E ill dau yn polyethylen dwysedd isel llinol metallosen, ac mae gan y ddau galedwch a chryfder tynnol rhagorol. Y gwahaniaeth yw bod gan PE-E fynegai llif toddi eithriadol o isel, na all fodloni gofynion ymddangosiad lefelu'r cotio.

Tabl 3 Priodweddau Gwahanol Fathau o Polyethylen

3.2 Dewis ac Optimeiddio Polyethylen

Mae cyfradd llif toddi (MFR) polyethylen yn ddangosydd sy'n adlewyrchu hylifedd polyethylen yn y cyflwr toddi poeth, ac i ryw raddau mae'n cynrychioli effaith lefelu'r haen polyethylen. Yn gyffredinol, po uchaf yw'r gwerth MFR, y gorau yw effaith lefelu'r haen. Fodd bynnag, po uchaf yw'r gwerth MFR, yr isaf yw màs moleciwlaidd cymharol polyethylen fel arfer, a'r gwaethaf yw ei briodweddau mecanyddol. Felly, mae'n aml yn anodd bodloni gofynion hylifedd a phriodweddau mecanyddol ar yr un pryd, a wiriodd canlyniadau'r profion a ddangosir yn Nhabl 3 hefyd. Os cymysgir a defnyddir polyethylen â gwahanol briodweddau gyda'i gilydd i wneud i'r cymysgedd fod â hylifedd a phriodweddau mecanyddol rhagorol, yn ddamcaniaethol, gellir paratoi haenau powdr polyethylen â phriodweddau cynhwysfawr sy'n bodloni'r gofynion.

Tabl 4 Cynlluniau Cymysgu Gwahanol

 Gellir gweld o Dabl 3 fod gan PE-A a PE-B gyfraddau llif toddi uchel, ond mae gan PE-B galedwch cymharol uwch, felly gellir defnyddio PE-B fel y deunydd matrics i wella hylifedd y cymysgedd; mae gan PE-D a PE-E briodweddau mecanyddol da a gellir eu defnyddio fel deunyddiau matrics i wella priodweddau mecanyddol y cymysgedd. Fodd bynnag, mae gan PE-E gyfradd llif toddi isel, felly nid yw'n addas fel deunydd matrics. Ar gyfer polyethylen â màs moleciwlaidd cymharol cyfartalog mawr, fel PE-E, mae dwysedd clymu'r gadwyn yn uchel ac mae'r gyfradd llif yn isel. Fodd bynnag, pan gaiff ei destun llwythi allanol, ei fecanwaith cynnyrch yw anffurfiad cneifio yn bennaf, ac nid yw llif moleciwlaidd amlwg yn hawdd digwydd, felly mae ganddo gryfder a chaledwch uchel [6]. Felly, cymysgwyd PE-B a PE-D mewn gwahanol gyfrannau i baratoi polyethylen wedi'i addasu cymysg. Ar yr un pryd, er mwyn gwella'r grym bondio rhwng y cotio powdr polyethylen a swbstrad y blwch batri, dylid ychwanegu swm priodol o lud polyethylen (MAH-g-PE). Mae'r glud polyethylen yn rhwymwr a baratoir trwy impio anhydrid maleig ar polyethylen. I gloi, cynlluniwyd 6 chynllun cymysgu gwahanol, fel y dangosir yn Nhabl 4.

3.3 Dadansoddiad Perfformiad Gorchuddion Powdr Polyethylen

Ar sail Tabl 1, yn ôl y cynlluniau cymysgu yn Nhabl 4, cymysgwyd, allwthiwyd, a malwyd y deunyddiau crai i baratoi haenau powdr polyethylen. Profwyd cyfradd llif toddi, priodweddau tynnol, ymwrthedd cracio straen, a gwrthiant asid yr haenau powdr yn unol â safonau cenedlaethol. Dangosir y canlyniadau yn Nhabl 5.

