CN111944222A - 一种高强度聚乙烯材料的制备方法 - Google Patents

一种高强度聚乙烯材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，公开了一种高强度聚乙烯材料的制备方法，其技术方案要点包括如下步骤：步骤1、按照质量份，称取各组分；步骤2、混合；步骤3、造粒并获得颗粒料；步骤4、通过双螺杆挤出机内，挤出成初代复合材料线束；步骤5、对步骤4中的初代复合材料线束外侧磨砂，并涂布粘合剂，所述粘合剂的厚度为0.2‑0.4mm；步骤6、在粘合剂外侧粘合铝粉层，所述铝粉层的厚度为0.08‑0.1mm；步骤7、重复步骤5、6，获得复合材料线束成品；步骤8、将复合材料线束成品固定在辊轴上滚动6min定型；步骤9、将定型的复合材料线束成品切割、打碎，检验合格入库。本发明具有获得的聚乙烯材料具有结构强度大的效果，并在制成产品后不易开裂，使用寿命长。

Description

一种高强度聚乙烯材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种高强度聚乙烯材料的制备方法。
背景技术
聚乙烯是乙烯经过聚合得到的热塑性树脂。聚乙烯无臭、无毒，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。HDPE树脂由于具有拉伸强度高、耐压性与刚性强，因此常用于生产PE排污管；与此同时，HDPE 树脂具有熔融粘度小、流动性好以及易加工的特点，因而对其熔体指数的选择范围也较宽，通常MI在0.3-3g/10min之间。
公开号为CN108239323A的中国专利公开了一种磷石膏与赤泥填充PE排水管的方法，该方法以废弃物-磷石膏和赤泥为原料，具体步骤如下：(1)将磷石膏经脱水、烘干、粉碎，添加铝酸酯偶联剂、硬脂酸、相溶剂得到活化的磷石膏；(2)将赤泥经脱水、烘干、粉碎，添加铝酸酯偶联剂、硬脂酸、相溶剂得到活化的赤泥；(3)将活化磷石膏、活化赤泥、PE基料俺一定比例混合后挤出得到母粒；(4)对步骤(3)中的母粒进行性能测试；(5)将步骤(4)中的母粒、PE原料、色母、清泡剂混合后然后挤出混合物；(6)将步骤(5)中的挤出利用成型模型进行管材成型；(7)检测。
但是由于采用上述的复合材料制备的PE排水管的结构强度低，机械抗冲击能力弱，进而将导致该PE排水管的管道在受压后极易破裂，进而在影响到污水的正常排放的同时显著增加维修维护的费用，有待改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度聚乙烯材料的制备方法，解决聚乙烯材料强度不足并导致相应的产品破损而影响到使用安全性的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高强度聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照质量份，称取80-100份高密度聚乙烯、20-30份乙烯基有机硅树脂、8-12份硅树脂、4-6份低密度聚乙烯、2-4份增塑剂、2-4份聚丙烯酸钠、1-2份海泡石、1-2份蒙脱土、1-2份抗氧剂、0.1-0.5份着色剂以及0.4-0.6份硬脂酸；
步骤2、将步骤1中称取的各重量份的组份加入70-80℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤3、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为180-200℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.6-2.2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤4、将步骤3中的颗粒料以及3-5份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为180-200℃，挤出成初代复合材料线束；
步骤5、对步骤4中的初代复合材料线束外侧磨砂，粗细度为200-400目，并涂布粘合剂，所述粘合剂的厚度为0.2-0.4mm；
步骤6、在粘合剂的外侧粘合铝粉层，所述铝粉层的厚度为0.08-0.1mm；
步骤7、重复2至3次步骤5与步骤6，获得复合材料线束成品；
步骤8、设置温度为50-60℃且压力为3个大气压，将复合材料线束成品固定在辊轴上滚动6min定型；
步骤9、将定型的复合材料线束切割，检验合格后入库。
通过采用上述技术方案，获得的聚乙烯材料具有结构强度大、不易开裂且使用寿命长的特点。
本发明的进一步设置为：所述增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯。
通过采用上述技术方案，邻苯二甲酸二乙酯起到改善高分子材料的性能、降低生产成本并提高生产效益的作用，通过减弱树脂分子间的次价键，有效增加分子键的移动性，进而在降低树脂分子的结晶性后增加树脂分子的可塑性与柔韧性，降低该聚乙烯材料的加工难度。
本发明的进一步设置为：所述抗氧剂包括重量比为1：1的抗氧剂264和抗氧剂1010。
