CN107602971A - 高强度塑料机械手及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度塑料机械手及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)用偶联剂对纳米碳酸钙和碳纤维进行改性，然后加入熔融的高密度聚乙烯和聚乙二醇，再加入增塑剂、抗氧剂进行混炼；(2)对步骤(1)制得的混炼物进行等离子诱导；(3)将步骤(2)处理后的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，造粒；(4)将步骤(3)中的粒料注塑成型。该制备方法突破了常规高强度塑料机械手韧性差的技术缺陷，可在提高塑料强度的基础上提高塑料的韧性，本发明制得的高强度塑料机械手原料融合度高，组织致密，碳纤维得到顺序排布，使该材料适用于机械领域，并且，该制备方法简单，原料易得，具有较好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及塑料，具体地，涉及高强度塑料机械手及其制备方法。
背景技术
随着机械向轻量化、节能减排、舒适美观方向发展，塑料在机械领域的用量与日俱增，其用量及其应用技术往往成了衡量一个国家机械工业水平的重要指标。但是机械用塑料要求塑料不仅具有较高的强度，还需要较高的韧性，不易脆裂，但是，往往材料的强度高，脆性就大，如何得到强度和韧性均较好的材料，这是目前机械用塑料需要克服的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度塑料机械手及其制备方法，该制备方法突破了常规高强度塑料机械手韧性差的技术缺陷，可在提高材料强度的基础上提高材料的韧性，使材料适用于机械领域，并且，该制备方法简单，原料易得。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高强度塑料机械手的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)用偶联剂对纳米碳酸钙和碳纤维进行改性，然后加入熔融的高密度聚乙烯和聚乙二醇，再加入增塑剂、抗氧剂进行混炼；(2)对步骤(1)制得的混炼物进行等离子诱导；(3)将步骤(2)处理后的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，造粒；(4)将步骤(3)中的粒料注塑成型。
本发明还提供一种根据前文所述的制备方法制备的高强度塑料机械手。
根据上述技术方案，本发明应用偶联剂对纳米碳酸钙和碳纤维进行改性，加入到由高密度聚乙烯和聚乙二醇组成的熔融的基材中，提高了纳米碳酸钙和碳纤维与基材的相容性；通过等离子诱导，使高密度聚乙烯和聚乙二醇发生二次聚合，提高了混合物特别是混合物表面聚合效果，产生较多的致密组织，再结合改性的纳米碳酸钙，可均匀分布基材的间隙中，使基材更加致密。该制备方法突破了常规高强度塑料机械手韧性差的技术缺陷，可在提高塑料强度的基础上提高塑料的韧性，使该材料适用于机械领域。并且，该制备方法简单，原料易得，具有较好的推广应用价值。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种高强度塑料机械手的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)用偶联剂对纳米碳酸钙和碳纤维进行改性，然后加入熔融的高密度聚乙烯和聚乙二醇，再加入增塑剂、抗氧剂进行混炼；(2)对步骤(1)制得的混炼物进行等离子诱导；(3)将步骤(2)处理后的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，造粒；(4)将步骤(3)中的粒料注塑成型。
根据上述技术方案，本发明应用偶联剂对纳米碳酸钙和碳纤维进行改性，加入到由高密度聚乙烯和聚乙二醇组成的熔融的基材中，提高了纳米碳酸钙和碳纤维与基材的相容性；通过等离子诱导，使高密度聚乙烯和聚乙二醇发生二次聚合，提高了混合物特别是混合物表面聚合效果，产生较多的致密组织，再结合改性的纳米碳酸钙，可均匀分布基材的间隙中，使基材更加致密。该制备方法突破了常规高强度塑料机械手韧性差的技术缺陷，可在提高塑料强度的基础上提高塑料的韧性，使该材料适用于机械领域。并且，该制备方法简单，原料易得，具有较好的推广应用价值。
