CN109111616A - 一种超高分子量聚乙烯材料增强的hdpe复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种超高分子量聚乙烯材料增强的hdpe复合材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯材料增强的HDPE复合材料及其制备方法和应用。所述HDPE复合材料,由如下质量份数的组分组成:高密度聚乙烯树脂100份;UHMWPE树脂20~100份;流动改善剂2~15份;抗氧剂0.1~5份;色母0.5~3份。本发明利用UHMWPE材料强度高、模量大、与HDPE树脂相容性好特点,对HDPE管道专用料进行复合改性,超高分子量聚乙烯材料增强的HDPE复合材料既可提高复合材料的强度和模量,又可保持HDPE材料自身高韧性,可广泛应用于制备市政管道产品或工业管道产品。
Description
技术领域
本发明属于高密度聚乙烯管材领域,更具体地,涉及一种超高分子量聚乙烯材料增强的HDPE复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
HDPE管道韧性好、耐寒性好、熔垂低适合生产大口径管道的特点使HDPE管道在市政、工业管道应用领域有很大的市场,HDPE管道具有如上诸多优点,但是也存在模量和强度相对PVC或者PP类管道偏低的不足。目前,对HDPE管道增强一是通过管道结构的设计,比如PE双壁波纹管、PE缠绕结构壁管的出现;二是在PE聚合时对分子结构进行设计,如双峰HDPE、超高分子量PE等;三是通过共混的方法对HDPE进行复合改性,如有机、无机刚性粒子改性,成核剂改性等。
以往HDPE材料共混增强改性的方法通常是加入无机粒子,一方面是利用无机粒子的刚性起到增强增刚的作用,二是作为填料降低成本。但是这种方法往往需要对无机粒子表面改性,以增强与HDPE基料的相容性,并且无机粒子的类型、粒径大小、表面处理方式等都对改性后的HDPE性能有很大影响。
因此,开发一种强度高、模量高且可保持HDPE材料自身高韧性的HDPE复合材料具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中HDPE材料强度低,模量低的缺点,提供一种超高分子量聚乙烯材料增强的HDPE复合材料。本发明利用UHMWPE材料强度高、模量大,与HDPE树脂相容性好的特点,对HDPE管道专用料进行复合改性得到HDPE复合材料,本发明提供的HDPE复合材料在保持HDPE材料自身高韧性的基础上,显著提高了材料的强度、模量。
本发明的另一目的在于提供上述HDPE复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述HDPE复合材料在制备市政管道产品或工业管道产品中的应用。
为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
一种超高分子量聚乙烯材料增强的HDPE复合材料,由如下质量份数的组分组成:
高密度聚乙烯树脂 100份;
UHMWPE树脂 20~100份;
流动改善剂 2~15份;
抗氧剂 0.1~5份;
色母 0.5~3份。
本发明提供的超高分子量聚乙烯材料增强的HDPE复合材料,通过共混改性的方法,利用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)强度高、模量大、与HDPE树脂相容性好特点,将UHMWPE材料作为增强改性剂与高密度聚乙烯树脂(HDPE)材料进行复合改性,得到一种增强型的HDPE/UHMWPE复合改性材料。本发明提供的超高分子量聚乙烯材料增强的HDPE复合材料在保持HDPE材料自身高韧性的基础上,提高了材料的强度、模量,最终达到提高HDPE管道模量和强度的目的。
优选地,所述HDPE复合材料由如下质量份数的组分组成:
高密度聚乙烯树脂 100份;
UHMWPE树脂 30~90份;
流动改善剂 5~15份;
抗氧剂 0.1~2份;
色母 1~2份。
更为优选地,所述HDPE复合材料由如下质量份数的组分组成:
高密度聚乙烯树脂 100份;
UHMWPE树脂 40份;
流动改善剂 10份;
抗氧剂 0.4份;
色母 2份。
优选地,所述的高密度聚乙烯树脂的密度为0.941~0.965g/cm3,190℃/5.0kg下的熔体质量流动速率为0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE是一种分子量大于150万的线型聚乙烯,其分子链极长,强度、韧性和热稳定性能等相当突出。与HDPE共混改性,能够利用其超长的分子链在HDPE基体中形成物理缠结,提高HDPE材料的强度和韧性。
优选地,所述的UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,190℃/21.6kg下的熔体质量流动速率≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
优选地,所述的流动改善剂为PE蜡、LLDPE或MDPE中的一种或几种。
优选地,所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的一种或几种。
上述HDPE复合材料的制备方法,包括如下步骤:
S1:将高密度聚乙烯树脂、UHMWPE树脂、流动改善剂和部分抗氧剂混合均匀后,挤出、冷却、造粒,得到增强HDPE复合母粒;
S2:将增强HDPE复合母粒、剩余抗氧剂和色母混合后,挤出成型即得所述的超高分子量聚乙烯增强的HDPE复合材料。
优选地,S1中采用双螺杆挤出机挤出,所述双螺杆挤出机的温度为160~220℃;S2中的采用双螺杆挤出机挤出,所述双螺杆挤出机的的机筒前段温度180~240℃,机筒后段温度为160~180℃,模头温度170~220℃。