通过采用上述技术方案，抗氧剂1010的熔点较高，在120-125℃之间，具有热稳定性高的特点，适于高温条件下使用，进而将起到延长制品使用寿命的作用；而抗氧剂264的熔点较低，在69-71℃之间，具有无臭、无味以及良好的热稳定性的特点，因此抗氧剂1010与抗氧剂264相互配合将有效防止该聚乙烯材料与氧气反应而缩短使用寿命。
本发明的进一步设置为：所述着色剂为碳黑。
通过采用上述技术方案，炭黑的表面具有多种不同的含氧官能团如羧基、内脂基、酚基、羰基等，从而在紫外线将塑料表面的分子分解成自由基时，该多种含氧官能团与生成的自由基发生结合反应，起到消除这些基团的作用，防止聚合物的进一步分解。
本发明的进一步设置为：所述粘合剂包括按重量份组份比为60:1的聚氨酯和硅烷偶联剂。
通过采用上述技术方案，聚氨酯在高温下熔融形成粘合剂主料，又由于硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间时将会形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，起到有效提升该聚乙烯材料结构强度的作用。
本发明的有益效果是：
1.通过显著提升该聚乙烯材料制备的产品的结构强度，达到在制成相应的产品后有效减少或避免后期的维修维护费用的目的，同时有效避免因产品破损而影响到使用安全性；
2.显著提升该聚乙烯材料的结构强度且使得该聚乙烯材料具有抗压性能强的效果；
3.在有效解决生产的产品因强度不足而导致的损坏问题，进而显著延长通过该聚乙烯材料制备的产品的使用寿命。
具体实施方式
下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种高强度聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照质量份，称取80份高密度聚乙烯、20份乙烯基有机硅树脂、8份硅树脂、4份低密度聚乙烯、2份邻苯二甲酸二乙酯、2份聚丙烯酸钠、1份海泡石、1份蒙脱土、0.5份抗氧剂264、0.5份抗氧剂1010、0.1份碳黑以及0.4份硬脂酸；
步骤2、将步骤1中称取的各重量份的组份加入76℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤3、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为184℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.6-2.2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤4、将步骤3中的颗粒料以及3份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为180℃，挤出成初代复合材料线束；
步骤5、对步骤4中的初代复合材料线束外侧磨砂，粗细度为200目，并涂布粘合剂，所述粘合剂的厚度为0.2-0.4mm，且所述粘合剂由按重量份组份比为60:1的聚氨酯和硅烷偶联剂组成；
步骤6、在粘合剂的外侧粘合铝粉层，所述铝粉层的厚度为0.08-0.1mm；
步骤7、重复2次步骤5与步骤6,获得复合材料线束成品；
步骤8、设置温度为52℃且压力为3个大气压，将复合材料线束成品固定在辊轴上滚动6min定型；
步骤9、将定型的复合材料线束切割、打碎，检验合格后入库。
实施例二
一种高强度聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照质量份，称取85份高密度聚乙烯、23份乙烯基有机硅树脂、8份硅树脂、4份低密度聚乙烯、2份邻苯二甲酸二乙酯、2份聚丙烯酸钠、1份海泡石、1份蒙脱土、0.6份抗氧剂264、0.6份抗氧剂1010、0.2份碳黑以及0.4份硬脂酸；
步骤2、将步骤1中称取的各重量份的组份加入78℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤3、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为189℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.6-2.2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤4、将步骤3中的颗粒料以及3份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为192℃，挤出成初代复合材料线束；
步骤5、对步骤4中的初代复合材料线束外侧磨砂，粗细度为230目，并涂布粘合剂，所述粘合剂的厚度为0.2-0.4mm，且所述粘合剂由按重量份组份比为60:1的聚氨酯和硅烷偶联剂组成；
步骤6、在粘合剂的外侧粘合铝粉层，所述铝粉层的厚度为0.08-0.1mm；
步骤7、重复2次步骤5与步骤6,获得复合材料线束成品；
步骤8、设置温度为54℃且压力为3个大气压，将复合材料线束成品固定在辊轴上滚动6min定型；
步骤9、将定型的复合材料线束切割、打碎，检验合格后入库。
实施例三
