CN113512251B - 一种内衬桶及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内衬桶及其制备工艺，涉及塑料内衬桶生产技术领域，该内衬桶包括导电母料40％～60％；聚丙烯20％～30％；聚乙烯20％～30％；该种内衬桶的制备工艺是通过对原料的混合搅拌、加热挤出、压延、加热成型、板材传动加热以及模具成型等步骤制得。本发明内衬桶整体结构性好，质量轻，无毒性，可根据客户需求需要，灵活调整原料配比及部分制备工艺，进而可获得不同性能的防静电内衬桶产品，本发明内衬桶的制备工艺能够通过机器模具一次性对板材进行冲压成型，进而直接生产出完整的内衬桶，同时，在机械条件下能够实现间歇性地半自动化操作，实现了生产的一体化，制备工艺简便，生产效率高，人力成本低。

Description

一种内衬桶及其制备工艺
技术领域
本发明涉及塑料内衬桶生产技术领域，具体涉及一种内衬桶及其制备工艺。
背景技术
内衬桶为套设在原料桶内、并可使得使原料桶循环使用的一种一次性塑料桶内胆，多用于各种液体及化学原料的储存和运输，其具有不易碎、不生锈、质轻等特点，塑料内衬桶存在的最主要目的是降低原料桶使用成本，解决原料桶使用后的不环保及资源浪费等问题。但由于在运输过程中，内衬袋袋体的外壁和包装桶之间难免出现摩擦产生静电，通常会在内衬袋袋体的外壁与包装桶之间做物理防静电处理。但是在罐装、储存和运输过程中，内衬袋袋体内盛放的液体也会与袋体的内壁产生摩擦静电。对于闪点较低的物料而言，这会产生燃烧或爆炸的风险。而在现有技术中，由于普通抗静剂存在持久性、湿度依赖性以及相容性等问题，并没有对包装桶用内衬袋的内部采取防静电措施，这使得内衬袋在实际使用时存在安全隐患，并受到使用场景的限制。
现有的塑料桶材料多采用塑料母粒、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等原料吹塑、注塑、吸塑、滚塑而成，得到的塑料内衬桶多用于盛装化工、农药、医药、食品、五金电子、机电等行业液体、化学原料，而上述原材料成分通常为非极性分子，既不能电离，又难以传递自由电子，一旦桶内胆中装有化工原料时，其在运输过程中就会因摩擦而产生静电，且这种静电难以消除，从而容易导致发生安全事故，另外，有些内衬桶内壁抗粘性差，加上本身体积大，化工原料盛装的多，导致固废处理成本高，存在不环保的问题。
目前，根据防静电效果的不同，可大体分为以下三类：
1)长效性防静电，表面电阻率一般可达到10^6-10^8Ω。
2)短效性防静电，表面电阻率一般可达到10^9-10^11Ω，其主要成分有表面活性剂，由于含有氢键，内衬桶表面通过与空气接触会形成一层膜，这种膜具有传导电流的作用，但其缺点是导电数值很不稳定，与空气湿度有关系，具体的，在不同空气湿度下防静电等级不同，并且工艺复杂，需要二次加热和二次拉伸。
3)永久性防静电，表面电阻率一般可达到10^3-10^5Ω，其主要成分有炭黑。
对此，公开号为CN111547356A的中国发明专利，公开了一种包装桶用抗静电内衬袋及其制备和使用方法，其内衬袋包括抗静电最内层及抗静电最外层的N层结构(N≥2)，抗静电最内层的制备原料包括塑料母粒和高分子型永久抗静电剂，其中高分子型永久抗静电剂的重量比例为5％-25％；抗静电最外层的制备原料包括塑料母粒及离子型、非离子型、两亲性或高分子型抗静电剂中的一种或多种，其中抗静电剂的重量比例为1％-25％。该发明可以达到有效防止IBC桶和袋体之间产生的摩擦静电危害，并可以导出运输过程中由于物料不断晃动与袋体间产生的静电，消除了包装桶内衬袋在实际使用过程中的安全隐患。
公开号为CN109178597A的中国发明专利，公开了一种内衬桶工艺，该内衬桶由以下重量百分比原料制成：碳黑50％、聚丙乙烯25％、聚乙烯25％，其工艺包括将原料搅拌混匀、加热挤出、制成片材、加热软化、压模成型等。
随着社会的发展，内衬桶的生产技术在逐渐完善，理想的制备工艺是能够通过冲压成型一次性、直接生产出完整的内衬桶，但是由于工艺及设备的不够完善，还不能够形成一体化地操作，导致生产效率较低。同时，现有内衬桶生产原料的选用及配比一直是专业人员研究的课题，通过研究原料配比及工艺，以优化改善制品的各项性能。
发明内容
