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一种无机纳米材料增韧hdpe双壁波纹管复合母料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料及其制备方法。本发明纳米碳酸钙100份、纳米二氧化钛6‑12份、PP蜡5‑8份、HDPE12‑18份、UHMW‑PE6‑10份。其技术方案是：预热干燥，纳米碳酸钙与金红石型纳米二氧化钛比表面积太大，粉体发生自流性变化。马来酸酐接枝HDPE﹑UHMW‑PE被纳米粉体包覆，采取预热干燥是纳米碳酸钙﹑金红石型纳米二氧化钛技术创新的一种方式。原采用机械方式，如搅拌机﹑密炼机外加热与摩擦热，通过对流或传导来传递热量，时间长，能耗高，产量低，粉尘污染严重。最重要的是物料水分不能全部烘出，物料热度不均匀，物料外焦内生。本发明有效解决了有机材料增韧减刚的技术，降低了成本，材料全部国产化。

Description

一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料及其制备 方法
技术领域
本发明属于高密度聚乙烯HDPE双壁波纹管用无机增韧复合母料及其生产方法。
背景技术
高密度聚乙烯HDPE双壁波纹管与PE实壁管相比，能节约25％的原料，力学性能优异，外部抗压，内部也能承担0.5-0.7MPa大气压力，具有重量轻、耐腐蚀、抗压好、寿命长、安装及使用方便等优点。广泛应用于市政和建筑无压排污、无压排水等领域。
高密度聚乙烯HDPE管材应用不断升级，从直径300mm-1200mm的双壁波纹管生产技术指标要求非常严格。单纯的用HDPE管材原料已经无法达到管材的本质性能。必须对HDPE管材原料进行有机和无机材料共混复合改性，增刚、增韧。一般要添加滑石粉增刚，硅灰石粉增硬，在保证产品低温冲击性，缺口冲击强度条件下，提高改性材料弹性模量，保证产品环刚度等级要求。但是添加片状结构的滑石粉与针状的硅灰石粉后，双壁波纹管环刚度与硬度提高了达到了标准，然而韧性不符合标准，脆性增大。添加乙烯-辛烯共聚物POE少则不起作用，多则韧性提高而环刚度下降不符合要求。
发明内容
本发明主要解决现有技术所存在的技术问题，提供一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的生产方法。
本发明的无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的生产方法，包括步骤如下：
Figure BDA0002219268690000011
Figure BDA0002219268690000021
一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的生产方法，其技术方案是：预热干燥，纳米碳酸钙与金红石型纳米二氧化钛比表面积太大，粉体发生自流性变化。马来酸酐接枝HDPE﹑UHMW-PE被纳米粉体包覆，采取预热干燥是纳米碳酸钙﹑金红石型纳米二氧化钛技术创新的一种方式。原采用机械方式，如搅拌机﹑密炼机外加热与摩擦热，通过对流或传导来传递热量，时间长，能耗高，产量低，粉尘污染严重。最重要的是物料水分不能全部烘出，物料热度不均匀，物料外焦内生。
进一步本技术方案是:微波预热干燥，微波能直接作用于介质分子转换成热能，由于微波具有穿透性能使介质内外同时加热，不需要热传导，所以加热速度非常快，同时不管物体任何形状，由于物体的介质内外同时加热，物料的内外温差小，加热均匀，不会产生常规加热中出现外焦内生的状况，节能环保，使干燥重量大大提高。物体吸收微波能量转化成热量后，物体温度升高，物体内含的水分蒸发，干燥，调整温度和时间，达到预热干燥的目的。然后自动吸料进入双密炼转子连续密炼机中，塑化熔融，高速混炼揉合成复合熔融体，挤压排气。进入单螺杆熔融密实挤出，磨面风冷热切，即得母料。
采用上述技术方案本发明取得的技术进步是：优选了纳米碳酸钙粒径60-80nm，亲油性金红石型纳米二氧化钛,粒径20-30nm，作为无机增韧不减刚性材料(简称无机纳米粒子)。纳米碳酸钙，金红石型纳米二氧化钛与塑料之间界面面积非常大，必要条件是分散粒子与树脂界面结合良好。本发明技术创新优选马来酸酐接枝HDPE作为纳米碳酸钙﹑纳米二氧化钛﹑UHMW-PE的相容载体。马来酸酐接枝聚丙烯蜡，作为大分子偶联相容剂，通过接枝HDPE、PP蜡与纳米碳酸钙纳米二氧化钛之间的化学键合，实现强度和韧性的最佳结合。最关键的是无机纳米粒子在熔体中分散性得到提高。当无机纳米粒子均匀分散在熔体中时,无机粒子与树脂熔体才有良好的界面结合。由于无机粒子具有优异的吸附粘着力，树脂受到外力作用时，纳米粒子引起基体树脂银纹化吸收能量，从而提高增韧效果。
