CN109021366A - 一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，涉及新材料技术领域，由以下成分制成：脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂、无机填料、十二烷基硫酸钠、硬脂酸、硫代二丙酸二月硅脂、增塑剂；本发明制备的复合材料能够大幅度的降低摩擦系数，降低磨痕宽度，从而使得复合材料应用领域得到大幅度的提高，尤其是在有耐磨性需求的领域应用更加广泛。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料。
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；高密度聚乙烯(HDPE)由于其优异的性能，正在越来越广泛的应用于管道行业。同传统管材相比，HDPE管道系统具有以下一系列优点：连接可靠，低温抗冲击性好，抗应力开裂性好，耐化学腐蚀性好，耐老化，使用寿命长等但是，对于矿山、石油、冶金、疏浚工程等涉及到浆体、焦炭粉、矿粉、矿浆等输送的场合下，HDPE的耐磨性显得不足。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，按重量份计由以下成分制成：脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂98-102、无机填料10-12、十二烷基硫酸钠1.2-1.5、硬脂酸2-4、硫代二丙酸二月硅脂2.3-2.5、增塑剂1.1-1.6。
进一步的，所述脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂制备方法为：
（1）将碳化硼粉研磨至亚微米级，然后将亚微米级碳化硼粉与质量分数为3.5%的硝酸溶液按1:20质量比例混合后，常温下，浸泡40min，然后继续抽滤，洗涤至中性，烘干至恒重；
（2）将上述处理后的亚微米级碳化硼粉与金属硝酸盐水溶液按1：20质量比例混合，然后再在65℃下浸泡24min，再添加亚微米级碳化硼粉质量5%的三乙醇胺，以500r/min转速搅拌30min，然后进行旋转蒸发干燥至恒重，得到混合物，将所得混合物放入化学气相沉积炉，以惰性气体吹扫炉管，随后通入氢气，升高温度至580℃，再以甲醛和氢气的混合气体替换氢气，继续升高温度至1050℃，保温2小时，然后自然冷却至室温后，进行出料，得到反应物，将反应物与脂肪族聚氧乙烯醚按15:1质量比例混合后，加热至100℃，以2000r/min转速搅拌3小时，然后进行过滤，烘干至恒重后，再采用去离子水清洗，然后进行二次烘干，得到脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉；
（3）将脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉与聚乙烯树脂按5-8:90质量比例添加到高速混合机中进行混合，然后再添加到双螺杆挤出机中挤出造粒，即得脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂。
进一步的，步骤（1）所述亚微米级碳化硼粉粒度为0.25μm。
进一步的，步骤（2）所述的金属硝酸盐水溶液为质量分数为6.3%的硝酸锌溶液。
进一步的，步骤（2）所述的甲醛和氢气的混合气体中甲醛与氢气常温常压下按1:2体积比混合。
进一步的，步骤（3）所述双螺杆挤出机长径比为35：1，螺杆直径60mm，转速220r/min，双螺杆挤出机从输送段到出料口的温度为108℃，经挤出切粒成长1.5mm，直径0.5mm小粒。
进一步的，所述无机填料为轻质碳酸钙。
进一步的，所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
有益效果：本发明制备的一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料具有优异的耐磨性能，本发明通过采用脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性耐磨聚乙烯树脂，能够显著的改善聚乙烯树脂的结构特性，本发明通过以脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂，不仅能够改善聚乙烯树脂的耐磨性能，而且在复合材料体系中脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉还能够将摩擦过程中产生的大量摩擦热进行传导并散发掉，有效减少复合材料的塑性变形，从而不会降低复合材料的抗承载能力和耐磨性能，本发明制备的复合材料能够大幅度的降低摩擦系数，降低磨痕宽度，从而使得复合材料应用领域得到大幅度的提高，尤其是在有耐磨性需求的领域应用更加广泛。
具体实施方式
实施例1
一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，按重量份计由以下成分制成：脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂98、无机填料10、十二烷基硫酸钠1.2、硬脂酸2、硫代二丙酸二月硅脂2.3、增塑剂1.1。
进一步的，所述脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂制备方法为：
（1）将碳化硼粉研磨至亚微米级，然后将亚微米级碳化硼粉与质量分数为3.5%的硝酸溶液按1:20质量比例混合后，常温下，浸泡40min，然后继续抽滤，洗涤至中性，烘干至恒重；