针对上述问题及现状，本发明旨在提供一种全新配方的内衬桶及其制备工艺，该种内衬桶具有更加优异综合性能，能够更好应用在化工、农药、医药、食品、五金电子、机电等行业领域中。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种内衬桶，由以下按重量百分比计的原料制成：
导电母料40％～60％；
聚丙烯20％～30％；
聚乙烯20％～30％；
上述导电母料由聚丙烯、聚乙烯、炭黑、硬酯酸锌及辅料组成，导电母料中的聚丙烯和聚乙烯所占重量比之和为58％，炭黑所占重量比为40％、硬酯酸锌所占重量比为1％、辅料所占重量比为1％。
进一步地，上述内衬桶的制备工艺包括以下步骤：
(1)将原料混匀，将混合料加热软化，并挤出，挤出加热成型温度为230℃±10℃，挤出过程螺杆的加热温度为210℃～235℃，模口温度控制在225℃～230℃；
(2)将挤出的物料加热挤出成型至板材，期间板材加热成型的软化温度为220℃～270℃，并通过压棍控制板材厚度，所述压棍温度为45℃；
(3)加热软化所述板材，再通过模具冲压成型即得，其中，板材加热软化的温度为200-250℃。
更进一步地，上述混合料还进行了加热烘干处理，按1吨的所述混合料，其加热烘干的温度为90～140℃，时间为1～3小时。
更进一步地，上述板材软化时采用上下层加热，且加热成型的温度根据速度决定，当是以8秒为一模的生产周期时，上层温度自左向右依次设定为270℃，260℃，250℃，240℃，240℃，250℃，260，270℃，下层温度自左向右依次设定为240℃，230℃，220℃，220℃，220℃，220℃，230℃，240℃。
本发明的内衬桶及其制备工艺至少具有如下的有益效果：
(1)本发明内衬桶由导电母料、聚丙烯及聚乙烯三种原料制成，原料简单，成本低廉，且易于配比制备；
(2)本发明内衬桶的制备工艺能够通过机器模具一次性对板材进行冲压成型，进而直接生产出完整的内衬桶，同时，其材质可在机械条件下能够实现间歇性地半自动化操作，实现了生产的一体化，制备工艺简便，生产效率高，人力成本低；
(3)本发明可根据客户需求需要，可灵活调整原料配比及部分制备工艺，进而可获得以下两种不同性能特点的内衬桶产品：
①普通型内衬桶(如实施例5)，该种内衬桶导电防静电效果一般，在109-1011之间，属于抗静电级别，其拉伸强度为76.2MPa，耐低温脆性≤-65℃；②导电型内衬桶(如实施例2)，该种内衬桶导电防静电效果较好，在106-108之间，属于抗静电级别，其拉伸强度为81.3MPa，耐低温脆性≤-65℃；
(4)本发明的内衬桶整体结构性好，质量轻，无毒性，使用方便，内胆桶壁抗粘性强，与化工原料粘合少，可较好地降低固废处理成本，绿色环保。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种塑料内衬桶(金属桶内胆)，其由以下按重量百分比计的原料制成：
导电母料40％；
聚丙烯30％；
聚乙烯30％。
实施例2
一种塑料内衬桶(金属桶内胆)，其由以下按重量百分比计的原料制成：
导电母料50％；
聚丙烯25％；
聚乙烯25％。
实施例3
一种塑料内衬桶(金属桶内胆)，其由以下按重量百分比计的原料制成：
导电母料60％；
聚丙烯20％；
聚乙烯20％。
上述实施例1-3中导电母料的制取方法如下：
按重量百分比称取：聚丙烯+聚乙烯58％、炭黑40％、硬酯酸锌1％、其他辅料1％；将上述原料加入到混合设备中进行混合,得到混合料；将混合料通过螺杆挤出机挤出造粒，冷却后即得导电母料。
进一步地，上述导电母料中聚丙烯和聚乙烯的具体含量如下：
聚丙烯29％～36％；
聚乙烯22％～29％。
更进一步地，上述实施例1-3的导电母料中聚丙烯和聚乙烯分别含量如下表1所示：
表1：聚丙烯、聚乙烯含量
导电母料 实施例1 实施例2 实施例3
聚丙烯(％) 36 29 32
聚乙烯(％) 22 29 26
实施例4(制备方法)
上述实施例1-3所述内衬桶的制备工艺包括有以下步骤：
一、板材制取
(1)混合搅拌：将原料颗粒放到搅拌装置内进行搅拌混匀，随后并对混合料进行加热烘干处理，按1吨的混合料干燥温度控制在90～140℃，干燥时间为1～3小时；
混合料在未经过加热烘干处理后，会使得挤出过程中材料表面产生缩孔，并有气泡产生，进而影响制品质量；
