CN106380692B - 碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材及其制备方法 - Google Patents

碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材及其制备方法。该塑料管材由以下重量份数的原料制备而成：聚丙烯40~60份，聚丙烯接枝马来酸酐4~8份，乙烯/辛烯共聚物3~6份，碳纤维5~8份，表面改性的轻质碳酸钙10~15份，改性石墨烯2~5份，抗氧剂1010 0.2~1份，超支化聚酯分散剂1~2份，硬脂酸锌1~1.5份。上述原料加入高速混合机内混合，再进入双螺杆挤出机共混、挤出、冷却、切粒，最后在注塑机中成型即制得碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材。本发明方法操作简单，所制得的塑料管材质量轻、强度好、耐腐蚀、使用寿命长，能够广泛用于给水、热水管道系统、采暖管道系统、空调管道等领域。

Description

碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料管材技术领域，特别涉及一种碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材及其制备方法。
背景技术
塑料管材是高科技复合而成的化学建材，而化学建材是继钢材、木材、水泥之后，当代新兴的第四大类新型建筑材料。塑料管材已发展成为塑料制品中一类重要产品，也是化学建材中用量较多的主要产品之一。
塑料管材与传统的金属管和水泥管相比，具有重量轻，一般仅为金属管的1/6~1/10，有较好的耐腐蚀性，抗冲击和抗拉强度，塑料管内表面比铸铁管光滑得多、摩擦系数小、流体阻力小、可降低输水能耗5%以上，综合节能好，制造能耗降低75%，运输方便，安装简单，使用寿命长达30~50年。
近年来，塑料管材因具有水流损失小、节能、节材、保护生态、竣工便捷等优点，广泛应用于建筑给排水、城镇给排水以及燃气管等领域，成为新世纪城建管网的主力军。据中国塑料加工工业协会的资料显示：2002年我国塑料管材出口量68028.2吨，同比增长28.87%；出口额10102.6万美元，同比增长30.83%；塑料管材进口量26675.6吨，同比增长8.19%；进口额14056.2万美元，同比增长19.05%，进口额大于出口额。就目前而言，我国塑料管材企业生产出口的大都是低端产品，产品附加值低，产品工艺、技术含量较同类进口产品均有很大的差距，产品出口仅限于少数不发达地区。其主要原因是国内大多数的管材企业总体装备水平低、工艺技术相对落后、技术含量、产品质量差，企业依靠自有力量研究成功的加工工艺及研制出的塑料管材很少，与发达国家始终保持着明显差距。缺乏技术创新使企业生产的产品始终处在低端市场，产品营销难以做大，高端的塑料管材的开发应用还仅仅处于起步阶段。因此，需要有关单位和生产厂家的共同努力，开发具有自主创新、高性能的各种塑料管材。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材及其制备方法，所制备的塑料管材具有高的抗冲强度和优异的耐热性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材，它是由以下重量份的原料制备而成：
聚丙烯40~60份，聚丙烯接枝马来酸酐4~8份，乙烯/辛烯共聚物3~6份，碳纤维5~8份，表面改性的轻质碳酸钙10~15份，改性石墨烯2~5份，抗氧剂1010 0.2~1份，超支化聚酯分散剂1~2份，硬脂酸锌1~1.5份。
制备上述碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材的具体步骤为：
(1) 将5~8重量份硬脂酸置于反应瓶中，加入30~40重量份 N,N-二甲基甲酰胺溶剂，搅拌至硬脂酸溶解后，加入10~30重量份氯化亚砜，然后在60~80℃下反应4~5小时，再加入6~8重量份市售的端基含有16个羟基的超支化聚酯H20，在室温下反应6~7小时，蒸出溶剂即制得超支化聚酯分散剂。
(2) 将0.2~1重量份市售片状石墨烯和0.5~2重量份苝酐混合于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，在超声波清洗机中分散30~40分钟即制得改性石墨烯。
(3) 将1~3重量份硅烷偶联剂用5~10重量份无水乙醇兑稀，然后倒入10~15重量份轻质碳酸钙中，在高速混合机中搅拌均匀，即制得表面改性的轻质碳酸钙。
(4) 将40~60重量份聚丙烯，4~8重量份聚丙烯接枝马来酸酐，3~6重量份乙烯/辛烯共聚物，5~8重量份碳纤维，10~15重量份步骤(3)制得的表面改性的轻质碳酸钙，2~5重量份步骤(2)制得的改性石墨烯，0.2~1重量份抗氧剂1010，1~2重量份步骤(1)制得的超支化聚酯分散剂和1~1.5重量份硬脂酸锌加入高速混合机内混合，20分钟后出料，进入双螺杆挤出机共混、挤出、冷却、切粒，再在注塑机中成型即制得碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材。
所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷和γ-巯丙基-三甲氧基硅烷中的一种或多种。
