CN108467529A - 一种聚乙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种聚乙烯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚乙烯复合材料及其制备方法和应用，其特征在于，它是由下列重量份配比的原料组成：超高分子量聚乙烯50～95份、高密度聚乙烯5～50份、耐磨填料5～40份、流动改性剂1～5份，其制备方法是将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯与耐磨填料加入混合机混合均匀后，将流动改性剂加入，在150～160℃下混合，然后经双辊炼塑机在195～210℃下混炼10～15分钟后出料，再将粉碎粒料挤出和注塑，即可。具有硬度适中，韧性适中，耐磨性优的特点，提高设备的作业率，降低运行成本，提升经济效益，适合矿山带式输送机托辊外皮制备使用，还可适用于其他耐磨保护的场所。

Description

一种聚乙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是涉及一种用于制备矿山带式输送机托辊外皮的聚乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
托辊是矿山带式输送机的主要结构之一，其功能是支撑胶带和物料重量，使用数量多，占整机成本费用比例高。输送机能否安全与稳定性运行，直接受到托辊质量好坏的影响。传统托辊采用钢管外套、金属轴承和轴承座、金属轴的结构，同时，钢管托辊加工时很难保证筒壁管材两头加工面同心，组装后轴比较难以控制在筒壁管材中心线上，造成托辊两端轴承位置不同轴，导致托辊工作时轴承径向受力不均，加速两侧密封的磨损、损坏，灰尘进入后造成轴承运转不畅，最后导致轴承损坏，再加上轴承运转不畅到轴承损坏过程中，又导致筒壁受皮带磨损、磨薄、磨漏，而划伤皮带。总体上，这种金属结构的托辊的使用寿命较短，如果磨损严重需要检修或更新时，必须使输送机停止运行，直接影响矿山运输***的生产效率。因此，减轻托辊重量，延长托辊的使用寿命，同时使托辊的结构得到优化，能提高带式输送机的运转效率。减轻托辊重量的方法之一是采用高分子材料代替金属的托辊外皮。
目前，高分子材料外皮的托辊被研究开发，例如，脲醛树脂托辊《工程塑料》2001，29,4：30.；酚醛树脂托辊和尼龙托辊《企业技术开发》2015，34(24)：111-112.；超高分子量聚乙烯《矿业装备》2014,8,114.，与传统的金属托辊相比，质量轻、耐腐蚀、比较耐磨、抗静电性能好，使用寿命长，不容易磨损传送带。在上述高分子材料中，超高分子量聚乙烯的托辊性能最好，使用寿命比金属托辊延长3～5倍。超高分子量聚乙烯虽然具有其它工程塑料无可比拟的耐磨损、耐冲击、耐化学药品、自润滑以及生物相容性等优异的性能，但同时也存在着成型性差、硬度低、耐磨损性能差、熔点高、极难加工的问题。尤其是矿山的带式输送机托辊承载胶带和物料的重量大，磨损严重，而且，大部分属于磨粒磨损，因此，寻求一种带式输送机托辊外皮用超高分子量聚乙烯复合材料是急待解决的问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种聚乙烯复合材料。
本发明的第二个目的在于提供一种聚乙烯复合材料的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种聚乙烯复合材料的应用。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的聚乙烯复合材料，其特征在于，它是由下列重量份配比的原料组成：
超高分子量聚乙烯 50～95份、
高密度聚乙烯 5～50份、
耐磨填料 5～40份、
流动改性剂 1～5份，
其中超高分子量聚乙烯的分子量为150万到250万，高密度聚乙烯的分子量为5万到15万，耐磨填料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅、三氧化二铝、碳酸钙中的多种（即两种及两种以上），流动改性剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、超支化聚酯、低密度氧化聚乙烯中的多种（即两种及两种以上）。
进一步的，本发明所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，它是由下列重量份配比的原料组成：
超高分子量聚乙烯 70～90份、
高密度聚乙烯 10～30份、
耐磨填料 5～30份、
流动改性剂 2～4份，
