CN108752680B - 一种高弹性hdpe树脂及其制备方法 - Google Patents

一种高弹性hdpe树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高弹性HDPE树脂及其制备方法，所述的高弹性HDPE树脂，包括如下原料：HDPE、线性低密度聚乙烯、改性纳米碳酸钙，超细纤维，弹性纤维，抗氧剂，润滑剂。本发明的高弹性HDPE树脂的拉伸强度和回弹性得到了综合提高，改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维在制备高弹性HDPE树脂过程中起到了协同作用，协同提高了拉伸强度和回弹性，且通过超细纤维和弹性纤维的长短配合，进一步改善了拉伸强度和回弹性。

Description

一种高弹性HDPE树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物技术领域，具体涉及一种高弹性HDPE树脂及其制备方法。
背景技术
高密度聚乙烯(HDPE)为白色粉末或颗粒状产品．无毒，无味，结晶度为80%～90%，软化点为125～l 35℃，使用温度可达100℃；硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性较好；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小，吸水性低；耐老化性能差，耐环境应力开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以树脂中须加人抗氧剂和紫外线吸收剂等来改善这方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情况下热变形温度较低，应用时要注意。
但是这种由于HDPE本身的韧性不够高，硬度低以及耐环境应力开裂性不够高等缺点，HDPE双壁波纹管中一般会有含有化学物质的污水等流体通过，在化学物质与外界应力的双重作用下，使得HDPE发生降解，从而导致HDPE双壁波纹管的损坏，从而造成了HDPE双壁波纹管的使用范围被制约。
另一种HDEP钢带缠绕管在一定程度上解决了上述HDPE双壁波纹管韧性不够高，硬度低以及耐环境应力开裂性不够高等缺点。该HDEP钢带缠绕管是在以HDPE为基体的管材外侧壁上缠绕金属带，例如钢带等。金属带是HDPE双壁波纹管的主要支撑结构，而金属的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性都高于HDPE。HDPE的作用则是耐腐蚀、耐磨损，因此在HDEP钢带缠绕管中用料较少。但是金属材料的价格远高于HDPE的价格造成了制作的HDPE钢带缠绕管的成本较高。
发明内容
本发明提供一种高弹性HDPE树脂及其制备方法，通过优化组分、用量，制得的产品具有高拉伸强度和高弹性。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高弹性HDPE树脂，其特征在于，包括如下原料：HDPE、线性低密度聚乙烯、改性纳米碳酸钙，超细纤维，弹性纤维，抗氧剂，润滑剂；所述弹性纤维的长度为1-5mm，所述超细纤维的长度为10-15mm；所述改性纳米碳酸钙是将纳米碳酸钙与偶联剂进行改性制得；所述改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维的质量比为（15-25）:（5-10）:（5-10）。
进一步地，所述超细纤维为包含涤纶80%和锦纶20%的0.3D以下的纤维。
进一步地，所述弹性纤维为15D的天然乳胶丝、多嵌段聚氨酯纤维以及其他合成共聚物纤维中至少一种。
进一步地，所述改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维的质量比为20:7.5:7.5。
进一步地，以质量份为单位，包括如下原料：HDPE60-70份、线性低密度聚乙烯10-15份、改性纳米碳酸钙15-25份，超细纤维5-10份，弹性纤维5-10份，抗氧剂0.5-2份，润滑剂0.5-5份。
进一步地，所述改性纳米碳酸钙中的偶联剂为铝酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
进一步地，所述润滑剂为石蜡或聚乙烯蜡。
进一步地，抗氧化剂为抗氧剂B215。
一种上述的高弹性HDPE树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将纳米碳酸钙分散在无水乙醇中，加入偶联剂恒温70℃，搅拌1小时，加热蒸发制得改性纳米碳酸钙；
（2）将HDPE、线性低密度聚乙烯、改性纳米碳酸钙，超细纤维，弹性纤维，抗氧剂，润滑剂混合融化并通过模具定径挤出形成高弹性HDPE树脂的初胚；
（3）将初胚冷却定型，并加工成管材。
进一步地，所述步骤1中偶联剂的加入量为纳米碳酸钙的5-10质量%。
本发明具有以下有益效果：
1)线性低密度聚乙烯包含有线性分子，具有高弹性，可以有效的在挤出时增强聚合物的抗坍塌性，以及各向异性；