上述HDPE复合材料在制备市政管道产品或工业管道产品中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明利用UHMWPE材料强度高、模量大,与HDPE树脂相容性好的特点,对HDPE管道专用料进行复合改性,得到的超高分子量聚乙烯材料增强的HDPE复合材料既可提高复合材料的强度和模量,又可保持HDPE材料自身高韧性,可广泛应用于制备市政管道产品或工业管道产品。
具体实施方式
下面结合实施例和对照例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述,但本发明不限于此。下述实施例和对照例中所用的试验方法如无特殊说明,均为常规方法,所使用的原料,试剂等,如无特殊说明,均为可从常规市购等商业途径得到的原料和试剂。
实施例1
按质量份数将100份HDPE树脂、20份UHMWPE树脂、5份PE蜡、0.3份抗氧剂1010混合,加入双螺杆挤出机中挤出、造粒冷却得到UHMWPE增强HDPE复合母粒;再将上述增强HDPE复合母粒、0.1份抗氧剂168、2份色母混合后挤出成管材。
所述的双螺杆挤出机的温度为180~220℃,管材挤出温度为160~220℃。
HDPE树脂的密度为0.941~0.965gg/cm3,熔体质量流动速率(190℃/5.0kg)0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/21.6kg)≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
实施例2
按质量份数将100份HDPE树脂、30份UHMWPE树脂、8份PE蜡、0.3份抗氧剂1010混合,加入双螺杆挤出机中挤出、造粒冷却得到UHMWPE增强HDPE复合母粒;再将上述增强HDPE复合母粒、0.1份抗氧剂168、2份色母混合后挤出成管材。
所述的双螺杆挤出机的温度为180~220℃,管材挤出温度为160~220℃。
HDPE树脂的密度为0.941~0.965gg/cm3,熔体质量流动速率(190℃/5.0kg)0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/21.6kg)≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
实施例3
按质量份数将100份HDPE树脂、40份UHMWPE树脂、10份PE蜡、0.3份抗氧剂1010混合,加入双螺杆挤出机中挤出、造粒冷却得到UHMWPE增强HDPE复合母粒;再将上述增强HDPE复合母粒、0.1份抗氧剂168、2份色母混合后挤出成管材。
所述的双螺杆挤出机的温度为180~220℃,管材挤出温度为160~220℃。
HDPE树脂的密度为0.941~0.965gg/cm3,熔体质量流动速率(190℃/5.0kg)0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/21.6kg)≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
实施例4
本实施例由100份HDPE树脂、20份UHMWPE树脂、2份PE蜡、0.1份抗氧剂、3份色母组成。
HDPE树脂的密度为0.941~0.965gg/cm3,熔体质量流动速率(190℃/5.0kg)0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/21.6kg)≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
按质量份数将100份HDPE树脂、20份UHMWPE树脂、2份PE蜡、0.07份抗氧剂1010混合,加入双螺杆挤出机中挤出、造粒冷却得到UHMWPE增强HDPE复合母粒;再将上述HDPE复合母粒、0.03份抗氧剂168、3份色母混合后挤出成管材。
实施例5
本实施例由100份HDPE树脂、100份UHMWPE树脂、15份PE蜡、5份抗氧剂、0.5份色母组成。
HDPE树脂的密度为0.941~0.965gg/cm3,熔体质量流动速率(190℃/5.0kg)0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/21.6kg)≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
按质量份数将100份HDPE树脂、100份UHMWPE树脂、15份PE蜡、3.5份抗氧剂1010混合,加入双螺杆挤出机中挤出、造粒冷却得到UHMWPE增强HDPE复合母粒;再将上述HDPE复合母粒、1.5份抗氧剂168、0.5份色母混合后挤出成管材。
实施例6
本实施例由100份HDPE树脂、30份UHMWPE树脂、5份PE蜡、0.1份抗氧剂、1份色母组成。
HDPE树脂的密度为0.941~0.965gg/cm3,熔体质量流动速率(190℃/5.0kg)0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/21.6kg)≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
按质量份数将100份HDPE树脂、30份UHMWPE树脂、5份PE蜡、0.07份抗氧剂1010混合,加入双螺杆挤出机中挤出、造粒冷却得到UHMWPE增强HDPE复合母粒;再将上述HDPE复合母粒、0.03份抗氧剂168、1份色母混合后挤出成管材。
实施例7
本实施例由100份HDPE树脂、90份UHMWPE树脂、15份PE蜡、2份抗氧剂、2份色母组成。
HDPE树脂的密度为0.941~0.965gg/cm3,熔体质量流动速率(190℃/5.0kg)0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/21.6kg)≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
按质量份数将100份HDPE树脂、90份UHMWPE树脂、15份PE蜡、1.4份抗氧剂1010混合,加入双螺杆挤出机中挤出、造粒冷却得到UHMWPE增强HDPE复合母粒;再将上述HDPE复合母粒、0.6份抗氧剂168、2份色母混合后挤出成管材。
