CN109721850B - 一种薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料及其制备方法，其由以下重量份的组分组成：聚丙烯37‑63份，聚苯硫醚15‑25份，增韧剂12‑20份，阻燃剂6‑10份，相容剂4‑8份，成核剂0.3‑1份，抗氧剂0.2‑1.0份，润滑剂0.3‑0.8份；以上组分经混合、挤出造粒制成薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料。本发明制得的波纹管安装或使用过程中因外力作用产生了凹陷等形变时，将其加热到聚丙烯的熔点以上，形变可自行恢复，且形变恢复率大于等于95%，恢复时间小于等于60秒，不影响波纹管的外观美感。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性材料技术领域，具体涉及一种薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
形状记忆高分子材料可通过热、化学、机械、光、磁或电等外加刺激，触发材料做出响应，从而改变材料的技术参数，即形状、位置、应变等，使其迅速回复到初始形状。近年来，形状记忆高分子材料得到突飞猛进的发展，其中热致形状记忆高分子材料是其中的重点。高分子材料要达到形状记忆功能必须要具备结构相和变形相。现在市场上用得最多的是热制收缩套管，利用聚丙烯挤出成型管材，将管材通过电子加速器或钴源辐照，使部分分子链交联，然后在受热情况下扩张定型而成。即使用时加热到聚丙烯的熔点以上就可以恢复成原管材大小。
波纹管是一种常见的弹性件，它是利用材料的弹性来实现所需的功能，在外界载荷作用下改变元件的形状和尺寸，当载荷卸除后又回复到原来的状态，从而实现测量、连接、转换、补偿、隔离、密封、减震等功能。如果载荷过大，会直接导致波纹管的塌陷等不宜恢复的情况，从而使波纹管失去了隔离、减震等保护作用。因此，如果将形状记忆材料用于波纹管，当波纹管塌陷时通过简单的加热使塌陷完全恢复，这样波纹管能再次起到相应的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料及其制备方法和使用，其由以下组分按重量份制备而成：
所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中至少一种。其熔体流动速率在230℃，负荷2.16kg的测试条件下为0.5～5.0g/10min。
所述聚苯硫醚密度1.34-1.38g/cm3。
所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的一种或一种以上组合。
所述阻燃剂低卤溴系阻燃剂，其磷含量≥9.5％，溴含量≤30％。
所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或几种的混合物，其中马来酸酐含量为1.5-3.5％。
所述成核剂为β型成核剂。
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧化剂1076)、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)、硫代二丙酸双十八醇酯(抗氧剂DSTP)中的至少一种。
所述润滑剂为PE蜡、EVA蜡、硬脂酸钙、亚乙基二硬脂酸胺中的一种或两种的混合物。
本发明的另一个发明目的是提供上述一种薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料的制备方法，将聚丙烯37-63份，聚苯硫醚15-25份，增韧剂12-20份，阻燃剂6-10份，相容剂4-8份，成核剂0.3-1份，抗氧剂0.2-1.0份，润滑剂0.3-0.8份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是220-235℃、230-245℃、255-265℃、255-265℃、260-270℃、260-275℃、260-275℃、265-280℃、265-280℃、270-290℃。
将本发明制备的复合材料加热到PP熔点以上时，由于有聚苯硫醚在聚合物中形成网状的均匀分散，PP晶粒虽然熔化，但并不出现流动状态，而具有橡胶一类的弹性，若此时按照热缩材料的生产工艺即外力扩张、骤冷等制备等到波纹管，波纹管可以具备“形状记忆效应”。即当其在外力作用下产生了形变时，将其加热到聚丙烯的熔点以上，形变则可自行恢复，从而使波纹管再次起到隔离、减震等保护作用。
因此本发明的有益效果在于：
(1)本发明的形状记忆聚丙烯复合材料制得的薄壁波纹管较为柔软，触感好，且阻燃效果达到V-2；
(2)由本材料制得的波纹管在外力作用下产生了形变时，将其加热到聚丙烯的熔点以上，形变可自行恢复，且形变恢复率大于等于95％，恢复时间小于等于60秒；响应非常快速。
