CN109456563B - 一种uhmwpe合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料及其制备方法 - Google Patents

一种uhmwpe合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料及其制备方法，包括以下重量份的组分：嵌段共聚聚丙烯粒料60～85份、填料5～10份、增容增韧剂5～30份、流动性改性剂1～5份。本发明的专用料所生产的波纹管，具有力学性能好、低温抗冲击性能较佳、热变形温度较高、导热系数较高、阻燃性好、表面光泽度良好和生产稳定性好等特点。

Description

一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料及其制备 方法
技术领域
本发明属于一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料及其制备方法。
背景技术
通用塑料的高性能化 、工程塑料化是聚合物科学与工程研究领域最重要的追求目标之一。塑料增韧是其中一个主要的手段。最常用且最有效的增韧手段就是在被增韧基体中引入柔性聚合物，当体系受到外力冲击时，通过引发橡胶粒子周围基体的银纹及剪切屈服从而大量吸收冲击能，从而提高基体的韧性，典型的例子是橡胶增韧塑料。但这一类方法也存在致命的弱点，即虽然塑料基体的韧性提高了，但往往造成强度、模量、硬度等力学性能的下降。
我国是塑料制品的生产和消费大国，特别是塑料管道在国民经济发展中占据了极其重要的地位。塑料管道被广泛地应用于建筑工程、电力工程、市政工程、通讯工程和石油化工工程等诸多工业应用领域，与人们的生活息息相关。目前电力用波纹管材一般为HDPE管材和MPP单壁波纹管，分别采用HDPE（高密度聚乙烯）和增韧增强改性聚丙烯材料，此两种材料均只能应用于圆形管材，不能适用于方形电力用改性聚丙烯管材的使用要求。HDPE管材具有以下缺点：1、维卡温度低，耐热性差，不足80 ℃；2、拉伸强度低，小于18 MPa；3、弯曲模量低，小于800 MPa；4、阻燃性差，易燃；5、加工性较差，HDPE材料粘度较高，造成生产速度较慢，管材外观光泽度较差。
MPP单壁波纹管采用增强改性聚丙烯原料制成，其主要机理是通过填加大量的无机增强材料来提高管材的强度（圆形管材因受结构所限，在垂直方向的抗 压能力要大大低于方形管材，所以需通过材料来弥补结构缺陷），但如此一来， 极大的破坏了材料的韧性指标和其它指标，因此存在以下缺点：1、低温性能差， 因为了弥补结构的抗压能力缺陷，在材料中填加了大量的无机增强材料，严重破坏了材料的韧性，冲击性能相比大幅下降；2、拉伸强度较低，一般为22 MPa左右；3、制品表面光滑度相比较差；4、阻燃性差，因为了提高材料模量，在配方中加入了较大量的无机粉体材料，而该无机粉体材料对制品有助燃作用，因此无法做到阻燃；5、导热系数较低，为0.28～0.32，造成冷却成型速度慢，生产速度较低，加工成本偏高。
聚丙烯作为石化下游产品，具有产量大、性价比高的优点，广泛应用于管材、板材、注塑制品等，其改性研究也引起了国内外众多科研院所与企业的重视，目前国内外针对聚丙烯的改性研究，主要集中在以下几方面：接枝改性、共聚改性、交联改性及共混改性。目前我国等规PP固相接枝改性方法尚属空白，而共混改性操作简单、生产周期短、适合批量生产等，其发展迅速。
本发明以嵌段共聚PP为主基材，以空心玻璃微球、纳米碳酸钙为填料，筛选或制备高性价比的合金增容增韧剂、流动性改性剂等进行共混改性，研制“合金改性聚丙烯”专用料；并将该专用料运用于电力电缆护套用外方内圆单壁波纹管的生产及应用研究。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是采用塑料合金改性方法，提供一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料及其制备方法，从而获得高性能、功能化、专用化的新材料，改善并提高了单一塑料材料的性能，且实现制品轻量化及成本降低。
为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：
一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料，由下述重量配方组成：
嵌段共聚聚丙烯粉料 60～85份
填料 5～10份
UHMWPE合金增容增韧剂 5～30份
流动性改性剂 1～5份。
所述嵌段共聚聚丙烯为MFR:0.45 g/10min、弯曲模量≥500 MPa、缺口冲击强度（-20℃）≥15 kJ/m2、拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≤350% 的粒料；高分子聚合物为基体材料，为专用料的强度和低温韧性奠定了基础。
所述填料为目数≥2000且表面经过偶联剂处理的空心玻璃微珠及纳米碳酸钙，其空心玻璃微珠及纳米碳酸钙重量配比为1~20:1，制备方法为：将适量的空心玻璃微珠及纳米碳酸钙与0.5~2 wt%的偶联剂一并加入高混机中，保持转速600~2000 rpm，高速搅拌5~30min，所述偶联剂为硅烷偶联剂；复配填料赋予了专用料高抗压强度、高熔点、高电阻率、热收缩系数小等特点，同时明显的减轻重量，使制品具有很好的抗龟裂性能和再加工性能。
所述UHMWPE合金增容增韧剂为LLDPE、UHMWPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001按一定质量配方熔融共混制备的合金，其制备方法为：
A.干燥：将UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂在干燥箱中80℃干燥4~8 h；
B.称量：按照重量百分比75/25/10配比，称取干燥后的UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合5~10 min，所述高速混合机的转速为600~2000 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过195~205 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为200~300 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成UHMWPE/LLDPE合金颗粒。自制的合金增韧增容剂使基体树脂附着力增强，拉伸模量提高，易于与其他树脂共混，增进极性材料与非极性材料粘接性和相容性的桥梁，改善配方体系中各组分亲和性和分散性，从而提高改性聚丙烯的拉伸和冲击强度。同时还有增韧的功能，能够大幅提高聚丙烯的冲击性能。
所述流动性改性剂为含氟助剂或硅酮粉，能够提高聚丙烯树脂的加工流动性，改善物料的分散性和润滑性，以确保材料的流动性适中，能够适用于波纹形管材的要求，有利于改善产品表面光泽度和光滑度，降低熔体压力，减少生产中待料时间，降低加工温度，减少树脂分解，降低能耗。
一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料制备方法，包括以下的步骤：
(1)将嵌段共聚聚丙烯粒料和填料烘干去除水分后，按配比放入高速混合机混合，保持转速600~2000 rpm，高速搅拌5~20 min；
(2)依次将配方量的烘干后的增容增韧剂、流动性改性剂加入上述高速混合机中，继续共混5~15 min；
(3)将共混物料放入双螺杆造粒机制得UHMWPE合金改性聚丙烯波纹管专用料。
所述双螺杆工艺参数为：螺杆转速200~300 rpm，加工温度160~205℃。
采用上述技术方案后，本发明具有如下特点和优点：1、制品低温韧性好，表面光泽度良好；2、制品具有高抗压强度、高熔点、热收缩系数小等特点；3、制品具有很好的抗龟裂性能和再加工性能；4、采用塑料合金改性方法，获得高性能、功能化、专用化的新材料，改善并提高了单一塑料材料的性能；5、实现制品轻量化及成本降低。