实施例8
本实施例由100份HDPE树脂、20份UHMWPE树脂、5份PE蜡、0.4份抗氧剂、2份色母组成。
HDPE树脂的密度为0.941~0.965g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/5.0kg)2.0~3.5g/10min,屈服强度≥22MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/21.6kg)≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
按质量份数将100份HDPE树脂、20份UHMWPE树脂、5份PE蜡、0.3份抗氧剂1010混合,加入双螺杆挤出机中挤出、造粒冷却得到UHMWPE增强HDPE复合母粒;再将上述HDPE复合母粒、0.1份抗氧剂168、2份色母混合后挤出成管材。
实施例9
本实施例由100份HDPE树脂、20份UHMWPE树脂、5份PE蜡、0.4份抗氧剂、2份色母组成。
HDPE树脂的密度为0.941~0.965gg/cm3,熔体质量流动速率(190℃/5.0kg)0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率(190℃/21.6kg)≤0.1g/10min,屈服强度为28~30MPa,粘均分子量≥300万。
按质量份数将100份HDPE树脂、20份UHMWPE树脂、5份PE蜡、0.3份抗氧剂1010混合,加入双螺杆挤出机中挤出、造粒冷却得到UHMWPE增强HDPE复合母粒;再将上述HDPE复合母粒、0.1份抗氧剂168、2份色母混合后挤出成管材。
对比例1
按质量份数将100份HDPE树脂、0.3份抗氧剂1010,2份色母混合挤出成管材,挤出温度为160~220℃。
对比例2
按质量份数将100份UHMWPE树脂、5份PE蜡、0.3份抗氧剂1010、2份色母混合挤出成管材,挤出温度为160~220℃。
对比例3
按质量份数将100份HDPE树脂、5份碳酸钙、0.3份抗氧剂1010、2份色母混合挤出成管材,挤出温度为160~220℃。
性能测试
对实施例1~7及对比例1~3制备得到的HDPE管材进行性能测试。结果如表1。
表1 性能测试结果
从上述实施例及对比例的结果可以看出,通过UHMWPE改性的HDPE管材的拉伸屈服强度和弯曲模量明显提高,也保持较高的韧性。而对比例1是未改性的HDPE管材,其强度和模量都较低,与完全采用UHMWPE树脂的对比例2相比有较大差距,对比例3采用了无机粒子碳酸钙增强,虽然强度和模量增加明显,但是会导致静液压强度和断裂伸长率的指标较低。由此可知,本发明提供的UHMWPE增强的HDPE管在保持较高的韧性的同时,还具有优异的强度和模量,具有优良的承载能力和应用可靠性。
最后应当指出的是,以上实施例仅是本发明的具有代表性的例子。显然,本发明的技术方案并不限于上述实施例,还可有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明内容直接导出或联想到所有变形,均应认为是本发明的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种超高分子量聚乙烯材料增强的HDPE复合材料,其特征在于,由如下质量份数的组分组成:
高密度聚乙烯树脂 100份;
UHMWPE树脂 20~100份;
流动改善剂 2~15份;
抗氧剂 0.1~5份;
色母 0.5~3份。
2.根据权利要求1所述HDPE复合材料,其特征在于,所述HDPE复合材料由如下质量份数的组分组成:
高密度聚乙烯树脂 100份;
UHMWPE树脂 30~90份;
流动改善剂 5~15份;
抗氧剂 0.1~2份;
色母 1~2份。
3.根据权利要求2所述HDPE复合材料,其特征在于,所述HDPE复合材料由如下质量份数的组分组成:
高密度聚乙烯树脂 100份;
UHMWPE树脂 40份;
流动改善剂 10份;
抗氧剂 0.4份;
色母 2份。
4.根据权利要求1所述HDPE复合材料,其特征在于,所述的高密度聚乙烯树脂的密度为0.941~0.965g/cm3,190℃/5.0kg下的熔体质量流动速率为0.5~1.4g/10min,屈服强度≥24MPa,断裂伸长率≥350%。
5.根据权利要求1所述HDPE复合材料,其特征在于,所述的UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3,熔体质量流动速率≤0.1g/10min,屈服强度为25~30MPa,粘均分子量≥150万。
6.根据权利要求1所述HDPE复合材料,其特征在于,所述的流动改善剂为PE蜡、LLDPE或MDPE中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述HDPE复合材料,其特征在于,所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的一种或几种。
8.权利要求1~7任一所述HDPE复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将高密度聚乙烯树脂、UHMWPE树脂、流动改善剂和部分抗氧剂混合均匀后,挤出、冷却、造粒,得到增强HDPE复合母粒;
S2:将增强HDPE复合母粒、剩余抗氧剂和色母混合后,挤出成型即得所述的超高分子量聚乙烯增强的HDPE复合材料。
9.根据权利要求8所述HDPE复合材料的制备方法,其特征在于,S1中采用双螺杆挤出机挤出,所述双螺杆挤出机的温度为160~220℃;S2中的采用双螺杆挤出机挤出,所述双螺杆挤出机的的机筒前段温度180~240℃,机筒后段温度为160~180℃,模头温度170~220℃。
10.权利要求1~7任一所述HDPE复合材料在制备市政管道产品或工业管道产品中的应用。
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