氨基模塑料耐电击穿和耐冲击性能的研究

氨基模塑料耐电击穿和耐冲击性能的研究

黄国俊

常州乔尔塑料有限公司

摘 要：本文主要以氨基模塑料（研究对象）的生产工艺流程为研究的实践基础，进一步结合玻璃纤维（fiberglass）、纳米蒙脱土（Nanometremontmorillonite）、丁腈橡胶粉（NitrileButadieneRubber NBR）、玉米淀粉（cornstarch）等物质对其开展耐电击穿与耐冲击性能的变化数值研究。基于实证结果显示：玻璃纤维对本文研究对象的电气强度呈现最为显著的增强趋势，但其耐冲击性能与之成反比，呈现下降趋势；在添加纳米蒙脱土后使本文研究对象耐电击穿和耐冲击性能都有逐步提高的趋势；在添加玉米淀粉后对本文研究对象并电气强度未造成显著的影响，相较对其的耐冲击性能具有客观的提高；在添加丁腈橡胶后使本文研究对象的电气强度与玻璃纤维对其造成的影响恰恰相反，并且随着加入量的提升造成的影响越趋向于平缓。改性后的耐电击穿性能超过17千伏每毫米，耐冲击性能达到2.7千焦每平方米，最佳耐电压时间为100秒以上。

关键词：氨基模塑料；改性；耐电击穿；耐冲击

在我国经济社会高速发展的宏观背景下，以及石油危机持续逼近的形势下，以及石油危机的日益逼近，煤化工生产的发展也引起社会各个行业持续关注，其中的重点关注对象便是氨基模塑料。氨基模塑料是一种非常具有活力的高热固性塑料，它原材料来源充足，生产工艺简单，廉价，其成品还具有优越的热机械性能和电性能，特别是阻燃效果能优异，生产工艺简单，它所生产的成品能够非常广泛的取代了传统陶瓷，因此具有优质的市场发展前景，并在逐渐在社会的各个行业进行渗透使用。尽管，氨基模塑料在中国已经有几十年的阶段性发展，但就现阶段的日用电器材料使用情况而言，其中使用的氨基模塑料的制作原材料主要依赖于进口，究其根本就是我国的相关制品的耐电击穿和耐冲击性能与国外研制的存在诸多差距与不足。因此，本文主要以其中四种材料为研究介入的变量，对其耐电击穿和耐冲击性能开展多元化影响因素的探究。

1实验

1.1实验研究原材料

甲醛（formaldehyde HCHO）、尿素（urea CH₄N₂O）、乌洛托品（hexamethylenetetramine C₆H₁₂N₄）、硬酯酸锌（ZINCSTEARATE C₃₆H₇₀O₄Zn）：上述原材料皆为工业级，隶属市场流通销售品；固化剂C：属于一类增进或控制固化反应的物质或混合物，主体成分为脂肪族胺类自配。

1.2实验设备与仪器

捏合机：ZNH-2型，网带干燥烘箱：四柱液压机：Y71M-500和Y71M-1000，电热鼓风干燥箱：HG101-4A型，检测用模具、小型球磨机：自制；简支梁冲击试验机：XJJ-50型，微机控制电压击穿试验仪：DJC-50kv。

1.3试样制备

在开展研究实验中，在四口烧杯中按配方添加了一定量的HCHO，在搅拌下分别一定量地添加了C₆H₁₂N₄和CH₄N₂O含量，使研究环境温度上升58摄氏度，共计实验时间约为1小时。将反应后的物质注入烧碗中，再添加固化剂C和一定量的纸浆制品、C₃₆H₇₀O₄Zn以及其他阻燃助剂等，在研究环境温度为64摄氏度以下反应40分钟。将捏合后的物质放入电烤箱内进行风干，以调节干燥温度、干燥时间、气体排放数量、料层厚薄和翻料次数等，直到实验中的上述物质全部挥发完毕。下一步将其经过碾碎、球磨、过滤、筛选后得到本文研究物质——氨基模塑料。根据实验研制的样品时间与序列不同，按照顺序进行排名：X11、X21、X22、X31、X32、X33。

1.4性能测试

氨基模塑料的流动性按GB13454—1992测试；氨基模塑料耐冲击性能强度按GB/T1043—1993测试；氨基模塑料电气强度按GB/T1408—1989测试。

实验研究中固化成型的必要条件：在研究实践中，将本文研究对象放进严格管控研究环境温度的检测模具中，并根据其成型的步骤计算其固化成型时间。测定条件：检测磨具上部为150摄氏度，检测磨具下部为145摄氏度，其中模具压强为25兆帕，计算得出本研究对象成型时间约为1分钟，其中放气时间以其固化时间为基础而定，可在15秒和25秒时进行放气操作。

2结果分析

2.1纳米蒙脱土对氨基模塑料性能的影响

图1是添加纳米蒙脱土后的具体影响数值。由图1-1可得，在添加纳米蒙脱后，各个研究实验制品的电气强度呈现上升的变化趋势。由图1-2可得，在添加纳米蒙脱后，各个研究实验制品的耐冲击性也呈现上升的变化趋势，综合而言影响较小。这可能是由于纳米蒙脱土弥散在氨基模塑料当中，并且受到了二者中的氨基结合的作用，从而导致其中的极性基团转移困难，从而造成了电气性强度的升高。而脲醛树脂（urea-formaldehyde resins UF）在纳米蒙脱土片层内部，则受到了其层的控制作用，从而控制着其极性基团的移动，也是造成极化困难的成因，进而使其改性之后的电气强度呈现上升趋势，并且影响效果并不明显，以百分之七为界限，在此之后的影响更为不明显，趋向于平缓的变化趋势。

