CN107686581A - 一种高强、抗蠕变市政检查井盖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于道路设施技术领域，具体涉及一种聚乙烯废弃塑料基高强、抗蠕变的市政检查井盖。该发明提供了一种高强、抗蠕变市政检查井盖及其制备方法，该市政检查井盖的组成为：聚乙烯废弃塑料40～80份，聚烯烃接枝纳米多孔无机填料50～90份，耐磨剂5～10份，抗老化剂2～3份，阻燃剂3～5份，颜料1～3份。本发明还提供了一种高强、抗蠕变市政检查井盖的其制备方法，通过对纳米多孔无机填料进行改性，使其表面的聚烯烃与聚乙烯分子之间发生缠结作用，进而抑制了高温压碾时聚乙烯分子的流动，使得井盖的蠕变速率降低甚至不发生蠕变。该技术打破了现有技术聚合物基复合材料检查井盖抗蠕变性差的技术壁垒。

Description

一种高强、抗蠕变市政检查井盖及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物基市政检查井盖，具体涉及一种聚乙烯废弃塑料基高强、抗蠕变的市政检查井盖，属于道路设施技术领域。
背景技术
检查井是通往地下设施如自来水、排水、电信、电力、燃气、热力、消防、环境卫生等设施的出入口，检查井盖是检查井口可开启的封闭物，由支座和井盖组成，是市政检查中必不可少的设施。
聚合物基市政检查井盖是用聚合物作为基体材料，加入增强材料等，通过一定工艺复合而成的检查井盖。这种复合材料检查井盖没有任何钢材或其它可回收的材料，因此具有防盗功能。同时，其具有较好的抗压、抗弯、抗冲击等优异的力学性质，且还具有不腐蚀、不生锈、新颖美观等优点。在成本上比铸铁制品低10～40％左右，经济效益显著，因此具有很强的市场竞争力。
然而，聚合物基市政检查井盖在使用过程中，尤其是在气温较高的情况下车辆不断碾压，检查井盖会发生蠕变，致使检查井盖中间部位不断下沉，甚至脱落。这样将会产生巨大的安全隐患，因此聚合物基市政检查井盖不宜于车行道路上使用。
目前，有关聚合物基市政检查井盖的报道较多，但针对聚合物基市政检查井盖在高温条件下发生蠕变的缺陷，研究甚少。此外，废旧塑料的回收加工也是近年来新兴产业，不仅解决了白色污染问题，还为产业带来了显著的经济效益。
提供一种成本低且强度高、抗蠕变性强的市政检查井盖将是令人期望的。
发明内容
聚合物的蠕变即在一定温度和较小的恒定外力(拉力、压力或扭力等)作用下、聚合物的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。蠕变涉及到材料结构、分子量、分子链等等因素。避免蠕变，就是通过改变材料的结构与组分来使得材料变得稳定，如提高弹性让临界应力增大，添加抗氧剂让耐老化性能好，分子结构稳定。借鉴交联聚合物中分子链间有化学键，构成交联网络，蠕变时不会产生分子链的相对移动，而使得材料模量高、蠕变速率低、力学损耗低、制品尺寸稳定的特点，申请人通过设计聚合物基市政检查井盖组分的结构，获得了一种高强、抗蠕变的市政检查井盖。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的高强、抗蠕变市政检查井盖是利用聚乙烯废弃塑料及纳米多孔无机填料作为主要原料，配与其它材料制备而成。
其具体的技术方案为：
一种高强、抗蠕变市政检查井盖，包括如下质量份的组分：
聚乙烯废弃塑料 40-80份，
聚烯烃接枝纳米多孔无机填料 50-90份，
耐磨剂 5-10份，
抗老化剂 2-3份，
阻燃剂 3-5份，
颜料 1-3份。
优选的，所述的聚烯烃接枝纳米多孔无机填料由等离子表面引发烯系单体在纳米多孔无机填料表面聚合而制备。
优选的，所述聚烯烃接枝纳米多孔无机填料选自硅藻土、膨润土和蛭石中的一种或多种。
优选的，所述的聚烯烃接枝纳米多孔无机填料的制备方法包括如下步骤：
1)将纳米多孔无机填料置于等离子体发生装置中，接通电源，调整放电功率，在气体介质的流量为45～70mL/min，放电时间为10～15min的条件下进行表面处理；
2)将步骤1)所得物质转移至真空反应釜中，加入烯烃类单体混合；
