CN108164784B - 一种轻质滑雪头盔材料及其制备方法 - Google Patents

一种轻质滑雪头盔材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种头盔材料及其制备方法，尤其是一种轻质滑雪头盔材料及其制备方法。本发明的材料包括以下重量份数的组分：高密度聚乙烯70‑85份，增强纤维10‑20份，增韧剂3‑10份，促进剂1‑5份，熟化剂0.1‑0.5份，抗氧剂0.2‑0.5份，润滑剂0.3‑1份。本发明采用密度更低的高密度聚乙烯为基体，采用高强度有机纤维做为增强体，获得了更加轻质兼顾高强、高韧、高耐寒的聚乙烯复合材料，同时通过熟化剂进一步提高复合材料的耐热性，获得了可高低温长期使用的轻质高强轻质滑雪头盔材料。

Description

一种轻质滑雪头盔材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种头盔材料及其制备方法，尤其是一种轻质滑雪头盔材料及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
滑雪头盔一般由：壳体，内衬，调节器，固定装置，插扣(Buckle)和雪镜扣构成。头盔作用主要是在滑雪过程中，发生意外时，保证使用者头部安全。另一方面，滑雪运动讲究的是速度与技巧，头盔也要求轻量化与空气动力学性能兼具，因此，滑雪头盔自身的重量也是选择时的重要决定因素，同样尺寸的滑雪头盔，尽量选择重量轻的，重的头盔佩戴时间长会影响滑行质量。
目前市场上销售的滑雪头盔外壳多以ABS(工程塑料的一种)为主，密度1.08g/cm3，产品重量多在600g以上，甚至亦存在高达800g产品。因此，在保证运动者头部安全前提下，开发佩戴感轻便兼具高低温冲击韧性和减震功能滑雪头盔一直是行业重点关注和研发方。
高密度聚乙烯材料是一种具有优异耐寒性能的高分子材料，其玻璃化转变温度低于零下70℃，因此，其在长期寒冷环境中，仍可保持优良的冲击韧性，起到缓冲，保护滑雪者头部安全；关键是，与ABS等头盔现用材料相比，密度更低(0.95g/cm3)，生产制造成本更低，耐低温韧性更好。然而，如果采用高密度聚乙烯材料替代现有ABS材料制作头盔，会产生以下问题：1、高密度聚乙烯材料收缩率高，会造成成型产品尺寸不稳定；2、高密度聚乙烯材料强度低，需要提高材料强度，才能满足制备头盔的强度要求。
发明内容
本发明采用高密度聚乙烯为基体，采用低密度、高强度有机纤维做为增强体，获得了更加轻质兼顾高强、高韧、高耐寒的聚乙烯复合材料，同时通过熟化剂进一步提高复合材料的尺寸稳定性，获得了尺寸稳定、可高低温长期使用的轻质高强轻质滑雪头盔材料，注塑成头盔后，可满足滑雪头盔零下30℃，4kg重物0.6m高度穿刺3次以上实验不破裂和高低温撞击拉带实验要求，另外，本发明还具有良好喷涂性能，漆膜粘接力强，因此，可替代传统头盔材料ABS等树脂。另外，本发明具有无浮纤、高表观、低翘曲等特性，可显著降低目前滑雪头盔的材料和制造成本。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种轻质滑雪头盔材料，包括以下重量份数的组分：
高密度聚乙烯70-85份
增强纤维10-20份
增韧剂3-10份
促进剂1-5份
熟化剂0.1-0.5份
抗氧剂0.2-0.5份
润滑剂0.3-1份。
进一步的技术方案，所述高密度聚乙烯在2.16kg，190℃载荷条件下，熔融指数为1-30g/10min。
进一步的技术方案，所述增强纤维的长度≤6mm，所述增强纤维为聚乙烯醇纤维(PVA)、锦纶、碳纤维、纤维素纤维、涤纶纤维、芳纶纤维中的一种；优选纤维长度≤3mm的聚乙烯醇纤维(PVA)。
进一步的技术方案，所述促进剂为氯化聚乙烯、乙烯-丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、富马酸接枝聚乙烯中的一种，优选乙烯-丙烯酸共聚物。
进一步的技术方案，所述增韧剂为茂金属聚乙烯(mPE)、热塑性硅橡胶弹性体(TPSIV)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙丙橡胶(EPDM)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、苯乙烯-氢化丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)中的一种。优选乙烯-醋酸乙烯共聚物。
进一步的技术方案，所述熟化剂为叔丁基过氧化氢、过氧化乙酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯中的一种，优选双叔丁基过氧化二异丙基苯。
进一步的技术方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的一种，优选抗氧剂1010。
进一步的技术方案，所述润滑剂为硬脂酸钙、EBS、聚乙烯蜡中的一种，优选聚乙烯蜡。
