CN105713278A - 一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，所述聚乙烯复合材料由以下质量百分比计的组分混合制成：线性低密度聚乙烯细粉10-30％，玻纤增强高密度聚乙烯粉末40％-80％，线性低密度聚乙烯粗粉10-30％。本发明的材料通过滚塑工艺加工的制品，具备高强度、易脱模和内外表面光滑的特点。<!-- 2 -->

Description

一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯复合材料，特别涉及一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料。
背景技术
滚塑成型是一种利用旋转的模具进行加工的塑料加工方式，其加工过程是，将塑料粉末或浆料投入模具，闭合后的模具在设备上进行旋转或摇摆，同时通过明火或热风对模具外部进行加热，塑料粉末或浆料在受热的状态下在模内内部翻转、流动，温度达到软化点后逐步涂布到模具内表面，熔融并凝结，将模具放于自然环境下或通过水、雾、风等介质进行冷却后拆模取出制品。滚塑成型中90％以上制品使用聚乙烯粉末进行加工。由于滚塑加工的特性决定，通常注塑、吹塑工艺可以使用的高强度工程塑料如ABS、PA、PBT等，不能大范围在滚塑中应用。
滚塑成型工艺被广泛应用于埋地的大型制品，如化粪池、检查井、管道接头、污水处理箱。由于回填土压力、地下水压力及路面载荷等压力因素的长期存在，对于塑料埋地部件有着较高的抗压要求和抗压曲稳定性的要求，因此埋地制品对其材料的强度要求很高。在现有技术方案中，解决这一问题的方案有：加强结构设计、增加壁厚、选用刚度较好的HDPE材料制造等，这些都带来了效果有限，成本上升、工艺性有缺陷的问题。
玻纤增强聚乙烯有着很好的强度及较低的成本，其制作方法是业内公开的技术，该材料也被使用在滚塑加工中，如CN103012938A《工具箱及其制备方法》和CN102453277B《增强聚烯烃滚塑组合物及其制备方法》。但申请人在研究中发现，单纯使用玻纤增强材料进行滚塑加工，会造成产品粘膜，无法脱模，内外表面非常毛糙等缺陷，而这些缺陷在现有技术方案中无法解决。美国滚塑专家保罗·纽金特在其著作《滚塑加工指南》中，也指出了类似问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，由该材料通过滚塑工艺加工的制品，具备高强度、易脱模和内外表面光滑的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，所述聚乙烯复合材料由以下质量百分比计的组分混合制成：线性低密度聚乙烯细粉10-30％，玻纤增强高密度聚乙烯粉末40％-80％，线性低密度聚乙烯粗粉10-30％。
发明人在研究中发现，制备出不同粒径的线性低密度聚乙烯粉末和玻纤增强高密度聚乙烯粉末，通过简单混合的方式进行一次滚塑成型加工，可较好的解决目前玻纤增强聚乙烯材料在滚塑加工中存在的问题。由于滚塑加工中，模具面先受热，温度最高，利用玻纤增强高密度聚乙烯粉末粒径较大，附着模具晚，同时线性低密度聚乙烯细粉粉末粒径小，容易受热附着模具的特点，使得线性低密度聚乙烯细粉先附着在模具上形成制品外层，随后玻纤增强高密度聚乙烯粉末形成中间层，最后线性低密度聚乙烯粗粉形成制品内层。这样一次成型一种三层互溶结构的制品，即体现了玻纤增强高密度聚乙烯的刚性特点，又解决了脱模困难、内外表面不光管的缺陷。
本发明通过使用线性低密度聚乙烯细粉、玻纤增强高密度聚乙烯粉末和线性低密度聚乙烯粗粉混合的方式，制作成一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，使用该材料加工的滚塑制品，具有高强度、易脱模、内外表面光滑等的特点。
作为优选，所述线性低密度聚乙烯细粉，堆积密度为0.250-0.500g/cm3，粉体流动性≤30s/100g，粒径分布D98≤300μm，D10≥90μm。
控制线性低密度聚乙烯细粉的参数如堆积密度、粉体流动性、熔体流动速率、粒径分布的作用主要是使用滚塑加工工艺可以顺利成型，制品缺陷少。此外，粒径的控制是材料形成分层的核心因素。
作为优选，所述玻纤增强高密度聚乙烯粉末由以下质量百分比计的组分混合制成：高密度聚乙烯40-94％，无碱玻璃纤维5％-50％，马来酸酐接枝聚乙烯1％-10％。
作为优选，所述高密度聚乙烯密度0.940-0.965g/cm3。
作为优选，所述玻纤增强高密度聚乙烯粉末堆积密度0.250-0.500g/cm3，粉体流动性≤25s/100g，粒径分布D98≤600μm，D10≥250μm。
控制玻纤增强高密度聚乙烯粉末的参数如堆积密度、粉体流动性、熔体流动速率、粒径分布的作用主要是使用滚塑加工工艺可以顺利成型，制品缺陷少。此外，密度和粒径的控制是材料形成分层的核心因素。
