CN106046491A - Pe基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PE基复合材料，包括如下重量份的组分：HDPE 40~50份；LDPE30~40份；热塑性弹性体 10~20份；过氧化物交联剂 1~3份；单烷氧基型偶联剂 3~5份；增塑剂 1~3份；环氧稳定剂 1~5份。经本配方制备的PE基复合材料具有较好的柔软度和回弹性能，能够保证点胶用的活塞具有优异的柔韧性和回弹性，从而保证断胶迅速，无残压，无渗漏；同时，活塞弹性好能够与针筒的内壁较好地贴合在一起，而且活塞弹性好有利于注塑机脱模过程。

Description

PE基复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及塑料复合材料，特别涉及一种PE基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
电子产品大多精密度要求较高，对电子产品上的零部件进行粘合时，往往采用注射器对固定部位进行注射点胶，针筒内放置胶水，针筒尾部设置可用于推进胶水的活塞，利用压力对活塞上的凹陷部进行挤压，即可实现点胶过程。
活塞的前端为针状的尖头结构，以便于减小胶水的阻力，后端为可插进针筒内的圆柱体结构，圆柱体结构的侧截面呈弧度设计，以保证活塞的开口的直径逐渐增大，增大至超过针筒的直径，可使活塞卡在针筒的端部，避免活塞掉落在针筒内部，该种活塞具有较好的柔软度和回弹性。
目前，现有专利中申请公开号为CN1449327A的中国专利公开了由含有聚乙烯蜡的聚丙烯注塑成型的注射器的方法，该专利中的活塞是采用HDPE制备而成，制备的活塞具有较高的刚性和韧性，但是这种活塞的弹性较差，不利于注塑脱模时与模具的分离；授权公告号为CN101108913A的中国专利公开了一次性使用注射器用聚乳酸复合材料，经该配方制备的注射器和活塞具有优异的可降解性，柔韧性和弹性，但是出于成本低廉且性能优异的综合考虑，现有技术中，PE基复合材料制备的活塞具备优异的弹性与柔软性的研究还鲜有报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高的柔软性、优异的弹性且成本低廉的PE基复合材料。
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PE基复合材料，包括如下重量份的组分：
通过采用上述技术方案，PE基塑料成本较低，HDPE为高密度聚乙烯，是结晶度较高的半透明蜡状材料，熔化温度为120～160℃，使用温度为100℃，具有优异的柔软性和韧性，断裂伸长率较高，化学稳定性好，还具有较高的刚性和硬度，机械强度较好；同时，还具有优异的耐酸碱、耐有机溶剂性，在盛放有机胶水时不会造成溶解，但是存在着易老化，易发脆，易应力开裂的缺陷；LDPE为低密度聚乙烯，是乳白色圆柱形颗粒，质地较柔软，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性和加工性能，但机械强度、耐溶剂性较差，将HDPE和LDPE分别以40～50重量份和30～40重量份的比例进行混合，能够弥补它们自身存在的缺陷，同时，二者混合后产生协同作用使该复合材料具有优异的柔软性能，方便操作人员进行点胶；热塑性弹性体在增塑剂和环氧稳定剂的共同作用下形成交联体，且HDPE和LDPE的共混物可插入进交联体内，既可保证交联橡胶的高弹性、耐老化性，又兼具有共混PE的柔韧性的优点，在单烷氧基型偶联剂的作用下，有利于各组分之间的混合更加均匀，保证性能更加均一，制备的活塞具有优异的柔韧性和回弹性，且有利于在注塑机脱模过程中方便脱模。
本发明进一步设置为：还包括0～10重量份的增强填料，所述增强填料选用纳米碳酸钙、滑石粉和纳米二氧化硅中的一种。
