一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法
2023-10-19 07:27:12 1
專利名稱：一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨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及其製備方法，更具體的說涉及一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法。
背景技術：
聚乙烯(PE)是通用合成樹脂中產量最大的品種，具有優良的耐低溫性能(最低使用溫度可達-70 -100°C)，化學穩定性好，能耐大多數酸鹼的侵蝕(不耐具有氧化性質的酸)，常溫下不溶於一般溶劑，吸水性小，但由於其為線性分子可緩慢溶於某些有機溶劑，且不發生溶脹，電絕緣性能優良；但聚乙烯對於環境應力(化學與機械作用)是很敏感的，耐熱老化性
差，機械強度低。從而限制了聚乙烯塑料在許多領域中的應用，為了提高其性能將聚乙烯交聯是最好的方法。所謂交聯即是通過化學物質或高能射線將線型或輕度支鏈型的高分子轉化為網狀的分子結構，在分子間架起化學鍵。經交聯的聚乙烯不僅提高了耐熱性、耐磨性、機械強度，而且提高了耐環境應力開裂性和抗蠕變性等，增加了使用壽命。交聯聚乙烯具有網狀結構而呈熱固性，它具有突出的耐磨性、耐應力開裂以及耐候性，低溫韌性好，耐熱性優良，軟化點可達200°C，可在140°C下長期使用。用於滾塑的交聯聚乙烯(XHDPE)，可在成型過程中交聯，形成網狀結構，製品具有超群的抗衝擊強度、耐熱蠕變性能及低溫韌性，良好的防滲透性能、防化學性能等。塑料的使用年限除了受氣候、溫度等因素影響外，摩擦也是重要的影響因素。每年磨損導致我國有很大比例的塑料無法使用，磨損不僅引起設備零件失效，導致工件更換和維修頻繁、設備工作效率降低，而且消耗了大量的能源和材料。磨損的種類很多，包括粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損等，不同磨損類型的影響因素很多，主要包括材料的性質、表層性質、表面平均壓力、滑動速度、溫度、 UHMWPE被譽為成本性能非常理想的摩擦材料。吸水率很低，在成型加工前一股不必乾燥處理，UHMWPE的密度比其它所有工程塑料都低。由於UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結構特徵，所以有無可匹敵的超高拉伸強度。專利CN 1735649A，用於製造過氧化物交聯聚乙烯的聚乙烯組合物。其所涉及的聚乙烯原材料為顆粒狀，且得到的材料未涉及滾塑及耐磨性方面。專利CN 1760251A，採用高熔點的高效的抗氧劑，將高熔點的抗氧劑通過交聯劑溶解，均勻的分散在可過氧化物交聯低密度聚乙烯絕緣料中。專利CN 1974650A，採用雙螺杆擠出造粒的聚乙烯組合物粒料同助交聯劑混合均勻，磨粉；再與交聯劑混合均勻。其交聯聚乙烯組合物粉末，能夠在低溫下交聯成型。專利CN 101948583A，將潤滑耐磨劑、導熱劑、交聯劑和第一部分超高分子量聚乙烯混合，得到母料；將母料與第二部分超高分子量聚乙烯混合，得到聚乙烯組合物；將
聚乙烯組合物進行模壓成型，脫模後得到交聯聚乙烯複合材料。其採用兩步法合成交聯聚乙烯複合材料，較為複雜。專利CN 1524899A，以線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、交聯劑和抗氧劑的組合物在開煉機或雙螺杆擠出機中熔融泥合，共混溫度為130-170°C，製得聚乙烯專用料。與本專利相比，均未涉及到滾塑及耐磨性方面。
發明內容
本發明的目的是為了克服常規耐磨材料的耐磨性能低，提供一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法。本發明是通過以下技術方案來實現一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料的質量分數組成為線性低密度聚乙烯76. 7-79%，交聯劑0. 15 4%，抗氧劑0. 15 1%，超高分子量聚乙烯4 19%，表面處理過的無機填料4 12%。線性低密度聚乙烯的熔體流動速率範圍在5g/10min Wg/lOmin之間。表面處理過的無機填料為用偶聯劑處理過的二硫化鉬、鉻鐵礦粉、石墨、螢石、蛭石、二氧化鈦、硫化鎢、硫化鉛、高嶺土、稀土中的一種或幾種組合。1偶聯劑為矽烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑，其中所述矽烷偶聯劑為乙烯基甲基