附图说明
图1 不同含量UHMWPE合金增容增韧改性PP的力学性能——拉伸强度影响图，注：PUPE-10代表PP/UHMWPE合金中UHMWPE合金占10份，其余依次类推。
图2 不同含量UHMWPE合金增容增韧改性PP的力学性能——断裂伸长率影响图，注：PUPE-10代表PP/UHMWPE合金中UHMWPE合金占10份，其余依次类推。
具体实施方式
本发明下述实施例所采用的所述嵌段共聚聚丙烯为MFR:0.45 g/10min、弯曲模量≥500 MPa、缺口冲击强度（-20℃）≥15 kJ/m2、拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≤350% 的粒料。
实施例1
一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料由：嵌段共聚聚丙烯粉料80份、填料8份、UHMWPE合金增容增韧剂10份、流动性改性剂2份。
制备方法，按以下的步骤进行：
(1)将空心玻璃微球6kg、纳米碳酸钙2 kg与1 wt%的硅烷偶联剂KH560一并加入高混机中，保持转速2000 rpm，高速搅拌20min，得到本发明所述的填料；
(2)本发明所述的UHMWPE合金增容增韧剂为LLDPE、UHMWPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001按一定质量配方熔融共混制备的合金，其制备方法为：
A.干燥：将UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001在干燥箱中80℃干燥4 h；
B.称量：按照重量百分比75/25/10，称取干燥后的UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合10 min，所述高速混合机的转速为2000 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过195~205 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为200 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成UHMWPE合金增容增韧剂颗粒。
(3)将烘干去除水分的嵌段共聚聚丙烯粉料80 kg和步骤(1)得到的填料8 kg放入高速混合机混合，保持转速2000 rpm，高速搅拌10 min；
(4)依次将烘干后的步骤(2)得到的增容增韧剂10 kg、含氟聚合物助剂PPA(CHY-F5000)2 kg加入上述高速混合机中，继续共混10 min；
(5)将步骤(4)得到的共混物料100 kg放入双螺杆造粒机制得高性能化合金改性聚丙烯波纹管专用料，螺杆转速200 rpm，加工温度160~205℃。
(6) 将步骤(5)得到的专用料加入到挤出成型机中后，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型，然后经定径、冷却及牵引等操作，得到改性聚丙烯波纹管。螺杆转速200 rpm，加工温度170~210℃。所制备的改性聚丙烯波纹管的各项性能指标值见表1。
实施例2
一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料由：嵌段共聚聚丙烯粉料60份、填料8份、UHMWPE合金增容增韧剂30份、流动性改性剂2份。
制备方法，按以下的步骤进行：
(1)将空心玻璃微球6 kg、纳米碳酸钙2kg与1 wt%的硅烷偶联剂KH550
一并加入高混机中，保持转速2000 rpm，高速搅拌20min，得到本发明所述的填料；
(2)本发明所述的UHMWPE合金增容增韧剂为LLDPE、UHMWPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001按一定质量配方熔融共混制备的合金，其制备方法为：
A.干燥：将UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂在干燥箱中80℃干燥4 h；
B.称量：按照重量百分比75/25/10，称取干燥后的UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合10 min，所述高速混合机的转速为2000 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过195~205 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为200 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成UHMWPE合金增容增韧剂颗粒。
(3)将烘干去除水分的嵌段共聚聚丙烯粉料60 kg和步骤(1)得到的填料8 kg放入高速混合机混合，保持转速2000 rpm，高速搅拌10 min；
(4)依次将烘干后的步骤(2)得到的增容增韧剂30 kg、含氟聚合物助剂PPA(CHY-F5000)2 kg加入上述高速混合机中，继续共混10 min；
(5) 将步骤(4)得到的共混物料100 kg放入双螺杆造粒机制得高性能化合金改性聚丙烯波纹管专用料，螺杆转速200 rpm，加工温度160~205℃。
实施例3
(1)将LLDPE、UHMWPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001按一定质量比熔融共混制备UHMWPE合金增容增韧剂。制备方法，如下：
A.干燥：将UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂在干燥箱中80℃干燥4 h；
B.称量：按照重量百分比75/25/10，称取干燥后的UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合10 min，所述高速混合机的转速为2000 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过195~205 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为200 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成UHMWPE合金增容增韧剂颗粒。
(2) 将5.0 kg均聚聚丙烯、5 kg嵌段共聚聚丙烯，与上述的增容增韧剂添加量分别10wt%、20 wt%、30 wt%混合均匀，再加入适量填料和流动性改性剂混合均匀，在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，料筒温度分别为130 ℃，145 ℃，155 ℃，170 ℃，180 ℃，185 ℃，195 ℃，205 ℃，180 ℃，170 ℃，螺杆转速225 r/min，喂料速度25r/min。母粒进行注塑，注塑机温度分别为210 ℃，215 ℃，210 ℃。注塑所得样条进行拉伸性能测试，性能测试方法符合国标(GB/T1040.2-2006)。所得结果见图1和图2。
由图可知：当UHMWPE合金增容增韧剂含量达到20wt%时，拉伸强度和断裂伸长率达到最大值，力学性能良好；当UHMWPE合金增容增韧剂含量达到30wt%时，由于熔体黏度变大，熔体强度变差，因此力学性能变差。
表1为应用本发明实施例1所制备的波纹管的各项性能指标值
序号 测试项目 指标值
1 摩擦系数 ＜0.3
2 环刚度（23℃） S1≥25.0 kN/m<sup>2</sup>
3 环段热压缩力（70℃，1h） ≥1.0 kN
4 压扁性能（23℃） 压至管径的1/2，管材不破裂
5 维卡软化温度（10N，50℃/h） ≥130℃
6 落锤冲击试验（-5℃） 9/10不破裂
7 弯曲半径（10倍管材DN） 管材无开裂、无变形