在上述技术方案中，各组分的量可在较宽范围内进行调整，为了提高该材料的强度和韧性，优选地，以重量份计，纳米碳酸钙5-8份，碳纤维5-8份，偶联剂8-10份，高密度聚乙烯25-30份，聚乙二醇12-16份，增塑剂8-10份，抗氧剂3-5份。
其中，本领域的常规高密度聚乙烯，如注塑级、吹塑级、薄膜级高密度聚乙烯均可实现本发明，本领域技术人员可灵活选择。在后文的实施例中，选择独山子石化分公司生产的DMDA-8920高密度聚乙烯树脂。
当然，对于碳纤维，本领域技术人员可根据经验从本领域常规添加的碳纤维中进行选择，为了得到高强度和高韧性的塑料，优选地，碳纤维为长度为10-50mm的聚丙烯腈基碳纤维。
同时，对于抗氧剂，本领域技术人员可在常规抗氧剂中进行选择，为了提高材料的抗氧化能力，优选地，抗氧剂为型号为RD 4010抗氧剂和/或羧甲基纤维素钠。在本发明更优选的实施方式中，选择RD 4010抗氧剂。
对于聚乙二醇的数均分子量，本领域技术人员可根据经验灵活调整，为了提高材料中基材的融合效果，同时结合本发明中等离子照射工艺，使材料二次聚合获得致密的材料组织，优选地，原料选择聚乙二醇的数均分子量为20000-30000。
本领域的常规增塑剂均能实现本发明，为了提高材料的融合效果，在本文优选的实施方式中，优选地，增塑剂为邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬酯和邻苯二甲酸二异癸酯中的一种或多种。
结合本发明的原料及制备工艺，常规偶联剂均可实现本发明，可以选择单个种类的偶联剂，也可选择多种偶联剂配合使用，为了使改性后的纳米碳酸钙和改性后的碳纤维与基材结合的更好，并使改性后的纳米碳酸钙弥散在基材的缝隙中，以获得致密的材料，优选地，偶联剂包括：以重量份计，偶联剂包括2-3份硅烷偶联剂KH570、3-5份KT221钛酸酯偶联剂和3-4份乙烯基三甲氧基硅烷。
当然，对于改性的条件，本领域技术人员可根据自身经验在较宽范围内进行灵活调整，为了使偶联剂与纳米碳酸钙和碳纤维融合的更好，优选地，改性的条件包括：于70-90℃在180-260rpm混合。
在上述改性条件下，灵活调整改性时间可实现本发明，为了使偶联剂与纳米碳酸钙和碳纤维融合的更好，更优选地，改性时混合20-30min。
对于步骤(2)中的等离子诱导的条件，本领域技术人员可在较宽范围内进行调整，为了使高密度聚乙烯和聚乙二醇发生二次聚合，以得到致密的材料组织，优选地，步骤(2)中等离子诱导的条件包括：将步骤(1)获得的混合物置入等离子体装置的下电极介质上，于电压110-130kV，电流24-26mA，间隙3-5mm的操作条件下照射。
在上述等离子诱导条件下，本领域技术人员可灵活调整照射时间以实现本发明，为了得到致密的组织，同时，避免聚合过度使材料的脆性增强，优选地，等离子诱导的时间为照射3-5min。
同时，本领域技术人员可灵活调整步骤(3)中的挤出工艺，为了提高材料的强度，优选地，挤出时双螺杆挤出机各区段的温度为160-220℃。
在上述技术方案中，对于挤出时螺杆的转速，本领域技术人员可灵活调整，为了提高材料的强度，优选地，螺杆转速为180-230rpm。
不仅如此，对于步骤(1)中的混炼条件，本领域技术人员可根据自身经验进行调整，为了使偶联剂与纳米碳酸钙和碳纤维融合的更好，优选地，步骤(1)中混炼的条件包括：将温度调整至180-220℃。
通过上述优选的实施方式，灵活调整转速和混炼时间可实现本发明，为了使偶联剂与纳米碳酸钙和碳纤维融合的更好，优选地，转速为220-300rpm。
通过上述优选的实施方式，灵活调整混炼时间可实现本发明，为了使偶联剂与纳米碳酸钙和碳纤维融合的更好，优选地，时间为20-30min。
对于步骤(4)中的注塑温度，本领域技术人员可在较宽范围内进行调整，为了避免成型不均，优选地，注塑温度为200-220℃。
当然，注塑时模具的温度可在较宽范围内进行调整，为了避免成型不均，优选地，注塑时模具温度为140-160℃。
本发明还提供一种根据前文所述的制备方法制备的高强度塑料机械手。