二甲氧基矽烷或乙烯基三乙氧基矽烷或乙烯基三甲氧基矽烷；所述鈦酸酯偶聯劑為三(異硬脂醯基)鈦酸異丙酯或三(異辛醯基)鈦酸異丙酯或二 (油醯基)(二異辛氧)磷醯基鈦酸異丙酯。交聯劑為過氧化物交聯劑和助交聯劑的混合物。過氧化物交聯劑為過氧化二異內苯或2，5- 二甲基或2，5-雙(叔丁過氧基)己烷或二叔丁基過氧化物或2，2-雙(過氧化叔丁基)丁烷或異氰尿酸三烯丙酯，所述助交聯劑為烯丙基類助交聯劑。烯丙基類助交聯劑為三烯丙基三聚氰酸酯、三羥甲基丙烷、三甲基丙烯酸酯中的一種或幾種組合。所述抗氧劑是四[β_(3』，5』_叔丁基-4』-羥苯基)丙酸]季戊四醇酯、β_(4』_羥基-3』，5』 - 二叔丁基苯基)丙酸十八碳醇酯，亞磷酸三(2，4-叔丁基苯基)酯中的一種或幾種復配物。滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料製備方法，包括以下步驟
Α)將無機填料進行表面處理，方法為稱取偶聯劑，加入乙醇水溶液，稱取無機填料， 放置於高速混合機中，在高速攪拌的同時升溫至60°C，用滴管逐滴加入偶聯劑溶液，滴加完畢後繼續高速混合20min。混合完畢後將處理好的填料取出，在鼓風乾燥箱內120°C下乾燥 Ih,即得表面處理過的無機填料；
B)交聯聚乙烯耐磨複合材料的製備，方法為將線性低密度聚乙烯(顆粒)、超高分子量聚乙烯和交聯劑、助交聯劑混合均勻，在85°C條件下吸收80 120min，然後加入表面處理過的無機填料、抗氧劑，通過高速混合機混合均勻，通過雙螺杆擠出機擠出造粒，然後在 80 90°C下乾燥池，進行磨粉得到成品粉料；將線性低密度聚乙烯(粉末)、超高分子量聚乙烯和交聯劑、助交聯劑混合均勻，在85°C條件下吸收80 120min，然後加入表面處理過的無機填料、抗氧劑，通過高速混合機混合均勻得到成品粉料。對於添加的所述交聯劑和助交聯劑的吸收是在其和線性低密度聚乙烯混合均勻後在85°C條件下吸收80— 120min下完成的。與現有技術相比，本發明具有以下優點
本發明公開的滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料以線性低密度聚乙烯為基體材料，通過添加交聯劑和無機耐磨填料成分，提高基體材料的耐磨性能。同時，該耐磨複合材料保留了通用聚乙烯的優良的加工性能，提高了基體材料的力學性能。並且材料成本低，具有廣泛的應用空間。
具體實施例方式
以下通過具體實施例說明本發明，但本發明並不僅僅限定於這些實施例。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有鑽也與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。在實例中所用到的線性低密度聚乙烯，熔體流動速率為7. 24g/10 min ；其他填料及交聯劑、抗氧劑均為市售。 純LLDPE的性能測試結果 熔體質量沆動速率7. 24 g/10min 零剪切粘度2500 Pa0 s 邵氏硬度47 拉伸強度21. 85MPa 斷裂伸長率:983. 05 % 磨損率10. 48X1(T1Q kgX (ΝΧπιΓ1 摩擦係數0. 38 實施例1
一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料，其原材料配比如下 成分比例/%
LLDPE89.63
UHMWPE4.48
DCP0. 3
TAIC0. 17
抗氧化劑10100. 94
MoS24.48
首先對二硫化鉬進行表面處理按實驗方案稱取一定量的偶聯劑，加入少量乙醇水溶液。稱取無機填料，放置於高速混合機中，在高速攪拌的同時升溫至60°C，用滴管逐滴加入偶聯劑溶液。滴加完畢後繼續高速混合20min。混合完畢後將處理好的填料取出，在鼓風乾燥箱內120°C下乾燥lh，即得表面處理過的無機填料；然後是耐磨複合材料的製備將線性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯和交聯劑、助交聯劑混合均勻，在85°C條件下吸收80 120min，然後加入表面處理過的無機填料、抗氧劑等，通過高速混合機混合均勻，通過雙螺杆擠出機在130— 190°C條件下擠出造粒，然後在80 90°C下乾燥池，進行磨粉得到成品粉料。 各項性能測試標準及測試條件 交聯度是按照GB/T18474-2001測定的。
熔體流動速率按GB/T3682-2000/IS0 1133 :1997進行測試。具體測試條件測試溫度1900C ；標稱負荷2. IKgo零剪切粘度的測試條件在旋轉流變儀上進行，整個測試過程中用氮氣進行保護。 具體的測試參數為測試溫度180°C、剪切速率測試範圍0. 001 WOiT1。邵氏硬度按GB 2411-80進行測試。拉伸強度和斷裂伸長率按GB/T1040-2006測定。磨損率和摩擦係數按GB 3960-83進行測試。實施例1的性能測試結果 交聯度67. 46%