通过采用上述技术方案，纳米碳酸钙又称为超微细碳酸钙，可改善塑料制品加工过程中的流动性，提高其成型性，添加到HDPE与LDPE的共混物中，使共混物具有优异的增强增韧效果，同时，具有优异的分散性能可均匀分散在PE基与热塑性弹性体的共混物中，还可吸收单烷氧基型偶联剂携带的油性，使该复合体系干燥度更高，纳米碳酸钙与单烷氧基型偶联剂共同作用，可显著提高复合材料的抗拉强度与硬度；滑石粉为白色微细无砂性的粉末，手摸有油腻感，滑石粉具有优良的润滑性、抗黏性、抗酸性、化学稳定性、良好的遮盖力和柔软性，在PE基塑料和热塑性弹性体的共混体系中充当增强增韧的作用，增加产品形状的稳定性，增加张力强度、剪切强度，减小变形伸张率和热膨胀系数，可均匀分散在PE基与热塑性弹性体的共混物中；纳米二氧化硅是超细纳米级的白色粉末，可均匀分散在热塑性弹性体与PE基共混物的空隙中，提高复合材料的力学强度与韧性，同时，能够改善共混物的加工流动性，使加工的复合材料质地均匀，强度较高。
本发明进一步设置为：还包括0～10份的乙烯基共聚物，所述乙烯基共聚物选用乙烯-醋酸乙烯共聚物或者乙烯丙烯酸乙酯共聚物。
通过采用上述技术方案，乙烯-醋酸乙烯共聚物是在乙烯分子链中引入了醋酸乙烯单体，降低了高结晶度，提高了柔韧性和抗冲击性，同时，乙烯-醋酸乙烯共聚物具有良好的混溶性，能够与其他组分填料进行较好的混合且不发生凝聚现象；乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的丙烯酸乙酯的含量在15～30％，具有很好的柔韧性、热稳定性和加工性，和HDPE和LDPE相容均具有较好的相容性，并与其它各组分填料混合后的共混体均较柔软。
本发明进一步设置为：所述热塑性弹性体为三元乙丙橡胶、丁苯橡胶的混合物，其中三元乙丙橡胶在混合物中的重量百分比为40～60％。
通过采用上述技术方案，三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的共聚物，密度在0.86～0.9kg/m3，是密度最轻的常用橡胶，能够吸收大量的填料和油性填料而影响不大，冲击回弹性好，其主链是由化学稳定的饱和烃组成，侧链中含有不饱和双键，具有优异的耐酸碱、有机溶剂的特性；丁苯橡胶是聚苯乙烯和丁二烯共聚物，兼具聚苯乙烯的硬度和丁二烯的柔性，具有优异的弹性以及耐磨性；将三元乙丙橡胶与丁苯橡胶共混，增加了共混物中有机基团的多样性，二者实现优势互补，同时可弥补PE基塑料的耐老化性差的特性，当三元乙丙橡胶在共混物中的重量百分比为40～60％时，共混物具有最佳的回弹性，抗冲击强度达到最大；同时，该共混物以上述比例混合时，还可填充大量的其他组分，具有优异的可填充性。
本发明进一步设置为：所述单烷氧基型偶联剂选用异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯或者双二辛氧基焦磷酸酯基钛酸酯。
通过采用上述技术方案，异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯和双二辛氧基焦磷酸酯基钛酸酯都属于单烷氧基型偶联剂，这类偶联剂可用来处理一般干燥的粘土、滑石粉和石英粉，在无机粉末和PE基塑料和热塑性弹性体的共混物的界面上产生化学结合，可在无机粉末的表面形成单分子膜，偶联剂使单分子膜的表面能变化，粘度大幅度降低，同时，在PE基塑料与热塑性弹性体的共混物中由于偶联剂的三官能基和酯基发生转移反应，方便钛酸酯分子的变形和填充进共混体中。
本发明进一步设置为：所述环氧稳定剂选用环氧大豆油与环氧脂肪酸辛酯的混合物，所述环氧大豆油在混合物中的重量百分比为40～60％。