Tabl 5 Canlyniadau Prawf Perfformiad Cynlluniau Cymysgu Gwahanol

Fel y gwelir o Dabl 5, mae cyfradd llif toddi'r cymysgedd yn lleihau'n gyflym gyda chynnydd cyfran y PE-D. Mae hyn yn bennaf oherwydd pan gymysgir PE-B (gyda màs moleciwlaidd cymharol isel) â PE-D (gyda màs moleciwlaidd cymharol uchel) a'i allwthio i doddi gan allwthiwr, mae'r cadwyni moleciwlaidd hir yn lapio'r cadwyni moleciwlaidd byr, gan arwain at ostyngiad cyflym yng nghyfradd llif y toddi. Felly, mae gan faint ychwanegol o polyethylen â hylifedd isel ddylanwad mawr ar hylifedd y cymysgedd, a dylid rhoi ystyriaeth arbennig i'w faint ychwanegol wrth ddylunio fformiwla haenau powdr polyethylen cymysg. O safbwynt arall, gellir gwella hylifedd PE-D (polyethylen â hylifedd isel) yn sylweddol hefyd ar ôl ei gymysgu â PE-B (polyethylen â hylifedd cymharol uchel). Mae hyn oherwydd y gellir mewnosod polyethylen â chadwyni moleciwlaidd byr yn ddwys i mewn i polyethylen â chadwyni moleciwlaidd hir, gan achosi iddo ffurfio strwythur haenog, a thrwy hynny wanhau'r clymiad cadwyn foleciwlaidd. Mae addaswyr llif ar gyfer polyethylen màs moleciwlaidd cymharol uchel fel arfer yn defnyddio'r egwyddor hon i wella hylifedd polyethylen [7].

Gellir gweld hefyd o Dabl 5 fod cryfder tynnol ac ymestyniad wrth dorri'r haenau powdr polyethylen cymysg yn cynyddu'n raddol gyda chynnydd yn swm ychwanegol PE-D, sy'n dangos bod y cydnawsedd rhwng y ddau fath gwahanol o polyethylen yn dda. Mae hyn yn bennaf oherwydd bod gwerthoedd enthalpi ac entropi PE-B a PE-D yn debyg, felly nid oes unrhyw newid yn egni rhydd y cymysgedd yn y bôn, ac mae'r cydnawsedd rhwng y ddau fath o polyethylen yn uchel. O'i gymharu â Chynllun 1, mae gan Gynllun 6 gynnydd sylweddol mewn cryfder, mae'r ymestyniad wrth dorri wedi cynyddu 2 waith, ac mae caledwch y cotio wedi gwella'n sylweddol. Er bod cryfder a chaledwch y cotio wedi gwella'n sylweddol gyda chynnydd yn swm ychwanegol PE-D, mae'r gyfradd gwella yn llawer is na chyfradd gostyngiad y gyfradd llif toddi. Mae hyn oherwydd bod ymgorffori PE-B yn lleihau dwysedd clymu cadwyn foleciwlaidd PE-D, gan wneud llif cadwyn foleciwlaidd yn fwy tebygol o ddigwydd yn ystod y broses ymestyn, tra bod yr effaith cneifio wedi'i gwanhau.

Ar gyfer y cotio polyethylen a roddir ar wyneb y blwch batri, gall rhyddhau straen a achosir gan duedd y strwythur mewnol i sefydlogi a chrynodiad straen a ffurfir yn yr ardaloedd corneli achosi cracio'r cotio. Felly, mae ymwrthedd i gracio straen yn safon bwysig i fesur oes gwasanaeth y cotio. Gellir gweld o ganlyniadau'r profion straen amgylcheddol yn Nhabl 5 bod ymwrthedd cracio straen y cotio powdr polyethylen yn gyson â'i galedwch, hynny yw, po uchaf yw caledwch y cotio, y gorau yw'r ymwrthedd i gracio straen. Gall PE-D wella ymwrthedd cracio straen y cotio powdr polyethylen cymysg yn sylweddol.

Mae'r cotio powdr polyethylen ar gyfer blychau batri yn cael ei gyrydu'n barhaus gan asid batri, felly rhaid iddo fod â pherfformiad gwrth-cyrydu rhagorol. Gellir gweld o ganlyniadau'r prawf gwrthsefyll asid yn Nhabl 5, ar ôl i'r cotio powdr polyethylen a baratowyd gan Gynllun 1 gael ei drochi mewn toddiant asid, nad oes swigod na diddymiad, ond mae chwydd difrifol yn digwydd, a dim ond 5 yw gradd adlyniad y cotio; o'i gymharu â Chynllun 1, mae gan y cotio a baratowyd gan Gynllun 2 chwydd cymharol lai ar ôl cael ei gyrydu gan doddiant asid, ac mae'r adlyniad yn cyrraedd gradd 3; nid oes gan y cotiau polyethylen a baratowyd gan gynlluniau eraill unrhyw ffenomen cyrydu amlwg, a gall adlyniad y cotio gyrraedd uwchlaw gradd 1. Mae gan Metallocene PE-D ei hun wrthwynebiad cemegol rhagorol, felly gyda'r cynnydd graddol yn ei faint ychwanegol, mae perfformiad gwrth-cyrydu'r cotio yn cael ei wella'n raddol.