2）加入超细纤维，弹性纤维利用纤维本身的弹性，可以获得增强的力学强度性能，同时通过不同长度的长短配比，使得纤维在树脂基础过程中，具有不同的取向，且纤维之间互相填充和交错，提升拉伸强度和回弹性，其中从加工容易性和弹性的提升效果考虑，优选超细纤维具有更长的长度。
3）对纳米碳酸钙添加偶联剂进行改性后，其表面经过处理后，更容易分散在聚合物中，从而避免添加的纳米碳酸钙过量导致的力学性能下降。
4）本发明的改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维作为补强体系，通过控制改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维的质量比在一定比例范围内，实现在性能均衡增强，过多的量均不能实现填料的均匀分散并导致力学强度发生局部分化，过小的量不能实现最佳的技术效果。
本发明的高弹性HDPE树脂的拉伸强度和回弹性得到了综合提高，改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维在制备高弹性HDPE树脂过程中起到了协同作用，协同提高了拉伸强度和回弹性，且通过超细纤维和弹性纤维的长短配合，进一步改善了拉伸强度和回弹性。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
下面通过更具体的实施例加以说明。
高弹性HDPE树脂，其特征在于，以质量份为单位，包括如下原料：HDPE60-70份、线性低密度聚乙烯10-15份、改性纳米碳酸钙15-25份，超细纤维5-10份，弹性纤维5-10份，抗氧剂0.5-2份，润滑剂0.5-5份。所述弹性纤维的长度为1-5mm，所述超细纤维的长度为10-15mm，通过粉碎机粉碎至预定的平均长度。
所述超细纤维为市售的包含涤纶80%和锦纶20%的0.3D以下的超细纤维。
所述弹性纤维为15D的多嵌段聚氨酯纤维。
所述改性纳米碳酸钙中的偶联剂为铝酸酯偶联剂。
所述润滑剂为石蜡。
抗氧化剂为抗氧剂B215。
一种上述的高弹性HDPE树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将纳米碳酸钙分散在无水乙醇中，加入5-10质量%的偶联剂恒温70℃，搅拌1小时，加热蒸发制得改性纳米碳酸钙；
（2）将HDPE、线性低密度聚乙烯、改性纳米碳酸钙，超细纤维，弹性纤维，抗氧剂，润滑剂混合融化并通过模具定径挤出形成高弹性HDPE树脂的初胚；
（3）将初胚冷却定型，并加工成管材。
实施例1
高弹性HDPE树脂，其特征在于，以质量份为单位，包括如下原料：HDPE65份、线性低密度聚乙烯12.5份、改性纳米碳酸钙20份，超细纤维7.5份，弹性纤维7.5份，抗氧剂1份，润滑剂2.5份。所述弹性纤维的长度为2.5mm，所述超细纤维的长度为12.5mm，通过粉碎机粉碎至预定的平均长度。
一种上述的高弹性HDPE树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将纳米碳酸钙分散在无水乙醇中，加入7.5质量%的偶联剂恒温70℃，搅拌1小时，加热蒸发制得改性纳米碳酸钙；
（2）将HDPE、线性低密度聚乙烯、改性纳米碳酸钙，超细纤维，弹性纤维，抗氧剂，润滑剂混合融化并通过模具定径挤出形成高弹性HDPE树脂的初胚；
（3）将初胚冷却定型，并加工成管材。
实施例2
高弹性HDPE树脂，其特征在于，以质量份为单位，包括如下原料：HDPE70份、线性低密度聚乙烯10份、改性纳米碳酸钙25份，超细纤维5份，弹性纤维10份，抗氧剂0.5份，润滑剂5份。所述弹性纤维的长度为1mm，所述超细纤维的长度为15mm，通过粉碎机粉碎至预定的平均长度。
一种上述的高弹性HDPE树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将纳米碳酸钙分散在无水乙醇中，加入5质量%的偶联剂恒温70℃，搅拌1小时，加热蒸发制得改性纳米碳酸钙；
（2）将HDPE、线性低密度聚乙烯、改性纳米碳酸钙，超细纤维，弹性纤维，抗氧剂，润滑剂混合融化并通过模具定径挤出形成高弹性HDPE树脂的初胚；
（3）将初胚冷却定型，并加工成管材。
实施例3
高弹性HDPE树脂，其特征在于，以质量份为单位，包括如下原料：HDPE60份、线性低密度聚乙烯15份、改性纳米碳酸钙15份，超细纤维10份，弹性纤维5份，抗氧剂2份，润滑剂0.5份。所述弹性纤维的长度为5mm，所述超细纤维的长度为10mm，通过粉碎机粉碎至预定的平均长度。
一种上述的高弹性HDPE树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将纳米碳酸钙分散在无水乙醇中，加入5-10质量%的偶联剂恒温70℃，搅拌1小时，加热蒸发制得改性纳米碳酸钙；
（2）将HDPE、线性低密度聚乙烯、改性纳米碳酸钙，超细纤维，弹性纤维，抗氧剂，润滑剂混合融化并通过模具定径挤出形成高弹性HDPE树脂的初胚；
（3）将初胚冷却定型，并加工成管材。
对比例1
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高弹性HDPE树脂的原料中缺少改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维。