(3)本发明的薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料，制备方法简单，成本较低。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中至少一种。其熔体流动速率在230℃，负荷2.16kg的测试条件下为0.5～5.0g/10min。
所述阻燃剂为低卤溴系阻燃剂，其磷含量≥9.5wt％、溴含量≤30wt％。
各组分可选用的型号及生产厂家信息如下：
聚乙烯：兰州石化生产的LDPE 1I2A、中石化生产的LLDPE 7042、燕山石化生产的HDPE 7600M
聚苯硫醚:日本东丽生产的PPSA900
增韧剂:陶氏化学生产POE8200、POE8150
阻燃剂:山东神润发生产的八溴醚、广东宇星生产的三氧化二锑、上海芷燃生产的M218NPB
相容剂：广州柏晨生产的PP-G、其他助剂选用市售典型产品。
实施例1
将聚丙烯63份，聚苯硫醚15份，乙烯-辛烯共聚物12份，低卤溴系阻燃剂6份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体4份，抗氧剂1010 0.3、抗氧化剂1076 05、抗氧剂DSTP 0.2份，β型成核剂0.3份，亚乙基二硬脂酸胺0.8份加入高混机进行混合5min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为220℃、230℃、255℃、255℃、260℃、260℃、260℃、260℃、265℃、270℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为350转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表1。
实施例2
将聚丙烯55份，聚苯硫醚18份，乙烯-丙烯共聚物15份，低卤溴系阻燃剂7份，马来酸酐接枝聚丙烯5份，抗氧剂DSTP 0.6份，β型成核剂0.5份，PE蜡0.3份加入高混机进行混合10min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为235℃、245℃、265℃、265℃、270℃、275℃、275℃、280℃、280℃、290℃，挤出螺杆长径比为36，挤出螺杆转速为350转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表1。
实施例3
将聚丙烯46份，聚苯硫醚22份，乙烯-辛烯共聚物18份，低卤溴系阻燃剂8份，马来酸酐接枝聚丙烯6份，抗氧剂1010 0.4份，β型成核剂1份，硬脂酸钙0.5份加入高混机进行混合15min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为230℃、240℃、260℃、260℃、265℃、270℃、270℃、275℃、275℃、285℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为350转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表1。
实施例4
将聚丙烯37份，聚苯硫醚25份，乙烯-辛烯共聚物20份，低卤溴系阻燃剂10份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体8份，抗氧剂1010 0.4份，β型成核剂0.5份，EVA蜡0.4份加入高混机进行混合15min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为225℃、235℃、260℃、260℃、265℃、265℃、265℃、265℃、270℃、275℃，挤出螺杆长径比为44，挤出螺杆转速为300转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表1。
实施例5
将聚丙烯63份，聚苯硫醚15份，乙烯-辛烯共聚物6份，乙烯-丙烯共聚物6份、低卤溴系阻燃剂6份，马来酸酐接枝聚丙烯4份，抗氧剂168 0.4份，β型成核剂0.8份，PE蜡0.5份加入高混机进行混合15min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为225℃、235℃、260℃、260℃、265℃、265℃、265℃、265℃、270℃、275℃，挤出螺杆长径比为36，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表1。
实施例6
将聚丙烯37份，聚苯硫醚25份，乙烯-辛烯共聚物10份、乙烯-丙烯共聚物10份，低卤溴系阻燃剂10份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体4份、马来酸酐接枝聚丙烯4份，抗氧剂1010、抗氧剂DSTP 0.2，β型成核剂1份，亚乙基二硬脂酸胺0.6份加入高混机进行混合15min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为225℃、235℃、260℃、260℃、265℃、265℃、265℃、265℃、270℃、275℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表1。
