CN104893084A - 一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材及制备方法，将由线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)56～90份、短切碳纤维9～40份、抗氧剂0.1-0.2份、白油0.1-0.2份组成的配料一经第一次充分混合后进行造粒，然后将由造粒产物95～100份以及炭黑3-5份、抗氧剂0.1-0.2份、白油0.1-0.2份组成的配料二混合后进行塑化，再经过挤出、定型冷却获得最终产品。本发明创造提供的防水卷材，不仅能够克服层间结构差异的不利影响，而且极大地提高聚乙烯防水卷材的强度。

Description

一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材及制备方法
技术领域
本发明创造属于防水建筑材料领域，具体涉及建筑防水工程中的纤维增强的聚乙烯防水材料及其制备方法。
背景技术
我国目前防水市场上应用的聚乙烯防水卷材多用于地下、垃圾填埋场、水利等工程，由于聚乙烯本身强度较低，当受到基层沉降变形时，容易开裂，导致防水失败。为增强聚乙烯防水卷材的强度，现有技术中聚乙烯增强防水卷材多数采用纤维布与聚乙烯复合的层状结构，但是由于纤维布层与聚乙烯层在延展性、韧性、热变形性、抗应变性等方面具有较大差异，复合后层间结构极不稳定，层间复合力大时会使材料的延伸率迅速衰减，当复合力小时极易造成纤维布与聚乙烯片材复合不牢分层、防水层起鼓。
发明内容
本发明创造为解决现有技术中的问题，提供一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材，不仅能够克服层间结构差异的不利影响，而且极大地提高聚乙烯防水卷材的强度。
本发明创造所采用的技术方案为，一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材，由包括以下重量份的原料制成：线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)56～90份，短切碳纤维9～40份，炭黑3-5份，抗氧剂0.2-0.4份，白油0.2-0.4份，其中，所述LLDPE和短切碳纤维的总量为94～100份。
其中，所述线性低密度聚乙烯树脂优选为颗粒物，更有利于混合和纤维的分散；还优选为乙烯和丁烯-1的共聚物，具有更短的短支链结构而利于纤维的分散和卷材的成型；更优选为LLDPE颗粒DFDA-7042。
其中，所述短切碳纤维优选纤维长度在6mm及以下的碳纤维，更优选为3～6mm长度的碳纤维，便于在所述现行低密度聚乙烯树脂中的分散，同时适宜的纤维长度能够在卷材成型过程中获得合适的取向，有利于提高纤维增强效果；为了进一步提高体系的相容性，还优选为表面经马来酸酐偶联剂处理后的短切碳纤维。短切碳纤维具有的质轻、强度高、尺寸精度和稳定性高、耐腐蚀性及耐热性好等特点，使得其成为增强改性线性低密度聚乙烯的重要材料之一。
所述炭黑的加入一方面由于其较大的比表面积而发挥对聚乙烯树脂的补强作用，另一方面能够与线性低密度聚乙烯树脂在加工过程中由于热氧化产生的自由基反应，减弱热氧化效应引起的性能衰减。由于炭黑比表面积大难于分散，因此需要严格控制器加入量。
所述抗氧剂优选为抗氧剂1010，是一种酚类抗氧剂，与聚乙烯树脂具有良好的相容性和热稳定性，在聚乙烯防水卷材挤出成型时，作为加工稳定剂，与炭黑配合防止因热氧化引起的线性低密度聚乙烯树脂的性能衰减；另外，其交联的分子结构使其具有了良好的耐抽出性能，避免在挤压成型过程中沿纤维抽出或分布不均。
所述白油优选工业级白油26#，具有更为适宜的运动粘度和密度，较少的添加量就能够促进所述炭黑和抗氧剂在体系中的均匀分散，同时使聚乙烯树脂的流动性达到挤出成型所适宜的水平。
本发明还提供了一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材的制作方法，包括下述步骤：将由线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)56～90份、短切碳纤维9～40份、抗氧剂0.1-0.2份、白油0.1-0.2份组成的配料一经第一次充分混合后进行造粒，然后将由造粒产物95～100份以及炭黑3-5份、抗氧剂0.1-0.2份、白油0.1-0.2份组成的配料二混合后进行塑化，再经过挤出、定型冷却获得最终产品。其中，所述配料一中LLDPE和短切碳纤维的总量为94～100份。
其中，所述配料一和/或配料二的混合过程优选在低速混料机中进行，搅拌时间控制为2～5min，优选为2～3min。
进一步，所述造粒过程采用风冷热切工艺，由75型双螺杆挤出机造粒。优选的，造粒过程挤出机各区温度控制为：一区:180℃～190℃，二区：195℃～205℃，三区：195℃～205℃，四区：205℃～215℃，五区:200℃～210℃。采用上述造粒工艺过程能够获得碳纤维分散效果良好的造粒产物，其中，合适的配料组成能够降低体系的粘度，合适的温度控制进一步调整混合物粘度，使其既有利于造粒成型，又利于碳纤维的均匀分散。进一步，当各区温度达到控制要求后，还包括保温25～60min的步骤，优选为25～30min，再进行造粒挤出。
进一步，所述塑化过程可以采用单螺杆挤出机进行。优选的，塑化过程挤出机各区温度控制为：一区：185℃～195℃，二区：200℃～205℃，三区：200℃～205℃，四区：205℃～210℃，五区：205℃～210℃，六区：200℃～205℃。合适的温度控制有利于调整混合物的粘度，一方面有利于炭黑在整体配料组成中的分散，另一方面为下一步的挤出工序做好准备。进一步，当各区温度达到控制要求后，还包括保温25～60min的步骤，优选为25～30min，再进行挤出。