(2)加热挤出：将上述混合料放到加热装置内进行加热软化，然后用挤塑装置将其挤出，挤出加热成型温度为230℃±10℃；挤出过程螺杆的加热温度控制在210℃～235℃即可，模口温度控制在225℃～230℃；
另外需要说明的是：混合搅拌工艺中若不采用搅拌加热烘干这个工序，亦可以在加热挤出的过程中采用双螺杆挤出机，利用双螺杆挤出机中自带的真空除湿功能，实现对材料的除湿干燥的目的；
(3)压延：采用三辊(下辊、中辊、上辊)压延方式，通过调节下辊距离控制板材厚度为1±0.1mm，中辊为压光辊，上辊为定型冷却辊，三辊的温度均设定在45℃，用于冷却，防止粘棍；
(4)加热成型：板材通过螺杆挤出，切边(根据需要控制板材的宽度)并通过牵引装置进行收卷；板材加热成型的软化温度为200～270℃，进一步地，加热成型的温度还需根据速度决定，当是以8秒为一模的生产周期时，上述软化温度控制在250℃左右，更进一步地，板材软化时采用上下层加热，其中，上层温度自左向右依次设定为270℃，260℃，250℃，240℃，240℃，250℃，260，270℃，下层温度自左向右依次设定为240℃，230℃，220℃，220℃，220℃，220℃，230℃，240℃。
二、内衬桶成型
将上述制取得到的板材通过桶内胆成型设备制成成品，具体步骤如下：
该桶内胆成型机包括有用于板材运作的传动机构、用于板材在传动运作过程中加热软化的烘干装置以及用于桶内胆成型的模具。
(1)板材传动加热：将制得的板材通过桶内胆成型设备上设有的传动电机带动链条或传送带传动，在传动链条或传送带上还设有用于固定板材的结构，板材经过设备上设有的烘箱加热软化(增加板材的可塑性，以便桶内胆成型)，进一步地，所述烘箱包括有上烘箱和下烘箱，上、下烘箱内均设有发热陶瓷瓦块，通过温度感应器及固态继电器输入电流，达到控制温度的目的，另外，也可以采用交流接触器的方式来控制温度。
更进一步地，加热软化的温度设定为200-250℃；
进一步地，上述用于固定板材的结构包括以下两种方式：
①在传动链条上设有锋利的锯齿状尖刺，当链条转动板材传动运作时会被尖刺穿破，从而达到固定板材的目的；
②在链条上方固定设有第一夹紧板，第一夹紧板底端固定有夹紧弹簧，夹紧弹簧底端固定有底面光滑的第二夹紧板，通过第二夹紧板上的夹紧力使得板材夹持固定在传送带上，传动电机动作转动传送带，使其带动板材向前移动。
(2)模具成型：板材通过加热软化后，经传动机构传送到达成型端(这个动作有连贯性，从而达到自动化)，在成型端设有模具，模具包括有上模和下模，上、下模相对动作配合对板材的冲压，进而得到内衬桶成品。
进一步地，在上模中设置有进气孔，通过电磁阀控制进气时间，上模内设置有可伸缩压环，可伸缩压环上设有上剪切刀口，上模顶部设置可伸缩拉伸头，上模上方设有固定杆和驱动机构，模具顶部开孔，内设密封圈，拉伸头与固定杆连接，固定杆顶端与驱动机构动力端连接(主要目的是达到拉伸杆可以上下直线运动)，上模固定在设备顶部；上剪切刀口位置高于链条输送板材的位置，下模固定在设备的工作台面上，下模底部设置排气孔，下模中设置下剪切刀口；工作台面是由设有的多根导柱控制平衡和定位，工作台面底部两端由两个对称布置的曲臂连接，曲臂底部固定在十字形钢板上，钢板上竖向设置有液压油缸，液压油缸驱动工作台面上下移动，且其中曲臂具有缓冲效果。
更进一步地，上模的上剪切刀口和下模的下剪切刀口需要进行热处理，以此增强刀口刚性，延长使用寿命；优选地，拉伸头为尼龙材质，模具材质优选为钢。
另外，上述驱动机构带动拉伸头上下直线运动可通过如下3种方式实现动作：①气缸系统；②液压控制油缸系统；③电机系统；拉伸头上下运动，目的在于增加产品底部厚度。
综上所述：桶内胆整个成型过程是，板材通过传动机构输送进入模具，下模第一次上升，下模口与上模可伸缩压环接触固定板材，拉伸头通过气缸或者电机往下模方向运动，同时进气阀门打开，下模内空气通过模内排气孔或槽排出，压缩空气使材料紧贴模具，从而达到定型，获得所需厚度的内衬桶，随后下模第二次上升，通过上模上剪切刀口和下模下剪切刀口的作用，将多余的边料切除，上摸拉伸复位，下模下降复位，取出成型后产品，整个成型动作完成，大概时间约为8秒左右，当下模复位后传动电机控制链条或传送带继续输送板材，紧接着进入下一模的生产环节，从而达到自动化生产。
更进一步地，设备中内设置有冷却系统，通过水循环，达到冷却模具的目的，为不间断生产提供保障。
