CN111607152B - 一种高耐磨***联聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨***联聚乙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨***联聚乙烯材料及其制备方法，属于高分子加工技术领域。该材料具体由以下材料组成：100‑120重量份高密度聚乙烯、15‑30重量份低密度聚乙烯、20‑30份交联母料、0.5‑2重量份的抗氧母料、1‑8份的环氧树脂、0.1‑1份的固化剂和1‑5份的无机填料。将上述物料混合均匀后放入温度为140‑190℃的对辊挤出机中混合熔融，挤出造粒。本发明公开的交联聚乙烯材料具有良好的耐磨性和力学性能。

Description

一种高耐磨***联聚乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料加工领域，尤其是涉及一种高耐磨***联聚乙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯具有良好的物理和化学稳定性，在存储、运输、建筑、生活用品中得到广泛的应用，但是目前的聚乙烯材料在耐摩擦、耐刮擦等方面的性质相对较弱，因此需要进行改进和提升。
专利CN 103725157 A公开了一种防腐耐磨的聚乙烯管材，包括管体和防腐耐磨层，该防腐耐磨层的组成成分按重量份计数如下：环氧树脂80-120份、聚氨酯80-120份、煤沥青30-60份、固化剂18-32份、防锈剂22-45份、润滑剂6-26份、白油30-180份、三氧化二铝1.5-8份、二氧化铜5-12份、二甲苯8-15份、正丁酯3-10份。该专利包括聚乙烯管体和防腐耐磨层，材料制备过程中需要分成两部分进行，并未实现防腐耐磨与管体的融合，制备工艺较为复杂；除此以外，防腐耐磨层中的环氧树脂、聚氨酯和煤沥青的含量均较高，制备成本较大。
专利CN 1015924768 A公开了一种阻燃耐磨聚丙烯电缆材料，其原料按重量份包括：聚丙烯60-80份、改性聚氨酯30-40份、炭黑20-30份、轻质碳酸钙15-25份、高岭土10-15份、乙酰柠檬酸三辛酯3-4份、环氧大豆油1-2份、微胶囊化红磷20-30份、硼酸锌5-10份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1-2份、过氧化二异丙苯1-3份、硫磺0.2-0.4份、促进剂0.1-0.3份、促进剂CZ0.3-0.5份、Ca/Zn复合稳定剂1-2份、稀土稳定剂1-2份、双丁基二氯化锡1-2份、防老剂MB0.2-0.3份、防老剂RD0.1-0.3份，硅酮粉2-4份。该专利采用改性的聚氨酯对聚丙烯进行改性，改性聚氨酯需要提前进行制备，增加了制备工艺和成本；另外，该材料中还添加了大量的稳定剂、抗氧化剂、促进剂和交联剂，添加种类较多，进一步增加了操作的复杂性。
专利CN 106589521 A公开了一种阻燃耐磨PE塑料管材，其由以下重量份原料制成：高密度聚乙烯70-78份、乙烯-辛烯嵌段型共聚物18-24份、古马隆树脂15-20份、二氧化硅5-9份、黄丹12-14份、邻苯二甲酸二甲酐4-9份、硅烷偶联剂KH5600 6-10份、环氧树脂20-25份、膨润土10-15份、亚磷酸三苯酯5-9份。该专利不仅采用古马隆树脂对聚乙烯进行树脂基体的重新调配，而且还采用环氧树脂、硅烷偶联剂对聚乙烯进行改性，最后还增加了膨润土、酸酐对树脂进行增强处理，集成了多种调配方式，添加改性剂的材料种类较多，较为复杂。
发明内容
针对上述问题，本申请提供了一种制备方法简单的高耐磨交联聚乙烯材料及其制备方法。本发明向聚乙烯树脂中引入了交联剂形成交联体系，同时引入强粘结性、优良力学和耐磨性能的粘结剂进一步对聚乙烯进行增强，添加剂种类较少，制备工艺简单、制备的材料耐磨性好、力学性能优良。
本发明的技术方案如下：
一种高耐磨***联聚乙烯材料，该材料主要由按重量份数计的以下组分组成：
高密度聚乙烯100-120份；
低密度聚乙烯15-30份；
交联母料20-30份；
抗氧母料0.5-2份；
无机填料1-5份；
环氧树脂1-8份；
固化剂0.1-1份。
所述交联母料的制备方法为：将过氧化物交联剂、交联促进剂、高密度聚乙烯按照质量比(1-10):(0.01-0.5):100均匀混合后，在温度为140-190℃的双对辊挤出机中熔融混合，挤出造粒。
所述过氧化物交联剂选自于烷基过氧化物、芳基过氧化物、酰基过氧化物和酮过氧化物中的至少一种；所述交联促进剂选自于1,2聚丁二烯、对苯二甲酸二烯丙酯(DATP)、二乙烯基苯(DVB)、三聚氰酸三烯丙酯(TAC)、三烯丙基异氰酸酯(TAIC)及其衍生物中的至少一种。
所述抗氧母料的制备方法为：将抗氧剂与高密度聚乙烯树脂按照质量比为(0.001-0.03):100均匀混合后，在温度为140-190℃的对辊挤出中熔融混合，挤出造粒；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或者硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