进一步，所述挤出过程也在单螺杆挤出机上进行。挤出速度优选为50～60rad/min；挤出压力优选为25～30bar；过滤网规格为120～20目，优选为60目。合适的挤出速度、压力和过滤网规格有利于获得具有合适厚度且均匀的待定型卷材半成品，防止在定型冷却过程中因过度变形或受力不足造成的破损、不平整等缺陷。
进一步，所述定型冷却过程采用三辊机进行，所述定型冷却的温度控制在50℃及以下，优选为30～50℃。合适的定型冷却温度能够保证产品在定型过程中获得符合需要的尺寸规格，避免发生收缩、翘曲、鼓包等不良缺陷。
进一步，本发明创造提供的碳纤维增强聚乙烯防水卷材的厚度可以包括1.2mm、1.5mm、2.0mm三种规格。
进一步，在上述方法中，所述线性低密度聚乙烯树脂优选为颗粒物，还优选为乙烯和丁烯-1的共聚物，更优选为LLDPE颗粒DFDA-7042。所述短切碳纤维优选纤维长度在6mm及以下的碳纤维，更优选为3～6mm长度的碳纤维，还优选为表面经马来酸酐偶联剂处理后的短切碳纤维。所述抗氧剂优选为抗氧剂1010。所述白油优选工业级白油26#。
本发明创造提供的碳纤维增强聚乙烯防水卷材具有良好的防水性能及较高的物理机械性能，相对于现有防水卷材具有更高的抗拉强度、更好的延展性、韧性、热变形性、抗应变性以及更长的产品使用寿命，特别适合于基层变化较大的防水工程。同时由于原材料易得，制备工艺简便，施工方便，安全可靠，使得本发明产品综合成本低廉，适用于大规模工业生产和广泛使用。
本发明创造提供的防水卷材与普通防水卷材在性能上的综合区别见下表1。
表1
具体实施方式
下面对本发明创造进行进一步说明。为了叙述方便，本发明创造中的设备略去了必要或常规的操作步骤或条件，如清洁、提纯、测温、控制搅拌速率等，本领域技术人员能够根据反应的需要进行任意的调整。在不冲突的条件下，本发明方案中各实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
将由线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)颗粒DFDA-704260份、6mm短切碳纤维40份、抗氧剂10100.1份、白油26#0.1份组成的配料一在低速混料机中混合5min，采用风冷热切工艺在75型双螺杆挤出机中进行造粒，造粒过程挤出机各区温度控制为：一区:190℃，二区：205℃，三区：205℃，四区：215℃，五区:210℃，当各区温度达到控制要求后，保温30min，进行造粒挤出，然后将由造粒产物97份以及炭黑3份、抗氧剂0.1份、白油0.1份组成的配料二混合后在单螺杆挤出机上进行塑化，塑化过程挤出机各区温度控制为：一区：195℃，二区：205℃，三区：205℃，四区：210℃，五区：210℃，六区：205℃，当各区温度达到控制要求后，保温30min，进入挤出工序，挤出速度50rad/min，挤出压力25bar，过滤网规格60目，最后在三辊机上30℃下冷却定型，再利用中心卷曲机卷曲即可。
实施例2
将由线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)颗粒DFDA-704280份、6mm短切碳纤维20份、抗氧剂10100.1份、白油26#0.1份组成的配料一在低速混料机中混合3min，采用风冷热切工艺在75型双螺杆挤出机中进行造粒，造粒过程挤出机各区温度控制为：一区:185℃，二区：200℃，三区：200℃，四区：210℃，五区:205℃，当各区温度达到控制要求后，保温30min，进行造粒挤出，然后将由造粒产物96份以及炭黑4份、抗氧剂0.1份、白油0.1份组成的配料二混合后在单螺杆挤出机上进行塑化，塑化过程挤出机各区温度控制为：一区：190℃，二区：205℃，三区：205℃，四区：210℃，五区：210℃，六区：205℃，当各区温度达到控制要求后，保温25min，进入挤出工序，挤出速度60rad/min，挤出压力30bar，过滤网规格60目，最后在三辊机上30℃下冷却定型，再利用中心卷曲机卷曲即可。
实施例3
将由线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)颗粒DFDA-704290份、6mm短切碳纤维10份、抗氧剂10100.2份、白油26#0.1份组成的配料一在低速混料机中混合3min，采用风冷热切工艺在75型双螺杆挤出机中进行造粒，造粒过程挤出机各区温度控制为：一区:180℃，二区：195℃，三区：195℃，四区：205℃，五区:200℃，当各区温度达到控制要求后，保温35min，进行造粒挤出，然后将由造粒产物95份以及炭黑5份、抗氧剂0.1份、白油0.2份组成的配料二混合后在单螺杆挤出机上进行塑化，塑化过程挤出机各区温度控制为：一区：185℃，二区：200℃，三区：200℃，四区：205℃，五区：205℃，六区：200℃，当各区温度达到控制要求后，保温30min，进入挤出工序，挤出速度60rad/min，挤出压力30bar，过滤网规格60目，最后在三辊机上进行常温冷却定型，再利用中心卷曲机卷曲即可。
对比例1
采用同实施例1的制备方法，仅将其中的线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)颗粒DFDA-7042替换为低密度聚乙烯(LDPE)18D，获得一种防水卷材。
对比例2
采用同实施例1的制备方法，仅将其中的抗氧剂1010替换为抗氧剂1076，获得一种防水卷材。
上述各实施例和对比例所获得的产品的性能测试结果如下表2所示。
表2

