聚乙烯管材中不同回收料的共混影響研究

趙金龍，劉夢(mèng)迪，黨增超，趙孝佳

（南京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院（南京市質(zhì)量發(fā)展與先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用研究院），江蘇 南京 211102）

引言

塑料本質(zhì)為單體原料，具有良好的抗形變能力，并且其組成成分復(fù)雜，主要成分為樹(shù)脂，并有增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等多種添加劑。研究人員將塑料分為兩類，分別是線型結(jié)構(gòu)與體型結(jié)構(gòu)，它的出現(xiàn)雖然加快了社會(huì)發(fā)展的速度，但是對(duì)生態(tài)環(huán)境也造成了嚴(yán)重破壞?；诖?，如何解決塑料應(yīng)用造成的危害，是目前重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，決定了社會(huì)發(fā)展的效率與質(zhì)量。

1 廢舊塑料及其危害

目前，如何完成對(duì)廢舊塑料的處理，在全球范圍內(nèi)都是一個(gè)難題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年會(huì)生產(chǎn)約500 萬(wàn)t 廢舊塑料。由于塑料主要生產(chǎn)原料為石油化工，而石油又屬于不可再生資源，因此如果無(wú)法對(duì)廢舊塑料進(jìn)行回收再利用，則是一種非常嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)廢舊塑料處理工作的關(guān)注度日益增加，如何實(shí)現(xiàn)廢舊塑料再利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為了研究人員重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

2 聚乙烯管材論述

塑料管材按原材料類型可分為聚丙烯（PP）管材、聚氯乙烯（PVC）管材和聚乙烯（PE）管材三大類，其中，聚乙烯（PE）管材是以聚乙烯樹(shù)脂為主要原料，經(jīng)擠出成型的給水用或燃?xì)庥寐竦厮芰瞎懿?，屬于熱塑性材料，主要獲取材料為乙烷、丙烷、石腦油。聚乙烯雖然剛性與模量較低，但是卻具有良好的沖擊強(qiáng)度、韌性、電性能、耐化學(xué)試劑及耐溶劑性能，由其添加適當(dāng)輔助劑經(jīng)擠出成型的塑料管材產(chǎn)品，具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗刮傷、耐快速開(kāi)裂與外力扭曲、清潔衛(wèi)生、使用壽命長(zhǎng)、連接可靠、施工和維修方便等諸多特點(diǎn)[1]。

3 回收料對(duì)聚乙烯管材專用料及制品性能影響實(shí)驗(yàn)

3.1 主要原料

市售典型PE100 管材專用原料包括Y#1（TUB121N3000B）、Y#2（JHMGC100S）、Y#3（HE3490LS）和Y#4（P6006）4 種，它們分別是獨(dú)山子石化、吉林石化、博祿化工和沙伯基礎(chǔ)工業(yè)公司四家公司生產(chǎn)的PE100 級(jí)管材專用料[2]。需要注意的是，所選擇回收料必須具備代表性，因此，優(yōu)先選擇一種生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部所產(chǎn)生的清潔回收料和兩種市場(chǎng)購(gòu)買的回收料。

3.2 應(yīng)用設(shè)備及儀器

微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，CMT4503，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司；ICP 掃描光譜儀，Optima8000，鉑金埃爾默儀器（上海）有限公司；DSC 差示掃描量熱儀，DSC-SM2，上海盈諾精密儀器有限公司；熔體流動(dòng)速率儀，MZ-2028，江都市明珠試驗(yàn)機(jī)械廠；塑料管材靜液壓試驗(yàn)儀，JJHBT-22130，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；管材擠出機(jī)，BCC1-60-30G，巴頓菲爾辛辛那提塑料設(shè)備有限公司。

4 結(jié)果與討論

4.1 聚乙烯管材新料與回收料物理性能對(duì)比

在本研究中，筆者選擇了4 種典型聚乙烯管材原料（Y#1、Y#2、Y#3、Y#4）與1 種廠內(nèi)清潔回收料（H#1）和2 種市場(chǎng)回收料（H#2、H#3）開(kāi)展了具體實(shí)驗(yàn)。

下頁(yè)表1、表2 為4 種聚乙烯新料與3 種回收料進(jìn)行的理化性能對(duì)比測(cè)試結(jié)果。

由表1 可知，回收料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和灰分指標(biāo)更高，氧化誘導(dǎo)時(shí)間更短，都超過(guò)了相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求；但是，回收料中的廠內(nèi)清潔回收料在性能上明顯好于市場(chǎng)上的回收料，其各項(xiàng)性能均貼近典型的原料，因此，廠內(nèi)清潔回收料存在一定的廢舊利用功能。而市場(chǎng)上的回收料因性能差距過(guò)大，在使用的過(guò)程中往往導(dǎo)致成品管材韌性不夠且容易老化，縮短使用壽命，應(yīng)避免使用廠外的回收料[3]。