2.2玻璃纤维对氨基模塑料性能的影响

玻璃纤维属于复合材料，其最为明显的特点便是有较高的电阻值与较低的电介质常数，其化学成分是直接影响其电性能数值的具象化指标，尤其与其中的碱氧化物的占比息息相关。本文实验研究中的材料是无碱玻璃纤维，其碱性浓度低于百分之零点八，是一个铁铝硼硅酸盐成分。无碱玻璃纤维具有实验稳定性好且强度优质的特点。由图2-1可得，在添加了无碱玻璃纤维之后，本研实验对象的电气强度提高。与二者中的氨基键具有强烈的相互作用密切相关，同时也是造成极化困难的成因，进而导致本文研究对象的电气强度呈现上升趋势，由图2-2可得，基于玻璃纤维的用量增加，其耐冲击性能逐渐呈现下降的变化趋势。

2.3丁腈橡胶对氨基模塑料性能的影响

图1是添加丁腈橡胶后的具体影响数值。由图3-1可得，随着此添加剂用量的提高，上诉实验研制样品的电气强度也有了明显的降低趋势，这主要由于添加剂的大分子中存在大量的容易被电场极化的腈基，由此使得研究对象的电气强度降低了。但由图3-2可得，随着丁腈橡胶粉用量的提高，上诉实验研制样品的耐冲击性能强度从原来迅速提高之后上升较为缓慢，这主要是因为丁腈橡胶大分子中具有轻度交叉链，并保持了原来的柔性链的柔顺特性，因此增加了经过改性后氨基模塑料试样的柔性链比例，从而使得其制品的耐冲击性能强度显著增加。

2.4玉米淀粉对氨基模塑料性能的影响

图4是添加玉米淀粉后的具体影响数值。由图4-1可得，基于玉米淀粉用量的持续增加，对本文研究对象的电气强度影响并不直观，波动的维度基本维持在空白样的基础幅度之内。由图4-2可得，在实验初始阶段由于其用量的增大，对上诉实验研制的样品的耐冲击性能强度影响较为明显，呈上升态势，并且由于其添加的用量增大，对上诉实验研制的样品的耐冲击性能强度影响也不大。这主要是因为玉米淀粉是多糖，完全依靠植物体天然组成。在添加玉米淀粉后并未对其造成显著的影响，相较对其的耐冲击性能具有客观的提高影响。

2.5改性氨基模塑料耐电压性能的影响

在进行改性氨基模塑的电气强度试验结果的基础上，又对上述试样的耐电特性进行了试验，如表1所示。本研究实验科学制定的试验电压为33千伏，其增强剂的含量为百分之七，实验环境的温度维持在25摄氏度，其中湿度为百分之五十，媒质为变压器油。可以很直观地看出其耐电压时间为100秒以上。

表1各种类型增强剂对氨基模塑料耐电压性能的影响

3结论

本文实验基于进一步结合四种添加物质对其开展耐电击穿与耐冲击性能的变化数值研究，得到如下具体结论：

第一：基于上诉实验研究的四种添加剂研究结果比较分析，玻璃纤维对本文研究对象的电气强度呈现最为显著的增强趋势，在添加纳米蒙脱土后使本文研究对象耐电击穿和耐冲击性能都有逐步提高的趋势，在添加玉米淀粉后对本文研究对象并电气强度未造成显著的影响，在添加丁腈橡胶后使本文研究对象的电气强度与玻璃纤维对其造成的影响恰恰相反，并且随着加入量的提升造成的影响越趋向于平缓。

第二：基于上诉实验研究的四种添加剂添加后的影响情况比较分析，可以得到用丁腈橡胶作为增强物后对研究对象的耐冲击性能影响更加明显,而对玉米淀粉影响最小,所以纳米蒙脱土的添加后对研究对象的耐冲击性能强化影响并不明显,而在加入玻璃纤维后却对研究对象的耐冲击性能强化影响呈现了明显的下降趋势。

第三，基于上诉实验研究的四种添加剂的比较后，改性后的研究对象的耐电击穿性能超过17千伏每毫米。

第四，基于上诉实验研究的四种添加剂的比较后，改性后的研究对象的耐冲击性能达到2.7千焦每平方米，

第五，基于上诉实验的耐压电性能分析可知，在制定33千伏的电压下，最佳耐电压时间在100秒以上。

参考文献：

1. 杨小燕, 杨桂明. 一种耐电击穿环保型氨基模塑料:, CN108976704A[P]. 2018.

2. 陶玲, 卫海燕, 张士怀,等. 某氨基模塑料生产企业职业危害现况分析[J]. 中国工业医学杂志, 2021, 34(2):3.

3. 渠怀明, 郭真真. 氟树脂改性氨基模塑料的研制[J]. 华东科技:综合, 2018.

4. 邹伯苗. 一种具有良好耐冲击性能的氨基模塑料型材:, CN112480599A[P]. 2021.