一種用於製備聚乙烯管材的複合材料及其製備方法
2023-05-21 05:57:06 1
專利名稱：一種用於製備聚乙烯管材的複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種複合材料，尤其是一種用於製備聚乙烯管材的複合材料及其製備方法。
二、技術背景隨著聚乙烯管材應用領域的不斷擴大及激烈的市場競爭，如何以較低的成本生產出滿足要求的管材成為各廠家追逐的主要目標。聚乙烯填充改性所用的複合材料以其耐阻燃性強、抗衝擊性能優良、成材製品收縮率小、原料成本低等的優點成為各廠家的首選。在現有的複合材料中，普遍存在著密度高、抗衝擊性能低、耐不同的氣候環境及耐高溫、低溫和含化學介質環境較差等諸多缺點而難以廣泛適用。如何使複合材料體系中所使用的無機填料既能綜合各種填料的優點(如優異的耐阻燃性、剛性大、抗衝擊等)屏棄其不良性能，同時在同一無機體系中可以互相兼容，以達到功能上互補的特性將它們有機的結合在一起；又能使填料體系中各相形態(如條狀、片狀、球型及其他不規則幾何外型等)得到均勻的補充，彌補聚乙烯管材專用料的一些不足，既可在增強制品的強度、韌性、化學穩定性等性能的同時，又不削減聚乙烯一些原有的優異性能，同時又可以降低聚乙烯製品的成本成為目前主要研製開發聚乙烯填充改性用複合材料的方向。
三、技術內容本發明的目的在於提供一種用於改善聚乙烯管材韌性和環剛度、降低管材製品的成本的用於製備聚乙烯管材的複合材料及其製備方法。
發明內容
一種用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是複合材料的主要成份為無機填料、基體樹脂和改性劑，其各成份的重量百分比為無機填料含量為30.3-92％，改性劑含量為0.3-2％，基體樹脂含量為8-69.7％；其中無機填料由空心微珠和玻璃纖維、雲母、超細碳酸鈣、玻璃纖維/雲母、玻璃纖維/超細碳酸鈣、雲母/超細碳酸鈣或玻璃纖維/雲母/超細碳酸鈣組成，空心微珠是從粉煤灰中提煉出來，其粒徑在3～10μm；改性劑為鈦酸酯、鋁酸酯、鈦酸酯/鋁酸酯或矽烷偶聯劑；基體樹脂為高密度聚乙烯。
改性劑使用的目的是使填料粒子與聚乙烯管料之間更加有效的結合。無機填料經過改性後，在填料表面覆蓋一層有機膜，使填料粒子表面極性與聚乙烯表面極性相似，使無機填料在有機基體中更充分的融合，提高無機填料的填充量，相應減少聚乙烯的使用量，達到降低成本的目的，同時使改性料具有一定的增韌增強作用。
基體樹脂選用高密度聚乙烯是因為基體樹脂必須具有聚乙烯的通用性，使得製備出的複合材料與所選用的高密度聚乙烯之間有良好的相容性。
為了增加複合材料體系的潤滑性，可在複合材料中加入潤滑劑，加入量為複合材料總量的0.1-0.2％(重量比)；此外，根據管材的使用場合，還可加入輔助助劑，如增韌劑、分散劑、抗靜電劑、有機阻燃劑、抗氧劑，增容劑中的一種或幾種，以滿足管材的特殊需求，加入量為複合材料總量的0.1-0.2％(重量比)。
一種用於聚乙烯管材的複合材料的生產方法，該方法包括如下步驟(1)、取無機填料和基體樹脂分別在乾燥機中進行烘乾處理，使水分含量小於1％，備用；(2)、將空心微珠放入高速混合機中先低速攪拌2-4分鐘，在攪拌的過程中將改性劑加入高混機中，之後高速攪拌5-10min，攪拌溫度在80-105℃；(3)、再取烘乾備用的基體樹脂放入高速混機中，與桶內物料一起攪拌5-10min，制到混合料；(4)、將混合料投入到雙螺杆擠出機中，熔融擠出，切粒，製備得到複合材料。
改性劑為鈦酸脂或鋁酸脂偶聯劑時可用乙醇或白油以1∶1的比例稀釋後加入；改性劑為矽烷偶聯劑時可在PH值為4-9的範圍下水解後加入。
本發明複合材料與現有的聚乙烯材料相比的優點是，其強度和韌性均有所提高，耐阻燃和耐老化效果好，常溫下不會發生脆性斷裂，流動性好，成材製品尺寸穩定性高。是一種可以廣泛應用於塑料製品領域的複合材料。
具體實施例方式下面從實施例進一步描述和理解本發明，但未限於所舉的實施例。
實施例中所用空心微珠為從粉煤灰中提煉出來的粒徑在4～6μm，成分組成如表1的空心微珠。
表1