作为优选，所述线性低密度聚乙烯粗粉，堆积密度为0.250-0.500g/cm3，粉体流动性≤30s/100g，粒径分布D98≤2000μm，D10≥600μm。
控制线性低密度聚乙烯粉末的参数如堆积密度、粉体流动性、熔体流动速率、粒径分布的作用主要是使用滚塑加工工艺可以顺利成型，制品缺陷少。此外，粒径的控制是材料形成分层的核心因素。
一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
a.将高密度聚乙烯、无碱玻璃纤维和马来酸酐接枝聚乙烯按配比在双螺杆造粒机中制造成玻纤增强高密度聚乙烯颗粒；
b.将造粒好的玻纤增强高密度聚乙烯颗粒在塑料磨粉机中进行研磨，制成玻纤增强高密度聚乙烯粉末；工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度≤65℃。
c.将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯细粉；工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度≤65℃。
d.将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯粗粉；工艺参数为磨粉机筛分装置放置两层筛网，上筛网筛孔直径2000μm，下筛网孔径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度≤65℃。
e.将线性低密度聚乙烯细粉、玻纤增强高密度聚乙烯粉末及线性低密度聚乙烯粗粉按配比混合均匀。
作为优选，步骤a中双螺杆造粒机加工工艺参数为：温度150-200℃，转速400-600rpm，机头压力0.1-0.5MPa。
作为优选，步骤e中混合的工艺参数为转速5-50rpm，混合时间3-20min。
本发明的聚乙烯复合材料应用于埋地用滚塑制品的制造，所述埋地用滚塑制品为化粪池、检查井或污水处理箱。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的聚乙烯复合材料为滚塑成型专用材料，由该材料通过滚塑工艺加工的制品，具备高强度、易脱模和内外表面光滑的特点。
(2)本发明的制备方法简单，无需复杂设备，易实现工业化操作。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
本发明使用的材料均为市售产品。其线性低密度聚乙烯的优选牌号为泰国暹罗公司的LLDPE3804RU，高密度聚乙烯的优选牌号为华锦公司的HDPE5070，无碱玻璃纤维的优选牌号为巨石集团的ER13-2000-988A，马来酸酐接枝聚乙烯的优选牌号为南通日之升公司的CMG9801。
本发明的原材料符合以下条件：所述线性低密度聚乙烯细粉，堆积密度为0.250-0.500g/cm3，粉体流动性≤30s/100g，粒径分布D98≤300μm，D10≥90μm。所述高密度聚乙烯密度0.940-0.965g/cm3。所述玻纤增强高密度聚乙烯粉末堆积密度0.250-0.500g/cm3，粉体流动性≤25s/100g，粒径分布D98≤600μm，D10≥250μm。所述线性低密度聚乙烯粗粉，堆积密度为0.250-0.500g/cm3，粉体流动性≤30s/100g，粒径分布D98≤2000μm，D10≥600μm。
在本发明的基础上，添加通用特征的抗氧剂、脱模剂、颜色、阻燃剂、成核剂等改进方案，均不改变本发明的有效性。
实施例1
将高密度聚乙烯94Kg、无碱玻璃纤维5Kg和马来酸酐接枝聚乙烯1Kg，按配方比例在双螺杆造粒机中制造成玻纤增强高密度聚乙烯颗粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速600rpm，机头压力0.1MPa。将造粒好的玻纤增强高密度聚乙烯颗粒在塑料磨粉机中进行研磨，制成玻纤增强高密度聚乙烯粉末，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯细粉，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯粗粉，工艺参数为磨粉机筛分装置放置两层筛网，上筛网筛孔直径2000μm，下筛网孔径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯细粉10Kg，玻纤增强高密度聚乙烯粉末80Kg，线性低密度聚乙烯粗粉10Kg按配方比例在中速混合机上混合，工艺参数为转速5rpm，混合时间20min。
实施例2