（2）将上述处理后的亚微米级碳化硼粉与金属硝酸盐水溶液按1：20质量比例混合，然后再在65℃下浸泡24min，再添加亚微米级碳化硼粉质量5%的三乙醇胺，以500r/min转速搅拌30min，然后进行旋转蒸发干燥至恒重，得到混合物，将所得混合物放入化学气相沉积炉，以惰性气体吹扫炉管，随后通入氢气，升高温度至580℃，再以甲醛和氢气的混合气体替换氢气，继续升高温度至1050℃，保温2小时，然后自然冷却至室温后，进行出料，得到反应物，将反应物与脂肪族聚氧乙烯醚按15:1质量比例混合后，加热至100℃，以2000r/min转速搅拌3小时，然后进行过滤，烘干至恒重后，再采用去离子水清洗，然后进行二次烘干，得到脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉；
（3）将脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉与聚乙烯树脂按5:90质量比例添加到高速混合机中进行混合，然后再添加到双螺杆挤出机中挤出造粒，即得脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂。
进一步的，步骤（1）所述亚微米级碳化硼粉粒度为0.25μm。
进一步的，步骤（2）所述的金属硝酸盐水溶液为质量分数为6.3%的硝酸锌溶液。
进一步的，步骤（2）所述的甲醛和氢气的混合气体中甲醛与氢气常温常压下按1:2体积比混合。
进一步的，步骤（3）所述双螺杆挤出机长径比为35：1，螺杆直径60mm，转速220r/min，双螺杆挤出机从输送段到出料口的温度为108℃，经挤出切粒成长1.5mm，直径0.5mm小粒。
进一步的，所述无机填料为轻质碳酸钙。
进一步的，所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
实施例2
一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，按重量份计由以下成分制成：脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂102、无机填料12、十二烷基硫酸钠1.5、硬脂酸4、硫代二丙酸二月硅脂2.5、增塑剂1.6。
进一步的，所述脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂制备方法为：
（1）将碳化硼粉研磨至亚微米级，然后将亚微米级碳化硼粉与质量分数为3.5%的硝酸溶液按1:20质量比例混合后，常温下，浸泡40min，然后继续抽滤，洗涤至中性，烘干至恒重；
（2）将上述处理后的亚微米级碳化硼粉与金属硝酸盐水溶液按1：20质量比例混合，然后再在65℃下浸泡24min，再添加亚微米级碳化硼粉质量5%的三乙醇胺，以500r/min转速搅拌30min，然后进行旋转蒸发干燥至恒重，得到混合物，将所得混合物放入化学气相沉积炉，以惰性气体吹扫炉管，随后通入氢气，升高温度至580℃，再以甲醛和氢气的混合气体替换氢气，继续升高温度至1050℃，保温2小时，然后自然冷却至室温后，进行出料，得到反应物，将反应物与脂肪族聚氧乙烯醚按15:1质量比例混合后，加热至100℃，以2000r/min转速搅拌3小时，然后进行过滤，烘干至恒重后，再采用去离子水清洗，然后进行二次烘干，得到脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉；
（3）将脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉与聚乙烯树脂按8:90质量比例添加到高速混合机中进行混合，然后再添加到双螺杆挤出机中挤出造粒，即得脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂。
进一步的，步骤（1）所述亚微米级碳化硼粉粒度为0.25μm。
进一步的，步骤（2）所述的金属硝酸盐水溶液为质量分数为6.3%的硝酸锌溶液。
进一步的，步骤（2）所述的甲醛和氢气的混合气体中甲醛与氢气常温常压下按1:2体积比混合。
进一步的，步骤（3）所述双螺杆挤出机长径比为35：1，螺杆直径60mm，转速220r/min，双螺杆挤出机从输送段到出料口的温度为108℃，经挤出切粒成长1.5mm，直径0.5mm小粒。
进一步的，所述无机填料为轻质碳酸钙。
进一步的，所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
实施例3
一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，按重量份计由以下成分制成：脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂101、无机填料11、十二烷基硫酸钠1.3、硬脂酸3、硫代二丙酸二月硅脂2.4、增塑剂1.2。
进一步的，所述脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂制备方法为：
（1）将碳化硼粉研磨至亚微米级，然后将亚微米级碳化硼粉与质量分数为3.5%的硝酸溶液按1:20质量比例混合后，常温下，浸泡40min，然后继续抽滤，洗涤至中性，烘干至恒重；
（2）将上述处理后的亚微米级碳化硼粉与金属硝酸盐水溶液按1：20质量比例混合，然后再在65℃下浸泡24min，再添加亚微米级碳化硼粉质量5%的三乙醇胺，以500r/min转速搅拌30min，然后进行旋转蒸发干燥至恒重，得到混合物，将所得混合物放入化学气相沉积炉，以惰性气体吹扫炉管，随后通入氢气，升高温度至580℃，再以甲醛和氢气的混合气体替换氢气，继续升高温度至1050℃，保温2小时，然后自然冷却至室温后，进行出料，得到反应物，将反应物与脂肪族聚氧乙烯醚按15:1质量比例混合后，加热至100℃，以2000r/min转速搅拌3小时，然后进行过滤，烘干至恒重后，再采用去离子水清洗，然后进行二次烘干，得到脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉；