Drwy brofion perfformiad y gorchuddion powdr polyethylen gyda gwahanol fformwlâu a gynlluniwyd uchod, mae'r canlyniadau'n dangos bod gan y gorchuddion powdr polyethylen a baratowyd gan Gynllun 3 a Chynllun 4 nid yn unig hylifedd uchel, ond bod ganddynt hefyd briodweddau mecanyddol rhagorol a pherfformiad gwrth-cyrydu, a all fodloni gofynion perfformiad gorchuddion powdr ar gyfer blychau batri. Yn gyffredinol, po uchaf yw cyfradd llif toddi gorchuddion powdr polyethylen, y gorau yw'r perfformiad lefelu a'r llyfnach yw wyneb y gorchuddio. Pan fydd cyfradd llif toddi gorchuddion powdr polyethylen a ddefnyddir yn gyffredin yn uwch na 10 g/(10 munud), gall fodloni'r gofynion lefelu uwch. Fodd bynnag, mae cyfraddau llif toddi Cynllun 5 a Chynllun 6 yn is na 10 g/(10 munud), felly ni allant fodloni'r gofynion lefelu. Er bod gan Gynllun 1 gyfradd llif toddi gymharol uchel, mae ei gryfder a'i galedwch yn wael, ac mae'n methu'r prawf ymwrthedd asid; nid oes gan Gynllun 2 unrhyw welliant amlwg mewn priodweddau mecanyddol, ac mae'r adlyniad yn lleihau ar ôl trochi asid, felly gellir ei gymhwyso i sefyllfaoedd lle mae angen gofynion ymddangosiad gorchuddio uchel, ond mae angen priodweddau mecanyddol isel a gofynion perfformiad gwrth-cyrydu.

Casgliad 4

Yn yr astudiaeth hon, trwy gymysgu a defnyddio polyethylen â gwahanol briodweddau, cynlluniwyd gwahanol gynlluniau cotio powdr polyethylen wedi'i addasu trwy gymysgu, a phrofwyd perfformiad gwahanol gynlluniau. Mae'r canlyniadau'n dangos y gall y cotiau powdr polyethylen a gynlluniwyd yn ôl Cynllun 3 a Chynllun 4 nid yn unig fodloni gofynion lefelu wyneb y cotio amddiffynnol blwch batri, ond bod ganddynt hefyd briodweddau mecanyddol da a pherfformiad gwrth-cyrydu. Mae canlyniadau'r ymchwil yn chwarae rhan bwysig yn y modd y mae blychau batri yn cael eu hamddiffyn rhag cyrydu, ac mae gan y syniadau ymchwil arwyddocâd arweiniol pwysig ar gyfer dylunio addasu cotiau powdr polyethylen.

Cyfeiriadau

[1] Ji Y. Mae'r farchnad cotio powdr domestig yn tyfu'n gyflym [J]. Gwybodaeth am y Diwydiant Deunyddiau Adeiladu, 2003(10): 17.

[2] Li Z R. Dadansoddiad byr o'r sefyllfa anodd a'r gwrthfesurau ar gyfer datblygu cerbydau ynni newydd [J]. Automobile World, 2020(4): 1.

[3] Lu J Q. Technoleg gwrth-cyrydu blychau batri diwydiannol [J]. Technoleg Adeiladu Llongau, 2001(4): 27-28.

[4] Yu GL, Wang ZH, Wang XK, ac eraill. Cynnydd ymchwil diweddaraf ar haenau newydd [J]. Cotio ac Amddiffyniad, 2019, 40(10): 49-52.

[5] Liu CQ, Cai Y M. Ymchwil ar orchuddion powdr polyethylen o ansawdd uchel [J]. Technoleg Gorchuddio, 1993(2): 4-7.

[6] Liao HY, Tao G L. Cryfder effaith a chyfradd llif toddi cymysgeddau polyethylen dwysedd uchel [J]. Gwyddoniaeth a Pheirianneg Deunyddiau Polymer, 2013, 29(7): 72-75, 79.

[7] Wang S, Wang QZ, Chen Y, ac eraill. Cynnydd ymchwil mewn addasu hylifedd cludwyr polyethylen pwysau moleciwlaidd uwch-uchel [J]. Cymhwysiad Plastigau Peirianneg, 2014(10): 113-117.

Swyddi cysylltiedig:

Powdwr Thermoplastig ar gyfer Blychau Batri