根据上述技术方案，本发明可得到强度和韧性均较高的塑料。本发明应用偶联剂对纳米碳酸钙和碳纤维进行改性，加入到由高密度聚乙烯和聚乙二醇组成的熔融的基材中，提高了纳米碳酸钙和碳纤维与基材的相容性；通过等离子诱导，使高密度聚乙烯和聚乙二醇发生二次聚合，提高了混合物特别是混合物表面聚合效果，产生较多的致密组织，再结合改性的纳米碳酸钙，可均匀分布基材的间隙中，使基材更加致密。该制备方法突破了常规高强度塑料机械手韧性差的技术缺陷，可在提高塑料强度的基础上提高塑料的韧性，使该材料适用于机械领域，并且，该制备方法简单，原料易得，具有较好的推广应用价值。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，碳纤维为长度为100mm的聚丙烯腈基碳纤维，购自芜湖碳纤维加固公司；聚乙二醇为数均分子量为25000的聚乙二醇；高密度聚乙烯为独山子石化分公司生产的DMDA-8920高密度聚乙烯，其他为常规市售品。
实施例1
高强度塑料机械手的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将2份硅烷偶联剂KH570、3份KT221钛酸酯偶联剂和3份乙烯基三甲氧基硅烷与纳米碳酸钙5份以及碳纤维5份在70℃，180rpm混合20min进行改性，然后加入熔融的高密度聚乙烯25份和熔融的聚乙二醇12份，再加入邻苯二甲酸二异丁酯8份、RD 4010抗氧剂3份将温度调整至180℃，转速为220rpm，混炼20min；
(2)将步骤(1)获得的混合物置入等离子体装置的下电极介质上，于电压110kV，电流24mA，间隙3mm的操作条件下照射3min；
(3)将步骤(2)处理后的混合物加入双螺杆挤出机中进行挤出，造粒，挤出时双螺杆挤出机各区段的温度为160℃，螺杆转速为180rpm，然后造粒；
(4)将步骤(3)中的粒料于200℃注塑成型，注塑时模具温度为140℃。
实施例2
高强度塑料机械手的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将3份硅烷偶联剂KH570、5份KT221钛酸酯偶联剂和4份乙烯基三甲氧基硅烷与纳米碳酸钙8份以及碳纤维8份在90℃，260rpm混合30min进行改性，然后加入熔融的高密度聚乙烯30份和熔融的聚乙二醇16份，再加入邻苯二甲酸二异丁酯10份、RD 4010抗氧剂5份将温度调整至220℃，转速为300rpm，混炼30min；
(2)将步骤(1)获得的混合物置入等离子体装置的下电极介质上，于电压130kV，电流26mA，间隙5mm的操作条件下照射5min；
(3)将步骤(2)处理后的混合物加入双螺杆挤出机中进行挤出，挤出时双螺杆挤出机各区段的温度为220℃，螺杆转速为230rpm，然后造粒；
(4)将步骤(3)中的粒料于220℃注塑成型，注塑时模具温度为160℃。
实施例3
高强度塑料机械手的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将2.5份硅烷偶联剂KH570、4份KT221钛酸酯偶联剂和3.5份乙烯基三甲氧基硅烷与纳米碳酸钙6.5份以及碳纤维6.5份在80℃，220rpm混合25min进行改性，然后加入熔融的高密度聚乙烯27.5份和熔融的聚乙二醇14份，再加入邻苯二甲酸二异丁酯9份、RD 4010抗氧剂4份将温度调整至200℃，转速为260rpm，混炼25min；
(2)将步骤(1)获得的混合物置入等离子体装置的下电极介质上，于电压120kV，电流25mA，间隙4mm的操作条件下照射4min；
(3)将步骤(2)处理后的混合物加入双螺杆挤出机中进行挤出，挤出时双螺杆挤出机各区段的温度为190℃，螺杆转速为205rpm，然后造粒；
(4)将步骤(3)中的粒料于210℃注塑成型，注塑时模具温度为150℃。
实施例4
按照实施例3的方法制备高强度塑料机械手，不同的是，用10份硅烷偶联剂KH570代替由2.5份硅烷偶联剂KH570、4份KT221钛酸酯偶联剂和3.5份乙烯基三甲氧基硅烷组成的偶联剂。
对比例1
按照实施例3的方法制备高强度塑料机械手，不同的是，步骤(1)变更为：取2.5份硅烷偶联剂KH570、4份KT221钛酸酯偶联剂和3.5份乙烯基三甲氧基硅烷与纳米碳酸钙6.5份以及碳纤维6.5份，加入熔融的高密度聚乙烯27.5份和熔融的聚乙二醇14份，再加入邻苯二甲酸二异丁酯9份、RD 4010抗氧剂4份将温度调整至200℃，转速为260rpm，混炼25min，其他条件保持不变。
对比例2
按照实施例3的方法制备高强度塑料机械手，不同的是，不进行步骤(2)中的工艺步骤。
对比例3
按照实施例3的方法制备高强度塑料机械手，不同的是，步骤(1)中不添加纳米碳酸钙，其他条件与实施例3相同。