其中超高分子量聚乙烯的分子量为180万到220万，高密度聚乙烯的分子量为8万到12万，耐磨填料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅、三氧化二铝、碳酸钙中的多种，耐磨填料的粒径为120目~800目，流动改性剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、超支化聚酯、低密度氧化聚乙烯中的多种。
本发明所述的聚乙烯复合材料制备方法，其特征在于步骤如下：
将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯与耐磨填料按照重量份配比加入叶片式混合机，叶片旋转的速度为100～150m/s，使物料混合均匀后，再按照重量份配比将流动改性剂加入，在150～160℃下混合均匀，然后经双辊炼塑机在195～210℃下混炼10～15分钟后出料，最后，将出料用挤出和注塑的方法进行热成型加工。
本发明所述的聚乙烯复合材料的应用，作为带式输送机托辊的外皮。
本发明的聚乙烯复合材料特点是，为了进一步提高超高分子量聚乙烯耐磨性能，改善其加工性能，对其进行改性，使流动加工性能改善，采用耐磨填料，提高耐磨性能，不但改善了使用性能，又大大降低了成本，能够在保证超高分子量聚乙烯的良好的耐磨性和抗冲击性能前提下，用高密度聚乙烯改善超高分子量聚乙烯的流动性，再用流动改性剂进一步改善其流动性，同时添加耐磨填料，提高硬度，保持抗冲击性能，更好地提高其抗磨损性能，使其具有硬度适中，韧性适中，耐磨性优等特点，提高设备的作业率，降低运行成本，提升经济效益，适合矿山带式输送机托辊外皮制备使用，同时，还可适用于其他耐磨保护的场所。
具体实施方式
以下各实施例仅用于对本发明进行解释说明，并不构成对权利要求范围的限定，本领域技术人员根据说明书内容可以想到的其它替代手段，均应在本发明权利要求的保护范围之内。
本发明专利的实施例中以复合材料的力学性能，如拉伸强度、冲击强度，以及熔融指数来表征加工性能，以由磨损引起的材料损失量，即磨损质量，来表征材料的耐磨性能。
实施例1：由下列重量份原料组成：
分子量180万超高分子量聚乙烯 90份、
分子量10万高密度聚乙烯 10份、
超支化聚酯 1.5份、
硬脂酸 1.5份、
氮化硅 2.5份、
碳化硅 2.5份。
所述的各种原料的来源：
超高分子量聚乙烯，牌号XH-802，九江蠢星中科新材料有限公司，；高密度聚乙烯，牌号2200J，大庆石化公司；超支化聚酯，牌号C102，苏州海博科技有限公司；硬脂酸，牌号1801，明道化工有限公司；氮化硅和碳化硅，200目，粒径平均40nm，由合肥开尔纳米能源科技股份有限公司提供。
制备方法：将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯与氮化硅、碳化硅按照所述的重量份配比加入叶片式混合机，叶片旋转的速度为100～150m/s，使物料混合均匀后，再按照所述的重量份配比将超支化聚酯加入，在150℃下混合，然后经双辊炼塑机在200℃下混炼10分钟后出料，最后，将粉碎粒料挤出和注塑进行热成型加工，制得。
制备聚乙烯复合材料测试样条的拉伸强度为25MPa，冲击强度为83kJ/m2，熔融指数为0.15g/10min，磨损质量0.0012g。
熔融指数测试条件：5kg，190℃。
实施例2：由下列重量份原料组成：
分子量150万超高分子量聚乙烯 80份、
分子量10万高密度聚乙烯 20份、
聚乙烯蜡 0.5份、
硬脂酸 1.5份、
三氧化二铝 8份、
碳酸钙 2份，
所述的各种原料的来源：
聚乙烯蜡，牌号LP0020P，恒泰化工有限公司；三氧化二铝，300目，淄博华正科技公司；碳酸钙，青岛海大化工公司，其余原料与实施例1相同。
制备方法：将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯与三氧化二铝、碳酸钙按照所述的重量份配比加入叶片式混合机，叶片旋转的速度为100～150m/s，使物料混合均匀后，再按照所述的重量份配比将硬脂酸、聚乙烯蜡加入，在150℃下混合，然后经双辊炼塑机在200℃下混炼10分钟后出料，最后，将粉碎粒料挤出和注塑进行热成型加工，制得。
制备聚乙烯复合材料测试样条的拉伸强度为23MPa，冲击强度为65kJ/m2，熔融指数为0.03g/10min，磨损质量0.0020g。
熔融指数测试条件：6kg，190℃。
实施例3：由下列重量份原料组成：
分子量180万超高分子量聚乙烯 75份、
分子量15万高密度聚乙烯 25份、
聚乙烯蜡 0.5份、
超支化聚酯 1.5份、
硬脂酸 1.5份、
三氧化二铝 7份、
碳化硅 1份、
碳酸钙 2份，
所述的各种原料的来源：
与实施例1、2相同。