将高密度聚乙烯40Kg、无碱玻璃纤维50Kg和马来酸酐接枝聚乙烯10Kg,按配方比例在双螺杆造粒机中制造成玻纤增强高密度聚乙烯颗粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速400rpm，机头压力0.5MPa。将造粒好的玻纤增强高密度聚乙烯颗粒在塑料磨粉机中进行研磨，制成玻纤增强高密度聚乙烯粉末，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯细粉，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm,磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯粗粉，工艺参数为磨粉机筛分装置放置两层筛网，上筛网筛孔直径2000μm，下筛网孔径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯细粉30Kg，玻纤增强高密度聚乙烯粉末40Kg，线性低密度聚乙烯粗粉30Kg按配方比例在中速混合机上混合，工艺参数为转速50rpm，混合时间5min。
实施例3
将高密度聚乙烯65Kg、无碱玻璃纤维30Kg和马来酸酐接枝聚乙烯5Kg，按配方比例在双螺杆造粒机中制造成玻纤增强高密度聚乙烯颗粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速600rpm，机头压力0.3MPa。将造粒好的玻纤增强高密度聚乙烯颗粒在塑料磨粉机中进行研磨，制成玻纤增强高密度聚乙烯粉末，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯细粉，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯粗粉，工艺参数为磨粉机筛分装置放置两层筛网，上筛网筛孔直径2000μm，下筛网孔径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯细粉15Kg，玻纤增强高密度聚乙烯粉末70Kg，线性低密度聚乙烯粗粉15Kg按配方比例在中速混合机上混合，工艺参数为转速7rpm，混合时间10min。
实施例4
将高密度聚乙烯53Kg、无碱玻璃纤维40Kg和马来酸酐接枝聚乙烯7Kg，按配方比例在双螺杆造粒机中制造成玻纤增强高密度聚乙烯颗粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速600rpm，机头压力0.3MPa。将造粒好的玻纤增强高密度聚乙烯颗粒在塑料磨粉机中进行研磨，制成玻纤增强高密度聚乙烯粉末，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯细粉，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯粗粉，工艺参数为磨粉机筛分装置放置两层筛网，上筛网筛孔直径2000μm，下筛网孔径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯细粉20Kg，玻纤增强高密度聚乙烯粉末70Kg，线性低密度聚乙烯粗粉10Kg按配方比例在中速混合机上混合，工艺参数为转速15rpm，混合时间10min。
比较例1
将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯细粉，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯粗粉，工艺参数为磨粉机筛分装置放置两层筛网，上筛网筛孔直径2000μm，下筛网孔径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯细粉50Kg，线性低密度聚乙烯粗粉50Kg按配方比例在中速混合机上混合，工艺参数为转速15rpm，混合时间10min。
比较例2
将高密度聚乙烯53Kg、无碱玻璃纤维40Kg和马来酸酐接枝聚乙烯7Kg，按配方比例在双螺杆造粒机中制造成玻纤增强高密度聚乙烯颗粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速600rpm，机头压力0.3MPa。将造粒好的玻纤增强高密度聚乙烯颗粒在塑料磨粉机中进行研磨，制成玻纤增强高密度聚乙烯粉末，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯细粉，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯粗粉，工艺参数为磨粉机筛分装置放置两层筛网，上筛网筛孔直径2000μm，下筛网孔径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯细粉25Kg，玻纤增强高密度聚乙烯粉末70Kg，线性低密度聚乙烯粗粉5Kg按配方比例在中速混合机上混合，工艺参数为转速15rpm，混合时间10min。
比较例3