所述无机填料包括石墨粉、滑石粉、金刚砂和石英粉中的至少一种。
所述环氧树脂为热塑性固体粉末。
所述固化剂为隐藏性固化剂，即固化反应温度高于140℃；
所述隐藏性固化剂为酸酐类或者芳香类固化剂；
一种高耐磨***联聚乙烯材料的制备方法：将高密度聚乙烯树脂、低密度聚乙烯树脂、交联母料、抗氧母料、环氧树脂、固化剂和无机填料按照一定的质量比均匀混合，混合物在双螺杆挤出机或者密炼机中于140～190℃、90-120rpm条件下熔融共混，挤出造粒；将制备的聚乙烯材料于210-230℃、100MPa的压片机中压制30min，随后10min降温至60℃，泄压后取出板材即可；冷却得到最终制品。
该材料制备方法简单、原料均可实现工业化生产和连续供给，耐磨性能良好、粘结性能良好、力学性能优良，且涂覆层表面平整，无气泡和缺陷。
本发明有益的技术效果在于：
(1)聚乙烯树脂体系中引入了交联剂形成交联体系，该交联聚乙烯材料具有较高的耐磨性能，在此基础上只需添加少量的高性能的粘结剂，即可实现提升材料的耐磨性能的要求。
(2)本申请提供的制备方法简单、所需添加的辅助剂种类较少，工业化基础牢固，更易于实现工业化和产业化推广。
具体实施方式
以下实施例中，所涉及的性能测试方法如下：
1、磨损率测试
根据GB5478-85测定交联聚乙烯产品的磨损率，测试方法如下：将压制的板材裁成尺寸为100mm×100mm，在板材中心开一个直径为6.5mm的孔，称取其重量，标记为M1；缓慢放下砂轮和吸尘器，每一个试样连续运转1000转，砂轮的转速为60r/min；运转停止后，用清洁布擦去粉末杂质，称取试样质量M2；质量磨损为Mr＝M1-M2。每组试样不少于5个。
2、弯曲强度测试
根据GB/T9341-2000测定其弯曲强度，测试方法如下：将板材裁成长度为80mm，宽度为10mm的长条状，测量试样中部的宽度和厚度；调节跨度L＝60mm，设置试验速度为2mm/min；把试样对称放在两个支座上，并与跨度中心施加力量。最后读取弯曲应力和弯曲模量数值。
3、抗冲击强度测试
根据GB/T1043-93测试抗冲击强度，测试方法如下：将板材裁成长度为80mm，宽度为10mm的长条状，测量试样中部的宽度和厚度；根据试破坏时所需要的能量选择摆锤，平缓释放摆锤，从度盘上读取冲击能量。每组试样不少于10个。
4、邵氏硬度测试
根据GB/T2411-1980邵氏硬度测试标准，其测试方法如下：把试样置于测试架的试样平台上，使压针头离试样边缘至少12mm，平稳而无冲击地使硬度计在规定重锤的作用下压在试样上，从下压板与试样完全接触15秒后立即读数。如果规定要瞬时读数，则下压板与试样完全接触后1秒内读数。每组试样不少于5个。
实施例1-4：
HDPE I 8007(熔融指数为8.2g/10min，密度为0.965g/cm3)由中石化独山子公司提供。
HDPE II 2911(熔融指数为20g/10min，密度为0.960g/cm3)由中石化独山子公司提供。
LLDPE 7042(熔融指数为2g/10min，密度为0.924g/cm3)由神华公司提供。
交联母料制备：过氧化物交联剂为过氧化二叔丁基；交联促进剂为三丙烯基异氰脲酸酯(TAIC)，高密度聚乙烯树脂是HDPE I 8007，三者的质量比为10:0.1:100；均匀混合后放入140℃对辊挤出机中熔融混合，挤出造粒。
抗氧母料制备：抗氧剂1010和高密度聚乙烯8007均匀混合，放入140℃对辊挤出机中均匀混合，挤出造粒。
环氧树脂为纯热塑性环氧树脂粉末E-15；固化剂为己二酸二酰肼；无机填料为120目的石英砂。
取一定质量的高密度聚乙烯II、低密度聚乙烯、交联母料、抗氧母料、热塑性环氧树脂粉末、固化剂和石英砂，均匀混合上述物料，放入温度为140℃以及转速为120rpm下的双螺杆挤出机挤出制备实施例1-4的高粘结***联聚乙烯组合物，然后切割造粒，经塑料磨粉机磨成粉末，各种组分的具体型号和含量如表1所示。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
HDPE II 2911 100 120 110 120
LLDPE 7042 30 25 15 28
交联母料 30 28 22 21
抗氧母料 2 0.6 0.4 2
环氧树脂 5 8 6 7
固化剂 0.5 0.8 0.6 0.7
无机填料 3 2 1 4
将上述制备的高耐磨***联聚乙烯粉末放置于4mm左右厚度的磨具中，在220℃、100MPa的压片机中压制30min，随后10min降温至60℃，泄压后取出板材即可；冷却得到4mm左右厚度的板材，根据GB5478-85测定交联聚乙烯材料的耐磨损率，根据GB/T9341-2000测定其弯曲强度和GB/T1043-93测试抗冲击强度，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002563748960000041