熔體質量沆動速率6. 32g/10min 零剪切粘度3200 Pa0 s 邵氏硬度48 拉伸強度18. 2IMPa 斷裂伸長率:726. 65 % 磨損率7. 83X1(T1Q kgX (ΝΧπιΓ1 摩擦係數0.41 實施例2
一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料，其原材料配比如下 成分比例/%
LLDPE78.09
UHMWPE15.62
DCP0. 3
TAIC0. 17
抗氧化劑10100. 94
MoS24.48
上述滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料的製備方法與實施例1相同。實施例2的性能測試結果 交聯度76. 54%
熔體質量沆動速率3. 76g/10min 零剪切粘度5200 Pa0 s 邵氏硬度51 拉伸強度17. 14MPa 斷裂伸長率:668. 34 % 磨損率6. 85X1(T1Q kgX (ΝΧπιΓ1 摩擦係數0. 45 實施例3
一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料，其原材料配比如下 成分比例/%
LLDPE71.89UHMWPE21.57
DCP0. 3
TAIC0. 17
抗氧化劑10100. 93
MoS25. 14
上述滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料的製備方法與實施例1相同。實施例3的性能測試結果 交聯度77. 54%
熔體質量沆動速率1. 48g/10min 零剪切粘度5700 Pa0 s 邵氏硬度52 拉伸強度14. 97MPa 斷裂伸長率:668. 34 % 磨損率5. 99X1(T1Q kgX (ΝΧπιΓ1 摩擦係數0. 42 實施例4
一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料，其原材料配比如下 成分比例/%
LLDPE71.56
UHMWPE21.47
DCP0. 5
TAIC0.43
抗氧化劑10100. 93
MoS25. 11
上述滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料的製備方法與實施例1相同。實施例3的性能測試結果 交聯度86. 7%
熔體質量沆動速率0. 57g/10min
零剪切粘度6500Pa° s
邵氏硬度57
拉伸強度14. 8IMPa
斷裂伸長率159. 7%
磨損率5. 87X1(T1Q kgX (ΝΧπιΓ1
摩擦係數0. 51
相對於注射、擠出等通用工藝手法，滾塑工藝有其顯著的特點1.適於模塑大型及特大型製件；2.適於成型各種複雜形狀的中控制件；3.適用於多品種、小批量塑料製品的生產；4.節約原材料；5.易變換製品的顏色6.便於生產多層材質的塑料製品。當然滾塑工藝也有其不足之處，如能耗大、成型周期長、製品尺寸精度較差、勞動強度較大等。但綜上所述，滾塑工藝仍不失為一種優良的成型加工手法。
滾塑成型工藝利用加熱以及沿兩條軸線的旋轉生產中空的單個零件。將熔化的塑料注入正在旋轉的模具內，離心力迫使熔化的塑料貼在模具內壁上。即先將粉狀或糊狀物料注入模內，通過對模具的加熱和縱橫向的滾動旋轉，使物料借自身重力作用和離心力作用均勻地布滿模具內腔並且熔融，待冷卻後脫模而得中空製品。由於滾塑的轉速不高，設備比較簡單，產品幾乎無內應力，不易發生變形，凹陷等缺點。滾塑成型的工藝流程為配料、裝入模具、模具旋轉與加熱、模具旋轉和冷卻。滾塑成型T藝參數包括成型溫度、時間、冷卻速度等。由於旋轉形式和加熱方式不同，工藝參數差別較大，特別由於使用直按火焰加熱時更是這樣，溫度一般控制在250—350。C左右。加熱時間隨製品厚度大小而異，通常是25 50min，冷卻採用冷空氣和水冷結合的方法，一般在25—40min左右。
權利要求
1.一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於所述滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料的質量分數組成為線性低密度聚乙烯76. 7—79%，交聯劑0. 15 4%， 抗氧劑0. 15 1%，超高分子量聚乙烯4 19%，表面處理過的無機填料4 12%。