一种轻质滑雪头盔材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将高密度聚乙烯70-85份，增韧剂3-10份，促进剂1-5份，熟化剂0.1-0.5份，抗氧剂0.2-0.5份，润滑剂0.3-1份按照重量份数加入到高速混料机中，预混1-3min，得到混合物；
步骤二：将步骤一得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中，增强纤维10-20份通过侧喂料机加入到挤出机中，经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒，得到具有高强度、高耐热聚乙烯复合材料；
步骤三：将步骤二中所得到的复合材料加入到注塑机，经注塑成型，获得轻质滑雪头盔。
进一步的技术方案，所述步骤二中，挤出机的温度从一区至机头：160-200℃；所述步骤三中，注塑机的温度从进料口至喷嘴：180-200℃。
有益效果
与现有技术材料相比，本发明具有如下显著优点：
1、本发明采用比ABS密度更低的高密度聚乙烯为基体，采用低密度、高强度有机纤维做为增强体，获得了更加轻质兼顾高强、高韧、高耐寒的聚乙烯复合材料，同时通过熟化剂进一步提高复合材料的尺寸稳定性和耐热性，获得了具有低收缩、可在零下30℃的低温长期使用的轻质滑雪头盔材料。另外，促进剂的使用增强了油漆的漆膜附着力，增强了漆膜粘接力，使得头盔可获得良好的喷涂性能。
2、本发明材料注塑成滑雪头盔后，可通过零下30℃，4kg重物0.6m高度穿刺3次以上实验不破裂和高低温撞击拉带实验，可替代传统头盔材料ABS等树脂，且本发明的材料和制造成本更低。另外，本发明材料注塑的头盔产品还具有无浮纤、高表观、低翘曲等特性；
3、本发明中少量熟化剂可对高密度聚乙烯实现微交联，抑制了高密度聚乙烯成型过程中的收缩，减少滑雪头盔注塑成型后的尺寸不均衡，改善了产品尺寸稳定性，有利于解决头盔不同选材间隙匹配设计问题等，同时改善复合材料耐热性。
4、本发明材料制备方法工艺操作易行、生产效率高、易于实现工业化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种轻质滑雪头盔材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将熔融指数为1g/10min的高密度聚乙烯85份，mPE 5份，乙烯-丙烯酸共聚物2份，双叔丁基过氧化二异丙基苯0.2份，抗氧剂1010 0.3份，EBS 0.5份按照重量份数加入到高速混料机中，预混1-3min，得到混合物；
步骤二：将步骤一得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中，纤维长度为3mm的碳纤维10份通过侧喂料机加入到挤出机中，经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒，得到具有高强度、高耐热聚乙烯复合材料；挤出机的温度从一区至机头：160-200℃；
步骤三：将步骤二中所得到的复合材料加入到注塑机，经注塑成型，获得轻质滑雪头盔，注塑机的温度从进料口至喷嘴：180-200℃。
实施例2
一种轻质滑雪头盔材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将融指数为2g/10min的高密度聚乙烯70份，EVA 7份，氯化聚乙烯5份，叔丁基过氧化氢0.5份，抗氧剂168 0.4份，聚乙烯蜡1份按照重量份数加入到高速混料机中，预混1-3min，得到混合物；
步骤二：将步骤一得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中，纤维长度为1mm的PVA 15份通过侧喂料机加入到挤出机中，经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒，得到具有高强度、高耐热聚乙烯复合材料；挤出机的温度从一区至机头：160-200℃；
步骤三：将步骤二中所得到的复合材料加入到注塑机，经注塑成型，获得轻质滑雪头盔，注塑机的温度从进料口至喷嘴：180-200℃。
实施例3
一种轻质滑雪头盔材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将熔融指数为10g/10min的高密度聚乙烯77份，LLDPE10份，乙烯-丙烯酸共聚物1份，双叔丁基过氧化二异丙基苯0.1份，抗氧剂1010 0.5份，EBS 0.3份按照重量份数加入到高速混料机中，预混1-3min，得到混合物；
步骤二：将步骤一得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中，纤维长度为3mm的锦纶12份通过侧喂料机加入到挤出机中，经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒，得到具有高强度、高耐热聚乙烯复合材料；挤出机的温度从一区至机头：160-200℃；
步骤三：将步骤二中所得到的复合材料加入到注塑机，经注塑成型，获得轻质滑雪头盔，注塑机的温度从进料口至喷嘴：180-200℃。