通过采用上述技术方案，环氧大豆油常温下为浅黄色粘稠状液体，溶于有机溶剂中，由亚油酸、油酸、棕榈酸和硬脂酸等组成，兼具各组分的最优性能，可制备钙锌无毒复合环氧稳定剂和聚氯乙烯液体复合热环氧稳定剂，环氧大豆油填充到PE基塑料和热塑性弹性体的共混物中后，可起到促进PE基塑料和热塑性弹性体相容的特性，使二者的共混体的稳定性更好，方便各组分更好地发挥各自的特性；环氧脂肪酸辛酯具有位阻空间较大的辛酯基，将其与环氧大豆油复配使用时，二者能够产生协同作用，显著提高PE基塑料和热塑性弹性体的共混物的加工性能，同时有助于各组分在该共混物中的分散性，还可辅助提高共混体的柔韧性与回弹性。
本发明进一步设置为：所述过氧化物交联剂采用过氧化二异丙苯或者过氧化苯甲酰。
通过采用上述技术方案，过氧化二异丙苯是一种强氧化剂，在PE基塑料和热塑性弹性体的共混体系中充当硫化剂、交联剂的作用，同时，在添加乙烯-醋酸乙烯共聚物的复合体系中，形成细微均匀的泡孔结构，增强该复合体系的松软回弹性能；过氧化苯甲酰是一种强氧化剂，在PE基塑料和热塑性弹性体的共混物中，起到硫化剂、交联剂的作用，同时，能够促进PE基塑料和热塑性弹性体二者的相容性，使制备的PE基复合材料形成均一、稳定的共混体。
本发明进一步设置为：所述增塑剂选用癸二酸二异辛酯、己二酸二异癸酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种。
通过采用上述技术方案，癸二酸二异辛酯是性能优良的增塑剂，具有优异的电气绝缘性能；己二酸二异癸酯作为增塑剂可适用于合成橡胶领域，同时，在共混物中能够吸收共混物中的水基，有助于各组分进行干燥混合；邻苯二甲酸二甲酯是一种具有很强溶解力的增塑剂，能够与热塑性弹性体和PE基塑料的共混体进行很好地相容，有良好的成膜性、粘着性和防水性，显著提高了共混体系的流动性。
本发明还提供了一种PE基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照HDPE 40～50份、LDPE 30～40份、热塑性弹性体10～20份、过氧化物交联剂1～3份、单烷氧基型偶联剂3～5份、增塑剂1～3份、环氧稳定剂1～5份、乙烯基共聚物0～10份和0～10份增强填料进行称料；
(2)将HDPE和LDPE投入到高速混合机中混合均匀，混合机的温度为120～140℃，混合20～30min；
(3)向高混机中加入热塑性弹性体、增塑剂和环氧稳定剂进行充分混合；
(4)继续加入增强填料、乙烯基共聚物、单烷氧基型偶联剂以及过氧化物交联剂进行混合，待混合均匀即可。
通过采用上述技术方案，先将HDPE和LDPE进行共混，共混后加入热塑性弹性体，在增塑剂和环氧稳定剂的共同作用下，二者可进行均匀混合且混合后的柔韧性较好，加入增强填料和乙烯基共聚物分别调控该PE基复合材料的强度与柔韧度，在单烷氧基型偶联剂的作用下，使上述填料分散更加均匀，混合效果更佳。
本发明还提供了一种注射器及其活塞，采用上述PE基复合材料制备而成。
通过采用上述技术方案，经上述PE基复合材料制备的注射器及其活塞，具有优异的柔软性、回弹性和抗冲击性能，同时，具有极佳的电器绝缘性能，可为电器零件的安装进行点胶。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、将HDPE与LDPE以适当比例混合形成具有较好的柔软度和回弹性能的主体，能够保证点胶用的活塞具有优异的柔韧性，方便操作人员进行点胶；同时，加入热塑性弹性体后，特别是三元乙丙橡胶和丁苯橡胶复配使用后，在增塑剂与环氧稳定剂的共同作用下，制得的活塞的弹性能更优异，活塞弹性好有利于注塑机脱模过程；
2、向共混体系中加入增强填料和乙烯基共聚物分别调控该复合材料的强度与韧性，在单烷氧基型偶联剂作用下，增强填料与乙烯基共聚物能够在PE基塑料与热塑性弹性体的共混物中分散均匀，以保证该PE基复合材料的综合性能更优；
3、热塑性弹性体加入到HDPE与LDPE的共混物中，可弥补该共混物存在的耐老化性差的缺陷，延长该活塞的使用寿命；
4、环氧大豆油与环氧脂肪酸辛酯复配使用，二者产生协同作用，促进了共混体系中填料与PE基塑料和热塑性弹性体的共混物的相容性，同时，有利于PE基塑料与热塑性弹性体两相的混合。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