一种高强度聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照质量份，称取90份高密度聚乙烯、25份乙烯基有机硅树脂、10份硅树脂、5份低密度聚乙烯、3份邻苯二甲酸二乙酯、3份聚丙烯酸钠、1.5份海泡石、1.5份蒙脱土、0.8份抗氧剂264、0.8份抗氧剂1010、0.3份碳黑以及0.5份硬脂酸；
步骤2、将步骤1中称取的各重量份的组份加入73℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤3、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为196℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.6-2.2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤4、将步骤3中的颗粒料以及4份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为190℃，挤出成初代复合材料线束；
步骤5、对步骤4中的初代复合材料线束外侧磨砂，粗细度为270目，并涂布粘合剂，所述粘合剂的厚度为0.2-0.4mm，且所述粘合剂由按重量份组份比为60:1的聚氨酯和硅烷偶联剂组成；
步骤6、在粘合剂的外侧粘合铝粉层，所述铝粉层的厚度为0.08-0.1mm；
步骤7、重复2次步骤5与步骤6,获得复合材料线束成品；
步骤8、设置温度为56℃且压力为3个大气压，将复合材料线束成品固定在辊轴上滚动6min定型；
步骤9、将定型的复合材料线束切割、打碎，检验合格后入库。
实施例四
一种高强度聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照质量份，称取95份高密度聚乙烯、27份乙烯基有机硅树脂、12份硅树脂、6份低密度聚乙烯、4份邻苯二甲酸二乙酯、4份聚丙烯酸钠、2份海泡石、2份蒙脱土、0.9份抗氧剂264、0.9份抗氧剂1010、0.4份碳黑以及0.6份硬脂酸；
步骤2、将步骤1中称取的各重量份的组份加入77℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤3、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为182℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.6-2.2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤4、将步骤3中的颗粒料以及5份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为195℃，挤出成初代复合材料线束；
步骤5、对步骤4中的初代复合材料线束外侧磨砂，粗细度为325目，并涂布粘合剂，所述粘合剂的厚度为0.2-0.4mm，且所述粘合剂由按重量份组份比为60:1的聚氨酯和硅烷偶联剂组成；
步骤6、在粘合剂的外侧粘合铝粉层，所述铝粉层的厚度为0.08-0.1mm；
步骤7、重复3次步骤5与步骤6,获得复合材料线束成品；
步骤8、设置温度为59℃且压力为3个大气压，将复合材料线束成品固定在辊轴上滚动6min定型；
步骤9、将定型的复合材料线束切割、打碎，检验合格后入库。
实施例五
一种高强度聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照质量份，称取100份高密度聚乙烯、30份乙烯基有机硅树脂、12份硅树脂、6份低密度聚乙烯、4份邻苯二甲酸二乙酯、4份聚丙烯酸钠、2份海泡石、2份蒙脱土、1份抗氧剂264、1份抗氧剂1010、0.5份碳黑以及0.6份硬脂酸；
步骤2、将步骤1中称取的各重量份的组份加入74℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤3、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为195℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.6-2.2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤4、将步骤3中的颗粒料以及5份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为200℃，挤出成初代复合材料线束；
步骤5、对步骤4中的初代复合材料线束外侧磨砂，粗细度为400目，并涂布粘合剂，所述粘合剂的厚度为0.2-0.4mm，且所述粘合剂由按重量份组份比为60:1的聚氨酯和硅烷偶联剂组成；
步骤6、在粘合剂的外侧粘合铝粉层，所述铝粉层的厚度为0.08-0.1mm；
步骤7、重复3次步骤5与步骤6,获得复合材料线束成品；
步骤8、设置温度为51℃且压力为3个大气压，将复合材料线束成品固定在辊轴上滚动6min定型；
步骤9、将定型的复合材料线束切割，检验合格后入库。
采用以下对比例：
对比例1：对比例1和实施例3的不同是在于，未加入玻璃纤维；