本发明的塑料管材的简支梁缺口冲击强度高达21.8~23.6kJ/m2，拉伸强度达到89.6~91.7MPa，弯曲强度达到120.7~125.4MPa。
本发明方法操作简单，所制得的塑料管材具有质量轻、强度好、耐腐蚀、使用寿命长等优点，能够广泛用于给水、热水管道系统、采暖管道系统、空调管道等领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详述：
实施例1：
(1) 将6重量份硬脂酸置于反应瓶中，加入35重量份 N,N-二甲基甲酰胺溶剂，搅拌至硬脂酸溶解后，加入20重量份氯化亚砜，然后在70℃下反应4.5小时，再加入7重量份市售的端基含有16个羟基的超支化聚酯H20，在室温下反应7小时，蒸出溶剂即制得超支化聚酯分散剂。
(2) 将0.6重量份市售片状石墨烯和1.25重量份苝酐混合于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，在超声波清洗机中分散35分钟即制得改性石墨烯。
(3) 将1.2重量份γ-氨丙基-三甲氧基硅烷用6重量份无水乙醇兑稀，然后倒入15重量份轻质碳酸钙中，在高速混合机中搅拌均匀，即制得表面改性的轻质碳酸钙。
(4) 将40重量份聚丙烯，4重量份聚丙烯接枝马来酸酐，3重量份乙烯/辛烯共聚物，6重量份碳纤维，15重量份步骤(3)制得的表面改性的轻质碳酸钙，3重量份步骤(2)制得的改性石墨烯，0.4重量份抗氧剂1010，1.5重量份步骤(1)制得的超支化聚酯分散剂和1.5重量份硬脂酸锌加入高速混合机内混合，20分钟后出料，进入双螺杆挤出机共混、挤出、冷却、切粒，再在注塑机中控制温度在185℃内成型即制得碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材。
本实施例制得的碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材的简支梁缺口冲击强度高达21.8kJ/m2，拉伸强度达到89.6MPa，弯曲强度达到120.7MPa。
实施例2：
(1) 将8重量份硬脂酸置于反应瓶中，加入40重量份 N,N-二甲基甲酰胺溶剂，搅拌至硬脂酸溶解后，加入30重量份氯化亚砜，然后在70℃下反应4.5小时，再加入7重量份市售的端基含有16个羟基的超支化聚酯H20，在室温下反应7小时，蒸出溶剂即制得超支化聚酯分散剂。
(2) 将0.6重量份市售片状石墨烯和1重量份苝酐混合于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，在超声波清洗机中分散40分钟即制得改性石墨烯。
(3) 将1.2重量份γ-氨丙基-三甲氧基硅烷用8重量份无水乙醇兑稀，然后倒入15重量份轻质碳酸钙中，在高速混合机中搅拌均匀，即制得表面改性的轻质碳酸钙。
(4) 将50重量份聚丙烯，5重量份聚丙烯接枝马来酸酐，4重量份乙烯/辛烯共聚物，7重量份碳纤维，15重量份步骤(3)制得的表面改性的轻质碳酸钙，4重量份步骤(2)制得的改性石墨烯，0.5重量份抗氧剂1010，1.5重量份步骤(1)制得的超支化聚酯分散剂和1.5重量份硬脂酸锌加入高速混合机内混合，20分钟后出料，进入双螺杆挤出机共混、挤出、冷却、切粒，再在注塑机中控制温度在185℃内成型即制得碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材。
本实施例制得的碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材的简支梁缺口冲击强度高达22.4kJ/m2，拉伸强度达到90.5MPa，弯曲强度达到121.3MPa。
实施例3：
(1) 将7重量份硬脂酸置于反应瓶中，加入40重量份 N,N-二甲基甲酰胺溶剂，搅拌至硬脂酸溶解后，加入30重量份氯化亚砜，然后在80℃下反应4小时，再加入8重量份市售的端基含有16个羟基的超支化聚酯H20，在室温下反应7小时，蒸出溶剂即制得超支化聚酯分散剂。
(2) 将0.6重量份市售片状石墨烯和1.3重量份苝酐混合于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，在超声波清洗机中分散35分钟即制得改性石墨烯。
(3) 将1.2重量份γ-氨丙基-三甲氧基硅烷用8重量份无水乙醇兑稀，然后倒入15重量份轻质碳酸钙中，在高速混合机中搅拌均匀，即制得表面改性的轻质碳酸钙。
(4) 将50重量份聚丙烯，5重量份聚丙烯接枝马来酸酐，4重量份乙烯/辛烯共聚物，8重量份碳纤维，15重量份步骤(3)制得的表面改性的轻质碳酸钙，5重量份步骤(2)制得的改性石墨烯，0.6重量份抗氧剂1010，1.5重量份步骤(1)制得的超支化聚酯分散剂和1.5重量份硬脂酸锌加入高速混合机内混合，20分钟后出料，进入双螺杆挤出机共混、挤出、冷却、切粒，再在注塑机中控制温度在190℃内成型即制得碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材。
本实施例制得的碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材的简支梁缺口冲击强度高达23.6kJ/m2，拉伸强度达到91.7MPa，弯曲强度达到125.4MPa。