實例1(1)、取空心微珠75.5kg、玻璃纖維12.5kg、雲母12.5kg、和23.7kg的高密度聚乙烯分別在乾燥機中進行烘乾處理，使水分含量小於1％；(2)、取(1)中空心微珠、玻璃纖維、雲母放入高混機GHR中先低速攪拌2分鐘，在攪拌的過程中將0.8kg矽烷偶聯劑KH-550(Υ-氨丙基三乙氧基矽烷)加入高混機中(偶聯劑採用高壓噴嘴噴灑)，之後高速攪拌7min，攪拌溫度在90-105℃；(3)、再取(1)中高密度聚乙烯放入高混機中，與桶內物料一起攪拌8min；(4)、將得到的混合料投入到TE-65的雙螺杆擠出機中，熔融擠出，切粒，製備得到複合材料。
製得的複合材料其成分為無機填料80.4％，基體樹脂(高密度聚乙烯)18.96％，矽烷偶聯劑0.64％。
將由實施例1所製得的複合材料與高密度聚乙烯分別按1∶1的比例混合，將混合後的粒料分別在CJ80M3V注塑機中注塑，得到無機填料含量分別為20％、25％的一系列標準樣條，經過各項性能檢測，其測試結果如表2所示表2
實例2(1)、取空心微珠75.3kg，玻璃纖維12.5kg、雲母12.5kg、和22.7kg的高密度聚乙烯分別在乾燥機中進行烘乾處理，使水分含量小於1％；(2)、取(1)中空心微珠、玻璃纖維、雲母放入高混機GHR中先低速攪拌2分鐘，在攪拌的過程中將0.2kg的EBS(乙撐雙硬酯酸醯胺)、1.8kg的鋁酞複合偶聯劑按先後順序加入高混機中，之後高速攪拌8min，攪拌溫度在90-105℃；(3)、再取(1)中高密度聚乙烯放入高混機中，與桶內物料一起攪拌8min；(4)、將得到的混合料投入到TE-65的雙螺杆擠出機中，熔融擠出，切粒，製備得到複合材料。
制到的複合材料其成分為無機填料80.24％，基體樹脂(高密度聚乙烯)18.16％，鋁鈦複合偶聯劑1.44％，其他助劑0.16％。
將由實施例2所製得的複合材料與高密度聚乙烯分別按1∶1的比例混合，將混合後的粒料分別在CJ80M3V注塑機中注塑，得到無機填料含量分別為20％、25％的一系列標準樣條，經過各項性能檢測，其測試結果如表3所示表3
實例3、(1)、取空心微珠75kg，玻璃纖維12.5kg、雲母12.5kg和22.7的高密度聚乙烯分別在乾燥機中進行烘乾處理，使水分含量小於1％；(2)、取(1)中空心微珠、玻璃纖維、雲母放入高混機GHR中先低速攪拌2分鐘，在攪拌的過程中將0.2kg的EBS、1.8kg的酞酸酯偶聯劑CT-114[三(二辛基焦磷醯氧基)鈦酸異丙酯]和0.3kg的三氧化二銻按先後順序加入高混機中(偶聯劑採用高壓噴嘴噴灑)，之後高速攪拌8min，攪拌溫度在90-105℃；其中酞酸酯偶聯劑CT-114先放入燒杯中，再量取1.8kg的白油緩慢倒入裝有偶聯劑CT-114的燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻；(3)、再取(1)中高密度聚乙烯放入高混機中，與桶內物料一起攪拌8min；(4)、將得到的混合料投入到TE-65的雙螺杆擠出機中，熔融擠出，切粒，製備得到複合材料。
製得的複合材料其成分為無機填料80％，基體樹脂(高密度聚乙烯)18.16％，鈦酸脂偶聯劑1.44％，其他助劑0.4％。
將由實施例3所製得的複合材料與高密度聚乙烯分別按1∶15、1∶7、1∶13/3、1∶3、1∶9/5、1∶5/3混合，將混合後的粒料分別在CJ80M3V注塑機中注塑，得到無機填料含量分別為5％、10％、15％、20％、25％、30％的一系列標準樣條，經過各項性能檢測，其測試結果如表4所示表4
應用實例取實例1、實例2和實例3的複合材料各100kg，分別與300kg的高密度聚乙烯混合，製作直徑為1000mm的纏繞管，其主要指標與純高密度聚乙烯纏繞管相比如表5所示。
表5
由此可見，採用該複合材料不僅能提高環剛度，而且能降低成本，是一種非常有前途的複合材料。
權利要求
1.一種用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是複合材料的主要成份為無機填料、基體樹脂和改性劑，其各成份的重量百分比為無機填料含量為30.3-92％，改性劑含量為0.3-2％，基體樹脂含量為8-69.7％；其中無機填料由空心微珠和玻璃纖維、雲母、超細碳酸鈣、玻璃纖維/雲母、玻璃纖維/超細碳酸鈣、雲母/超細碳酸鈣或玻璃纖維/雲母/超細碳酸鈣組成，空心微珠是從粉煤灰中提煉出來，其粒徑在3～10μm；改性劑為鈦酸酯、鋁酸酯、鈦酸酯/鋁酸酯或矽烷偶聯劑；基體樹脂為高密度聚乙烯。