2.根據權利要求1所述一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於所述線性低密度聚乙烯的熔體流動速率範圍在5g/10min lOg/lOmin之間。
3.根據權利要求1所述一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於所述的表面處理過的無機填料為用偶聯劑處理過的二硫化鉬、鉻鐵礦粉、石墨、螢石、蛭石、二氧化鈦、硫化鎢、硫化鉛、高嶺土、稀土中的一種或幾種組合。
4.根據權利要求3所述一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於所述偶聯劑為矽烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑，其中所述矽烷偶聯劑為乙烯基甲基二甲氧基矽烷或乙烯基三乙氧基矽烷或乙烯基三甲氧基矽烷；所述鈦酸酯偶聯劑為三(異硬脂醯基)鈦酸異丙酯或三(異辛醯基)鈦酸異丙酯或二 (油醯基)(二異辛氧)磷醯基鈦酸異丙酯。
5.根據權利要求1所述一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於所述交聯劑為過氧化物交聯劑和助交聯劑的混合物。
6.根據權利要求5所述一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於所述過氧化物交聯劑為過氧化二異內苯或2，5- 二甲基或2，5_雙(叔丁過氧基)己烷或二叔丁基過氧化物或2，2-雙(過氧化叔丁基)丁烷或異氰尿酸三烯丙酯，所述助交聯劑為烯丙基類助交聯劑。
7.根據權利要求6所述一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於所述烯丙基類助交聯劑為三烯丙基三聚氰酸酯、三羥甲基丙烷、三甲基丙烯酸酯中的一種或幾種組合。
8.根據權利要求1所述一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於所述抗氧劑是四(3』，5』-叔丁基-4』-羥苯基)丙酸]季戊四醇酯、β - (4』-羥基-3』，5』 - 二叔丁基苯基)丙酸十八碳醇酯，亞磷酸三(2，4-叔丁基苯基)酯中的一種或幾種復配物。
9.如權利要求1 8任一一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於，包括以下步驟Α)將無機填料進行表面處理，方法為稱取偶聯劑，加入乙醇水溶液，稱取無機填料， 放置於高速混合機中，在高速攪拌的同時升溫至60°C，用滴管逐滴加入偶聯劑溶液，滴加完畢後繼續高速混合20min，混合完畢後將處理好的填料取出，在鼓風乾燥箱內120°C下乾燥 Ih,即得表面處理過的無機填料；B)交聯聚乙烯耐磨複合材料的製備，方法為將線性低密度聚乙烯(顆粒)、超高分子量聚乙烯和交聯劑、助交聯劑混合均勻，在85°C條件下吸收80 120min，然後加入表面處理過的無機填料、抗氧劑，通過高速混合機混合均勻，通過雙螺杆擠出機擠出造粒，然後在 80 90°C下乾燥池，進行磨粉得到成品粉料；將線性低密度聚乙烯(粉末)、超高分子量聚乙烯和交聯劑、助交聯劑混合均勻，在85°C條件下吸收80 120min，然後加入表面處理過的無機填料、抗氧劑，通過高速混合機混合均勻得到成品粉料。
10.根據權利要求9所述一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，其特徵在於對於添加的所述交聯劑和助交聯劑的吸收是在其和線性低密度聚乙烯混合均勻後在85°C條件下吸收80— 120min下完成的。
全文摘要
本發明公開了一種滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料及其製備方法，該滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料以滾塑工藝常用的線性低密度聚乙烯(顆粒或粉末狀)為基體材料，與交聯劑和助交聯劑混合均勻，在85℃條件下吸收80～120分鐘後，通過添加超高分子量聚乙烯和無機填料等成分，提高基體的耐磨性能。本發明的滾塑級交聯聚乙烯耐磨複合材料，由以下質量分數的各組分組成線性低密度聚乙烯76.7～79%，交聯劑0.15～4%，抗氧劑0.15～1%，超高分子量聚乙烯4～19%，表面處理過的無機填料4～12%。
文檔編號C08L23/08GK102492213SQ201110428970
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者吉林 申請人:四川吉鑫管業科技有限公司