Claims (2)

1.一种碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材，其特征在于该塑料管材是由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯40~60份，聚丙烯接枝马来酸酐4~8份，乙烯/辛烯共聚物3~6份，碳纤维5~8份，表面改性的轻质碳酸钙10~15份，改性石墨烯2~5份，抗氧剂1010 0.2~1份，超支化聚酯分散剂1~2份，硬脂酸锌1~1.5份；
所述超支化聚酯分散剂的制备方法为：将5~8重量份硬脂酸置于反应瓶中，加入30~40重量份N,N-二甲基甲酰胺溶剂，搅拌至硬脂酸溶解后，加入10~30重量份氯化亚砜，然后在60~80℃下反应4~5小时，再加入6~8重量份市售的端基含有16个羟基的超支化聚酯H20，在室温下反应6~7小时，蒸出溶剂即制得超支化聚酯分散剂；
所述改性石墨烯的制备方法为：将0.2~1重量份市售片状石墨烯和0.5~2重量份苝酐混合于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，在超声波清洗机中分散30~40分钟即制得改性石墨烯。
2.一种制备如权利要求1所述的碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)将5~8重量份硬脂酸置于反应瓶中，加入30~40重量份N,N-二甲基甲酰胺溶剂，搅拌至硬脂酸溶解后，加入10~30重量份氯化亚砜，然后在60~80℃下反应4~5小时，再加入6~8重量份市售的端基含有16个羟基的超支化聚酯H20，在室温下反应6~7小时，蒸出溶剂即制得超支化聚酯分散剂；
(2)将0.2~1重量份市售片状石墨烯和0.5~2重量份苝酐混合于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，在超声波清洗机中分散30~40分钟即制得改性石墨烯；
(3)将1~3重量份硅烷偶联剂用5~10重量份无水乙醇兑稀，然后倒入10~15重量份轻质碳酸钙中，在高速混合机中搅拌均匀，即制得表面改性的轻质碳酸钙；
(4)将40~60重量份聚丙烯，4~8重量份聚丙烯接枝马来酸酐，3~6重量份乙烯/辛烯共聚物，5~8重量份碳纤维，10~15重量份步骤(3)制得的表面改性的轻质碳酸钙，2~5重量份步骤(2)制得的改性石墨烯，0.2~1重量份抗氧剂1010，1~2重量份步骤(1)制得的超支化聚酯分散剂和1~1.5重量份硬脂酸锌加入高速混合机内混合，20分钟后出料，进入双螺杆挤出机共混、挤出、冷却、切粒，再在注塑机中成型即制得碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材；
所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷和γ-巯丙基-三甲氧基硅烷中的一种或多种。
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