2.根據權利要求1所述的用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是無機填料含量為70-85％，改性劑含量為0.6-1.5％，基體樹脂含量為15-20％；其中無機填料由空心微珠與玻璃纖維/雲母、玻璃纖維/超細碳酸鈣、雲母/超細碳酸鈣或玻璃纖維/雲母/超細碳酸鈣組成，空心微珠粒徑在4-6μm；改性劑為CT-114[三(二辛基焦磷醯氧基)鈦酸異丙酯]、鋁酞複合偶聯劑或KH-550(γ-氨丙基三乙氧基矽烷)。
3.根據權利要求2所述的用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是無機填料由空心微珠與玻璃纖維/雲母或玻璃纖維/超細碳酸鈣組成；改性劑為CT-114[三(二辛基焦磷醯氧基)鈦酸異丙酯]或KH-550(γ-氨丙基三乙氧基矽烷)。
4.根據權利要求1所述的用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是在無機填料和改性劑混合時，加入相對總量的0.1-0.2％(重量比)的潤滑劑。
5.根據權利要求4所述的用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是潤滑劑為EBS(乙撐雙硬酯酸醯胺)。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的任何一種用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是在無機填料和改性劑混合時，加入相對總量的0.1-0.4％(重量比)的輔助助劑，輔助助劑為增韌劑、分散劑、抗靜電劑、有機阻燃劑、抗氧劑，增容劑中的一種或幾種。
7.根據權利要求6所述的用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是輔助助劑為有機阻燃劑，其用量為相對總量的0.1-0.3％(重量比)。
8.根據權利要求7所述的用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是有機阻燃劑為三氧化二銻，其用量為相對總量的0.2-0.3％(重量比)。
9.權利要求1所述的製備聚乙烯管材的複合材料的生產方法，該方法包括如下步驟(1)、取無機填料和基體樹脂分別在乾燥機中進行烘乾處理，使水分含量小於1％，備用；(2)、將空心微珠放入高速混合機中先低速攪拌2-4分鐘，在攪拌的過程中將改性劑加入高混機中，之後高速攪拌5-10min，攪拌溫度在80-105℃；(3)、再取烘乾備用的基體樹脂放入高速混機中，與桶內物料一起攪拌5-10min，制到混合料；(4)、將混合料投入到雙螺杆擠出機中，熔融擠出，切粒，製備得到複合材料。
10.權利要求9所述的製備聚乙烯管材的複合材料的生產方法，其特徵是改性劑為鈦酸脂或鋁酸脂偶聯劑時，用乙醇或白油以1∶1的比例稀釋後加入；改性劑為矽烷偶聯劑時在調節PH值為4-9的範圍下水解後加入。
全文摘要
本發明涉及一種用於製備聚乙烯管材的複合材料，其特徵是複合材料的主要成分為無機填料、基體樹脂和改性劑，其各成分的重量百分比為無機填料含量為30.3－92％，改性劑含量為0.3－2％，基體樹脂含量為8－69.7％；其中無機填料由空心微珠和玻璃纖維、雲母、超細碳酸鈣、玻璃纖維/雲母、玻璃纖維/超細碳酸鈣、雲母/超細碳酸鈣或玻璃纖維/雲母/超細碳酸鈣組成，空心微珠是從粉煤灰中提煉出來，其粒徑在3～10μm；改性劑為鈦酸酯、鋁酸酯、鈦酸酯/鋁酸酯或矽烷偶聯劑；基體樹脂為高密度聚乙烯。本發明還涉及複合材料的生產方法。該複合材料不僅能提高環剛度，而且能降低成本，是一種非常有前途的複合材料。
文檔編號C08L23/06GK1542040SQ20031010622
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月7日 優先權日2003年11月7日
發明者譚佃龍, 劉陽, 劉禮華, 田文彤, 唐國強, 牟啟東, 王衛 申請人:江蘇法爾勝技術開發中心