Claims (5)

1.一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料，其特征在于，由下述重量配方组成：
嵌段共聚聚丙烯粉料60～85份
填料5～10份
UHMWPE合金增容增韧剂5～30份
流动性改性剂1～5份；
所述UHMWPE合金增容增韧剂为LLDPE、UHMWPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001按一定质量配方熔融共混制备的合金，其制备方法为：
A.干燥：将UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂在干燥箱中80℃干燥4~8h；
B.称量：按照重量比75/25/10配比，称取干燥后的UHMWPE、LLDPE及有机硅抗冲击改性剂S-2001；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合5~10min，所述高速混合机的转速为600~2000rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过195~205℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为200~300rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成UHMWPE合金增容增韧剂颗粒；
所述填料为目数≥2000且表面经过偶联剂处理的空心玻璃微珠及纳米碳酸钙，其空心玻璃微珠与纳米碳酸钙的重量配比为1~20:1，制备方法为：将配方量的空心玻璃微珠及纳米碳酸钙与0.5~2wt%的偶联剂一并加入高混机中，保持转速600~2000rpm，高速搅拌5~30min，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述的一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料，其特征在于，所述嵌段共聚聚丙烯为MFR：0.45g/10min、弯曲模量≥500MPa、-20℃的缺口冲击强度≥15kJ/m2、拉伸强度≥20MPa，断裂伸长率≤350%的粒料。
3.根据权利要求1所述的一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料，其特征在于，所述流动性改性剂为含氟助剂或硅酮粉。
4.权利要求1-3任一所述的一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料的制备方法，其特征在于，包括以下的步骤：
(1)将嵌段共聚聚丙烯粒料和填料烘干去除水分后，按配比放入高速混合机混合，保持转速600~2000rpm，高速搅拌5~20min；
(2)依次将配方量的烘干后的增容增韧剂、流动性改性剂加入上述高速混合机中，继续共混5~15min；
(3)将共混物料放入双螺杆造粒机制得UHMWPE合金改性聚丙烯波纹管专用料。
5.根据权利要求4所述的一种UHMWPE合金增容增韧改性聚丙烯波纹管专用料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆工艺参数为：螺杆转速200~300rpm，加工温度190~205℃。
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