实施例5
一种内衬桶，其原料及配比与实施例2相同，但其在工艺上存在以下一个区别：
本实施例中未在混合搅拌期间进行加热烘干处理，其它均相同。
性能检测1
(1)检测对象：实施例1-3制得的内衬桶(桶壁厚度均为0.1mm)；
(2)检测项目：防静电性能；
(3)检测工具：体积表面电阻率试验仪；
检测结果(防静电数值区间)见下表2所示：
表2：
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3
表面电阻率(Ω) <![CDATA[[1.0×10<sup>9</sup>,1.0×10<sup>11</sup>]]]> <![CDATA[[1.0×10<sup>6</sup>,1.0×10<sup>8</sup>]]]> <![CDATA[[1.0×10<sup>3</sup>,1.0×10<sup>5</sup>]]]>
性能检测2
(1)检测对象：实施例1制得的内衬桶(桶壁厚度为0.1mm)、实施例1制得的内衬桶(桶壁厚度为0.2mm)、实施例1制得的板材(厚度为0.1mm)；
(2)检测项目：防静电性能；
(3)检测工具：体积表面电阻率试验仪；
检测结果(防静电数值区间)见下表3所示：
表3：
检测项目 0.1mm 0.2mm 板材1mm
表面电阻率(Ω) <![CDATA[[1.0×10<sup>9</sup>,1.0×10<sup>11</sup>]]]> <![CDATA[[1.0×10<sup>7</sup>,1.0×10<sup>9</sup>]]]> <![CDATA[[1.0×10<sup>5</sup>,1.0×10<sup>7</sup>]]]>
结合性能检测1和性能检测2可知，防静电性能数值除了与原料配方有关，还与材料厚度有关联，相同的原料配比及工艺，材料经加热拉伸变薄后防静电性能数值也会降低。
性能检测3(OTC检测)
一、防静电性能
(1)检测对象：实施例5制得的内衬桶(桶壁厚度为0.1mm)试样，试样规格100×100mm；
(2)检测项目：防静电性能，具体包括体积电阻率、表面电阻率、最大表面电阻率；
(3)检测工具：体积表面电阻率试验仪(型号为ATl-212)；
(4)检测依据：参照标准ASTM D257-14；
(5)环境条件：室温；
(6)测试电压：500V。
检测结果见下表4所示：
表4
序号 检测项目 限值 实测结果 单位
1 体积电阻率 / <![CDATA[1.01×10<sup>12</sup>]]> Ω·cm
2 表面电阻率 / <![CDATA[1.47×10<sup>9</sup>]]> Ω
3 最大表面电阻率 / <![CDATA[2.65×10<sup>9</sup>]]> Ω
二、力学性能
(1)检测对象：实施例5制得的内衬桶(桶壁厚度为0.1mm)试样，试样规格5型；
(2)检测项目：拉伸强度；
(3)检测工具：材料试验机(型号为Z010TH)；
(4)检测依据：参照标准ISO 527-2012；
(5)环境条件：室温；
(6)测试速率：200mm/min；
(7)标距：25mm。
检测结果见下表5所示：
表5
序号 检测项目 限值 实测结果 单位
1 拉伸强度 / 76.2 MPa
三、耐温性
(1)检测对象：实施例5制得的内衬桶(桶壁厚度为0.1mm)试样；
(2)检测项目：脆化温度；
(3)检测工具：低温脆性试验机(型号为XCY-Ⅱ)；
(4)检测依据：参照标准GB/T 1682-2014；
(5)环境条件：室温；
(6)测试条件：浸渍3min；
检测结果见下表6所示：
表6
序号 检测项目 限值 实测结果 单位
1 脆化温度 / ≤-65 ℃
性能检测4(OTC检测)
一、防静电性能
(1)检测对象：实施例2制得的内衬桶(桶壁厚度为0.1mm)试样，试样规格100×100mm；
(2)检测项目：防静电性能，具体包括体积电阻率、表面电阻率、最大表面电阻率；
(3)检测工具：体积表面电阻率试验仪(型号为ATl-212)；
(4)检测依据：参照标准ASTM D257-14；
(5)环境条件：室温；
(6)测试电压：500V。
检测结果见下表7所示：
表7
Figure BDA0003069401160000091
Figure BDA0003069401160000101