制备方法：将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯与三氧化二铝、碳化硅、碳酸钙按照所述的重量份配比加入叶片式混合机，叶片旋转的速度为100～150m/s，使物料混合均匀后，再按照所述的重量份配比将硬脂酸、聚乙烯蜡、超支化聚酯加入，在160℃下混合，然后经双辊炼塑机在205℃下混炼10分钟后出料，最后，将粉碎粒料挤出和注塑进行热成型加工，制得。
制备聚乙烯复合材料测试样条的拉伸强度为25MPa，冲击强度为72kJ/m2，熔融指数为0.02g/10min，磨损质量0.0018g。
熔融指数测试条件：5kg，190℃。
实施例4：由下列重量份原料组成：
分子量150万超高分子量聚乙烯 80份、
分子量10万高密度聚乙烯 20份、
聚乙烯蜡 0.5份、
低密度氧化聚乙烯 1.5份、
硬脂酸 2.0份、
二氧化硅 15份、
三氧化二铝 5份
碳酸钙 10份，
所述的各种原料的来源：
与实施例1，2相同。
制备方法：将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯与二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙按照所述的重量份配比加入叶片式混合机，叶片旋转的速度为100～150m/s，使物料混合均匀后，再按照所述的重量份配比将硬脂酸、聚乙烯蜡加入，在150℃下混合，然后经双辊炼塑机在200℃下混炼10分钟后出料，最后，将粉碎粒料挤出和注塑进行热成型加工，制得。
制备聚乙烯复合材料测试样条的拉伸强度为20MPa，冲击强度为63kJ/m2，熔融指数为0.03g/10min，磨损质量0.0020g。
熔融指数测试条件：6kg，190℃。
本发明的聚乙烯复合材料特点是：耐磨填料采用经济适用的二氧化硅、氮化硅、碳化硅、三氧化二铝、碳酸钙中两种及两种以上的多种进行配伍，流动改性剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、超支化聚酯、低密度氧化聚乙烯中两种及两种以上的多种进行配伍，即保证超高分子量聚乙烯的耐磨性能，本发明的聚乙烯复合材料的耐磨性能优异，磨损质量均在0.0020g以下，优于与锡青铜颗粒增强材料（磨损质量是0.0702g），也优于超过分子量聚乙烯（磨耗指数为1，超高分子量聚乙烯耐磨性试验及应用，金属矿山，2008,7：112），而且本发明的聚乙烯复合材料的又保证其加工性能，并兼顾经济因素，降低成本，上述配方得到的复合材料加工成型容易，易于规模化生产，且价格与传统的金属托辊相当。

Claims (4)

1.一种聚乙烯复合材料，其特征在于，它是由下列重量份配比的原料组成：
超高分子量聚乙烯 50～95份、
高密度聚乙烯 5～50份、
耐磨填料 5～40份、
流动改性剂 1～5份，
其中超高分子量聚乙烯的分子量为150万到250万，高密度聚乙烯的分子量为5万到15万，耐磨填料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅、三氧化二铝、碳酸钙中的多种，流动改性剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、超支化聚酯、低密度氧化聚乙烯中的多种。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，它是由下列重量份配比的原料组成：
超高分子量聚乙烯 70～90份、
高密度聚乙烯 10～30份、
耐磨填料 5～30份、
流动改性剂 2～4份，
其中超高分子量聚乙烯的分子量为180万到220万，高密度聚乙烯的分子量为8万到12万，耐磨填料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅、三氧化二铝、碳酸钙中的多种，耐磨填料的粒径是120目~800目，流动改性剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、超支化聚酯、低密度氧化聚乙烯中的多种。
3.一种权利要求1或2所述的聚乙烯复合材料制备方法，其特征在于步骤如下：将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯与耐磨填料按照重量份配比加入叶片式混合机，叶片旋转的速度为100～150m/s，使物料混合均匀后，再按照重量份配比将流动改性剂加入，在150～160℃下混合均匀，然后经双辊炼塑机在195～210℃下混炼10～15分钟后出料，最后，将出料用挤出和注塑的方法进行热成型加工。
4.一种权利要求1或2所述的聚乙烯复合材料的应用，其特征在于作为带式输送机托辊的外皮。
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