实施例4
一种轻质滑雪头盔材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将熔融指数为30g/10min的高密度聚乙烯72份，mPE 6份，富马酸接枝聚乙烯3份，偶氮二异丁腈0.3份，抗氧剂168 0.2份，聚乙烯蜡0.4份按照重量份数加入到高速混料机中，预混1-3min，得到混合物；
步骤二：将步骤一得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中，纤维长度为2mm的涤纶纤维20份通过侧喂料机加入到挤出机中，经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒，得到具有高强度、高耐热聚乙烯复合材料；挤出机的温度从一区至机头：160-200℃；
步骤三：将步骤二中所得到的复合材料加入到注塑机，经注塑成型，获得轻质滑雪头盔，注塑机的温度从进料口至喷嘴：180-200℃。
根据上述实施例的制备方法，将其具体配方制作如下表格，其中对比例的制备方法与实施例1相同，仅是对比例中选用的原材料是100份的ABS树脂，以及对比例中不含有助剂。
Figure BDA0001505766980000071
Figure BDA0001505766980000081
对上表中的产品进行性能检测，结果如下表：
本发明产品对比例与实施例性能表
Figure BDA0001505766980000082
通过以上表格，可以看出，与对比例相比，本发明材料具有更低密度、更高的强度、更好的低温冲击性能，同时，收缩率与ABS树脂相当，意味着本发明材料可在滑雪头盔产品中替代现有的ABS树脂，降低制品制造成本。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轻质滑雪头盔材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
高密度聚乙烯70-85份
增强纤维10-20份
增韧剂3-10份
促进剂1-5份
熟化剂0.1-0.5份
抗氧剂0.2-0.5份
润滑剂0.3-1份；
所述增强纤维的长度≤6mm，所述增强纤维为聚乙烯醇纤维、锦纶、碳纤维、纤维素纤维、涤纶纤维、芳纶纤维中的一种；
所述促进剂为氯化聚乙烯、乙烯-丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、富马酸接枝聚乙烯中的一种。
2.根据权利要求1所述一种轻质滑雪头盔材料，其特征在于：所述高密度聚乙烯在2.16kg，190℃载荷条件下，熔融指数为1-30g/10min。
3.根据权利要求1所述一种轻质滑雪头盔材料，其特征在于：所述增韧剂为茂金属聚乙烯、热塑性硅橡胶弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙丙橡胶、线性低密度聚乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-氢化丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种。
4.根据权利要求1所述一种轻质滑雪头盔材料，其特征在于：所述熟化剂为叔丁基过氧化氢、过氧化乙酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯中的一种。
5.根据权利要求1所述一种轻质滑雪头盔材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的一种。
6.根据权利要求1所述一种轻质滑雪头盔材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙、EBS、聚乙烯蜡中的一种。
7.权利要求1-6任一项所述一种轻质滑雪头盔材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将高密度聚乙烯70-85份，增韧剂3-10份，促进剂1-5份，熟化剂0.1-0.5份，抗氧剂0.2-0.5份，润滑剂0.3-1份按照重量份数加入到高速混料机中，预混1-3min，得到混合物；
步骤二：将步骤一得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中，增强纤维10-20份通过侧喂料机加入到挤出机中，经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒，得到具有高强度、高耐热聚乙烯复合材料；
步骤三：将步骤二中所得到的复合材料加入到注塑机，经注塑成型，获得轻质滑雪头盔。
8.根据权利要求7所述一种轻质滑雪头盔材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，挤出机的温度从一区至机头：160-200℃；所述步骤三中，注塑机的温度从进料口至喷嘴：180-200℃。
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