3)将反应釜升温至150～300℃，在惰性气体的保护下，冷凝回流反应10～24h，即得聚烯烃接枝纳米多孔无机填料。
优选的，所述烯烃类单体选自单烯烃单体或多烯烃单体。
优选的，所述单烯烃单体选自异丁烯、2～甲基丙烯、3～甲基丁烯、4～甲基戊烯、2～甲基戊烯、4～乙基丁烯或4～乙基戊烯中的任一种。
优选的，所述多烯烃单体选自异戊二烯、1，3～丁二烯、2,4～二甲基丁二烯、1,3～戊二烯、3～甲基戊二烯、2,4～己二烯、2～甲基己二烯、2,5～二甲基己二烯或2～甲基戊二烯等中的任一种。
本发明还提供了一种高强、抗蠕变市政检查井盖的制备方法，包括下列步骤：
1)按照聚乙烯废弃塑料40-80份，聚烯烃接枝纳米多孔无机填料50-90份，耐磨剂5-10份，抗老化剂2-3份，阻燃剂3-5份，颜料1-3份质量份的组分将聚乙烯废弃塑料、聚烯烃接枝纳米多孔无机填料、耐磨剂、抗老化剂、阻燃剂和颜料搅拌混合均匀，得混合料；
2)将步骤1)所得混合料转入挤出机中，在170-240℃的温度下熔融塑炼，使各物料充分融合；
3)将上述融合均匀的物料于热的状态下经300-500T压力机注入模具，混合料在20-50MPa的条件下保压0.5-2h，脱模冷却，即得本发明的市政检查井盖。
本发明与现有技术比较具有以下积极效果：
1)本发明通过对纳米多孔无机填料进行筛选和改性，获得了聚烯烃接枝纳米多孔无机填料，该填料与聚乙烯废弃塑料熔融共混时，无机填料表面的聚烯烃与聚乙烯分子之间发生缠结作用，进而抑制了高温压碾时聚乙烯分子的流动，使得井盖的蠕变速率降低甚至不发生蠕变，该技术打破了现有技术聚合物基复合材料检查井盖抗蠕变性差的技术壁垒，使得市政检查井盖在50℃的高温条件下基本不变形，大大拓宽了使用范围。
2)本发明的高强、抗蠕变性市政检查井盖按照GB/T 9341标准检测，其弯曲强度高达60MPa；按照GB/T 1043标准检测，其冲击强度高达105J/m2；按照GB/T 1041标准检测，其压缩强度高达74MPa；按GB/T 1040标准检测，其拉伸强度高46MPa；上述参数均远超出了聚合物基复合材料检查井盖标准的指标CJ/T 211～2005。
3)本发明在提高市政检查井盖强度、抗蠕变性能的同时，利用了大量聚乙烯废弃塑料，消除了废弃聚乙烯塑料对环境的污染，大大节约了生产成本，增加了企业的经济效益。
4)本发明的高强、抗蠕变市政检查井盖无偷盗价值、不易腐蚀、外观美观、易安装、易开启且易于加工成型。
具体实施方式
以下结合实施例描述本发明一种高强、抗蠕变市政检查井盖及其制备方法，但需要说明的是，这些描述并不是对本发明内容进一步限定。
实施例1
聚烯烃接枝纳米多孔无机填料的制备：1)将纳米多孔硅藻土置于等离子体发生装置中，接通电源，调整放电功率，在气体介质的流量为55mL/min，放电时间为15min的条件下进行表面处理；2)将步骤1)所得物质转移至真空反应釜中，加入异丁烯混合；3)将反应釜升温至150℃，在惰性气体的保护下，冷凝回流反应20h，即得聚异丁烯接枝纳米多孔硅藻土。
高强、抗蠕变市政检查井盖各原料组分的质量份为：聚乙烯废弃塑料40份，聚异丁烯接枝纳米多孔硅藻土90份，耐磨剂5份，抗老化剂2.5份，阻燃剂3份，颜料2份。
市政检查井盖的制备：1)将所述重量份聚乙烯废弃塑料、聚异丁烯接枝纳米多孔硅藻土、耐磨剂、抗老化剂、阻燃剂和颜料搅拌混合均匀，得混合料；2)将步骤1)所得混合料转入挤出机中，在220℃的温度下熔融塑炼，使各物料充分融合；3)将上述融合均匀的物料于热的状态下经400T压力机注入模具，混合料在30MPa的条件下保压1h，脱模冷却，即得市政检查井盖。。
性能检测：弯曲强度、冲击强度、抗压缩强度和拉伸强度分别按照聚合物基复合材料检查井盖标准CJ/T211～2005中引用的GB/T 9341、GB/T 1043、GB/T 1041和GB/T 1040进行检测。
抗压蠕变的测量条件：温度：50℃，负荷：形变量达10％的负荷，负荷作用时间：6min，蠕变(％)＝(T0～T)/T0×100％，其中，T0为测试前样品的厚度，T为负荷6min后样品的厚度。