表1性能测试
对比例1
按照以下重量份称取原材料：聚丙烯78份，增韧剂12份，阻燃剂6份，相容剂4份，抗氧剂1份，润滑剂0.2份，按照实施例1的工艺条件生产得到对比例1的聚丙烯合金。
对比例2
按照以下重量份称取原材料：聚丙烯62份，增韧剂20份，阻燃剂10份，相容剂8份，抗氧剂0.2份，润滑剂0.6份，按照实施例6的工艺条件生产得到对比例2的聚丙烯合金。
将对比例1-2制得的复合材料，测试其形变恢复性能。测试结果如表3
表2
| 测试项目/单位 | 实施例1 | 对比例1 | 实施例6 | 对比例2 |
| 形变恢复率/％ | 95.6 | 7.8 | 98.4 | 6.5 |
| 形变恢复时间/S | 56 | ≥100 | 40 | ≥100 |
本发明制备的聚合材料加热到PP熔点以上时，由于有聚苯硫醚在聚合物中形成网状的均匀分散，PP晶粒虽然熔化，但并不出现流动状态，而具有橡胶一类的弹性，若此时按照热缩材料的生产工艺即外力扩张、骤冷等制备方法可以得到具有“形状记忆效应”的材料。从表1数据可以看出，实施例1-6制得的聚丙烯复合材料有着综合性能良好，形变恢复率95％以上，且相应时间小于等于60秒。另外，从表2数据可以看出对比例1-2制得的复合材料恢复能力差。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种形状记忆聚丙烯复合材料在薄壁波纹管中的应用，其特征在于：所述聚丙烯复合材料由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯 37-63份，
聚苯硫醚 18-25份，
增韧剂 12-20份，
阻燃剂 6-10份，
相容剂 4-8份，
成核剂 0.3-1份，
抗氧剂 0.2-1.0份，
润滑剂 0.3-0.8份；
所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中至少一种，其熔体流动速率在230℃/负荷 2.16kg的测试条件下为0.5～5.0g/10min；
所述成核剂为β型成核剂，所述聚苯硫醚密度1.34-1.38g/cm3；
所述聚丙烯复合材料制成的波纹管在外力作用下产生了形变时，将其加热到聚丙烯的熔点以上，形变可自行恢复，且形变恢复率大于95%，恢复时间小于60秒。
2.根据权利要求1 所述的一种形状记忆聚丙烯复合材料在薄壁波纹管中的应用，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的至少一种。
3.根据权利要求1 所述的一种形状记忆聚丙烯复合材料在薄壁波纹管中的应用，其特征在于：所述阻燃剂为低卤溴系阻燃剂，其磷含量≥9.5wt%、溴含量≤30wt%。
4.根据权利要求1 所述的一种形状记忆聚丙烯复合材料在薄壁波纹管中的应用，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或几种的混合物，其中马来酸酐含量为1.5-3.5wt%。
5.根据权利要求1 所述的一种形状记忆聚丙烯复合材料在薄壁波纹管中的应用，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5- 二叔丁基4- 羟基苯基) 丙酸] 季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4- 羟基苯基) 丙酸正十八碳醇酯、三-(2，4- 二叔丁基苯基) 亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种；所述润滑剂为PE蜡、EVA蜡、硬脂酸钙、亚乙基二硬脂酸胺中的一种或两种的混合物。
6.根据权利要求1 所述的一种形状记忆聚丙烯复合材料在薄壁波纹管中的应用，其特征在于：所述聚丙烯复合材料的制备方法为：将聚丙烯37-63份，聚苯硫醚18-25份，增韧剂12-20份，阻燃剂6-10份，相容剂4-8份，成核剂0.3-1份，抗氧剂0.2-1.0份，润滑剂0.3-0.8份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到薄壁波纹管用形状记忆聚丙烯复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是220-235℃、230-245℃、255-265℃、255-265℃、260-270℃、260-275℃、260-275℃、265-280℃、265-280℃、270-290℃。
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