检测方法：
(1)拉伸及弯曲性能参照ASTM D238标准在INSTRON-1121型拉伸弯曲试验机上进行测定；
(2)冲击性能参照ASTM D256标准在JJ-20型冲击试验机上进行测定；
(3)样品的热老化性能根据国标GB/T3512-2001中规定的测试方法进行测试。将样条标记后自由的悬挂于热老化箱中,将老化箱的温度设置为100℃，对样条进行24h的老化处理，随后，将样条取出，并在环境温度下自由放置，再测试样条的拉伸性能，即为老化后样品的拉伸性能。
实施例一:
(1)按照HDPE 40份、LDPE 30份、三元乙丙橡胶10份、过氧化二异丙苯1份、异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯3份、癸二酸二异辛酯1份、环氧大豆油3份进行称料；
(2)将40份HDPE和30份LDPE投入到HX-100型高速混合机中混合均匀，混合机的温度为140℃，混合30min；
(3)向高速混合机中加入10份三元乙丙橡胶、1份癸二酸二异辛酯和3份环氧大豆油进行充分混合；
(4)继续加入3份异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯以及1份过氧化二异丙苯进行交联混合，待混合均匀即可。
实施例二：
(1)按照HDPE 42份、LDPE 32份、丁苯橡胶12份、过氧化苯甲酰1份、双二辛氧基焦磷酸酯基钛酸酯3份、己二酸二异癸酯2份、环氧脂肪酸辛酯3份、纳米碳酸钙5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物6份进行称料；
(2)将42份HDPE和32份LDPE投入到HX-100型高速混合机中混合均匀，混合机的温度为140℃，混合30min；
(3)向高速混合机中加入12份丁苯橡胶、2份己二酸二异癸酯和3份环氧脂肪酸辛酯进行充分混合；
(4)继续加入5份纳米碳酸钙、6份乙烯-醋酸乙烯共聚物和3份双二辛氧基焦磷酸酯基钛酸酯以及1份过氧化苯甲酰进行交联混合，待混合均匀即可。
实施例三：
(1)按照HDPE 45份、LDPE 35份、三元乙丙橡胶6份、丁苯橡胶9份、过氧化二异丙苯1份、异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯3.5份、邻苯二甲酸二甲酯2份、环氧大豆油2.5份和环氧脂肪酸辛酯2.5份、滑石粉5份、乙烯丙烯酸乙酯共聚物6份进行称料；
(2)将45份HDPE和35份LDPE投入到HX-100型高速混合机中混合均匀，混合机的温度为140℃，混合30min；
(3)向高速混合机中加入6份三元乙丙橡胶和9份丁苯橡胶、2份邻苯二甲酸二甲酯和2.5份环氧大豆油、2.5份环氧脂肪酸辛酯进行充分混合；
(4)继续加入5份滑石粉、6份乙烯丙烯酸乙酯共聚物和3.5份异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯以及1份过氧化二异丙苯进行交联混合，待混合均匀即可。
实施例四：
(1)按照HDPE 49份、LDPE 39份、三元乙丙橡胶8份、丁苯橡胶8份、过氧化苯甲酰1份、双二辛氧基焦磷酸酯基钛酸酯4份、癸二酸二异辛酯3份、环氧大豆油2.5份、环氧脂肪酸辛酯2.5份、纳米二氧化硅6份、乙烯-醋酸乙烯共聚物8份进行称料；
(2)将49份HDPE和39份LDPE投入到HX-100型高速混合机中混合均匀，混合机的温度为140℃，混合30min；
(3)向高速混合机中加入8份三元乙丙橡胶、8份丁苯橡胶、3份癸二酸二异辛酯和2.5份环氧大豆油、2.5份环氧脂肪酸辛酯进行充分混合；
(4)继续加入6份纳米二氧化硅、8份乙烯-醋酸乙烯共聚物和4份双二辛氧基焦磷酸酯基钛酸酯以及1份过氧化苯甲酰进行交联混合，待混合均匀即可。