实施例2
聚烯烃接枝纳米多孔无机填料的制备：1)将纳米多孔膨润土置于等离子体发生装置中，接通电源，调整放电功率，在气体介质的流量为45mL/min，放电时间为10min的条件下进行表面处理；2)将步骤1)所得物质转移至真空反应釜中，加入1,3～戊二烯混合；3)将反应釜升温至150℃，在惰性气体的保护下，冷凝回流反应20h，即得聚1，3～戊二烯接枝纳米多孔膨润土。
高强、抗蠕变市政检查井盖各原料组分的质量份为：聚乙烯废弃塑料60份，聚1，3～戊二烯接枝纳米多孔膨润土80份，耐磨剂10份，抗老化剂3份，阻燃剂4份，颜料1份。
市政检查井盖的制备：1)将所述重量份聚乙烯废弃塑料、聚1，3-戊二烯接枝纳米多孔膨润土、耐磨剂、抗老化剂、阻燃剂和颜料搅拌混合均匀，得混合料；2)将步骤1)所得混合料转入挤出机中，在220℃的温度下熔融塑炼，使各物料充分融合；3)将上述融合均匀的物料于热的状态下经400T压力机注入模具，混合料在30MPa的条件下保压1h，脱模冷却，即得市政检查井盖。
实施例3
聚烯烃接枝纳米多孔无机填料的制备：1)将纳米多孔蛭石置于等离子体发生装置中，接通电源，调整放电功率，在气体介质的流量为70mL/min，放电时间为10min的条件下进行表面处理；2)将步骤1)所得物质转移至真空反应釜中，加入4～乙基戊烯混合；3)将反应釜升温至300℃，在惰性气体的保护下，冷凝回流反应10h，即得聚4～乙基戊烯接枝纳米多孔蛭石。
高强、抗蠕变市政检查井盖各原料组分的质量份为：聚乙烯废弃塑料80份，聚4～乙基戊烯接枝纳米多孔蛭石60份，耐磨剂8份，抗老化剂2份，阻燃剂5份，颜料3份。
市政检查井盖的制备：1)将所述重量份聚乙烯废弃塑料、聚4-乙基戊烯接枝纳米多孔蛭石、耐磨剂、抗老化剂、阻燃剂和颜料搅拌混合均匀，得混合料；2)将步骤1)所得混合料转入挤出机中，在220℃的温度下熔融塑炼，使各物料充分融合；3)将上述融合均匀的物料于热的状态下经400T压力机注入模具，混合料在30MPa的条件下保压1h，脱模冷却，即得市政检查井盖。
对比例1
聚烯烃接枝碳酸钙的制备：1)将碳酸钙置于等离子体发生装置中，接通电源，调整放电功率，在气体介质的流量为55mL/min，放电时间为15min的条件下进行表面处理；2)将步骤1)所得物质转移至真空反应釜中，加入异丁烯混合；3)将反应釜升温至200℃，在惰性气体的保护下，冷凝回流反应20h，即得聚异丁烯接枝碳酸钙。
高强、抗蠕变市政检查井盖各原料组分的质量份为：聚乙烯废弃塑料60份，聚异丁烯接枝碳酸钙80份，耐磨剂8份，抗老化剂3份，阻燃剂3份，颜料2份。
市政检查井盖的制备：1)将所述重量份聚乙烯废弃塑料、聚4-乙基戊烯接枝纳米多孔蛭石、耐磨剂、抗老化剂、阻燃剂和颜料搅拌混合均匀，得混合料；2)将步骤1)所得混合料转入挤出机中，在220℃的温度下熔融塑炼，使各物料充分融合；3)将上述融合均匀的物料于热的状态下经400T压力机注入模具，混合料在30MPa的条件下保压1h，脱模冷却，即得市政检查井盖。
对比例2
聚烯烃接枝玻璃纤维的制备：1)将玻璃纤维置于等离子体发生装置中，接通电源，调整放电功率，在气体介质的流量为60mL/min，放电时间为15min的条件下进行表面处理；2)将步骤1)所得物质转移至真空反应釜中，加入异丁烯混合；3)将反应釜升温至200℃，在惰性气体的保护下，冷凝回流反应20h，即得聚异丁烯接枝玻璃纤维。
高强、抗蠕变市政检查井盖各原料组分的质量份为：聚乙烯废弃塑料60份，聚异丁烯接枝玻璃纤维80份，耐磨剂10份，抗老化剂2份，阻燃剂5份，颜料3份。
市政检查井盖的制备：1)将所述重量份聚乙烯废弃塑料、聚4-乙基戊烯接枝纳米多孔蛭石、耐磨剂、抗老化剂、阻燃剂和颜料搅拌混合均匀，得混合料；2)将步骤1)所得混合料转入挤出机中，在220℃的温度下熔融塑炼，使各物料充分融合；3)将上述融合均匀的物料于热的状态下经400T压力机注入模具，混合料在30MPa的条件下保压1h，脱模冷却，即得市政检查井盖。
对比例3
以碳酸钙为无机填料。