进一步技术方案是:优选纳米金红石型二氧化钛与纳米碳酸钙﹑UHMW-PE复配，具有刚韧平衡性好、热稳定性及熔体强度高、能很大程度上改善纳米粒子的超微尺寸和表面活性效应对HDPE波纹管材料内部的缺陷进行极好的修饰。从而能够大幅度提高HDPE波纹管的韧性、耐老化性及耐热﹑耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐光及表面光洁度高等优良性能。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的制备方法，按重量份计包括如下组分：
采用的制备方法：
(1)将上述纳米碳酸钙﹑纳米二氧化钛与马来酸酐接枝HDPE，超高分子量聚乙烯UHMW-PE，马来酸酐接枝PP蜡。按照组分比例加入到隧道式微波干燥机中，微波干燥预热6分钟，成为干燥预混合粉料。
(2)将干燥预混合粉料，自动计量﹑自动吸料，喂入双密炼转子连续密炼机中。高转速，高剪切，揉合塑化熔融，排气。进入单螺杆挤出机，单螺杆心轴带有循环水冷却装置。挤出密实压缩成型，磨面热切，得到无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料。
实施例2
一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的制备方法，按重量份计包括如下组分：
Figure BDA0002219268690000042
采用的制备方法：
(1)将上述纳米碳酸钙﹑纳米二氧化钛与马来酸酐接枝HDPE，超高分子量聚乙烯UHMW-PE，马来酸酐接枝PP蜡。按照组分比例加入到隧道式微波干燥机中，微波干燥预热8分钟，成为干燥预混合粉料。
(2)将干燥预混合粉料，自动计量﹑自动吸料，喂入双密炼转子连续密炼机中。高转速，高剪切，揉合塑化熔融，排气。进入单螺杆挤出机，单螺杆心轴带有循环水冷却装置。挤出密实压缩成型，磨面热切，得到无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料。
实施例3
一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的制备方法，按重量份计包括如下组分：
Figure BDA0002219268690000051
采用的制备方法：
(1)将上述纳米碳酸钙﹑纳米二氧化钛与马来酸酐接枝HDPE，超高分子量聚乙烯UHMW-PE，马来酸酐接枝PP蜡。按照组分比例加入到隧道式微波干燥机中，微波干燥预热10分钟，成为干燥预混合粉料。
(2)将干燥预混合粉料，自动计量﹑自动吸料，喂入双密炼转子连续密炼机中。高转速，高剪切，揉合塑化熔融，排气。进入单螺杆挤出机，单螺杆心轴带有循环水冷却装置。挤出密实压缩成型，磨面热切，得到无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料。
上述实施例实验方法如下：
(1)选取齐鲁石化生产的高密度聚乙烯HDPE2480H为基料65份，增韧POE料10份，本公司生产的HDPE波纹管专用环刚滑石粉母料25份，混合均匀后，按照国标GB/T 1843-2008要求制备标准注塑样条，标准长度80mm、宽度10mm、厚度4mm。
(2)测试无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料,在HDPE双壁波纹管中增韧效果。取齐鲁石化生产的高密度聚乙烯HDPE2480H为基料60份，本公司生产的HDPE波纹管专用环刚滑石粉母料20份。实施例1；无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料20份。按照国标GB/T 1843-2008要求制备标准注塑样条，标准长度80mm宽度10mm厚度4mm。