对比例4
按照实施例3的方法制备高强度塑料机械手，不同的是，步骤(1)中不添加碳纤维，其他条件与实施例3相同。
检测例1
对实施例1-4和对比例1-3中制得的高强度塑料机械手按照GB/T1040.3-2006制样并检测抗拉强度及断裂伸长率，用GB/T1043.1-2008检测冲击韧性，结果见表1。
表1
| 实施例编号 | 抗拉强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 冲击韧性(J/cm2) |
| 实施例1 | 125 | 71 | 45.8 |
| 实施例2 | 141 | 78 | 48.6 |
| 实施例3 | 132 | 66 | 46.7 |
| 实施例4 | 109 | 68 | 41.6 |
| 对比例1 | 87 | 48 | 34.6 |
| 对比例2 | 72 | 45 | 37.9 |
| 对比例3 | 91 | 66 | 39.7 |
| 对比例4 | 65 | 65 | 31.2 |
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种高强度塑料机械手的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)用偶联剂对纳米碳酸钙和碳纤维进行改性，然后加入熔融的高密度聚乙烯和聚乙二醇，再加入增塑剂、抗氧剂进行混炼；
(2)对步骤(1)制得的混炼物进行等离子诱导；
(3)将步骤(2)处理后的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，造粒；
(4)将步骤(3)中的粒料注塑成型。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以重量份计，纳米碳酸钙5-8份，碳纤维10-20份，偶联剂8-10份，高密度聚乙烯25-30份，聚乙二醇12-16份，增塑剂8-10份，抗氧剂3-5份。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，改性的条件包括：于70-90℃在180-260rpm混合20-30min。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤(2)中等离子诱导的条件包括：将步骤(1)获得的混合物置入等离子体装置的下电极介质上，于电压110-130kV，电流24-26mA，间隙3-5mm的操作条件下照射3-5min。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，挤出时双螺杆挤出机各区段的温度为160-220℃；和/或，螺杆转速为180-230rpm。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤(1)中混炼的条件包括：将温度调整至180-220℃；和/或，转速为220-300rpm；和/或，时间20-30min；
和/或，步骤(4)中注塑温度为200-220℃；和/或，注塑时模具温度为140-160℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，以重量份计，偶联剂包括2-3份硅烷偶联剂KH570、3-5份KT221钛酸酯偶联剂和3-4份乙烯基三甲氧基硅烷。
8.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，碳纤维为长度为10-50mm的聚丙烯腈基碳纤维；
和/或，抗氧剂为型号为RD 4010抗氧剂和/或羧甲基纤维素钠。
9.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，聚乙二醇的数均分子量为20000-30000；
和/或，增塑剂为邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬酯和邻苯二甲酸二异癸酯中的一种或多种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制备的高强度塑料机械手。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180119 |