Figure BDA0002563748960000051
对比例1-4：
HDPE I 8007(熔融指数为8.2g/10min，密度为0.965g/cm3)由中石化独山子公司提供
HDPEII 2911(熔融指数为20g/10min，密度为0.960g/cm3)由中石化独山子公司提供。
LLDPE 7042(熔融指数为2g/10min，密度为0.924g/cm3)由神华公司提供。
交联母料制备：交联剂为过氧化二叔丁基；交联促进剂为三丙烯基异氰脲酸酯(TAIC)，HDPE I 8007，三者的质量比为10:0.1:100；均匀混合后放入140℃对辊挤出机中熔融混合，挤出造粒。
抗氧母料制备：抗氧剂1010和高密度聚乙烯8007均匀混合，放入140℃对辊挤出机中均匀混合，挤出造粒。
取一定质量的高密度聚乙烯II、低密度聚乙烯、交联母料、抗氧母料、热塑性环氧树脂粉末E-15、固化剂己二酸二酰肼和石英砂扥莫，均匀混合上述物料，放入温度为140℃以及转速为120rpm下的双螺杆挤出机挤出制备对比例1-4的高粘结***联聚乙烯组合物，然后切割造粒，经塑料磨粉机磨成粉末。各种组分的具体型号和含量如表3所示。
表3
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
HDPEII 2911 100 120 110 120
LLDPE 7042 30 25 15 28
交联母料 30 28 22 21
抗氧母料 2 0.6 0.4 2
环氧树脂 -- 8 -- --
固化剂 0.5 -- -- --
无机填料 3 2 1 --
将上述制备的高耐磨***联聚乙烯粉末放置于4mm左右厚度的磨具中，在220℃、100MPa的压片机中压制30min，随后10min降温至60℃，泄压后取出板材即可；冷却得到4mm左右厚度的板材。根据GB5478-85测定交联聚乙烯材料的耐磨损率，根据GB/T9341-2000测定其弯曲强度和GB/T1043-93测试抗冲击强度，测试结果如表4所示。
表4
磨损率/％ 硬度/A 冲击强度/kJ/mm<sup>2</sup> 弯曲强度/MPa
对比例1 0.124 97 53.44 430.27
对比例2 0.855 91 60.90 394.63
对比例3 0.424 90.5 53.44 375.15
对比例4 0.895 82 48.46 425.44
由表2与表4所列数据对比可知，本申请所保护的交联聚乙烯材料的耐磨性好、力学性能优良。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高耐磨***联聚乙烯材料，其特征在于，高耐磨***联聚乙烯材料按重量份数计的以下组分组成：
高密度聚乙烯100-120份；
低密度聚乙烯15-30份；
交联母料20-30份；
抗氧母料0.5-2份；
无机填料1-5份；
环氧树脂1-8份；
固化剂0.1-1份；
所述交联母料的制备方法为：将过氧化物交联剂、交联促进剂、高密度聚乙烯按照质量比1-10:0.01-0.5:100均匀混合后，在温度为140-190℃的双对辊挤出机中熔融混合，挤出造粒；
所述抗氧母料的制备方法为：将抗氧剂与高密度聚乙烯树脂按照质量比为0.001-0.03:100均匀混合后，在温度为140-190℃的对辊挤出中熔融混合，挤出造粒；
所述过氧化物交联剂为烷基过氧化物、芳基过氧化物、酰基过氧化物、酮过氧化物中的至少一种；所述交联促进剂为1,2聚丁二烯、对苯二甲酸二烯丙酯、二乙烯基苯、三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰酸酯及其衍生物中的至少一种；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或者硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种；无机填料为石墨粉、滑石粉、金刚砂、石英粉中的至少一种；所述固化剂为酸酐类或者芳香类固化剂。
2.如权利要求1所述的高耐磨***联聚乙烯材料，其特征在于，所述环氧树脂为热塑性固体粉末。
3.如权利要求1所述的高耐磨***联聚乙烯材料，其特征在于，所述的固化剂的固化反应温度高于140℃。
4.权利要求1-3任一所述的一种高耐磨***联聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，将高密度聚乙烯树脂、低密度聚乙烯树脂、交联母料、抗氧母料、环氧树脂、固化剂和无机填料按照一定的质量比均匀混合，混合物在双螺杆挤出机或者密炼机中于140～190℃、90-120rpm条件下熔融共混，挤出造粒；将制备的聚乙烯材料于210-230℃、100MPa的压片机中压制30min，随后10min降温至60℃，泄压后取出板材即可；冷却得到最终制品。
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