市政检查井盖各原料组分的质量份为：聚乙烯废弃塑料60，碳酸钙80份，耐磨剂5份，抗老化剂3份，阻燃剂2.5份，颜料3份。
市政检查井盖的制备：1)将所述重量份聚乙烯废弃塑料、聚4-乙基戊烯接枝纳米多孔蛭石、耐磨剂、抗老化剂、阻燃剂和颜料搅拌混合均匀，得混合料；2)将步骤1)所得混合料转入挤出机中，在220℃的温度下熔融塑炼，使各物料充分融合；3)将上述融合均匀的物料于热的状态下经400T压力机注入模具，混合料在30MPa的条件下保压1h，脱模冷却，即得市政检查井盖。
表1实施例1～3和对比例1～3制备得到的市政检查井盖的性能情况
由表1可以看出，在组分用量相当的情况下，以聚烯烃接枝纳米多孔无机填料为填料时，市政检查井盖的弯曲强度、冲击强度、压缩强度、拉伸强度以及抗压蠕变性能均明显优于聚烯烃接枝的常规无纳米孔的无机填料，且显著优于无接枝改性的无机填料。
上述结果显示，其优异的性能主要体现在，以聚烯烃接枝纳米多孔无机填料为填料相比：一、普通无机填料仅能填充聚乙烯废旧塑料，两者不能很好的相容；二、虽然聚烯烃接枝的常规的无纳米孔填料在一定程度上可以改善产品的强度和抗蠕变性，但是其与聚乙烯基体的相互作用(缠结)远小于比表面积较大的纳米多孔无机填料。同时，在外力的强作用下，纳米多孔无机填料有利于应力的分散，更有利于吸收外界产能的能量，从而避免局部应力集中对材料产生破坏。此外，由试验结果也可得知，纳米多孔无机填料表面接枝的聚烯烃与基体材料聚乙烯之间形成了较牢固的相互作用力。其上述表1中的数据证明该结论的正确性。

Claims (7)

1.一种高强、抗蠕变市政检查井盖，其特征在于包括如下质量份的组分：
聚乙烯废弃塑料40-80份，
聚烯烃接枝纳米多孔无机填料50-90份，
耐磨剂5-10份，
抗老化剂2-3份，
阻燃剂3-5份，
颜料1-3份。
2.根据权利要求1所述的高强、抗蠕变市政检查井盖，其特征在于所述的聚烯烃接枝纳米多孔无机填料由等离子表面引发烯系单体在纳米多孔无机填料表面聚合而制备，所述聚烯烃接枝纳米多孔无机填料选自硅藻土、膨润土和蛭石中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的高强、抗蠕变市政检查井盖，其特征在于所述的聚烯烃接枝纳米多孔无机填料的制备方法包括如下步骤：
1)将纳米多孔无机填料置于等离子体发生装置中，接通电源，调整放电功率，在气体介质的流量为45～70mL/min，放电时间为10～15min的条件下进行表面处理；
2)将步骤1)所得物质转移至真空反应釜中，加入烯烃类单体混合；
3)将反应釜升温至150～300℃，在惰性气体的保护下，冷凝回流反应10～24h，即得聚烯烃接枝纳米多孔无机填料。
4.根据权利要求3所述的高强、抗蠕变市政检查井盖，其特征在于所述烯烃类单体选自单烯烃单体或多烯烃单体。
5.根据权利要求4所述的高强、抗蠕变市政检查井盖，其特征在于所述单烯烃单体选自异丁烯、2～甲基丙烯、3～甲基丁烯、4～甲基戊烯、2～甲基戊烯、4～乙基丁烯或4～乙基戊烯中的任一种。
6.根据权利要求4所述的高强、抗蠕变市政检查井盖，其特征在于所述多烯烃单体选自异戊二烯、1，3～丁二烯、2,4～二甲基丁二烯、1,3～戊二烯、3～甲基戊二烯、2,4～己二烯、2～甲基己二烯、2,5～二甲基己二烯或2～甲基戊二烯等中的任一种。
7.一种高强、抗蠕变市政检查井盖的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
1)按照权利要求1所述的质量份的组分将聚乙烯废弃塑料、聚烯烃接枝纳米多孔无机填料、耐磨剂、抗老化剂、阻燃剂和颜料搅拌混合均匀，得混合料；
2)将步骤1)所得混合料转入挤出机中，在170-240℃的温度下熔融塑炼，使各物料充分融合；
3)将上述融合均匀的物料于热的状态下经300-500T压力机注入模具，混合料在20-50MPa的条件下保压0.5-2h，脱模冷却，即得本发明的市政检查井盖。
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