对比例2：对比例2和实施例3的不同是在于，在步骤7中，重复3次步骤5与步骤6；
对比例3：对比例3和实施例3的不同是在于，未在粘合剂中加入硅烷偶联剂。
针对实施例1至5以及对比例1至3的高强度聚乙烯材料进行性能测试，根据标准GB1040-92对拉伸强度和断裂伸长率进行测试；根据GB/T6111-2003对耐内压进行测试；且根据GB/T6111-2003对耐外冲击性能进行测试。
实施例1至5以及对比例1至3的性能测试结果见表一：
表一 实施例1至5以及对比例1至3的性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
通过分析获得的表一中的数据：
由于邻苯二甲酸二乙酯由于邻苯二甲酸二乙酯具有通过减弱树脂分子间的次价键，有效增加分子键的移动性，进而在降低树脂分子的结晶性后增加树脂分子的可塑性与柔韧性的效果，因此将起到改善高分子材料的性能、降低加工生产难度与生产成本并提高生产效益的作用；与此同时，由于抗氧剂1010的熔点位于120-125℃之间，且具有热稳定性高的特点，适于高温条件下使用，进而将起到延长制品使用寿命的作用；与此同时，抗氧剂264的熔点位于69-71℃之间，具有无臭、无味以及良好的热稳定性的特点，因此在抗氧剂1010与抗氧剂264相互配合时将有效防止该聚乙烯材料与氧气反应而缩短使用寿命。
为了进一步延长该聚乙烯材料的使用寿命，通过采用炭黑作为着色剂，使得炭黑的表面具有多种不同的含氧官能团如羧基、内脂基、酚基、羰基等在紫外线将塑料表面的分子分解成自由基时，多种含氧官能团与生成的自由基发生结合反应，起到消除这些基团的作用，防止聚合物的进一步分解；并利用聚氨酯在高温下熔融形成粘合剂主料，通过硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间时将会形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，起到有效提升该聚乙烯材料结构强度的作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例，但凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和润饰，这些修改和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高强度聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、按照质量份，称取80-100份高密度聚乙烯、20-30份乙烯基有机硅树脂、8-12份硅树脂、4-6份低密度聚乙烯、2-4份增塑剂、2-4份聚丙烯酸钠、1-2份海泡石、1-2份蒙脱土、1-2份抗氧剂、0.1-0.5份着色剂以及0.4-0.6份硬脂酸；
步骤2、将步骤1中称取的各重量份的组份加入70-80℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤3、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为180-200℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.6-2.2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤4、将步骤3中的颗粒料以及3-5份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为180-200℃，挤出成初代复合材料线束；
步骤5、对步骤4中的初代复合材料线束外侧磨砂，粗细度为200-400目，并涂布粘合剂，所述粘合剂的厚度为0.2-0.4mm；
步骤6、在粘合剂的外侧粘合铝粉层，所述铝粉层的厚度为0.08-0.1mm；
步骤7、重复2至3次步骤5与步骤6，获得复合材料线束成品；
步骤8、设置温度为50-60℃且压力为3个大气压，将复合材料线束成品固定在辊轴上滚动6min定型；
步骤9、将定型的复合材料线束切割，打碎，检验合格后入库。
2.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯材料的制备方法，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯。
3.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯材料的制备方法，其特征在于：所述抗氧剂包括重量比为1：1的抗氧剂264和抗氧剂1010。
4.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯材料的制备方法，其特征在于：所述着色剂为碳黑。
5.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯材料的制备方法，其特征在于：所述粘合剂包括按重量份组份比为60:1的聚氨酯和硅烷偶联剂。
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