二、力学性能
(1)检测对象：实施例2制得的内衬桶(桶壁厚度为0.1mm)试样，试样规格5型；
(2)检测项目：拉伸强度；
(3)检测工具：材料试验机(型号为Z010TH)；
(4)检测依据：参照标准ISO 527-2012；
(5)环境条件：室温；
(6)测试速率：200mm/min；
(7)标距：25mm。
检测结果见下表8所示：
表8
序号 检测项目 限值 实测结果 单位
1 拉伸强度 / 81.3 MPa
三、耐温性
(1)检测对象：实施例2制得的内衬桶(桶壁厚度为0.1mm)试样；
(2)检测项目：脆化温度；
(3)检测工具：低温脆性试验机(型号为XCY-Ⅱ)；
(4)检测依据：参照标准GB/T 1682-2014；
(5)环境条件：室温；
(6)测试条件：浸渍3min；
检测结果见下表9所示：
表9
Figure BDA0003069401160000102
Figure BDA0003069401160000111
结合性能检测3和性能检测4对比可知：
①实施例2制得的内衬桶产品相比实施例5的具有更好的导电效果，达到了抗静电的级别，而依照实施例5所获得的内衬桶仅能达到防静电的级别；
需要说明的是：当材料的表面电阻率在103-105时属于导电级别；当材料的表面电阻率在106-108时属于抗静电级别；当材料的表面电阻率在109-1011时属于防静电级别。
②实施例2制得的内衬桶产品相比实施例5的具有更高的拉伸强度，实施例5的为76.2MPa，而实施例2的为81.3MPa，实施例2相比实施例5在拉伸强度上提升了6.69％。
③实施例2制得的内衬桶产品与实施例5的具有相同的耐低温脆性，均是≤-65℃。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种内衬桶，其特征在于，由以下按重量百分比计的原料制成：
导电母料40%～60%；
聚丙烯20%～30%；
聚乙烯20%～30%；
所述导电母料由聚丙烯、聚乙烯、炭黑、硬酯酸锌及辅料组成，导电母料中的聚丙烯和聚乙烯所占重量比之和为58%，炭黑所占重量比为40%、硬酯酸锌所占重量比为1%、辅料所占重量比为1%；
所述聚丙烯在导电母料中的重量占比为29%～36%；所述聚乙烯在导电母料中的重量占比为22%～29%；
所述内衬桶的制备工艺包括以下步骤：
（1）将原料混匀，将混合料加热软化，并挤出，挤出加热成型温度为230℃±10℃，挤出过程螺杆的加热温度为210℃～235℃，模口温度控制在225℃～230℃；
（2）将挤出的物料加热挤出成型至板材，期间板材加热成型的软化温度为220℃～270℃，并通过压棍控制板材厚度，所述压棍温度为45℃；
（3）加热软化所述板材，再通过模具冲压成型即得；
所述板材加热软化的温度为200-250℃；
步骤（1）中，所述混合料还进行了加热烘干处理，按1吨的所述混合料，其加热烘干的温度为90～140℃，时间为1～3小时。
2.根据权利要求1所述的一种内衬桶，其特征在于，由以下按重量百分比计的原料制成：
导电母料40%；
聚丙烯30%；
聚乙烯30%；
所述导电母料中的聚丙烯所占重量比为36%，聚乙烯所占重量比为22%。
3.根据权利要求1所述的一种内衬桶，其特征在于，由以下按重量百分比计的原料制成：
导电母料50%；
聚丙烯25%；
聚乙烯25%；
所述导电母料中的聚丙烯所占重量比为29%，聚乙烯所占重量比为29%。
4.根据权利要求1所述的一种内衬桶，其特征在于，由以下按重量百分比计的原料制成：
导电母料60%；
聚丙烯20%；
聚乙烯20%；
所述导电母料中的聚丙烯所占重量比为32%，聚乙烯所占重量比为26%。
5.根据权利要求1所述的一种内衬桶的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述板材软化时采用上下层加热，且加热成型的温度根据速度决定，当是以8秒为一模的生产周期时，上层温度自左向右依次设定为270℃，260℃，250℃，240℃，240℃，250℃，260℃，270℃，下层温度自左向右依次设定为240℃，230℃，220℃，220℃，220℃，220℃，230℃，240℃。
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