(3)测试无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料,在HDPE双壁波纹管中增韧效果。取齐鲁石化生产的高密度聚乙烯HDPE2480H为基料60份，本公司生产的HDPE波纹管专用环刚滑石粉母料20份。实施例2；无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料20份。按照国标GB/T 1843-2008要求制备标准注塑样条，标准长度80mm宽度10mm厚度4mm。
(4)测试无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料,在HDPE双壁波纹管中增韧效果。取齐鲁石化生产的高密度聚乙烯HDPE2480H为基料60份，本公司生产的HDPE波纹管专用环刚滑石粉母料20份。实施例3；无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料20份。按照国标GB/T 1843-2008要求制备标准注塑样条，标准长度80mm宽度10mm厚度4mm。
测得数据如下：
Figure BDA0002219268690000071
结论：通过实验进一步验证，无机纳米复合材料增韧HDPE双壁波纹管是可行的，平衡或提高了拉伸强度、冲击强度、弯曲模量。从实施例1数据看，拉伸强度、断裂伸长率不如(1)，但冲击强度、弯曲模量好于(1)。从实施例2，实施例3实验检测数据看，纳米碳酸钙粒径分别为60nm、50nm，纳米二氧化钛粒径分别为25nm、20nm，接枝PP蜡、接枝HDPE和超高分子量聚乙烯UHMW-PE数量增加，增韧效果明显，不影响拉伸强度、冲击强度、弯曲模量强度还有所提高。有效解决了有机材料增韧减刚的技术，降低了成本，材料全部国产化。

Claims (7)

1.一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料，其特征在于：其按重量份计包括如下组分：
Figure FDA0002219268680000011
2.根据权利要求1所述的一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的制备方法，其特征在于：其包括步骤如下：
(1)把纳米碳酸钙、金红石型纳米二氧化钛与马来酸酐接枝HDPE，超高分子量聚乙烯UHMW-PE，马来酸酐接枝PP蜡，按照上述组分比例加入到隧道式微波干燥机中，微波干燥预热6-10分钟，成为干燥的预混合粉料；
(2)将上述干燥预混合粉料，自动计量，自动吸料，喂入双密炼转子连续密炼机中；高转速，高剪切，揉合塑化熔融，排气，进入单螺杆挤出机，单螺杆心轴带有循环水冷却装置，挤出密实压缩成型，磨面热切，得到无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料。
3.根据权利要求1或2所述的一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的制备方法，其特征在于：所述纳米碳酸钙为湿法生产﹑表面活化度达99.9％，比表面积20-23㎡/g，水分0.5-1.2％，粒径为60-80nm的活性纳米碳酸钙。
4.根据权利要求1或2所述的一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的制备方法，其特征在于：所述纳米二氧化钛为表面处理过的亲油性金红石型纳米二氧化钛，粒径20-30nm，比表面积60-100㎡/g。
5.根据权利要求1或2所述的一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的制备方法，其特征在于：所述HDPE为马来酸酐接枝MAH-HDPE高密度聚乙烯，熔体流动速率为3g/10min。
6.根据权利要求1或2所述的一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的制备方法，其特征在于：所述PP蜡是马来酸酐接枝聚丙烯蜡，熔点148℃，接枝率6％。
7.根据权利要求1或2所述的一种无机纳米材料增韧HDPE双壁波纹管复合母料的制备方法，其特征在于；所述超高分子聚乙烯UHMW-PE分子量是240万，密度是0.940(g/cm3),平均粒径是160微米的粉状超高分子量聚乙烯。
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