表1 原料與回收料的物理性能測(cè)試

由表2 可知，F(xiàn)e、Ca、Mg、K、Ti、Cu 元素在回收料中會(huì)產(chǎn)生指標(biāo)變異，導(dǎo)致其數(shù)值異常突出，可能是在回收的過(guò)程中摻雜了其他材料，其可作為監(jiān)測(cè)塑料管材是否摻加了回收料的參考指標(biāo)。

表2 可溶性金屬元素測(cè)試mg/kg

4.2 原料與不同比例回收料共混后性能對(duì)比

將聚乙烯管材典型原料Y#1（TUB121N3000B）分別與不同比例的廠內(nèi)回收料（H#1）和市場(chǎng)購(gòu)買回收料（H#2）進(jìn)行共混，摻混比例分別為5%、10%、30%、50%，選取表1 和表2 中敏感度較高的項(xiàng)目指標(biāo)，如熔體質(zhì)量流動(dòng)速率、氧化誘導(dǎo)時(shí)間、灰分、鐵元素、鈣元素，并加測(cè)斷裂伸長(zhǎng)率等物理性能指標(biāo)，得到的數(shù)值見(jiàn)圖1。

圖1 不同比例回收料與原料共混后參數(shù)指標(biāo)（對(duì)數(shù)坐標(biāo)）

由圖1 可知，當(dāng)使用廠內(nèi)清潔回收料（H#1）進(jìn)行共混時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)變化不太明顯，但是廠內(nèi)的回收料有可能因保管不慎，摻雜其他材料后而導(dǎo)致污染，當(dāng)摻混比例超過(guò)50%時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)。日常生產(chǎn)工作中，要特別注重廠內(nèi)回收料的保管和使用，當(dāng)使用來(lái)自本廠的同一牌號(hào)生產(chǎn)的同種產(chǎn)品的清潔回用料時(shí)，應(yīng)同用戶協(xié)商一致并采用合適的標(biāo)識(shí)。

當(dāng)使用廠外市場(chǎng)購(gòu)買的回收料（H#2）進(jìn)行共混時(shí)，摻混比例超過(guò)30%后，各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。但是，因回收料本身性能較差，摻混后各參數(shù)受影響較大，應(yīng)限制使用外部回收料。

4.3 成品管材在不同比例共混料下的性能表現(xiàn)

將上述不同比例的YH#1 共混料和YH#2 共混料，在熔體溫度213 ℃±2 ℃、熔體壓力26 MPa±5 MPa條件下[3]，經(jīng)管材擠出機(jī)（牽引速度1.57 m/min，生產(chǎn)dn110 管材）成型后[4]，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同比例回收料成品管材的基本物性能測(cè)試

由表3 可得出，成品管材在10%以下比例共混料的性能表現(xiàn)基本保持穩(wěn)定，其中，廠內(nèi)清潔回用料展現(xiàn)出了更好的兼容性，其同原材料的性能一致性更高。兩種回收料在30%以上比例共混時(shí)，成品管材各項(xiàng)指標(biāo)會(huì)有明顯的拐點(diǎn)，其變化趨勢(shì)與共混料原料的趨勢(shì)呈現(xiàn)正相關(guān)性，因此通過(guò)監(jiān)測(cè)原材料的各項(xiàng)參數(shù)性能，可提前預(yù)知管材成型后的各參數(shù)性能表現(xiàn)，對(duì)管材生產(chǎn)的全生命周期中質(zhì)量管理具有極大的借鑒意義。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)生產(chǎn)企業(yè)而言，廠內(nèi)清潔回用料可按適當(dāng)比例進(jìn)行回收利用，節(jié)約成本避免資源浪費(fèi)；但是，不應(yīng)購(gòu)買使用市場(chǎng)上劣質(zhì)的回收料，以便于最大程度上保證出廠產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)于消費(fèi)者而言，應(yīng)避免購(gòu)買添加大量回用料生產(chǎn)的產(chǎn)品，回收料與原材料性能之間存在較大差異，應(yīng)認(rèn)準(zhǔn)經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)合格的產(chǎn)品。在識(shí)別回收料時(shí)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)技術(shù)人員可以依靠熔體質(zhì)量流動(dòng)速率、氧化誘導(dǎo)時(shí)間、灰分、鐵元素含量、鈣元素含量、靜液壓試驗(yàn)等指標(biāo)進(jìn)行判斷。借助本文的研究，對(duì)推動(dòng)塑料管道行業(yè)的健康發(fā)展、對(duì)滿足人民追求高品質(zhì)生活的美好愿望，對(duì)政府監(jiān)管市場(chǎng)打擊假冒偽劣產(chǎn)品，有著非常重大的意義。