将高密度聚乙烯53Kg、无碱玻璃纤维40Kg和马来酸酐接枝聚乙烯7Kg，按配方比例在双螺杆造粒机中制造成玻纤增强高密度聚乙烯颗粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速600rpm，机头压力0.3MPa。将造粒好的玻纤增强高密度聚乙烯颗粒在塑料磨粉机中进行研磨，制成玻纤增强高密度聚乙烯粉末，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯细粉，工艺参数为筛网筛孔直径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯粗粉，工艺参数为磨粉机筛分装置放置两层筛网，上筛网筛孔直径2000μm，下筛网孔径600μm，磨盘转速3800rpm，磨盘出口温度65℃。将线性低密度聚乙烯细粉5Kg，玻纤增强高密度聚乙烯粉末70Kg，线性低密度聚乙烯粗粉25Kg按配方比例在中速混合机上混合，工艺参数为转速15rpm，混合时间10min。
本发明的聚乙烯复合材料，应用于滚塑成型工艺，特别优选用于化粪池、检查井、污水处理箱等埋地用滚塑制品。
本发明的材料通过滚塑工艺加工的制品，具备高强度、易脱模和内外表面光滑的特点，测试数据见下表。
序号 弯曲模量MPa 脱模性 内表面情况
实施例1 960 较易脱模 较为光滑
实施例2 1440 易脱模 光滑
实施例3 1400 易脱模 光滑
实施例4 1560 易脱模 较为光滑
比较例1 570 易脱模 光滑
比较例2 1530 易脱模 毛糙
比较例3 1520 粘膜，难脱模 光滑
弯曲模量按照国标GB/T9341-2000《塑料弯曲性能测试方法》进行，试验速度20mm/min。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，其特征在于：所述聚乙烯复合材料由以下质量百分比计的组分混合制成：线性低密度聚乙烯细粉10-30％，玻纤增强高密度聚乙烯粉末40％-80％，线性低密度聚乙烯粗粉10-30％。
2.根据权利要求1所述的一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，其特征在于：所述线性低密度聚乙烯细粉，堆积密度为0.250-0.500g/cm3，粉体流动性≤30s/100g，粒径分布D98≤300μm，D10≥90μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，其特征在于：所述玻纤增强高密度聚乙烯粉末由以下质量百分比计的组分混合制成：高密度聚乙烯40-94％，无碱玻璃纤维5％-50％，马来酸酐接枝聚乙烯1％-10％。
4.根据权利要求3所述的一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，其特征在于：所述高密度聚乙烯密度0.940-0.965g/cm3。
5.根据权利要求1或2所述的一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，其特征在于：所述玻纤增强高密度聚乙烯粉末堆积密度0.250-0.500g/cm3，粉体流动性≤25s/100g，粒径分布D98≤600μm，D10≥250μm。
6.根据权利要求1或2所述的一种滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料，其特征在于：所述线性低密度聚乙烯粗粉，堆积密度为0.250-0.500g/cm3，粉体流动性≤30s/100g，粒径分布D98≤2000μm，D10≥600μm。
7.一种如权利要求1所述的滚塑成型埋地制品用聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将高密度聚乙烯、无碱玻璃纤维和马来酸酐接枝聚乙烯按配比在双螺杆造粒机中制造成玻纤增强高密度聚乙烯颗粒；
b.将造粒好的玻纤增强高密度聚乙烯颗粒在塑料磨粉机中进行研磨，制成玻纤增强高密度聚乙烯粉末；
c.将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯细粉；
d.将线性低密度聚乙烯在塑料磨粉机中进行研磨，制成线性低密度聚乙烯粗粉；
e.将线性低密度聚乙烯细粉、玻纤增强高密度聚乙烯粉末及线性低密度聚乙烯粗粉按配比混合均匀。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤a中双螺杆造粒机加工工艺参数为：温度150-200℃，转速400-600rpm，机头压力0.1-0.5MPa。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤e中混合的工艺参数为转速5-50rpm，混合时间3-20min。
10.如权利要求1所述的聚乙烯复合材料应用于埋地用滚塑制品的制造，其特征在于：所述埋地用滚塑制品为化粪池、检查井或污水处理箱。
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