对比例2
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高弹性HDPE树脂的原料中缺少改性纳米碳酸钙。
对比例3
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高弹性HDPE树脂的原料中超细纤维。
对比例4
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高弹性HDPE树脂的原料中缺少弹性纤维。
对比例5
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高弹性HDPE树脂的原料中所述改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维的质量比为30:2.5:2.5。
对比例6
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高弹性HDPE树脂的原料中所述改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维的质量比为10:12:15。
对比例7
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高弹性HDPE树脂的原料中所述改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维的质量比为10:15:3。
对比例8
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高弹性HDPE树脂的原料中超细纤维、弹性纤维的长度均为2.5mm。
对比例9
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备高弹性HDPE树脂的原料中超细纤维、弹性纤维的长度均为12.5mm。
拉伸试验的方法参见ASTM D-638标准，进行制样测试，通过ISO 4662测量回弹性，使用万能材料试验机测试结果如下。
Figure 153652DEST_PATH_IMAGE002
由上表可知：由实施例1-3和对比例1-9的数据可见，施用实施例1的高弹性HDPE树脂的拉伸强度和回弹性得到了综合提高，改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维在制备高弹性HDPE树脂过程中起到了协同作用，协同提高了拉伸强度和回弹性，且通过超细纤维和弹性纤维的长短配合，进一步改善了拉伸强度和回弹性。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种高弹性 HDPE 树脂，其特征在于，以质量份为单位，包括如下原料：HDPE60-70份、线性低密度聚乙烯 10-15 份、改性纳米碳酸钙15-25 份，超细纤维 5-10 份，弹性纤维5-10 份，抗氧剂 0.5-2 份，润滑剂 0.5-5 份；所述弹性纤维的长度为 1-5mm，所述超细纤维的长度为 10-15mm；所述改性纳米碳酸钙是将纳米碳酸钙与偶联剂进行改性制得；
所述超细纤维为包含涤纶 80%和锦纶 20%的 0.3D 以下的纤维；
所述弹性纤维为 15D 的天然乳胶丝、多嵌段聚氨酯纤维以及其他合成共聚物纤维中至少一种。
2.根据权利要求 1 所述的高弹性 HDPE 树脂，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙、超细纤维、弹性纤维的质量比为 20:7.5:7.5。
3.根据权利要求 1 所述的高弹性 HDPE 树脂，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙中的偶联剂为铝酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
4.根据权利要求 1 所述的高弹性 HDPE 树脂，其特征在于，所述润滑剂为石蜡或聚乙烯蜡。
5.根据权利要求 1 所述的高弹性 HDPE 树脂，其特征在于，抗氧化剂为抗氧剂 B215。
6.根据权利要求 1 所述的高弹性HDPE 树脂的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤：
（1）将纳米碳酸钙分散在无水乙醇中，加入偶联剂恒温 70℃，搅拌 1 小时，加热蒸发制得改性纳米碳酸钙；
（2）将 HDPE、线性低密度聚乙烯、改性纳米碳酸钙，超细纤维，弹性纤维，抗氧剂，润滑剂混合融化并通过模具定径挤出形成高弹性 HDPE 树脂的初胚；
（3）将初胚冷却定型，并加工成管材。
7.根据权利要求6所述的一种高弹性 HDPE 树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1） 中偶联剂的加入量为纳米碳酸钙的 5-10%质量。
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