（3）将脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉与聚乙烯树脂按6:90质量比例添加到高速混合机中进行混合，然后再添加到双螺杆挤出机中挤出造粒，即得脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂。
进一步的，步骤（1）所述亚微米级碳化硼粉粒度为0.25μm。
进一步的，步骤（2）所述的金属硝酸盐水溶液为质量分数为6.3%的硝酸锌溶液。
进一步的，步骤（2）所述的甲醛和氢气的混合气体中甲醛与氢气常温常压下按1:2体积比混合。
进一步的，步骤（3）所述双螺杆挤出机长径比为35：1，螺杆直径60mm，转速220r/min，双螺杆挤出机从输送段到出料口的温度为108℃，经挤出切粒成长1.5mm，直径0.5mm小粒。
进一步的，所述无机填料为轻质碳酸钙。
进一步的，所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
对比例1：与实施例1区别仅在于将脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂替换为未改性处理的聚乙烯树脂。
对比例2：与实施例1区别仅在于将脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂替换为申请号：201110149345.X改性聚乙烯树脂。
对比例3：与实施例1区别仅在于脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂制备时，将脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉替换为等量的未改性的碳化硼粉。
对比例4：与实施例1区别仅在于将脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉粒度改为1.5μm。
将实施例与对比例采用相同工艺加工成18cm×12cm×6mm规格的塑料件；
耐磨性能测试
用宣化材料实验机厂的磨损实验机M-200, 220r/min的速度下摩擦2h,测摩擦系数与磨痕宽度;
表1
由表1可以看出本发明制备的聚乙烯复合材料具有优异的耐磨性能。
Claims (8)
1.一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，其特征在于，按重量份计由以下成分制成：脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂98-102、无机填料10-12、十二烷基硫酸钠1.2-1.5、硬脂酸2-4、硫代二丙酸二月硅脂2.3-2.5、增塑剂1.1-1.6。
2.如权利要求1所述的一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，其特征在于，所述脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂制备方法为：
（1）将碳化硼粉研磨至亚微米级，然后将亚微米级碳化硼粉与质量分数为3.5%的硝酸溶液按1:20质量比例混合后，常温下，浸泡40min，然后继续抽滤，洗涤至中性，烘干至恒重；
（2）将上述处理后的亚微米级碳化硼粉与金属硝酸盐水溶液按1：20质量比例混合，然后再在65℃下浸泡24min，再添加亚微米级碳化硼粉质量5%的三乙醇胺，以500r/min转速搅拌30min，然后进行旋转蒸发干燥至恒重，得到混合物，将所得混合物放入化学气相沉积炉，以惰性气体吹扫炉管，随后通入氢气，升高温度至580℃，再以甲醛和氢气的混合气体替换氢气，继续升高温度至1050℃，保温2小时，然后自然冷却至室温后，进行出料，得到反应物，将反应物与脂肪族聚氧乙烯醚按15:1质量比例混合后，加热至100℃，以2000r/min转速搅拌3小时，然后进行过滤，烘干至恒重后，再采用去离子水清洗，然后进行二次烘干，得到脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉；
（3）将脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉与聚乙烯树脂按5-8:90质量比例添加到高速混合机中进行混合，然后再添加到双螺杆挤出机中挤出造粒，即得脂肪族聚氧乙烯醚复合亚微米级碳化硼粉改性聚乙烯树脂。
3.如权利要求2所述的一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，其特征在于，步骤（1）所述亚微米级碳化硼粉粒度为0.25μm。
4.如权利要求2所述的一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，其特征在于，步骤（2）所述的金属硝酸盐水溶液为质量分数为6.3%的硝酸锌溶液。
5.如权利要求2所述的一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，其特征在于，步骤（2）所述的甲醛和氢气的混合气体中甲醛与氢气常温常压下按1:2体积比混合。
6.如权利要求2所述的一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，其特征在于，步骤（3）所述双螺杆挤出机长径比为35：1，螺杆直径60mm，转速220r/min，双螺杆挤出机从输送段到出料口的温度为108℃，经挤出切粒成长1.5mm，直径0.5mm小粒。
7.如权利要求1所述的一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，其特征在于，所述无机填料为轻质碳酸钙。
8.如权利要求1所述的一种脂肪族聚氧乙烯醚改性耐磨聚乙烯复合材料，其特征在于，所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
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