对比例一：采用普通PE取代HDPE和LDPE共混。
对比例二：相比于实施例三，缺少热塑性弹性体。
对比例三：相比于实施例三，缺少增塑剂。
对比例四：相比于实施例三，缺少环氧稳定剂。
对比例五：相比于实施例三，缺少增塑剂和环氧稳定剂。
拉伸、弯曲及冲击性能的检测结果如下表所示：
由上表可知，增塑剂和环氧稳定剂复配使用对该复合材料的弹性能影响最大，复配使用，效果最佳；HDPE与LDPE的混合体并与热塑性弹性体共混后的复合材料具有较优异的拉伸、弯曲和冲击性能；三元乙丙橡胶和丁苯橡胶以上述比例复配使用的复合材料的综合回弹性能更优。
耐老化性能的检测结果如下表所示：
样品 拉伸强度(MPa) 老化率(％)
实施例一 19.12 6
实施例二 18.68 9
实施例三 24.32 4
实施例四 27.45 3.6
对比例一 11.78 22.6
对比例二 14.87 9.4
对比例三 17.66 9.2
对比例四 17.32 8.8
对比例五 7.56 39.5
由上表可知，实施例的老化率均在10％以下，在100℃、24h烘烤后，对复合材料的拉伸强度影响较小，抗老化性较强；由对比例可得出，增塑剂和环氧稳定剂复配使用，对复合材料的抗老化性能起到促进作用。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种PE基复合材料，其特征在于包括如下重量份的组分：
HDPE 40~50份；
LDPE 30~40份；
热塑性弹性体 10~20份；
过氧化物交联剂 1~3份；
单烷氧基型偶联剂 3~5份；
增塑剂 1~3份；
环氧稳定剂 1~5份。
2.根据权利要求1所述的PE基复合材料，其特征在于：还包括0~10重量份的增强填料，所述增强填料选用纳米碳酸钙、滑石粉和纳米二氧化硅中的一种。
3.根据权利要求2所述的PE基复合材料，其特征在于：还包括0~10份的乙烯基共聚物，所述乙烯基共聚物选用乙烯-醋酸乙烯共聚物或者乙烯丙烯酸乙酯共聚物。
4.根据权利要求3所述的PE基复合材料，其特征在于：所述热塑性弹性体为三元乙丙橡胶、丁苯橡胶的混合物，其中三元乙丙橡胶在混合物中的重量百分比为40~60%。
5.根据权利要求4所述的PE基复合材料，其特征在于：所述单烷氧基型偶联剂选用异丙基三（焦磷酸二辛酯）钛酸酯或者双二辛氧基焦磷酸酯基钛酸酯。
6.根据权利要求1或5所述的PE基复合材料，其特征在于：所述环氧稳定剂选用环氧大豆油与环氧脂肪酸辛酯的混合物，所述环氧大豆油在混合物中的重量百分比为40~60%。
7.根据权利要求3所述的PE基复合材料，其特征在于：所述过氧化物交联剂采用过氧化二异丙苯或者过氧化苯甲酰。
8.根据权利要求4所述的PE基复合材料，其特征在于：所述增塑剂选用癸二酸二异辛酯、己二酸二异癸酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种。
9.一种PE基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）按照HDPE 40~50份、LDPE 30~40份、热塑性弹性体 10~20份、过氧化物交联剂 1~3份、单烷氧基型偶联剂 3~5份、增塑剂 1~3份、环氧稳定剂 1~5份、乙烯基共聚物 0~10份和0~10份增强填料进行称料；
（2）将HDPE和LDPE投入到高速混合机中混合均匀，混合机的温度为120~140℃，混合20~30min；
（3）向高混机中加入热塑性弹性体、增塑剂和环氧稳定剂进行充分混合；
（4）继续加入增强填料、乙烯基共聚物、单烷氧基型偶联剂以及过氧化物交联剂进行混合，待混合均匀即可。
10.一种注射器及其活塞，其特征在于：采用权利要求1~8任意一项所述的PE基复合材料制备而成。
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