Claims (10)

1.一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材，由包括以下重量份的原料制成：线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)56～90份，短切碳纤维9～40份，炭黑3-5份，抗氧剂0.2-0.4份，白油0.2-0.4份，其中，所述LLDPE和短切碳纤维的总量为94～100份。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材，其特征在于，所述线性低密度聚乙烯树脂优选为颗粒物，还优选为乙烯和丁烯-1的共聚物，还优选为LLDPE颗粒DFDA-7042。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材，其特征在于，所述短切碳纤维为表面经马来酸酐偶联剂处理后的短切碳纤维，纤维长度优选为在6mm及以下的碳纤维，更优选为3～6mm长度的碳纤维。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材，其特征在于，所述白油为工业级白油26#。
6.一种碳纤维增强聚乙烯防水卷材的制备方法，包括下述步骤：将由线性低密度聚乙烯树脂(LLDPE)56～90份、短切碳纤维9～40份、抗氧剂0.1-0.2份、白油0.1-0.2份组成的配料一经第一次充分混合后进行造粒，然后将由造粒产物95～100份以及炭黑3-5份、抗氧剂0.1-0.2份、白油0.1-0.2份组成的配料二混合后进行塑化，再经过挤出、定型冷却获得最终产品。其中，所述配料一中LLDPE和短切碳纤维的总量为94～100份。
7.根据权利要求6所述的碳纤维增强聚乙烯防水卷材的制备方法，其特征在于，造粒过程各区温度控制为：一区:180℃～190℃，二区：195℃～205℃，三区：195℃～205℃，四区：205℃～215℃，五区:200℃～210℃。
8.根据权利要求6所述的碳纤维增强聚乙烯防水卷材的制备方法，其特征在于，塑化过程各区温度控制为：一区：185℃～195℃，二区：200℃～205℃，三区：200℃～205℃，四区：205℃～210℃，五区：205℃～210℃，六区：200℃～205℃。
9.根据权利要求6所述的碳纤维增强聚乙烯防水卷材的制备方法，其特征在于，所述挤出过程中，挤出速度为50～60rad/min，挤出压力为25～30bar，过滤网规格为120～20目。
10.根据权利要求6所述的碳纤维增强聚乙烯防水卷材的制备方法，其特征在于，所述线性低密度聚乙烯树脂优选为颗粒物，还优选为乙烯和丁烯-1的共聚物，还优选为LLDPE颗粒DFDA-7042；所述短切碳纤维为表面经马来酸酐偶联剂处理后的短切碳纤维，纤维长度优选为在6mm及以下的碳纤维，更优选为3～6mm长度的碳纤维；所述抗氧剂为抗氧剂1010；所述白油为工业级白油26#。
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Assignee: Tangshan Desheng chuangchen Construction Co.,Ltd.

Assignor: TIANJIN YUHONG BUILDING WATERPROOF MATERIALS Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021980001844

Denomination of invention: A kind of carbon fiber reinforced polyethylene waterproofing membrane and its preparation method

Granted publication date: 20171205

License type: Common License

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